刘海云 刘玉娥 敖俊成
摘 要：在现代科学技术的发展过程中，造成电能质量问题的因素不断增加，同时，人们对电能质量可靠性的要求越来越高。针对这些问题，本文介绍了电能质量事件的成因和危害，对不同种类电能质量事件的检测方法进行了总结分析，同时对电能质量问题未来的发展进行了探究。
关键词：电力系统自动化;电能质量;异常电能事件
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）16-0026-03
Abstract：In the development of modern science and technology，the factors that cause power quality problems are increasing，and people have higher and higher requirements for reliable power quality. In view of these problems，this paper introduces the causes and harmfulness of power quality events，summarizes and analyzes the detection methods of different kinds of power quality events，and probes into the future development of power quality problems.
Keywords：power system automation;power quality;abnormal electrical energy event
0 引 言
对电压、电流、频率、功率等电参数的测量及电力系统谐波分析研究已有多年的历史。随着电网系统和用户负载复杂性的提高，电压、电流波形普遍出现畸形，各种电能质量问题日趋严重，电力公司、用电企业也更加重视电能事件检测分析工作。
1 电能质量的概念
1.1 电能质量定义
在电网系统的发展过程中，电能质量的概念越来越多地被提及。从广义上说，电能质量可以简单分为电压质量和电流质量。电压质量问题主要来源于供电侧，由电力公司负责，电力公司应该提供可保障用户设备正常运行的理想供电电压;电流质量问题主要来源于用电侧，由电力用户负责，现阶段主要是电力用户用电过程中的非线性负载给电网带来的电流谐波畸变。
1.2 异常电能事件的成因
（1）自然环境因素。比如极端的低温、强烈的雷电等天气因素，可能对电力系统造成无法预知的影响，使电网系统中发生异常事故，降低系统供电的可靠性;
（2）电力系统中装置正常运行时的自动保护等因素。比如自动开关装置的跳闸及闭合、大型电力设备的启动和停止等动作，会在电网中产生大量的电压暂升、暂降或中断等异常事件;
（3）电力用户使用冲击性和非线性负载等因素。比如电气化机车的运行、炼钢电弧炉的使用，会导致电网系统中出现谐波畸变等异常事件。
1.3 异常电能事件的危害
电能质量问题会导致较为严重的后果，异常电能事件不仅会影响供电系统的正常安全供电，同时也会给用电系统带来各种各样的危害，直接影响着人身安全和经济效率，具体表现在：
（1）造成用电设备过热，埋下突发性火灾事故的隐患，对设备附近的人身和财产安全形成威胁;
（2）造成用电设备工作不稳定，降低设备工作效率，而且长期如此，必然影响设备使用寿命;
（3）通过电磁感应和辐射，对通信信号的正常传输造成干扰。
2 电能质量事件的检测方法
2.1 频率偏差越限
电网频率的测量基于参考通道基波过零检测的周期法，每10s参考通道电压波形计算出1个频率数值。统计10s内的完整波形个数，除以完整波形的时间，即为基波频率。10s内，频率可能不恰好是50Hz，周期可能不是整数。比如10s内完整周期个数为499，时间为9.984s，则频率为499÷9.984=49.98Hz。
根据《GB/T 15945-2008电能质量电力系统频率偏差》的规定，频率偏差的正常允许值范围为±0.2Hz，即以50Hz标称工作频率为例，若电网频率的测量值不在49.8Hz～50.2Hz范围内，则视为一次频率偏差越限事件。
2.2 电压偏差越限
将电力系统中实际供电电压相对于标称电压的偏差以百分比表示即为电压偏差。当测量值大于标称值时，测量值和额定值之差的绝对值即为上偏差或正偏差。当测量值小于标称值时，测量值和额定值之差的绝对值即为下偏差或负偏差。电压偏差计算基于10周期方均根值，在50Hz系统中即为200ms内10个周期电压测量值的方均根值。
根据《GB/T 12325-2008电能质量供电电压偏差》的规定，在35kV及以上系统中，正负电压偏差绝对值之和的允许范围为10%，10kV及以下三相供电为±7%，220V单相供电则为+7%、-10%。以220V三相供电系统为例，若电压正偏差或负偏差超过7%，则视为一次电压偏差越限事件。
2.3 谐波畸变
电力系统中的谐波是指电压或电流的频率是系统基频倍数的分量。谐波测量分析的阶次通常为50次或40次，幅值以方均根值表示。为了提高谐波测量与评估的准确度，对DFT频谱的分析一般使用子组算法。比如250Hz频谱分量为5%，245Hz为1.2%，255Hz为0.8%，则标示为“250Hz”的第5次谐波子组的幅值，还应该包括245Hz频谱分量及255Hz频谱分量。即第5次谐波为=5.2%，而不是5%。
通常在对电压总谐波畸变率的计算中，对2～50次电压谐波含有率和2～25次电流谐波的有效值进行计算，将计算结果与标准规定的限值比较，如果高于限值，则视为谐波畸变事件。
2.4 三相电压不平衡
在理想的三相交流电力系统中，A、B、C三相应该有幅值相同、相位各相差120°的电压。但在实际的三相系统中，三相的电压幅值互不相等，或相互间的相位差不为120°，即为三相电压不平衡。三相系统可以分解为正序、负序和零序三个对称的分量，三个分量中三相幅值相等，相位分别互差120°、-120°和0°。负序分量相对正序分量的百分比为负序不平衡度，零序分量相对正序分量的百分比为零序不平衡度。
按照《GB/T 15543-2008电能质量三相电压不平衡度》的规定，电网正常运行时，负序电压不平衡度不得超过2%，短时不得超过4%。若计算值超过限值，则视为电压不平衡事件。
2.5 闪变越限
闪变反映了灯光闪烁对人类的影响程度，由供电电压变动的频率和每次变动的程度这两个指标决定。闪变严重度的评估采用“灯-眼-脑”模型，对经过预处理的电压数据进行平方运算、加权凌波和平滑计算，模拟灯光的闪烁效果、人眼的频率选择和人脑的视觉反应，最后对瞬时闪变值统计分析，得出闪变严重度评估结果。
按照《GB/T 12326-2008电能质量电压波动和闪变》的规定，在大于110kV的系统中，长时间闪变的限值为0.8，其余为1。以35kV系统为例，长时间闪变的测量值若大于1，则视为一次闪变越限事件。
2.6 电压快速变动
电压快速变动事件反映两个稳态电压之间，供电电压幅值的变化情况。评价电压方均根值变化状况的特征参数包括稳态的稳定性，稳态的最小持续时间，两个稳态之间的最小电压差和两个稳态之间的最小变化速度。
电压快速变动事件的检测从稳态的捕捉开始，稳态的判断要基于稳态容差和最小稳态时间的设定。捕捉到两个相邻的稳态后，对其间的电压变动过程进行分析。若变动过程中的电压差和变化速度均大于设定的阈值，则视为一次电压快速变动事件。其中，变化速度的判定可以基于稳态差值或变动过程中的极值。
2.7 电压暂升暂降中断
电压的暂升、暂降和中断，都是电网系统最常见和最重要事件的其中一部分，对电网系统的正常稳定运行有重要的影响。电压暂升、暂降、中断的基础测量、事件检测，是基于半周期刷新的一周期方均根值（Urms（1/2））。这三种事件的评估，均采用2个特征参数，即深度（或剩余电压）和持续时间。
出现较为严重的暂升、暂降或中断事件后，电网电压通常会在触发值附近发生变化。迟滞设置可以避免将这种在电压恢复过程中的缓慢变化纪录为另一个事件。需要注意的是，多相系统中，电压暂升暂降和中断事件需要同时对各相的Urms（1/2）进行评估，比如三相系统中对电压中断事件开始的判断，需要三相的Urms（1/2）均低于设置的中断阈值。
2.8 冲击电流
冲击电流事件的检测使用每个半周期内测量的RMS电流（Ihalf_cycle_rms）。当Ihalf_cycle_rms高达预设的冲击电流阈值时，冲击电流事件开始;当Ihalf_cycle_rms低至冲击电流阈值减去用户设定的迟滞值后，事件结束。每一个半周期间隔应该连续、无重叠。阈值设置通常大于标称电流的120%。
冲击电流事件可以进一步由三个参数描述，冲击电流开始至结束的时间、冲击电流Ihalf_cycle_rms的最大值和冲击电流事件期间所测量的Ihalf_cycle_rms值的方均根值。
3 电能质量问题的发展
在现代社会中，电力是影响国民经济发展的重要基础产业之一。随着科学技术的发展，各种复杂精密的用电设备不断普及，对电力系统可靠性的要求也更高。与此同时，生产环境中大型电子装置的启动停止、电力用户对非线性负载的广泛使用等各种因素造成电力系统中异常事件日益增多。这两方面的矛盾越来越突出，对人类正常生产和生活造成的危害和损失也越来越大。
在我国，经过一段经济快速增长的时期后，人们不再一味地追求发展的速度，而是越来越关注发展的质量。在电力系统领域，人们会更加关注电力系统的可靠性和稳定性。提高电能质量，减少电网中的异常事件，已成为我国发展过程中迫切需要解决的重要课题。
4 结 论
在社会经济水平持续发展的情况下，电能质量问题对社会生产、人民生活的影响日趋严重。基于这一情况，本文特别针对异常电能事件这一点进行了探究。首先介绍了电能质量的基本概念和异常电能事件的成因及危害，然后总结分析了各种类型电能质量事件的物理意义、检测方法和评估标准，最后对电能质量问题未来的发展进行了展望，特别强调了我国在发展过程中应对电能质量问题的重要性和紧迫性。虽然经过多年的研究，世界各国对电能质量问题的处理已经积累了一定的经验，但也要认识到电能质量问题仍处在不断发展变化的过程中。面对新的挑战，组织起全面开展电能质量理论与方法、标准与评估、监测与治理等领域的研究势在必行。
参考文献：
[1] 林海雪.现代电能质量的基本问题 [J].电网技术，2001（10）：5-12.
[2] 张逸，林焱，吴丹岳.电能检测系统研究现状及发展趋势 [J].电力系统保护与控制，2015（2）：138-147.
[3] 丁泽俊，朱永强，陶顺.事件型电能质量的综合评估 [J].电网技术，2011，35（2）：84-87.
[4] 刘金鑫，李鹏，崔红芬，等.微网中电能质量问题及其治理措施研究 [J].中国电力，2012，45（3）：38-42.
作者简介：刘海云（1991.04-），男，汉族，甘肃兰州人，软件工程师，本科，研究方向：嵌入式开发、电能质量;刘玉娥（1990.08-），女，汉族，甘肃张掖人，测试工程师，本科，研究方向：嵌入式测试、电能质量;敖俊成（1989.11-），男，汉族，四川广安人，软件工程师，本科，研究方向：嵌入式开发、电能质量。
