一文了解电能质量基础知识

一、什么是电能质量？

电能质量，从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。

其可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

在现代电力系统中，电压暂降和中断已成为最重要的电能质量问题。其中：

1、电压质量

是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。

2、电流质量

反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。

3、供电质量

其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。

4、用电质量

包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。

二、衡量电能质量的主要指标衡量电能质量的标注包括：电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡、谐波和间谐波、电压的波动和电压的闪变。    1、电压偏差：电压偏差指的是供电电压不稳定，存在电压上升或下跌情况。    2、频率偏差：所有电网对电网频率要求相同，不会因不同的电能用户而改变，频率偏差每个国家都有相应的规定。    3、电压三相不平衡：三相电压的值超过规定标准。    4、谐波和间谐波：频率是基波整数倍表现为正弦的电流或电压称之为谐波。非整数倍的则统称为间谐波。

5、电压波动和闪变：电网内电压有规则的变动称为电压波动，或是变化幅度倍数在0.9-1.1之间的随机变化。闪变则是指电压的不稳定对灯泡照明的视觉影响。

三、电能质量所涉及的小行业及主要产品    电能质量所涉及的小行业主要包括：    1、无功补偿：按电压等级划分：主要分为高压无功补偿和低压无功补偿；按不同的产品和功能划分，主要无功补偿设备：TSC、LC型无源电力滤波器、SVC、STATCOM（SVG）。    2、谐波治理：有源滤波器（APF）、无源滤波器。    3、电能质量检测；

4、其他电能质量问题。

四、电能质量的衡量指标

衡量电能质量的标注包括：电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡、谐波和间谐波、电压的波动和电压的闪变。

1、电压偏差：电压偏差指的是供电电压不稳定，存在电压上升或下跌情况。    2、频率偏差：所有电网对电网频率要求相同，不会因不同的电能用户而改变，频率偏差每个国家都有相应的规定。    3、电压三相不平衡：三相电压的值超过规定标准。    4、谐波和间谐波：频率是基波整数倍表现为正弦的电流或电压称之为谐波。非整数倍的则统称为间谐波。

5、电压波动和闪变：电网内电压有规则的变动称为电压波动，或是变化幅度倍数在0.9-1.1之间的随机变化。闪变则是指电压的不稳定对灯泡照明的视觉影响。

五、电能质量有哪些国家标准？    1、供电电压偏差（GB/T12325—2008）    2、电压波动和闪变（GB/T12326—2008）    3、公用电网谐波（GB/T14549—1993）

4、三相电压不平衡（GB/T15543—2008）

六、电能质量的特点

电力生产企业并不能完全控制电能质量，有些电能质量的变化是有电力用户引起的(比如，谐波、电压波动和闪变等)，或是自然灾害及非控制因素引起的。

在不同的时间内供用电的电能指标通常是不相同的，既是电能质量在空间和时间上是处在不停的变化之中的。

七、引起电能质量的原因    1、电力系统元件存在的非线性问题

电力供电系统中元件的非线性问题有：发电机正常工作中产生的谐波;电网中各变压设备产生的谐波;直流输电产生的谐波;经过高压后的输电线路对谐波的放大作用。另外，并联电容器在变电站中的设置等因素也都会造成谐波的出现。这些因素中直流输电因素是现在电力系统中产生谐波的主要因素。

2、非线性负荷

非线性负载在工业和生活用电中展的比例很大，这是电力系统中产生谐波的主要根源。非线性的主要负载是电弧炉，电弧炉起弧的时延及电弧的严重非线性产生了谐波。

居民的日常生活和生产的负荷中，使用的荧光灯的伏安特性也是非线性的，也会有严重的谐波电流产生，其中含量最高的是3次谐波。此外，使用大功率的整流和变频装置也会有严重的谐波电流产生，严重影响了电网的安全。

3、电力系统故障

电能质量也会受到电力系统运行时的内外故障影响，例如，各种自然灾害、人为的非正常操作、各种线路短路、电网出现故障时发电机及励磁系统工作状态的改变等都会对电能的质量造成很大的影响。

八、谐波的危害    电力谐波的主要危害有：    1、引起串联谐振及并联谐振，放大谐波，造成危险的过电压或过电流；    2、产生谐波损耗，使发、变电和用电设备效率降低；    3、加速电气设备绝缘老化，使其容易击穿，从而缩短它们的使用寿命；    4、使设备（如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等）运转不正常或不能正确操作；    5、干扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚至损坏通信设备。九、治理电力谐波的方法    谐波治理措施主要有三种：    1、主动治理，即从谐波源本身出发，通过改进用电设备，使其不产生或少产生谐波；    2、受端治理，即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们抗谐波干扰能力；    3、被动治理，即通过安装电力滤波器，阻止谐波源产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流人负载端。    由于谐波源的广泛性和复杂性，主动治理方法受设备结构、效率、成本、可靠性等因素影响，只能解决部分问题，受端治理方法和被动治理方法仍是目前治理电力谐波问题的主要方法。例如通过串联失谐电抗器抑制无功补偿电容器导致的谐波共振放大，通过在系统中安装无源电力滤波器和有源电力滤波器进行滤波等等。十、改善电能质量的措施    一是，调整负荷，降低负荷的敏感程度。

如果遇到要求负荷电能质量特别高的电力用户仅依靠电力企业采取的措施不能在短期内满足要求时，电力企业必须和电力用户共同采取必要措施，使负荷减少敏感程度及降低电能质量不良程度。

二是，改进电网，电力企业安装抑制或消除电力扰动的必要设备。

经常见到的电能质量调节装置功能相对单一，例如，有源滤波器APF、动态电压恢复器DVR等，全面实现电力用户电能质量的设备是电能质量调节器，其组成主要是一个电容把一个并联逆变器和串联逆变器耦合在一起。

并联逆变器进行非线性负载谐波电流及无功补偿使用的是PWM电流控制技术，起到调节电容直流电压的作用。而串联逆变器使用的是PWM电压控制技术，其主要是对输出的电压进行控制以达到抑制谐波、降低负荷的敏感程度。

电能质量调节器由于其是有一个串联和并联的逆变器组成的，因此其具有两者的结构特征，对网络中电流和电压的波形可同时调节，电能质量调节器的应用极大的解决了电网中电能质量问题的出现。