电能质量分析

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电能质量分析范文第1篇

关键词：单相／三相电路；谐波；浪涌；电压尖峰

PS4000是由美国SUMMIT公司生产的一种电能质量分析仪，它是为了满足工程师进一步了解电能质量而设计的一种小型、简单且功能强大的分析工具，可以用来分析或监控输入电能质量。

PS4000不仅能够测试电压、电流、功率、功率因数、频率、周期、谐波等电量值，而且能够测试电压或电流的浪涌、跌落、冲击、电压尖峰等瞬态量值，从而为用户快速判定供电质量的优劣，或者为展示产品电源质量提供一个依据。该仪器可以同时适用商用和工业用电源，是现代测试仪器中一款性能优越，携带方便的电能质量仪器。

1PS4000的主要特点

新型PS4000电能分析仪具有以下优异的测试功能：

可测试并捕捉浪涌、跌落、冲击、尖峰信号；

可分析每一个通道从1次到63次谐波分量的电压／电流幅值和相位

可同时分析所有通道的电压、电流、功率、功率因数、频率、能量、通断周期、能量高峰期、花费等参数值

能够连续显示每秒测量值

具有完全的按键操作和菜单式界面

可连续工作8～10个小时，使用充电器后可以持续使用。

PS4000可以对三相电路中的三个电压和四个电流同时进行浪涌、跌落、尖峰、谐波、电压、电流、功率、功率因数、频率、周期等参数的分析和监测，测试的数据可以上传到计算机以图形或表格的形式显示。该仪器配有专业的分析控制软件，可以对PS4000进行远端监控，特别适合于对电网质量，大型供电设备，家用电器等电源质量进行分析，是电力专家所钟爱的产品。SUMMIT公司的电能分析仪被世界很多国家的用户使用，美国前电网编辑曾这样描述：“我见过很多的分析仪，但是，这个产品给我留下了真正深刻的印象，PS3000已经是一个很坚固的小型器件，而新型的PS4000则提供了更专业的电能质量分析功能。”与它配套使用的电压、电流探头能够直接和1到15000V电压以及10mA到6000A的电流相接。通过输入调节比与PT和CT的结合，可提供更高、更大的电压电流测试。除了在室内监控外，PS4000还可以安装到Weather－resistant外挂箱上，以便能够在室外进行无人监控。另外，PS4000的“连接检查”特点更便于操作者正确连接电路，而且各种配套的附件不需要另外供电。

PS4000包含前一产品PS3000的全部测试功能，PS3000已经使用了8年，产品遍布7大洲。客户对Powersight分析仪具有很高的评价，特别是在使用简便、性能可靠、可提供及时有效的技术支持等方面。SUMMIT总载曾说：“从上一次我们为一块因跌落而损坏的仪表检修后，到现在已经六年了，它依然完好，据我所知，我的表甚至还在南极考察站使用”。

2PS4000测试瞬态量

实际上，绝大多数的客户都特别关心PS4000的瞬态测试功能，而这也正是PS4000优于PS3000和PS250之处，因此，笔者希望通过本文使更多的人能够熟悉PS4000的功能，让PS4000给电能分析带来更多方便。

当分析瞬态参数时，PS4000能够随时监测每相浪涌、跌落、冲击和电压尖峰信号，并随时记录信号类型、发生时间、到达峰值、持续时间等，同时可捕捉并存储最坏的一个信号，以及为以后的故障分析和判断提供依据。

2．1每相电压／电流的浪涌和跌落值测试

在进行电路的浪涌和跌落分析时，PS4000可提供以下三种记录方式：

记录浪涌／跌落事件；

记录浪涌／跌落图形；

记录浪涌／跌落波形。

（1）记录浪涌／跌落事件

如果在信号监测时间段里，浪涌出现一次，PS4000就认为有一个浪涌事件发生，出现两次，PS4000就认为有两个浪涌事件，以此类推……，当有事件发生时，PS4000将记录这一事件的发生日期、发生于哪个相线、属于浪涌还是跌落信号、信号的幅度以及信号持续的时间等信息。

PS4000的显示方式主要有两种：第一种为列表显示，每一行显示一个事件，其显示方式如图1所示；第二种为图形显示，这种方式以时间为横轴，在纵轴上显示信号的幅度和持续时间，其显示方式如图2所示。

（2）记录浪涌／跌落图形

当有浪涌或跌落事件发生时，PS4000将大致地给出浪涌或跌落信号的图形。图形从发生浪涌／跌落的前2个周期开始，持续10个周期，直到检测到下一个1／2周期来临再没有浪涌／跌落发生且持续1秒的时间为止。图形中将显示浪涌／跌落发生的时间以及每半个周期的RMS值。参见图3。由图3可见，图形的上半部将显示关键的信息，如事件的发生时间、持续时间、信号属于三相中的哪一相、信号的幅度大小等。如果发生了电压浪涌，那么和它同相的电流信号也会显示在同一张图中。

（3）记录浪涌／跌落波形

浪涌／跌落波形是对浪涌／跌落事件的一个详细描述，它们开始于事件发生前的两个周期，持续10个周期，如果事件的持续时间超过10个周期，波形中将记录最近的10个周期。如果监测的时间段内不是只有一个事件发生，PS4000将存储最坏的浪涌／跌落波形。这种方式在显示时，在波形的上方将显示事件发生的时间、相线、信号幅度和信号持续时间等。如果发生的是电压浪涌／跌落，那么同相线的电流信号也会显示在同一张图中。

2．2监测高速瞬态信号

高速电压／电流瞬态信号的产生一般与被测线路本身无关，大都是由闪电、突然短路，开关拨动等原因引起的，它们的幅值会在瞬间窜到很高，持续时间也相当短，一旦这样的信号超过了定义的触发门限，PS4000将捕捉到这个信号。触发门限分为“绝对值门限”和“相对值门限”两种。

当设置为绝对值门限时（比如设到180V），那么，在监测开始以后的任何时候，只要信号的幅值超过了＋180V或－180V，这个信号就会被捕捉并被记录下来。如果设置为相对值门限，比如20V，PS4000将以正常情况下的波形作为参考，在这种情况下，当实际波形幅度高于或低于同一点的正常波形幅度20V以上时，PS4000将捕捉记录这个信号。

在进行瞬态信号监测时，PS4000可提供瞬态事件和瞬态波形两种记录方式。

（1）瞬态事件

在这种记录模式下，PS4000将记录瞬态事件的发生时间、发生相线、峰值大小和持续时间。与浪涌／跌落测试的显示方式一样，瞬态监测的显示也包括表格显示和图形显示两种方式。

（2）瞬态波形

瞬态监测时的瞬态波形可以详细地记录瞬态事件信息，它们将持续50ms，并在事件发生前的一个周期开始记录，同时可在整个监测时间里捕捉最坏的一个信号。

与浪涌／跌落测试波形相似，这种测试波形的上方也将显示信号发生的时间，信号持续时间，信号幅度以及信号的相线等重要信息。图4是一种瞬态波形示意图。

电能质量分析范文第2篇

扩展Prony法（以下简称Prony法）的基本思想是将等间距采样的信号看作具有任意相位、频率、幅值和衰减因子的指数函数的和，通过一定的数学变换将信号模型化为自回归模型（AR模型），利用最小二乘法解得该模型的参数，最后利用频率、幅值和相位与该参数之间的内在关系，求出谐波的各参量。但从原理中也不难看出，本方法不能分辨出噪声，若信号叠加噪声，由噪声引起的频率和幅值将一起计入原信号。

1.1扩展Prony法的优越性分析采样频率为5000Hz，采样点数为500。设信号为由表1可知，对于频率较为靠近，幅值相差较大的谐波信号，Prony法可以得到2个正弦分量，精确分析出其频谱特性，但傅里叶法受频谱泄露的影响，不能精确分析得到频谱参数。但这里需要指出的是，当采样频率和采样点数满足一定关系（本例中采样点数为采样频率的100倍，即频率分辨率为0.01Hz）时，傅里叶变换可以分辨出式（1）中2个频率分量，但这样做无疑大大增加了计算量。

1.2扩展Prony法的噪声敏感性分析采样频率为5000Hz，采样点数为500。利用Prony法分析原信号，结果见表2。由表2中可知，Prony法对于没有噪声叠加的信号具有良好的频谱分析能力。看出，Prony法对噪声敏感，在周期性脉冲噪声的影响下分析结果偏差很大，出现了大量高次谐波，且这些谐波的幅值相较于150Hz的幅值分量而言，不能忽略。原信号、经Prony法拟合后未消噪的信号及二者的误差分析如图1所示。为了使用Prony法能够较为准确地分析谐波，必须采取措施对信号进行消噪。

2数学形态学滤波器

数学形态学是一种非线性图像（信号）处理方法。该方法在分析信号时只取决于待分析信号的局部形状特征，有别于传统的时频域分析方法。其基本思想是利用一种被称为“结构元素”的小矩阵在信号中不断移动，探测信号中各部分之间的关联，并提取有用信息来描述信号特征。在具体实施上，就是利用两种基本的形态变换（即膨胀和腐蚀）处理信号，并描述信号中各部分的几何联系。将膨胀和腐蚀两种基本运算进行不同组合，可以得到较为复杂的开、闭基本运算，级联后选择合适的结构元素，即可形成数学形态学滤波器。

在利用数学形态学滤波过程中，结构元素的形状是影响滤波的关键要素。本文假定采样的电气化铁道谐波信号仅受到周期性脉冲信号的污染，选择能够抑制周期性脉冲信号的结构元素即可。选择第1.2节中含噪声的谐波信号，分别仿真实验了矩形、菱形、圆形和三角形结构元素在消除周期性脉冲噪声时的效果，结果证明，三角形结构元素的滤波结果最为精确。滤波结果如图2所示。2.1数学形态学滤波器的有效性分析仍取第1.2节中叠加周期性脉冲的噪声信号，选择三角形结构元素滤波。原信号、经Prony法拟合后的消噪信号及误差分析如图3所示，经滤波后分析结果见表4。由表4和图3可以看出，滤波器不能完全滤除脉冲噪声，仍然存在虚假频谱。但虚假频谱的幅值相较于真实频谱的幅值已很小，不影响对频谱的判断。因此可以认为数学形态滤波器在滤除周期性脉冲噪声上是有效的。

3电气化铁道仿真模型

电气化铁道仿真模型包含牵引网线路模型、牵引变压器模型、AT所模型和铁路机车模型4部分。

3.1牵引网线路建模电力铁路牵引网线路包含馈电线、承力索、接触线和钢轨4部分，均与大地构成电气回路。利用Carson理论可得到导线-地回路的自阻抗为将牵引网线路化简建模，考虑将承力索与接触线二线合并，两条钢轨合并，与馈电线形成3根线，利用式（3）和式（4）可以得出3根线的单位自阻抗和单位互阻抗，再乘以距离，即得铁路沿线的线路仿真模型。

3.2牵引变压器仿真模型工频单相交流牵引变电所的主要功能是降压和分相，为牵引负荷供电，其主要设备为牵引变压器。牵引变压器主要接线型式有三相V-v型接线、斯科特接线、单相平衡接线等，其中三相V-v型接线因为接线容易，是使用较多的一种接线型式。其接线原理见参考文献[10]。

3.3AT所仿真模型电气化铁道有4种供电方式，即简单供电方式、吸流变压器BT（booster-transformer）型供电方式、自耦变压器AT（auto-transformer）型供电方式和同轴电缆CC（coaxialcable）型供电方式。我国主要采取AT型供电方式，该方式适用于高速重载等大电流运行的情况。Simulink中利用单相双绕组变压器来实现，通过改变其接线得到AT所模型。

3.4电力机车仿真模型机车建模对象为交直型韶山8型（SS8）电力机车，该类机车主电路部分采取大功率晶闸管与二极管组成的不对称半控桥式整流电路，如图4所示。机车的具体特性与参数见参考文献。机车运行情况的不一致，三段桥的开断状况也不一致。以100km/h的额定速度运行情况为例：此时，a1、b1满开放，b1、x1移相调节，a2、x2满开放。整流电压约为0.75~1.00倍的额定电压。鉴于b1、x1移相调节，故在建立仿真模型时需要设定触发角及电动机反电势。在考虑机车牵引控制特性函数与整流电路关系的情况下可推得机车反电势和导通角α。

4算例分析

电能质量分析范文第3篇

【关键词】电能质量 谐波 电压

【中图分类号】TM60

【文献标识码】A

【文章编号】1672-5158（2012）12-0315-01

一、电能质量下降的原因分析

电力系统中的非线性负荷向电网注入大量的谐波电流并引起三相电压不对称，公用电网中的非线性负荷（即谐波源）主要是各种电力电子装置（含家用电器、计算机等电源部分）、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯等。在电力电子装置大量应用之前，最主要的谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机。在电力电子装置大量应用之后，它成为最主要的谐波源。

发电机是公用电网的电源，在设计发电机时，采取了许多削弱谐波电动势的措施，因此，其输出电压的谐波含量是很小的。国际电工委员会（IEC）规定发电机的端电压波形在任何瞬间与其基波波形之差不得大于基波幅值的5%。因此，在分析公用电网的谐波时，可以认为发电机电动势为纯正弦波形，不考虑其谐波分量。

变压器的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的，励磁电流的谐波含量和铁心饱和程度直接相关，即和其所加的电压有关。正常晴况下，所加电压为额定电压，铁心基本工作在线性范围内，谐波电流含量不大。但在轻载时电压升高，铁心工作在饱和区，谐波电流含量就会大大增加。另外，在变压器投入运行过程、暂态扰动、负载剧烈变化及非正常状态运行时。都会产生大量的谐波。

电弧炉的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。电弧长度的不稳定性和随机性，使得其电流谐波频谱十分复杂。电弧炉工作在熔炼期间谐波电流很大，当工作在精练期间时，由于电弧特性较稳定，谐波电流较小。

二、电能质量的检测方法

电能质量指标检测有连续检测和专项检测两种方法，连续检测主要适用于供电电压偏差和频率偏差指标：而专项检测主要适用于不需连续检测或干扰源设备接入电网前后的检测。

另外，电能质量指标连续检测点的设置应覆盖主网及全部供电电压等级，并在电网内呈均匀分布。

国内外的电力部门为电能质量的监测做了大量的工作。1992-1995年，美国电力研究院（EPRI）在全国范围内进行了大规模的电能质量普查，获得了大量电能质量数据。本文所讨论的一个城市电力公司于2000年成立了该城市配电网电能质量管理小组，在全公司范围进行电能质量监督和测量工作，重点负责对检查不合格的谐波源进行治理。为了对谐波进行监督并全面分析其产生的原因，选择弃有大型谐波源的变电站，有大型电容器组的变电站，本系统内发电厂升压站控制室进行谐波监测。

电力系统中谐波的实际测量结果是谐波问题研究的主要依据，也是研究分析问题的出发点。由于电子技术，特别是数字电子技术的进步，已有许多仪器能对谐波进行连续的测量，提供必需的信息，为谐波分析工作提供了有利的条件。

三、电能质量的改善方法

1、变电站母线电压偏差变电站母线电压偏差的大小，与变压器的型号（是否有载调压、额定出口电压）、电容器的投切以及负载的大小有关。当变压器中、低压侧额定出口电压比较高时（比如11KV），同时变压器负载较轻时，则电压偏差容易超上限；对于无载调压变压器，由干不能及时调整变压器的分接头，在负荷高峰容易出现电压偏低的情况，在负荷低谷容易出现电压偏高的现象，这些情况都使母线电压产生较大的偏差，从而影响用户的正常用电。

因此，对于变电站母线电压偏差过大的情况，我们应该从以下几个方面进行考虑：

（1）从变电站设计开始综合考虑，选择有载调压变压器和合适的额定出口电压，同时应在低压母线加装电容器（配备一定容量的电抗器，以防止产生谐波放大）。对于无人值班变电站，应考虑装设电压无功自动控制装置（VQc），采取逆调压的方式，进行实时控制，以保证电压在正常的偏差范围内波动。

（2）对于电容器的配置，在条件允许的情况下，应采取分组、分级投切的方式，以避免由于整组电容器容量过大，造成电容器不能投人的情况。

（3）根据电网的实际晴况，可以采取过补偿与欠补偿的无功补偿方式，以满足电压无功的要求。

2、用户端电压偏差用户端电压偏差，与电网结构，线路长短有很大关系。早期建设的线路导线细，供电半径过大，有的长达100多千米，电压偏低是显而易见的。另外对于一些人负荷用户，当其动力装置投入运行后，由于未能及时投人电容器，致使电压偏低。针对线路与用户的原因，改善电压偏差的主要措施有四：

（1）合理设置电源点，减小供电半径，使其在合理的范围内，以减少压降。

（2）采用动态和静止补偿无功相结合的办法，就地进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量，无功负荷的变化在电网各级系统中均产生电压偏差，它是产生电压偏差的源，因此，就地进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量，从源上解决问题，是最有效的措施。如在配电变台安装电容器进行就地补偿。

（3）调整同步电动机的励磁电流，在铭牌规定值的范围内适当调整同步电动机的励磁电流，使其超前或滞后运行，就能产生超前或滞后的无功功率，从而达到改善网络负荷的功率因数和调整电压偏差的目的。

（4）采用有载调压变压器。从总体上考虑无功负荷只宜补偿到功率因数为0.90-0.95，仍然有一部分变化无功负荷要电网供给而产生电压偏差，这就需要分区采用一些有效的办法来解决，采用有载调压变压器就是有效而经济的办法之一。

总之，改善电压偏差需要从多个方面人手，综合治理。

（1）做好负荷规划和电网的合理布局，实现电网结构优化。

在电网规划过程中应按照用户电能质量要求合理地规划电网结构。规划人员要对规划小区内用户的负荷变化情况做好详细预测，避免用户负荷大幅度变化时电网无法做出及时的反应。将中压配电网络深人到负荷中心，扩大中压供电网络的覆盖面。合理缩小配电变压器的容量，增加配变台数，缩短供电半径。调整线路，均衡线路负荷。合理调整设备负荷，防止用电设备长期过负荷运行。

（2）合理配置有载调压装置。

在制定用户业扩方案时应使用户电源点至少经过系统中一级有载调压装置和调压变压器。如果用户负荷变化大，电压结构复杂，制定用户供电方案至少应当使用户的供电电源经过系统中两级有载凋压装置，同时适当的加大供电线路的线径。

（3）加强无功负荷管理，做到无功负荷分层分区就地平衡。

加大执行功率因数调整电费电价的范围，鼓励用户合理投切无供补偿装置；在各个电压等级上合理配备无功补偿装置，减少无功在电网中的流动。对功率因素偏低的用户大功率设备要使无功补偿装置与设备同步投切，合理安排电网运行方式，做好无功功率分层分区平衡。

电能质量分析范文第4篇

关键词：风光动能互补系统；电能质量；虚拟仪器；FTT

DOIDOI：10.11907/rjdk.151197

中图分类号：TP302

文献标识码：A 文章编号：16727800（2015）006004403

作者简介作者简介：逯玉兰（1986―），女，甘肃武威人，硕士，甘肃农业大学信息科学技术学院助教，研究方向为电能质量。

0 引言

风能和太阳能是最具代表性的新能源，风力发电和太阳发电技术受到各国的高度重视。风力发电具有瞬时间歇性变化的特点，光电则随季节与天气变化，资源的不确定性导致了发电与用电负荷的不平衡，因而必须用动能作为第三种能源补偿前两种能源的不足。三种能源扬各自之长，补各自之短，相互配合，以发挥出最大效能。但是，这种发电系统存在一个核心问题――电能质量[1]。①目前大多数风力发电系统只能测量电压有效值、电流有效值等基本参数[2]，而实际工作中需要电能质量的动态数据来获得风机的运行特性和对电网的影响程度；②大部分风机都不提供电压、电流谐波、三相不平衡度、有功和无功的关系等数据分析功能[3]；③目前的电能质量监测系统只能评价单项指标，不能将所有指标综合起来进行电能质量评价[4]，因而也就不能全面准确地反映出电网的电能质量信息。

具有动态监测记录功能的电能质量监测、评价系统可以解决上述问题[5]。该系统对电网运行期间产生的数据进行处理、存储、管理，并按照电能质量标准进行分析，综合评价电能质量，将所得到的数据直观反映，为电网维护提供可靠的理论依据。

1 系统组成

系统由3部分组成：数据监测子系统、通信子系统和电能质量数据评估子系统，结构如图1所示。

1.1 数据监测子系统

数据监测子系统由硬件电路和虚拟仪器技术组成，负责现场数据的采集、分析计算并保存，还能完成数据查询、对超标的数据进行报警等功能，通过通信子系统将采集到的实时数据和历史数据发送到电能质量数据评估子系统，结构如图2所示。其中数据采集由硬件电路完成，其它功能用LabVIEW编程实现。

工作流程如下：①将监测点的电压电流通过电压电流互感器转换为电能质量监测评价系统能够处理的小信号，并将电能质量监测评价系统与电网隔离；②经信号调理板完成对信号的获取、滤波和隔离，经过滤波后的模拟电流、电压信号经数据采集卡完成信号采样和A/D转换，得到原始的采样数据；③转换后的数字信号送入下位机，用虚拟仪器完成数据的分析和处理。

1.1.1 数据保存

在数据监测子系统中应保存以下数据：设备、频率、采样时间、基波幅值、闪变值、功率参数。

1.1.2 数据分析

对数据进行分析、处理，并将分析结果用图形表示。分析结果主要包括：

（1）统计报表。电流量/电压量的最大值和最小值出现的时间、电压合格率报表、频率合格率报表、频率的最大值和最小值及出现的时间、奇次谐波越限率、偶次谐波越限率报表/总谐波畸变越限率。

（2） 曲线。绘制电压、电流有效值曲线；电压、电流最大值、最小值曲线；有功功率变化曲线；无功功率变化曲线；功率因数变化曲线；系统频率曲线；三相不平衡度变化曲线；谐波电压、电流含有率变化曲线；电压波动变化曲线。

1.1.3 数据处理

对采集的数据采用FFT提取电压、电流波形中的基波和各次谐波分量的幅值，进而完成电压偏差、频率偏差、三相不平衡度、闪变和电压波动5项电能质量指标计算，数据处理流程如图3所示。

1.1.4 数据报警

对超限的指标发出报警或提示。

1.1.5 数据查询

对历史数据进行查询。

1.2 通信子系统

采用虚拟仪器技术进行通信子系统数据传输。

通信子系统一方面实时将下位机的监测数据上传到电能质量数据评估子系统的数据库服务器中；另一方面接收从电能质量数据评估子系统的信息，并对下位机进行设置。

1.3 数据评估子系统

电能质量数据评估子系统利用模糊数学的隶属函数实现电能质量分析，将电能质量的各项指标综合，以清晰反映供电质量。具体步骤为：①确定隶属度函数，求出各指标的隶属度；②根据综合隶属度函数求出系统某时刻的电能输出综合隶属度，根据现场应用，将综合隶属度结果划分为多个模糊集合样本，确定归类隶属函数，如综合隶属度为0.9以上，此时供电设备电能输出质量为优，0.8～0.9为良，0.6～0.7为一般，0.6以下为较差。

2 算法分析

2.1 三相不平衡度

三相平衡，是指系统中三相电压幅值相等，并且相位互差1200。由于系统中存在很多不平衡因素，三相交流电力系统是不平衡的[6]。通常用不平衡度ε来表示三相电力系统的不平衡程度，电压和电流不平衡度分别用εU和εI表示，计算公式如下：

3 结语

本文对电能质量监测、评价系统方案进行了探讨。系统集数据统计分析功能、综合查询功能于一体，提供精确的电能质量数据，为安全生产提供了保障。采用虚拟仪器技术实现数据的分析、处理、上传和存储，极大地降低了成本，可以进行二次开发，系统稳定性好。

参考文献：

[1]刘晓云.基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2]肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]艾茂民.变电站电能质量的监测与分析[J].农村电气化，2005（7）：2123.

[4]张旭俊.电能质量分析的新概念及其测量仪器[J].电测与仪表，2005（2）：14.

[5]陈庆祺.基于虚拟仪器技术的分布式电能质量在线监测系统[J].供用电，2004（8）：2022.

[6]林海雪.电力系统的三相不平衡[M].北京：中国电力出版社，1998：3031.

[7]SU CL，CHEN C F，LU C N，et munication network performance study of a hightech park power quality monitoring system[C].Proceedings of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting，Seattle，Washington，USA：IEEE，2007：456463.

[8]张丽霞，李和明，颜湘武，等.基于虚拟仪器的电压闪变监测的实现[J].电测与仪表，2005，42（7）：1619.

电能质量分析范文第5篇

关键词：谐波污染 谐波监测

良好的电能质量是保证电力设施和用电设备安全、可靠、高效运行的基础。随着生产和技术的发展，用电负荷日益增长，电力系统规模的不断扩大，以及系统中线性负荷不断增加，电力系统受到的“谐波污染”也越来越严重，加上电力系统可能出现的内外故障，这就大大恶化了系统的电能质量。由于节能和环保要求的不断提高，与此密切相关的电能质量问题日益受到更多的关注。对电能质量实施有效控制，已逐渐成为提高设备运行质量和节能降耗的重要方面。

一、电能质量及谐波的概念

一个理想的电力系统应以恒定的频率（50Hz或60Hz）和正弦的波形，按规定的电压水平对用户供电。在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应处于幅值大小相等、相位互差120°的对称状态。因此，在输配电系统中常用频率、有效值、波形质量和三相电压的对称度来描述其运行状态的优劣。由于系统运行状态的变化、电网规划的不恰当、电力负荷本身存在的各种问题以及其他不可预见的电力系统故障等原因，理想状态在实际运行当中并不存在，因此就提出了电能质量的概念。

谐波问题一直是主要的电能质量问题。治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命．改善电磁环境，提高产品的品质。

谐波定义为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称它为高次谐波。导致波形失真的原因是非线性负荷的存在。谐波失真水平可以用每个单一谐波成分的幅值和相位描述，也可以用某一个特定的参数，如谐波失真度来描述。谐波失真度或畸变率（THD）是评价电力系统中谐波含量的主要指标，它定义为各次谐波分量总有效值与基波分量有效值之比。

电力系统本身包含的能产生谐波电流的非线性元件主要是变压器的空载电流，交、直流换流站的晶闸管控制元件，晶闸管控制的电容器、电抗器组等。但电力系统谐波更主要的来源是各种非线性负荷用户，如各种整流设备、调节设备、电弧炉、轧钢机以及电气拖动设备。各种低压电气设备和家用电器所产生的谐波电流也能从低压侧馈入高压侧。对于这些设备，即使供给它理想的正弦波电压，它的电流也是非正弦的，即有谐波电流存在。其谐波含量取决于它本身的特性和工况，基　本上与电力系统参数无关，因而可看作谐波恒流源。这些用电设备产生的谐波电流注入电力系统，使系统各处电压含有谐波分量。变压器的激磁回路也是非线性电路，也会产生谐波电流。荧光灯和家用电器单个容量不大，但数量很多且散布于各处，电力部门又难以管理。

二、谐波的危害

谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。短时停电、电压骤升或骤降会影响许多特殊行业的生产过程，降低生产工效和产品质量，也将造成直接的经济损失。

三、谐波对计量的影响

感应式电能表只在工频附近很窄的频率范围且电压、电流为正弦波条件下才能保证最佳的工作性能。大量的研究结果表明，当系统中电压、电流波形因各种原因偏离正弦有畸变时，感应式电能表的测量准确度将下降。这主要是因为在负载上当基波电压、电流不变而含有谐波时，电能表电压线圈阻抗和转盘阻抗都会变化，导致电压工作磁通和对应的电流磁通变化，从而影响电能表的计量精度。

相对于感应式电能表而言，电子式电能表由于频带较宽，对基波电能和谐波电能都能较准确计量，但值得注意的是它把谐波功率和基波功率同等对待，这样计量误差会增大。

四、谐波的在线监测

清楚了谐波的危害，采取必要的治理措施是当务之急。但是，在制订治理方案之前，势必要对电网中存在的谐波情况有一个比较准确的了解。通过技术和管理上完善的手段，可以有效地监测谐波污染并及时治理。

4.1谐波监测主要方面

（1）谐波情况的普查。测量电网中的谐波电压、电流和谐波潮流及其方向，以查明谐波源，为采取措施、控制电网谐波含量提供依据。

（2）谐波监测点的设置。在电网中谐波源或其他谐波畸变严重的连接点上设置谐波警报器或谐波电流、电压表，监视该点谐波变化情况，以便及时采取限制措施。

（3）新的谐波源负荷接入电网时的检测。在谐波源负荷接人电网前后，均应进行谐波测量，以便为研究谐波源接入电网需要采取的措施提供依据。检查谐波源接入电网后其谐波含量是否超过允许值。

（4）谐波事故分析。在电网或电气设备出现异常或故障时，要进行谐波检测分析，如属谐波（特别要注意谐振和放大）造成的故障，则应采取措施，予以消除。

4.2谐波监测手段--Fluke1760三相电能质量分析仪

目前，国内外有多款的电能质量分析仪，相关监测和测试设备也是种类繁多；但是各测试产品质量良莠不齐，有些设备实际上不能准确地反映电能质的实际问题。从《电能质量——公用电网谐波》（GB/T14549-93）的标准来看，只有具备电能质量统计和分析功能的电能质量分析仪，才是真正满足需求，真正符合“电能质量国家标准”的电能质量分析仪。

在这里我们选用的是Fluke1760三相电能质量分析仪，其技术特点是：完全满足IEC61000-4-30A级标准，GPS时间同步，非常灵活、完全可配置参数的限值和电压电流变比，可自定义算法和测量选项，不间断电源，10MHz、6000Vpk波形捕获能力，2GB数据存储空间，即插即用，坚固的现场应用设计，电隔离和直流耦合。同时配合其分析软件，Fluke1760能完全胜任当前的谐波检测，并给出分析结果，实现报表打印。

Fluke1760的优越性在于：

（1）详尽的扰动分析：能进行高速瞬变分析，揭示设备故障的根源，以便进行事后补救和预测性维护。快速瞬变选件具有6000V的测量量程，可以捕获非常短的脉冲，例如雷击等。

（2）满足A级标准：在用户引入线处检查输入电源的电能质量。具备A级符合性的Fluke1760能够提供毋庸置疑的依据。

（3）将多个地点的事件相关联：利用GPS时间同步功能，用户可以快速检测到是哪里首先发生了故障，是设施外部还是设施内部。

（4）同时测量独立的电力系统：仪器具有电气隔离和直流耦合的电压输入，可对不同处的电力系统进行完整的测量。例如，Fluke1760在诊断UPS系统的故障时，可同时记录电池电压和功率输出。

（5）电能质量和电力载荷研究：在安装之前，通过评估电能质量来确认与关键系统的兼容性，以及在增加载荷之前检验电气系统的容量。

4.3谐波监测效果

通过Fluke1760及其分析软件PQ　Analyze可以获得实时的谐波监测信息，如图1所示；能及时发现谐波污染。

同时通过Fluke1760的分析软件能给出详尽的分析资料，为谐波的治理提供了有力的依据。

图2为某用户B相电流谐波的实测数据，在对此用户的长期监测中，通过Fluke1760获取其24小时内的谐波数据，直接分析出其谐波含量，通过与标准比较可以直接知道其五次谐波超出规定值。十分直观准确的知道次用户是否为谐波用户。

五、解决谐波的一些手段

对电力系统的高次谐波进行综合治理，通常从两个方面入手，一方面针对谐波源本身，另一方面在电网内部采取措施进行抑制，使之在规定范围内。采取的主要措施有：

1）合理装设无源交流滤波器（Filter　Compensation，简称FC）这种途径是现阶段最常见、最实用、也是最有效的抑制高次谐波的措施。无源滤波装置由电力电容器、电抗器和电阻器联结成的交流滤波器组合而成，运行中它和谐波源并联。除作滤波外，兼作无功补偿。滤波装置通常包括数组单调谐滤波器和一组高通滤波器。常用于工程实际的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽频带与三阶宽频带高通滤波器等。单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单；缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随谐波次数的减少而增加。高通（宽频带）滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制，即可以通过参数调整，形成该滤波器回路对某次及以上次谐波形成低阻抗通路。

2）装设有源滤波器（Active　Power　Filter，缩写为APF）APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它的主要特点是：滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性；APF作为改善供电质量的一项重要技术，在工业发达国家已得到高度重视和日益广泛的应用，但在我国的中压配电网中应用APF还有一定的难度。

3）增加整流器脉动数或改善谐波源特性整流装置是供电系统中的主要谐波源，其在交流侧所产生的高次谐波为P±1次谐波，即整流装置从6脉动谐波次数为n=6k±1，增加到12脉动时，谐波次数n=12k±1（k=1、2、3……），可以消除5、7、17和19次谐波，并且谐波电流的有效值与谐波次数成反比。可见，增加整流器的相数，可以有效地消除低次谐波。

4）改善供电环境，合理选择电压等级如设法加大系统的短路容量，提高谐波源负荷的供电电压等级。由专门线路为谐波源负荷供电等措施。虽然改善供电环境是在设计阶段完成的，但这点很重要，因为这样做，既可以完善接线形式，减少不必要开支，同时为优化设计，给谐波治理带来许多便利，为今后的发展打下好的基础。

六、结束语

随着电力电子与信息技术在社会各个领域的渗透应用，一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高，电能质量已成为电力企业和用　户共同关心的课题。谐波污染的治理不光要从技术方面解决，同时需要有效的管理手段；如设置谐波计量装置，对谐波进行计量，从管理上有效提高电能质量。

参考文献

[1]　程浩忠.　电能质量讲座第四讲谐波的产生和危害[J].　现代建筑电气篇，2007，8　：　54-58.

电能质量分析范文第6篇

关键词：STM32F103；ATT7022E；液晶显示；RS485通信

1 概述

电力工业的发展和人们生活生产用电量的增加，使得电能计量装置得到快速发展。传统的机械是电表只能满足电能计量功能，不能实现远程抄表和电能质量分析等功能。为了满足智能用电需求，电能计量芯片得到发展并快速应用于电能测量和管理。这些电能计量芯片可以完成单相或者三相电的电量测量和电能质量分析，测量精度完全满足国家标准规定。本文在由STM32F103和ATT7022E组成的电能测量装置硬件平台上，编写软件程序，完成三相电的电流、电压、功率、功率因数和电能质量的测量。

2 整体设计

电能计量仪软件采用模块化设计方法，将各功能模块用子程序实现。图1所示为电能计量仪软件结构框图，由时间管理程序、通信程序、计量管理程序和显示程序组成。时间管理程序实现软件定时功能，为各个操作提供统一时标，由定时器实现时间管理功能。通信程序包含RS485通信和CAN通信两个子程序，采用STM32F103内部集成的串口通信和CAN通信模块，完成电能计量仪和上位机通信的功能以及电能计量仪和其他装置通信的功能。

图1 高精度三相电能计量仪总体框架

3 软件实现

针对电能计量仪的功能，本部分主要介绍STM32F103初始化程序、定时器程序、STM32F103和ATT7022E接口程序以及通信程序设计。

3.1 TIM2定时程序设计

设置STM32F103通用定时器Time2工作在定时器模式，计数方式为从低至高，数据载入方式为16位自动重装载，使能定时器溢出中断，20ms中断一次。系统时钟为100MHz，则定时器一个计数的时间为10ns，16位定时器可以记录最大时间为0.65536ms，记录时间较短，必须将计数时钟分频。将计数时钟32分频，这样一个计数时间为320ns。

3.2 ATT7022E接口程序设计

STM32F103通过SPI接口控制ATT7022E工作。设置STM32F103的SPI工作为主SPI，产生同步信号。SPI时钟由STM32F103外设产生，设置通用输入输出引脚工作在SPI模式，使能SPI功能，使能SPI接收中断。STM32F103发送命令初始化ATT7022E，ATT7022E完成芯片初始化功能，开始数据采集和计算。STM32F103发送读取命令，ATT7022E将电压、电流、频率、相位和功率等信息发送到STM32F103。

3.3 通信程序设计

设置串口1和串口2的波特率均为9600，无奇偶校验功能，8位数据位，1位停止位，串口1用于RS232通信，完成本地调试功能，串口2用于RS485通信，使能串口1和串口2的发送和接收中断。设置B0为通用输出端口，控制RS485通信的使能引脚。初始化CAN寄存器，设置CAN地址，采用扩展帧模式，设置过滤标识符，使能过滤功能，使能FIFO功能，使能CAN发送中断，CAN接收寄存器设置，使能CAN接收中断。

4 结 论

本次设计实现了，对电压、电流、功率、功率因数等电能质量的采集与显示。经过实验和误差分析，发现大部分参数误差都在1.0%以下，达到了设计要求。所设计的计量仪具有可靠性高、体积小、操作简单方便、人机界面友好的优点。

参考文献：

[1]李保玮.智能电表简介[J].新技术新产品，2010.3.

[2]钜泉光电科技（上海）股份有限公司.ATT7022E/26E/28E 用户手册（P73-13-45），2012.

[3]意法半导体（中国）投资有限公司.STM32F10xxx参考手册_V10_CN[M].2010.1.10第10版.

[4]Jai P.Agrawal .Power Electronic Systems： Theory and Design， Tsinghua University Press& Prentice-Hall， 2001.

电能质量分析范文第7篇

【关键词】智能建筑,电能质量问题,电能监测

中图分类号：F407.6文献标识码： A

一.前言

近年来，人们对用电有大幅度需求，因此建筑要求电气设备要防潮、防爆、防火、防污染等。简单的说就是电气设备要与时俱进，对设备的引进需要很强的技术性以及政策性做支持。智能建筑中的电气设备必须要做好全面的电能问题监测，防止因为用电问题给人们带来经济损失甚至人员的伤亡，保障居民的正常生活。

二.电能质量监测系统设计的目的和意义

目前，电能作为现代社会中最为重要的二次能源，应用越来越广泛，现代社会对电能的需求量也日益增加，可以说电能的应用程度已经成为一个国家发展水平的主要标志之一 。与此同时，随着智能电网和电力市场进程的不断推进和发展，用户对电能质量的要求也不断提升，并要求提供多种可选的电能质量和价格方案，两者的矛盾日益尖锐，而这直接带来的影响便是电能质量的好坏已经开始影响电力公司的市场占有率。同时电能质量对电力系统电网和电气设备的安全经济高效运行、产品质量保证以及维护人们日常生产和生活的正常秩序的重要意义也逐步的体现了出来, 电能质量问题已经开始受到越来越多人们的关注，如何提高和保证电能质量己经成为我国电力系统面临的重要问题。

我们知道电能质量的高低主要由供电电压允许偏差、电力系统频率允许偏差、公用电网谐波电压允许波动与闪变三相电压允许不平衡度等电能质量参数表征决定。目前我国电能质量国家标准主要规定了五个指标：频率、谐波、电压偏差、三相不平衡及电压波动与闪变。故一直以来供电线路的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率等参数的检测是掌握供电线路和设备运行状态的基础，有些参数还是保证功率补偿有效性和合理性的决策依据。

三. 智能建筑系统的主要内容

1.各种设备按规定时间进行启停控制，以达到节约能源的目的；

2.供电系统、空调系统、供排水系统、冷热源等的参数调节控制监视和设备运行状态的监测；

3.对各种设备运行时间积累和维修期限达到报警，以便及时更换或维修服役期满的设备，延长设备的使用寿命，提高服务质量；

4.根据建筑实际需要的冷负荷，自动控制冷水机组投入运行的设备台数，达到最佳的运行方式；

5.据设备运行时间自动更换工作和备用设备，延长设备的使用寿命；

6.对各种能源消耗进行计量和计费；

7.各种文本的自动生成和打印。

四.智能建筑中的电能监测质量主要问题

在电能质量监测领域除了需要不断的加大投入与研究，它在发展中还应集中解决以下几方面的问题：

1.基础理论的研究

电能质量基础理论研究是对其本质进行深入研究的基础，包括统一的畸变波形行电能质量的含义，各功率成分的定义、产生机理、评价体系的研究，及物理意义，科学的计算方法研究等。目前为适应不同的需要提出许多的定义方法。各方法在数学表达式、物理意义、建立模型及实施方面各有所长，但距离理论上和实际上的统一并易于接受的表达式尚有一定的差距，无法对电能质量做出综合的分析和评估。这一理论的短缺无疑将会阻碍对电能质量进一步的深入研究。

2.电能质量监测的网络化、智能化

现代电网规模越来越大，监测点越来越多，未来电能质量的监测不仅局限于某一点，而是要实现同一供电系统、不同地点的电能质量监测，甚至实现多个不同供电系统的集中监测。在功能上，更强调智能化，除具有计算、显示等功能外，还要有一定的判断、分析、决策等功能，如能进行事件预测、故障辨识、干扰源识别和实时控制，初步具有自动的实用先进的计算智能评估功能。

电能质量分析及及其监测是一个较复杂的问题，如何合理、全面地分析处理各种干扰源，充分将计算机技术和网络技术为电能质量分析与监测所用，都是应注意的问题。同时电能质量监测的发展趋势对监测系统在功能上提出了更高的要求，也表明这一应用领域的研究需要多种技术的相互融合和各个领域的密切合作。

3.新型算法的开发

随着近代数学和人工智能技术的迅速发展及大量跨学科、跨专业交叉理论的出现，电能质量分析的模型、方法和手段呈现出强烈的多样性，如何以更科学、更先进的模型来分析电能质量，改善其对电网的影响，也是电能质量研究领域内不可忽视的核心所在。就目前电能质量的研究情况来看，小波分析、模糊数学的方法、神经网络方法、遗传算法及交叉技术将成为今后电能质量新算法研究的主流方向。可应用模糊数学方法建立精确数学模型，应用小波变换对扰动数据进行辨识、分类和原因分析，应用模糊－神经网络方法确定有效信息的传输、存储。这些理论的推出及其日渐成熟对电能质量研究领域从算法本身到算法的适用领域、算法性能的改善等各方面产生深远的影响。

五.智能建筑中的电能质量监测环节

电气施工安装中，管理人员只有努力提高自身的素质和专业能力，才能做好质量的监控。

1.认真阅图是做好电能质量监控的前提图纸是施工阶段的前提和依据，只有详细消化图纸，对工程每一系统做到心中有数，才能在现场发现问题和纠正错误，做到对工程质量的预控。电气工程系统设备先进、管线繁锁。在电气施工前的每一阶段，都要仔细地审图和校图，特别是对每一份设计修改通知单，都要认真地进行管理，逐一描绘到蓝图上。

2.熟悉规范，把好质量关。电气施工质量规范条框较多，监控人员要结合工程实际，边干边学，不断积累，牢记规范条例。在监控工作中，一定要有强烈的事业心和责任感，仔细认真，勤动笔头，不怕麻烦；深入现场，拉下面子，严格质量管理，才能保证电气施工工程的安全在可事。

3.实现质量目标的预控。既然质量目标是优质工程，那么如何具体来实现呢？我们认为：甲方、监理、施工管理人员首先必须分清工程中的重点环节，凡事有预则明，有明则清。反之，不预则废，在电气质量监控中，确定配电装置、电力电缆、配电箱三个重点设备管、补管、交接等重点协调环节，明确关键，制订措施，根据规范进行超前监控，达到对工程质量的预控。其次，必须在监控好重点环节后以点带面，促动整个系统工程的质量监控。电气工程除了设备材料的施工质量外，系统的功能也是重要一环。在知识经济、信息技术高度发展的时代，先进的设备不断出现，功能不断增强，而同一产品，功能的差异往往造成价格的明显不同。所以，在监控中，一定要根据合同仔细推敲，严格管理，实现系统应具备的功能，成为分项的优质工程的要求。

六.结束语

综上分析，我国的建筑中电能质量还是存在一定的问题，需要得到迫切的解决，尤其是智能建筑中电能所存在的问题，我们都知道智能建筑是依靠电能来保证其智能化的实现。所以电能问题的存在使得智能建筑的安全系数降低，甚至在运行过程中会损害人们生活的利益，我们应该应用高科技技术来保障智能建筑的电能监测使其运行稳定。

参考文献：

[1] 建筑电气工程施工质量的监控与验收 中国电力出版社 2011

[2] 智能建筑电气技术 中国电力出版社 2012

[3] 建筑电气工程施工质量验收规范 中国计划出版社.2012

电能质量分析范文第8篇

【关键词】 谐波 有源滤波器 供电系统

伴随电力电子技术的飞速发展， 各种新型电力电子设备广泛被使用。新型电力电子产品改善着人们的生活中质量，提高着企业的生产效率。但由于这些设备的非线性和多样性特点， 产生大量的谐波并注入电网， 导致电网的供电质量下降，可能造成居民、企业用电设备的异常甚至损坏。

针对非线性负荷对电网和设备的危害日益严重，有源电力滤波器（APF）作为一种理想的谐波装置，能够对频率和幅值均发生变化的谐波进行消除，有源电力滤波设备优于传统无源滤波器，并在未来与智能控制结合的路上越来越远。

1 高次谐波危害

随着科学技术的发展，越来越多非线性电气产品在生活、生产中应用，如节能灯、变频器、整流器等。这些非线性电气产品给人们的生产、生活带来便利的同时，也给电力系统带来严重谐波污染问题，大量高次谐波会引起电压畸变，导致电机发热、设备损坏等问题，对生活、生产用电造成很大隐患。其主要表现有：

（1）高次谐波使电气设备如电机、电缆、变压器等产生附件的谐波损耗，降低设备的使用效率，使绝缘线路过热甚至发生火灾。（2）高次谐波可以影响各种用电设备的正常运行，引起设备机械振动、噪音和过电压，严重甚至损坏设备。（3）高次谐波会与电容器、高压电缆的对地电容之间产生并联谐振，使谐波放大，导致电力系统事故。（4）高次谐波可能会导致通讯系统失灵、继电保护和自动装置的误动作，还可能会使电气测量仪表测量失真。

2 10kV系统高次谐波

2.1 供电系统高次谐波允许电流

国标《GB/T 14549-93 电能质量 公用电网谐波》[1]对10kV母线各次谐波限值要求（表1、2）：

谐波电流允许值当系统公共连接点最小短路容量不同于上表基准短路容量时，按公式（1）修正上表中的谐波电流允许值：

2.2 高次谐波电流计算

两个谐波源的同次谐波电流在一条线路的同一相上叠加当相位角已知时按下式计算

两个以上同次谐波电流叠加时首先将两个谐波电流叠加然后再与第三个谐波电流相叠加以此类推。

2.3 实例

某矿区因谐波问题，曾出现电容器爆炸、电缆发热、变压器响声异常等情况，给矿区生产埋下安全隐患，对企业财产、人身安全来带严重威胁。

为测定系统中谐波含量，特制定采集方案：首先采用FLUKE 435型电能质量分析仪对系统进行数据采集。测量数据选取：电压数据取10kV侧测量PT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电压输入端；电流数据取自10kV母线测量CT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电流输入端。采集数据如下：

以3次谐波为例计算方式如下：

首先确定系统基准短路容量，得到谐波电流允许值。如系统基准短路容量是100MVA，系统谐波电流允许值为表2电流允许值；系统基准短路容量不是100MVA，则利用公式（1）计算出谐波电流允许值；（实例矿区系统基准短路容量为100MVA）

再将表4至表11中3次谐波电流测试数据，按照两个以上同次谐波电流叠加时首先将两个谐波电流叠加然后再与第三个谐波电流相叠加的方式，以此类推代入公式（3）。

各次谐波经过计算，某矿区10kV电力系统中总谐波电流为：3次6.6A，5次20.3A，7次8.4A，11次6.9A，13次5.1A，与表2国家标准《GB/T 14549-93》限值比较可知， 5次谐波超标。

3 有源电力滤波器（APF）

3.1 有源电力滤波器（APF）原理

有源电力滤波器（APF：Active power filter）进行可以对电力系统中谐波进行治理，APF是一种用于动态消除谐波、补偿无功的新型电力电子装置，APF适用于不同频率、不同大小的谐波抑制及补偿。APF可以通过采样线路中电流，分离出存在各次谐波和无功分量，根据谐波和无功量快速响应，主动输出相应大小、频率和相位的电流，抵消系统中负载谐波电流，从而实现动态消谐及无功补偿。

APF通过电力系统中电流互感器检测负载电流，再通过APF内部数字信号处理器（DSP）提取出负载电流中的谐波成分，然后通过脉冲宽度调制（PWM）发送控制信号给APF内部的绝缘栅双极型晶体管（IGBT），IGBT快速开断逆变装置产生一个和系统中负载谐波电流大小相等、方向相反的谐波电流，使其流入电力系统与负载产生的谐波电流叠加，达到消除谐波的目的。

APF分为并联型和串联型，并联型APF主要是消除电流谐波，串联型APF主要是消除电压谐波引起的问题。

电力系统增加APF设备改善10kV系统电能质量，消除系统高次谐波。APF装置配置时需要考虑系统等效基波电流、容量，并为扩能留有裕量。

3.2 APF的特点及优点

对于电力系统谐波的治理，20世纪80年代前多采用LC滤波器，也称无源滤波器。LC滤波器结构简单、造价低、运行可靠等特点，但存在一定的缺陷。比如，无源滤波器的设置需根据电力系统的谐波频率，且只能滤除特定谐波，并有可能存在与电力系统发生谐振。APF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。它能够消除大小和频率不同的谐波、并对无功进行补偿。APF装置在电力系统中的应用，弥补了传统滤波器的缺点，能够实现动态跟踪补偿；达到既补谐波又补无功的现代工业要求[2]。

APF装置的优点：（1）可以消除2-50次谐波，提高供电电能质量；（2）消谐响应速度快；（3）具备滤波功能和无功补偿功能；（4）具备自我保护功能；（5）噪音小、损耗低。

APF装置在电力系统的应用，对系统电能质量及用电客户都起着重要的作用，如利用消除谐波、补偿无功不仅保证了电能质量，也减少了谐波对配电变压器的损害，延长变压器使用寿命；减少了事故停电，保障供电的安全性、稳定性；减少了谐波对配电设备的损害，降低维护工作量和维护检修费用，同时有效延长居民用电设备的寿命，减少居民的经济损失；补偿谐波无功功率，同时保障基波无功功率补偿，减少电能损失，提高供电能力[3]。

3.3 APF的发展

随着计算机技术和芯片技术的发展，智能控制方法将逐步进入实用化阶段。将智能控制方法用于控制有源电力滤波器（active power filter，APF）可大大提高APF 的各项性能。APF利用并联型和串联型及系统情况可以组成多种拓扑结构，无论什么样的结构，APF的控制部分的选取是至关重要的，这决定着能否获得优良的补偿特性。APF起初将脉宽调制（PWM）的实现方法作为控制方法，包括三角波比较法、空间矢量法、滞环控制法、特定消谐PWM 法等。随着工业的发展对电能质量提出更高的要求，对电网的谐波限制也越来越严格，常规的PWM控制方法已难以满足要求。伴随科学技术发展APF控制方法出现了重复控制、模糊控制、常规比例C积分控制、无差拍控制、变结构控制、预测控制、自适应控制、神经网络控制等。其中模糊控制、神经网络控制等属于智能控制方法，是控制论、系统论、信息论和计算机技术交叉结合的产物，在处理实时变化、复杂系统时有明显的优势。

APF的控制方法是当前的研究热点，而智能控制方法则是研究的重点。目前，智能控制在APF中的应用正逐步进入实践阶段，其应用研究已有了长足的进展。在APF自动控制中，存在着大量的优化问题，随着对APF性能要求的提高，利用遗传算法进行参数寻优，之后控制输出最合理的电流及无功，这对APF研究是一项有意义的工作。由于APF神经网络控制器的运算量大，大部分文献中都只给出仿真试验结果，但近年已有采用数字信号处理器控制的实验结果。智能控制有源电力滤波器，绝大部分只是控制器的某个环节应用了智能控制方法，如电流环采用智能控制，而电压环依旧采用常规比例-积分控制，因此APF整体性能的改进在很大程度上会受到限制。如果全部环节均采用智能控制，理论上会很大程度的提高APF的性能，但由于实现起来复杂，这方面的应用还需要进一步深入研究。APF属于非线性系统控制，将智能控制方法和非线性控制方法相结合更能提高APF的性能，将来会是一个较有前途的发展方向[4]。

4 结语

非线性负载的应用会在电网中产生谐波，对供电质量造成污染，按照国标对电能质量的要求，应用APF设备消除谐波，改善电能质量，从而消除由谐波引起的各种故障和事故，能为人们的生活、安全生产带来有力保证。APF作为谐波消除提高电能质量的有效设备的一种，在我国随着电能质量治理的深入，逐步在现场应用和市场销售被越来越多的人所认识，随着各种电力电子技术的迅速发展及使用，智能控制的深入研究，APF具有很大的发展前景和市场潜力。

参考文献：

[1] GB/T14549―93，电能质量，公用电网谐波，中国国家标准[S].

[2]程少炜，潘斌，张挺，邱书明，陈宗源.APF谐波抑制技术的实际应用[J].电气传动，2012（5）：42.