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电能质量分析仪范文1
中图分类号：TM935 文献标识码：A
1 概述
电力系统在运用新兴技术与产品的同时，也会带来一系列不能预知的影响，特别是电力系统非线性元器件在电力建设中广泛应用，产生了许多不可控的客观因素，严重影响电能质量，比较突出的影响因素是是谐波干扰，电能质量是电力企业的生命线，所以谐波测量的相关研究受到广泛重视。在电能质量谐波测量频谱分析的主要算法是傅利叶变换，但傅利叶变换方案会导致频谱泄露与栅栏效应的问题，常用的防止频谱泄漏的方法是加权窗函数，但其缺点是同时降低频谱精确率；而防止栅栏效应的常用方法是增加分辨率来实现，但随之随之而来的问题是要保证一定的频谱分析长度，对采样长度的要求相应提高了。由于各生产商的技术水平并不一致，如果要增加采样长度、提高分辨率的硬性条件，对于现实生产具有一定的难度，论文结合实际情况，探讨了频谱分析长度的另一途径，并在实践检验中得到积极评价。
2 频谱测量的算法原理
2.1 离散傅立叶变换原理
由于谐波信号的长度不能完全测量，所以一般采用离散傅立叶变换方式，进行部分截取，
可以设定无穷信号为：
Xm=Am×sin（ωm×t）
当时间t在（0，T]范围内时，ωT（t）（截取的窗函数）的值就为1；当时间t>T时，ωT（t）（截取的窗函数）的值就为0，而有限长信号的表达式为：
Xm0=Xm×ωT（t）
经过离散傅立叶变换有限长信号的结果可以表达为：
Xm（k）=Xm（2πkF）/T
=Am×sin[2πFT（k-m）/2]×e-j[πFT（k-r）+π/2]/[πFT（k-r）]
在上式中F-频率分辨率，m-整数，f-频率，可以推导出，当k=m时，Xm（k）=Am×ejθ；
而当k≠m时，则有Xm（k）=0。
不难得出，m取整数与否，直接影响到频谱分析测量的精确度，当m取整数时，有限长信号傅立叶变换得到单一的频谱分布线，提高测量精度；当m不为整数时，傅利叶变换会有频谱泄露的现象发生，谐波信号的频谱分布为：
Xm（k）=Xm（2πkF）/T
=Am×sin[2πFT（k-m1-r）/2]×e-j[πFT（k-m1-r）+π/2]/[πFT（k-m1-r）]
由上式可以分析出，m不取整数时，变换的频谱是分散的，而不是在一条谱线上的。
2.2 加窗算法原理
有2.1可知，当m不为整数，即信号的f不是F的整数倍时，会产生频谱泄漏现象，并且对测量造成较大的干扰，针对这一问题，提出了加窗算法解决方案，在常见的非整数倍影响因素中，有两大原因：其一，在实际采样时，由于频率的波动，导致信号f分量不以F的整数倍出现；其二，在有限信号长度截断时不是以周期为单位的。在截取的窗函数使用特性中，汉宁窗的是矩形窗2倍，可以有效的防止泄漏，但会造成阻带衰减迅速、频谱分辨率低的特点；而采用矩形窗时，可以将频谱分辨率优化到最佳水平，但问题是会引发泄漏，并且阻带衰减速度较慢。综合分析各窗函数的优缺点，现阶段汉宁窗的运用比较广泛，其综合性能比较优越，但具体使用过程中还要依据频谱分析的实际需要，选择合适的窗函数，一般汉宁窗的离散时域表达式为：
WH（n）=[1-cos（2πn/N-1）]×RN（n）/2
RN（n）-矩形窗函数的离散时域。
用汉宁窗截取无限长信号Xm（t）得到的频域可表示为：
XmH（k）=Xm（k）/2-Xm（k-1）+Xm（k+1）]/4
有上式可以分析出，加权汉宁窗会对频谱分辨率有削弱作用，同时使信号汇集于主瓣宽度， 但能够对阻带衰减带来积极效果，防止频谱的泄露现象。在具体的计算当中，还必须考虑到误差，引入校正系数。由于汉宁窗在厂家受到普遍应用，其检测方法和研究仿真都具有典型性，在采用其他窗函数降低频谱泄漏时，汉宁窗的研究方案同样是适用的。
2.3 分组算法原理
依据我国制定的标准要求，快速傅立叶变换计算得到的各频率分量后，还要经过分组，设定Uk对应的离散傅立叶每隔5Hz的输出分量，则h 次谐波子组的测量输出可以表示为：
Uh=（ΣU（k+i））1/2
k对应顺序为h的谐波。
3 频谱分析长度检测方案
由以上分析可以知道，当m取整数时，即信号的f为F的整数倍时，可以防止频谱泄漏的发生，而电能质量分析仪合格时可以对整数倍的谐波做到精确有效的长度检测，一旦m为非整数时，则超出了电能质量分析仪准确分析的能力，会导致频谱泄漏。一般为了减少泄漏，采用汉宁窗算法，F（频率）=1/T（周期），如果系统频率为50Hz，相应的频谱分析检测长度以10个周期为标准，汉宁窗加权对应的周期波为20，频率则为5Hz。而分组算法会干扰分析结果，所以，需要对是否采用加窗算法和分组算法进行检测，常见的检测方案如下所述：
（1）对电能质量分析仪进行检测，并且以5Hz为指标，观察其频率分辨率是否达到该要求。
（2）在对电能质量分析仪的分辨率进行检测后，其次要证实分组算法是否得到采用。
（3）在被检测的电能质量分析仪达到5Hz的频率要求时，则要对分组有否进行检测，并且两种情况下，还要对是否采用了汉宁窗算法进行检测。
（4）电能质量分析仪的质量精确性要得到确认，其误差可以设为p。
4 频谱分析长度检测项目
4.1 分辨率与分组算法的检测
依据要求，必须对分辨率和分组算法是否采用进行检测，首先设置检测信号，其表达式为：
X（t）=X0（t）+Xk-1（t）+Xk（t）+Xk+1（t）
=21/2A0×sin（100πt）+21/2Ak -1sin[2π×（50h-Δf）×t]+21/22Aksin（2πh×50t）+21/2Ak +1sin[2π（50h +Δf）×t]
上式当中，Δf=5Hz，h表示谐波次数，并且取值h依次为2，3，4，……
一般频谱泄漏的情况发生在频谱分辨率超出或低于5Hz，会导致谐波的测量精确性受到削弱。但在对h 次谐波输出值的具体数据分析时，由于信号的频谱泄漏的区域相当大，条件比较复杂，要综合考虑信号的频谱分辨率、频率和幅值因素。可以通过Matlab仿真方式，根据h次谐波的输出，以频率5Hz为基本指标，对频率分辨率的检测进行分析。由上述原理，当h次谐波为Ak时，则可以判断检测过程中没有运用分组算法；当h次谐波为Uh=（A2k-1+A2k+A2k +1）1/2，则可以判断出检测过程中运用了分组算法。
4.2 加窗检测
电能质量分析仪的频谱分析分辨率的检测频率定为5Hz，当设置的信号Δf为F的非整数倍（m取非整数），表示则频谱信号发生了频谱泄露现象，干扰测量。具体分析频谱泄漏的可能性，针对测量结果，加窗加权的处理可以采用汉宁窗、哈明窗、或矩形窗等方式。设定A1/A0=0.02，A2/A0 =0.06，仿真之后，针对未分组与已分组的两种情况，得到的谐波含量与频率的曲线。栅栏效应会很大程度上削弱测量的精度，而汉宁窗算法的运用可以明显降低频谱泄漏的可能性，但加窗必须按照标准进行操作，因为超出标准耳朵加窗方式难以达到减少频谱泄漏的目的。加窗结果的分析依有分组与未分组之分，图2是未分组时的谐波含量与频率关系，图3是已分组时的情况，测量的分析结果如图1、图2所示。
未分组算法的信号检测：
X2（t）=100×21/2sin（100πt）+2×21/2sin（300πt）+6×21/2sin（313πt）
已分组的信号检测x2
X2（t）=100×21/2sin（100πt）+2×21/2sin（300πt）+6×21/2sin（323πt）
结语
在电能质量的干扰因素分析是电力系统的重要课题，涉及到频谱分析的检测主要考虑栅栏效应和频谱泄漏现象，针对分组算法和加窗算法的检测可以很大程度上提高检测的精确度，相关实验研究也利于电力系统的改善。
参考文献
[1]郑恩让，杨润贤，高森，蔡维，等： 电能质量分析仪谐波测量频谱分析长度检测.关于电力系统FFT 谐波检测存在问题的研究[J].继电器，2007，34（18）：52-57.
电能质量分析仪范文2
关键词：电能计量装置；技术改造；效益分析
中图分类号：TM933.4文献标识码： A 文章编号：
一、早期客户电能计量装置存在的主要问题
早期客户电能计量装置在技术上不满足电能计量装置技术管理规程的要求，且存在重大窃电隐患，主要问题有：
1、大电流直接接地系统应该采用三相四线电能计量方式，实际上采用三相三线电能计量方式；
2、电压互感器的准确等级为0.2级,实际为0.5级，电压互感器无专用计量绕组；
3、电流互感器的准确等级为0.2S级,实际为0.5级，小电流时电流互感器计量准确性不满足规程要求，电流互感器无专用计量绕组；
4、PT二次压降引起的误差超过规程规定标准；
5、二次回路的保险和试验端子锈蚀，采用非测量试验端子，使电能表现场检验工作无法开展；
6、电能表采用机电式复费率表，小电流计量准确性差，易于窃电，无事件记录，功能少。
7、电能计量装置不能实施全方位铅封。即互感器接线端、接线端子排、电能表接线盒、电能计量柜（箱）门不能铅封；
8、电能计量装置安装极不规范，难以检查接线的正确性。
二、大客户电能计量装置改造项目安排
结合实际工作情况考虑，根据用电量、客户数量、电能计量装置存在的问题以及改造的难易程度等，将重点放在1500户10千伏客户电能计量装置改造，并确立了客户电能计量装置外移的改造方案。将客户处的电能计量装置外移，安装在产权分界点，采用干式组合互感器，多功能电子式电能表，计量箱。
三、大客户电能计量装置改造项目完成情况
大客户电能计量装置改造是一个系统工程，内部涉及生产、营销、调度、安装、检修、物资等部门的密切配合，外部需要得到政府部门的政策支持和用电单位的理解配合。面对改造点多、面广、施工时间短、外移改造任务重，且改造工作涉及客户停电等具体情况，各单位加强领导、精心组织、共同努力，顺利实施了大客户电能计量装置的外移和改造工作，实现了技术创新和管理创新。
四、技术分析
大客户电能计量装置外移、改造项目的实施，从技术手段上大大提高了电能计量装置的准确等级、可靠性和防窃电性，使窃电客户想为而不能为，起到了防止国有资产不流失，防止窃电，降低线损，提高企业效益的作用。现从技术方面具体分析如下：
1、设备选用上：具有先进性，解决了大客户电能计量装置陈旧老化，存在安全隐患的问题。
1） 10KV组合互感器：选用了0.2S级环氧树脂真空浇注的干式组合互感器，淘汰了传统的油浸式产品，避免了油浸式组合互感器易漏油，容易产生炸裂，易窃电的问题，同时CT具有多变比，可根据客户负荷的变化调整CT变比的大小，既节省了投资，又便于准确计量。
2）电能表：在准确等级上选用了0.5S级或1.0级的全电子式多功能电能表，提高了电能计量的准确性，且考虑到客户电能计量装置外移后，由于室外环境条件变化而导致的电能表误差的变化范围超出规程规定的要求，要求选用的电子式多功能电能表必须通过专业部门所做的高温、低温、高湿模拟试验，且实验结论合格。在功能上要求电能表具有事件记录、月末或任一指定日的电量冻结功能、电压和电流存储功能、红外停电唤醒抄表功能、分别记录正、反向无功电量的功能。为追补电量的计算、防止窃电、冻结日和停电抄表、力率考核，防止无功过补偿现象，提供了技术手段。特别是对客户电量的冻结日抄表、每15分钟电压和电流存储（存储45天的数据），对实现真正意义上的定时抄表、电能计量装置故障后追补电量计算和对窃电取证具有重大意义。
3）计量箱：选用了具有磁性密码锁功能的全封闭式计量箱。该封闭式电能计量箱严格按照电能计量技术管理规程要求进行设计。计量箱门采用三个方向闭锁和密码锁提高了防窃电功能。该计量箱内配置了供电能表现场检验用的专用试验端子便于现场检验工作的开展，同时可根据客户需要安装不同类型的采集器便于表计信息的采集。
2、电能计量器具准确等级配置和检定方面，严格按照DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》的要求进行配置和检定。电能计量器具准确等级配置合理、计量方式正确，且电能计量器具经电能计量中心逐只检定，严格把关，检定合格后才能安装使用，从源头上解决了电能计量装置配置准确度等级低、计量和测量回路共用电力互感器二次绕组，电能计量器具特别是互感器没有按照周期进行轮换的问题。
3、改变了高供低计的不合理计量方式，将线路损失和变压器损失都作为客户用电量记录，提高了电能计量准确性。
4、封闭性上：采用了户外干式整体浇注组合互感器和具有磁性密码锁功能的全封闭式计量箱。且户外干式整体浇注组合互感器二次接线盒与计量箱之间的连线，采用了7芯铠装二次电缆；与户外干式组合互感器相连的一次导线更换成了绝缘线，其一次接线端头采用热缩套进行了热缩封闭，并对所有的二次接线盒、接线端子、电能表实施了铅封，对所有计量柜（箱）的门进行了铅封或加锁。解决了客户处“全敞开式”电能计量装置难以实施有效封闭，难以有效防范窃电的问题。
5、电能表现场检验方面：计量箱内配置了供电能表现场检验用的专用试验端子，且能实施有效封闭，为现场检验工作的开展提供了条件。
电能质量分析仪范文3
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.
电能质量分析仪范文4
【关键词】暂态电能质量扰动；基本特征；质量检测现状
一、定义
暂态电能质量问题是近年来随社会信息化的发展而逐渐暴露出来的新问题。对这些电能质量问题的研究还处在起步阶段，如何界定暂态电能质量问题，用什么样的特征进行描述，怎样制定合理的指标进行评估等，都还缺少成熟的经验和方法。目前，国际电力电子工程师协会IEEE根据电压扰动的频谱特性、持续时间、幅值变化等，将电压扰动分为长时、短时和瞬时的电压扰动三大类，并把长时扰动所引起的电能质量归结为稳态电能质量问题，把瞬时和短时扰动所引起的电能质量归结为暂态电能质量问题，其主要表现形式有电压脉冲、浪涌、暂态振荡、电压跃落、毛刺或尖峰、电压突起、电压中断及电压短时闪变等，目前国际和国内还没有此方面的统一标准，目前被普遍接受的评价指标有电压短时变动和电磁暂态。暂态电能质量问题的实质就是暂态电压质量问题。暂态电能质量问题的研究起步较晚，国内刚刚有所认识，它属于稳态电能质量问题的延伸，影响范围小，但后果却比较严重。
暂态电能质量问题产生的原因较为复杂，发生的频度较为偶然，它主要是系统遭受外来干扰、内部故障或正常操作情况下发生的过渡过程，而且与电网结构、电网联系强度、敏感负荷的用电特性等因素有关。另外，暂态电能质量扰动的随机性大、持续时间短，传统的基于均方根的检测技术已不适用，这些因素使暂态电能质量分析与检测的难度增大。这也是目前暂态电能质量分析和检测方法还不成熟的原因。
二、暂态电能质量扰动的基本特征
1.短时电压变动
由于电力网中发生短路故障、短路器操作、大型变压器或电容器的投切，引起短时电压上升、短时电压下降或短时电压中断等，这均为偶然的电压变动。
（1）短时电压上升。短时电压上升是指在工频条件下，电压或者电流的有效值上升到额定电压的1．1—1．8p.u，然后又恢复至正常电压，这一过程的持续时间为0．5个周波到1min。短时电压上升也称电压骤升、电压突起、电压升高或电压突出。短时电压上升分即时电压上升、瞬时电压上升和暂时电压上升。即时电压上升是指持续时间0．5—30周波的短时电压上升，瞬时电压上升是指持续时间30周波一3s的短时电压上升，暂时电压上升是指持续时间3s—lmin的短时电压上升。
（2）短时电压下降‘短时电压下降是指供电电压有效值突然降至额定电压的0．9一0．1p．u，然后又恢复至正常电压，这一过程的持续时间为0．5个周波到lmin。短时电压下降又称电压跌落、电压骤降、电压降低、电压下跌或电压凹陷。短时电压下降分即时电压下降、瞬时电压下降和暂时电压下降。即时电压下降是指持续时间0．5—30周波的短时电压下降，瞬时电压下降是指持续时间30周波一3s的短时电压下降，暂时电压下降是指持续时间3s—lmin的短时电压下降。
（3）短时电压中断。短时电压中断是指公共电压有效值小于额定电压的o．1p．u，持续时间0．5周波一1min的过程。短时电压中断也称电压间断，分为即时电压中断、瞬时电压中断和暂时电压中断。即时电压中断是指持续时间0．5—30周波的短时电压中断，瞬时电压中断是指持续时间30周波一3s的短时电压中断，暂时电压中断是指持续时间3s—lmin的短时电压中断。
2.电磁暂态
电磁暂态（暂态过程）指电力系统从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时电压或电数值的暂时性变化。电磁暂态的持续时间小于短时电压变动。
3.暂时过电压
按照GB／T18481—200l《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》规定，峰值超过系统最高相对地电压峰值或最高线间电压峰值的任何波形的相对地或相间电压分别为相对地或相同过电压，而把持续时间小于l0ms的过电压称为暂时过电压。电能质量电磁暂态会在电力系统中产生暂时过电压。暂时过电压有瞬态过电压和暂态过电压之分。瞬态过电压是指持续时间以微秒计的过电压，例如由雷电引起的过电压。暂态过电压是指持续时间以毫秒计的过电压，一般因电网故障引起的。
暂时过电压一般由于系统中的操作、故障或非线性引起的过电压，可用其幅值、振荡频率、总持续时间或衰减量来表示，作用在电气设备上的各类过电压的典型波形见表1所示。
三、现状
暂态电能质量检测包括特征值的获取、时间定位、扰动类型识别、空间定位和扰动溯源。目前，暂态电能质量检测研究热点集中在特征值的获取、时间定位和扰动类型识别三个方面，空间定位和扰动溯源问题由于难度更大尚未提到议事日程。按所采用的不同分析方法，暂态电能质量检测技术主要可分为时域、频域和变换域三种。近年来，基于数字技术的各种时域、频域和变换域方法已在电能质量领域中得到广泛研究和应用。
暂态电能质量检测方法还不十分成熟，因此国内外对暂态电能质量检测的研究大部分处于理论阶段，提出了各种各样的理论方法，如小波变换、神经网络、模糊逻辑、专家系统、遗传算法、镕里叶变换、概率统计、证据理论、分形几何及其他方法。随着研究的深入，小波变换及以小波变换为基础的复合方法成为暂态电能质量检测方法研究的热点，并逐渐成熟，且已经取得了一些工程应用成果。其他方法或者由于不适宜用于非平稳信号的检测，或者自身理论不成熟，或者工程实现难度大，或者存在较大的检测原理误差，在暂态电能质量检测中，尚未体现出很好的发展前景。小波变换是近年来发展起来的一种数学分析方法，被认为是继傅里叶变换以来的又一重大理论突破。由于小波变换对非稳定信号很敏感，而对近似稳定的信号不敏感，所以它对检测和抽取不同的暂态电能质量扰动特征很有用，许多工作者已使用小波变换来快速判定和溯源暂态电能质量扰动。
参考文献
[1]许童羽，朴在林，陈春玲.提升小波在暂态电能质量扰动检测与定位中的应用[J].农业工程学报，2011年05期
电能质量分析仪范文5
关键词：电能质量；谐波电流；谐波抑制；无功补偿
中图分类号：R363文献标识码： A 文章编号：
引言
随着国民经济的发展与科学技术的进步，特别是冶金，化学等现代化大工业和电气化铁路的发展，造成电网负荷加大，电网系统中的非线性负荷及波动性负荷使得电网发生严重的电压波动，产生各次谐波，闪变，三相不平衡等各种问题，从而造成电能质量的严重问题。而电能质量的下降又严重的影响了各种供用电设备的运行安全，增加了用电的经济成本，降低了人民的生活质量。
由此，提高电能质量就成为一个避免不了的问题。电能质量指的是在电网公共连接点处对用户的供电电压质量和电力用户在电网公共连接点处对电网的干扰水平[1]。通过电能质量的定义，可以看出，要提高电能质量，可以从两个方面进行努力：一是提高公用连接点处的供电电压质量；二是降低电力用户在公用连接点处对电网的干扰水平。而要解决这两个方面的问题，都要对其进行检测和治理。本文主要从降低用户对电网的干扰水平着手，先分析基层用户用电中存在的问题，再从这些问题着手，对其进行监测，并给出治理措施。
1 基层用户用电存在的电能质量问题及其可能造成的影响
通过对基层用户开展调查，发现基层用户的用电负荷类型一般为各种类型的非线性用电设备，如各种视频显示设备，节能照明设备，家用电器，各种整流和调速驱动装置等。而随着高速铁路和客运专线的快速发展，电气化铁路也成为影响城市用户电能质量的一个重要负荷。
分析这些设备的电能质量特性，可以发现接入电网后会对电网产生以下电能质量问题：
（1）产生大量的零序三次谐波电流，使低压供电母线三次谐波电压严重超过国标允许范围，影响低压设备的安全正常运行；
（2）中性线上的三次谐波电流过高，使中性线发热，增大线损；
（3）各种低压用电设备的三次谐波电流含有率往往高达50%以上，致使电流有效值远远大于基波电流有效值，其视在功率远大于基波视在功率，功率因数也远远小于基波功率因数，导致低压电网谐波电压超标和线损增加。
图1就是基波与三次谐波的示意图，从图中可以看到谐波电压与基波电压的叠加所得到的合成波，已经造成严重的电压畸变。
图1 谐波示意图
（4）电气化铁路机车负荷具有单相性、非线性、随机波动性以及再生制动的特点，会引起三相电压不平衡、谐波和电压波动等电能质量问题[2]。由于电气化铁路用电电压、接线方式、电气特性等的特殊性，需要专门进行监测和治理之后才能注入低压供电系统，所以本文不予过多考虑。
根据基层用户存在的电能质量问题，主要就是三次谐波和无功功率问题。谐波会对电网、变压器和旋转电机、继电保护和电力测量、通信系统等造成一系列的影响，主要表现在：
（1）对电网的影响。谐波电流会产生有功功率损耗，在采用电缆的输电系统中除了引起附加损耗外，还会加速电缆绝缘的老化，造成绝缘损坏，进而发生短路，引起火灾；
（2）对旋转电机和变压器的影响。谐波主要引起附加损耗和过热，其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压，严重时甚至会损毁电机；
（3）对继电保护和电力测量的影响。对部分晶体管型继电保护器来说，谐波会改变其性能，引起误操作或者拒绝操作。而对于电力测量来说，如果负载不是谐波源，则会在负载上产生有害的谐波损耗，若用户是谐波源，向电网输出的有害的谐波有功功率比他所消耗的基波有功功率要少，这同样都会造成电力测量的误差；
（4）对通信系统的影响。谐波干扰会引起通信系统的噪声，降低通话的清晰度，严重时更会引起信号的丢失，在谐波与基波的共同作用下还引起电话铃响，严重时甚至会危及设备和人身安全。
同时，基波无功功率对公用电网也会产生如下影响：
（1）增加设备容量。无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。同时，电力用户的启动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大；
（2）设备及线路损耗增加。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路损耗增加；
（3）是线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。例如电动机在启动期间功率因数很低，这种冲击性无功功率会使电网电压剧烈波动，甚至使接在同一电网上的用户无法正常工作。电弧炉、轧钢机等大型设备会产生频繁的无功功率冲击，亚种影响电网的供电质量。
2 基层用户电能质量的监测
用于电能质量监测的仪器有很多种，可以根据不同的测试内容和测试目的，我们选用 “联能电能质量检测”的不同仪器进行检测，在线监测应该选用电能质量远程监测仪，而专项监测应选用便携式多通道电能质量分析仪，简单的谐波监测一般用手持式谐波分析仪，而基层用户电能质量的问题一般就是谐波和无功功率补偿问题，特别是三次谐波和无功功率补偿问题，因此，对于各个小区用户一般可以采用简单，实用的手持式谐波分析仪。在实际使用中，不管采用哪种装置或仪器，都要对其所采集到的数据进行存储，分析和处理。再根据处理结果，对电网电能质量问题做出合适的应对措施，达到改善电网电能质量的效果。
3 基层用户电能质量的治理
由于基层用户电能质量主要存在的是谐波和无功功率问题，而要对其治理就是要对其进行谐波抑制和无功功率补偿。而要进行谐波抑制和无功功率补偿主要有两条思路可以进行考虑：一是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且把其功率因数控制为1。这一种在本文所提供的模型中显然不适合，故，可以不予考虑。二是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这显然对于各种谐波源都是实用的。所以，这是本文所要考虑的主要思路。传统的谐波补偿装置一般采用LC调谐滤波器。这种装置虽然结构简单，且在补偿谐波的同时还可以补偿无功功率，但是，其补偿特性易受电网阻抗与运行状态的影响，易与系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁[3]。因此除了部分小区可以采用外，在整个区域中一般要慎重使用。而随着技术的发展，目前，采用有源电力滤波器(APF)已经成为谐波抑制的一个重要趋势。
有源电力滤波器是一种用于动态抑制滤波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。它的基本工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。因此应用特别广泛。目前实际应用的有源电力滤波器根据其与补偿对象的连接方式来划分，可以分为并联型与串联型，现在所用的装置几乎全是并联型的。这些装置可以单独使用，也可以根据实际情况，与LC滤波器混合使用。图2就是有源电力滤波器的系统构成。
图2有源电力滤波器的系统构成分类
4 结语
现在我国对于谐波抑制和无功功率补偿的研究已经进入一个非常活跃的阶段，社会对这一技术的需求的呼声也越来越响亮。虽然现在已经取得一定的成果，但是像静止无功发生器（SVG）等技术的研究并不是特别成熟，还有待于研究人员继续努力。
参考文献
[1] 欧盟—亚洲电能质量项目合作组. 用户电能质量测试评估与解决方案案例集[M]. 中国电力出版社,2009
[2] 于坤山，周胜军，王同勋等.电气化铁路供电与电能质量[M].中国电力出版社,2010.12
电能质量分析仪范文6
电机是工业的骨架。据美国能源部估计，仅仅在美国，工业设备中就运转着4000万台电机，这些电机耗用了整个工业所消耗电力的70％，这就足以说明电机的重要性。
若电机超过额定温度，那么电机的温度每升高10℃，则电机的寿命将缩短一半。
电机的检测是保证正常生产及系统运行的一个重要措施。因为在关键的传送系统出现故障时，不可避免地会增加成本，需要重新分配人工和材料，从而使生产效率降低，造成巨大损失，并可能影响到人员的安全。
红外热像仪在电机检测中的应用 电机的部件较多，发生故障的部位及原因也较多，通过红外热像仪可发现如下一些问题。
1 电气接线(电气接线盒外壳)
问题点①：接线端子过热
可能原因：连接松脱、接线端子氧化腐蚀、连接过紧。
建议措施：重新连接或更换接线端子。
问题点②：电缆过热
可能原因：不平衡电压或过载。
建议措施：使用万用表、钳表或电能质量分析仪予以确认具体原因。
2 电机外壳温度分布
问题点①：外壳部分区域温度过高
可能原因：内部铁芯、绕组因绝缘层老化或损坏导致短路。
建议措施：拆卸外壳进行检修。
问题点②：外壳整体温度过高
可能原因：空气流动不充分导致散热故障。
建议措施：如果停机时间短，则只对电机空气进口格栅进行清洗，并在下一次有计划的停机检修中，安排一次彻底的电机清洗。
3 与电机连接的轴承、连轴器
问题点：轴承、连轴器温度过高
可能原因：不良或轴未对正。
建议措施：检查情况或对轴进行调整。
如何用红外热像仪测量内部温度
每台电机都在一个特定的内部温度下运转。其他部件的温度不应与电机外壳的温度一样高。所有电机的铭牌上都应列出标准运转温度。虽然红外热像仪无法看到电机内部，但外部表面温度足以指示出内部温度高低。随着电机内部温度的升高，其外表面的温度也升高。下面通过一个检测实例，看看如何得到电机内部温度。
我们要检测一个F级电机的温度，其最高温度限制为135℃(外壳上的铭牌中有标示)，我们可用一个接触式温度探头(如K型热电偶、Pt100铂电阻等)安装在电机内部(注意绝缘)，同时使用红外热像仪检测对应外壳的温度，热电偶得到的温度与热像仪得到的温度差即为修正值，通过实验我们得知F级电机内部与外壳的温差一般在30～40℃(内部温度高)，故只要该级电机外壳温度控制在90℃以下即可保证正常运行。
注意：不同级别的电机内部空间和温度传递均不一样，若检测电机的级别改变，必须按上述测试方式得到新的修正值。
