电能质量分析范文
来源：资质荣誉 发布时间：2023-09-27 21:12:03电能作为人类生活中的很重要的能源。随着我们国家科学技术与经济的加快速度进行发展,电力电子技术和微电子器件等的广泛应用,家用电器的普及和炼钢电弧炉的发展,对电网电能质量的要求逐渐提高。由于不对称负荷,非线性和冲击性这类扰动负荷接入电力系统和它的系统短路故障等扰动源的存在,产生了大量的电网电能质量上的问题,电网电能质量严重的恶化。
电能质量主要会导致用电设备故障或异常工作的频率和电压,或者是电流有偏差。这样一些问题最重要的包含电压偏差,频率偏差,三相不平衡,电压闪变和波动,电压暂降,供电连续性,瞬态或者是暂时的过电压,波形畸变和短时间中断等。
传输过程中的有关数据与采集电能再生产是电网电能质量监测的目的,电网电能质量监测使其可以在分析中转换成可解释的有用的信息。电网电能质量监测的检验测试对象的要求是能够反映系统的整体运作情况,为质量分析提供有价值的数据,也就是它不仅要能够反映我们所关心的特定电能问题,并且要有利于进行干扰诊断和设备维护和分析评估电能质量水平。
频域分析法,小波分析等基于变化的分析法以及时域分析法和电网电能质量分析法是很常用的分析方法。时- 频分析法是一种较为方便的分析方法,正常的情况下,需要先对信号加窗函数然后再对它做多元化的分析;时- 频局部性可以明显问题变化的部分是小波变化法的主要特征,它的这些特点就决定了它能够分析检测信号的局部奇异性,再加上Merlot小波和Meyer小波等小波函数就形成了一种暂态函数,而这有助于分析电网电能质量的暂态过程。
因为关注电网电能质量的角度不同以及所处立场的不同,所以人们对电能质量的定义还没有完全达成共识,但是对它的主要技术指标有在着比较一致的认识。供电电压允许偏差,公用电网谐波和供电频率允许偏差,供电电压允许闪变以及波动和供电三相电压允许不平衡度等是其主要的技术指标。
其中电压跌落和电压上升的总称是电压偏差;不因用户而异的frequency deviation也就是频率偏差对频率质量的要求是:全网相同并且各国对于该项偏差标准都有相关规定;有三相电压的平均值以及电压的最大偏移超过标准规定的是unbalance也就是电压三相不平衡;间谐波包括小于基波频率的分数次谐波以及含有基波整数倍频率的正弦电流或电压;fluctuation也就是电压波动是指在包络线内的电压有规则的变动,闪变是指电压波动对照明灯的视觉影响。
提高电网电能质量的主要措施有一次调频,发电机进相运行以及谐波在线监测与治理,这几种方法各有各的特点。由于电网缺乏快速调频的有效手段和机组单机容量的增加,导致电网电能的质量降低。以及科学技术的发展,人们对电网的需求慢慢的变多,对电网电能质量的要求也慢慢变得高,面对这样一些问题,只有机组本身对电网实现一次调频功能,才能满足对电网快速响应的要求,才能克服电网频率的波动。
发电机进相运行是解决电网低谷运行期间无功功率过剩和电网电压过高的一种技术上简便可行和经济性较高的比较有效的方法。这种方法很有效而且最简单,主要体现在当电压过高或电网无功过剩时,只需通过调解励磁电流,把发电机改为消耗无功负荷而不是发出无功负荷,让它无功进相运行,这样的解决方法有着非常明显的降低系统电压的效果;为了保持电网电压的问题,它会通过增减励磁电流,使发电机的无功输出增加,这样就使响应比较准确和灵活;该方法为了消耗系统的无功使用发电机进相运行的方式,节约了设备的投资;发电机进相运行后,励磁变的负荷下降了,这样就降低了厂用电率,减少了有功损耗。
谐波在线监测与治理,要求对于现有的谐波源用户,确实污染严重的必须提出限制整改计划以及措施;对于扩建的和新上的电网电能质量污染源项目,一定要进行谐波项目评估,谐波治理必须与工程建设项目同步实施;推广非线性大用户采用滤波措施或者是动态无功补偿,针对谐波问题,在实测的基础上,确定电网必要的补偿率。由于配网中某些地区电压畸变率较高,为降低电压总谐波畸变率,应把用户侧以及电网等无功补偿装置设计成具有补偿滤波和无功的综合功能的系统。
[1] 林涛,樊正伟.利用小波变换及人工神经网络识别电能扰动. 武汉大学电气工程学院.
[2] 欧阳森,宋政湘,陈德桂,等.小波软阀值去噪技术在电能质量监测中应用[J].电力系统自动化,2002,26(19):56-60.
在电力系统发展的早期，地理负荷的组成最简单，主要由同步电动机、异步电动机和各种照明设备等线性负荷组成，因此衡量电能质量的指标也最简单，主要由频率偏差和电压偏差两种。然而，随着多种、大型高科技机电的使用，对电能的质量发展要求不断增高。为了确认和保证提供更好质量的电能，就一定要解决电压偏差、频率偏差、谐波偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡等问题。在想办法供应优质电能的最初，要掌握电能质量分析方法、电能质量扰动的因素原因以及采取怎样的措施进行改变和完善。下面就大家一起来进行探讨一下。
电能质量上的问题主要的分析方法可分为时域仿真、频域分析和基于数学变换的分析方法三种。在这三种方法中，时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，主要用途为利用时域仿真程序对电力系统电能质量扰动现象进行研究分析。电能品质衡量准则是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障电力用户正常使用电能的基本技术规范。
利用暂态仿真程序能对电容投切造成的暂态现象、电弧炉造成的电压波动等电能质量上的问题做多元化的分析，还可以对电力系统的各种控制器和控制策略进行仿真分析。利用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模拟的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。
频域分析方法大多数都用在电能质量中谐波问题的分析，利用常规的谐波潮流计算，分析谐波在系统中的分布情况。这种方法简单，适用于大多数情况，因此在实际谐波潮流计算中的应用较多。
电能质量数学变换的分析方法主要指傅立叶变换方法、短时傅立叶变换方法、矢量变换方法、小波变换方法、瞬时无功理论以及基于支持向量机等。其中最为大范围的应用的是基于支持向量机的方法。下面重点介绍一下基于支持向量机的方法。
电能质量分类一般步骤是对电能扰动进行傅立叶变换或小波变换等数学变换，提取特征量，建立分类规则进行分类。目前常用于电能质量扰动分类的方法有贝叶斯方法、BP、专家系统、模糊逻辑、综合数值评判理论等。最初用来解决模式识别问题，随着ε-不敏感损失函数的引入，已被拓展为解决线性、非线性回归问题估计问题。电能质量分析中的电能质量扰动分类实际上就是模式识别问题，利用基于回归估计的谐波分析模型也可以对谐波和间谐波做多元化的分析。因此将该方法引入电能质量监测分析中，应用在谐波分析、扰动分类、扰动定位、扰动信号压缩、电能质量诊断等领域，这是值得探求的问题。
支持向量机理论可以方便快捷地对电能扰动进行分类，但是如果要准确得出各种扰动的具体特征量，如跌落的幅值，相角突变等只有通过对扰动波形实时采样、特征计算得到。论文下面内容是利用单片机设计电能质量在线监测装置，除监测常规电能质量指标外，还利用单相电压变换平均值法监测跌落、瞬态中断等动态电能质量指标。
电能质量监测系统模块设计首先要考虑的是要有着非常强的解决能力，以满足电能质量重大数据量的运算要求。系统必须易于实现、灵活，具有通信功能，便于系统集成和高级应用的开发。
对谐波、三相不平衡、电压电流均方根值、有功无功等的监测也进行了程序设计，由于其监测原理在其他文献己多有介绍，这里不在重复。只给出谐波和三相不平衡的流程图，如图2所示。
随着国民经济的快速地发展，轻工业与重工业并驾齐驱，电能的需求持续不断的增加，电能质量上的问题频频出现也慢慢变得受到关注。当然，问题也不仅仅这些，电能质量上的问题同电力系统自身的发展同步并随着电力系统的发展而不断增添新的内容。开展电能质量的长期监测和统计分析，进而实现对电能的全面质量控制，慢慢的变成了许多电力公司的共同愿望和实际行动。
[1] 姚建刚，郭知非，陈锦攀.基于小波和BP神经网络的电能扰动分类新方法[J].电网技术.2012（05）.
[2] 胡赛纯.SPWM单相逆变电路的谐波分析[J].通信电源技术.2011（03）.
由于所处立场不同，关注或表征电能质量的角度不同，人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识，但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。
（2）频率偏差：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。
（3）电压三相不平衡：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。
（4）谐波和间谐波：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为问谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。
（5）电压波动和闪变：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。
电能质量上的问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，其实质是电压质量上的问题。电能质量上的问题按产生和维持的时间可分为稳态电能质量上的问题和动态电能质量问题。
电力系统元件的非线性问题最重要的包含：发电机产生的谐波；变压器产生的谐波；直流输电产生的谐波；输电线路对谐波的放大作用。此外，还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。其中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。
在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，这是电力系统谐波问题的大多数来自。电弧炉是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网导致非常严重污染，同时也使功率因数降低。
电力系统运行的内外故障也会造成电能质量上的问题，如各种短路故障、自然现象灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护设施中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量上的问题。
时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。目前较通用的时域仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等系统暂态仿真程序和SPICE、PSPICE、SABER等电力电子仿真程序。采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。
频域分析方法最重要的包含频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等，该方法多用于电能质量中谐波问题的分析。频率扫描和谐波潮流计算在反映非线性负载动态特性方面有一定局限性，因此混合谐波潮流计算法在近些年中发展起来。
在电能质量分析领域中大范围的应用的基于变换的方法主要有Fourier变换、神经网络、二次变换的方法。
Fourier变换的优点是算法快速简单。但其缺点也很多：（1）虽然能够将信号的时域特征和频域特征联系起来观察，但不能将二者有机地结合起来。（2）只能适应于确定性的平稳信号（如谐波），对时变非平稳信号难以充分描述。（3）sTFT的离散形式没有正交展开，难以实现高效算法；只适合于分析特征尺度大致相同的过程，不适合分析多尺度过程和突变过程。（4）FFT变换的时间信息利用不充分，任何信号冲突都可能会导致整个频带的频谱散布；在不满足前提时，会产生“旁瓣”和“频谱泄露”现象。
神经网络理论是巨量信息并行处理和大规模平行计算的基础，它既是高度非线性动力学系统，又是自适应组织系统，可用来描述认知、决策及控制的智能行为。
神经网络法的优点是：（1）可处理多输入-多输出系统，具有自学习、自适应等特点。（2）不必建立精确数学模型，只考虑输入输出关系即可。缺点是：（1）存在局部极小问题，会出现局部收敛，影响系统的控制精度；（2）理想的训练样本提取困难，影响网络的训练速度和训练质量；（3）网络结构不易优化。
二次变换是一种基于能量角度来考虑的新的时域变换方法。该方法的基础原理是用时间和频率的双线性函数来表示信号的能量函数。
二次变换的优点是：可以准确地检测到信号发生尖锐变化的时刻；精确测量基波和谐波分量的幅值。缺点是：无法准确地估计原始信号的谐波分量幅值；不具有时域分析功能。
（1）PID控制：这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构相对比较简单、稳定性高、工作可靠、调整方便，易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，应用PID控制技术最为方便。其缺点是：响应有超调，对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。
（2）空间矢量控制：空间矢量控制也是一种较为常规的操控方法。其原理是：将基于三相静止坐标系（abc）的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系（dq）的直流量以此来实现解耦控制。常规的矢量操控方法一般都会采用DSP做处理，拥有非常良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。
（3）模糊逻辑控制：知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的”频域法”和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提。模糊控制作为一种新的智能操控方法，无需对系统建立精确的数学模型。
FACTS，即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，它经过控制电力系统的基本信息参数来灵活控制管理系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。目前有代表性的FACTS装置主要有：可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。
一方面要深入探索电能质量领域的基础性研究工作，包括电能质量的定义、评价标准与体系，电能质量上的问题的表现形式、影响因素、防治方法等。同时，积极研究电能质量控制的新方法、新技术和新策略，将更为先进、科学的控制理念和控制思想借鉴到电能质量管理领域。
以DSP为基础的实时数字信号处理技术在控制领域得到普遍应用，其优点为：①可提高系统稳定性、可靠性和灵活性；②由程序控制，改变操控方法或算法时不必改变控制电路；③可重复性好，易调试和批量生产；④易实现并联运行和智能化控制。随着DsP性能的不断改善和价格的下降，电能质量控制装置将用DsP来实现实时信号处理从而取代模拟量控制。
PS4000是由美国SUMMIT公司生产的一种电能质量分析仪，它是为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，可拿来分析或监控输入电能质量。
PS4000不仅仅可以测试电压、电流、功率、功率因数、频率、周期、谐波等电量值，且能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。
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
PS4000可以对三相电路中的三个电压和四个电流一起进行浪涌、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系统软件，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做多元化的分析，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，这样的产品给我留下了线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还能安装到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分析仪具备极高的评价，特别是在使用简便、性能可靠、可提供及时有效的技术上的支持等方面。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”。
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，笔者希望能够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、维持的时间等，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。
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、信号的幅度和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，这样的形式以时间为横轴，在纵轴上显示信号的幅度和维持的时间，其显示方式如图2所示。
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、维持的时间、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。
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，如果事件的维持的时间超过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、信号幅度和信号维持的时间等。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。
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，开关拨动等原因引发的，它们的幅值会在瞬间窜到很高，维持的时间也相当短，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一个时间里，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将以一般的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。
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、峰值大小和维持的时间。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。
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，信号维持的时间，信号幅度和信号的相线是一种瞬态波形示意图。
随着经济的加快速度进行发展，电网中非线性负荷用户的比例逐步的提升，由此而产生的供电电能质量严重下降，表现得越来越突出。电能质量严重超标正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行，严重的影响电力企业及广大新老用户的经济效益。
这种现象在山东荷泽110kV成武站表现十分严重，它不但使变电设备的安全运行没办法保证，而且影响到当地的公司制作用电和居民生活用电。为此2002年在该站安装了电能质量监测系统，对10kV母线的电能质量进行连续的监测。
为了加强对电能质量的管理和监控，2002年荷泽供电公司建立了变电站电能质量在线监测系统，并选择谐波问题严重的110kV成武变电站进行实时在线监测。此前，该站经常烧TV保险，曾多次发生过TV爆炸的事故，存在严重的谐振现象。
采用电能质量在线监测仪进行实时监测，该装置主要有以下几种监测和统计功能：
电能质量在线kVII段母线，服务器安装在监控中心，是集通讯/数据库/Web于一体的服务器，与变电站监控单元间通过光纤进行通讯传输数据，同时监控数据通过Web服务器对MIS系统开放，支持Web浏览方式，做到数据共享，公司所有局域网内的微机，均可通过Web浏览进行访问，查看电能质量分析的各种报表和数据，了解监测点的电压、电流波形、各次电流电压的谐波分量等电能质量情况。
该变电站有主变压器2台，容量均为31.5MVA，110kV母线kV母线均分段并列运行，有并联补偿电容器一组，容量为2700kvar，正常运行方式为#2主变带全站负荷。负荷主要是周围一些工厂的工业用电、城市生活用电及周围农业负荷。工业用电大多分布在棉厂、纱厂、变压器厂、化工厂和木材加工厂等，这些也是该站主要的谐波源。
经过3个月的连续监测，对数据来进行了统计，该监测点监测数据的部分统计报表，见表1~6。
①从谐波电压总畸变率报表4可看出，该监测点谐波电压总畸变率严重超标。国家标准为4%，真实的情况为三相总畸变依次为：6.89%、6.50%、7.24%。对于并联无功补偿装置，10kV电容器应进行容量及参数计算，适当改变电容参数，避免产生谐振，防止谐波对电容器造成损失破坏。对该站以后新增负荷时，应严控谐波源，以免谐波分量进一步提升，给电网造成较大的安全隐患。
②从各次谐波电压畸变率水平报表1可见：3次谐波含有率较高，A相为6.7%，其次是5、7次谐波，这对并联无功补偿电容器串联电抗百分数的选择，有重要的参考价值。
③谐波电流均不超标，主要谐波频谱为：3、5、7、9次，这为谐波治理提供了基础数据。
④根据①②③可判断，该监测点存在严重的3次谐波谐振现象，应改变系统运行方式，分析并联补偿电容器对谐波的影响。
⑤根据无功功率数据大小、方向及功率因数判断，该站10kV母线安装的并联无功补偿装置，其基波无功功率偏大（各种工况下功率因数基本保持1，某些工况下出现少量的无功倒送），因此，整体10kV母线电压偏高。
⑥根据基波电压最大最小值、电压偏差最大最小值、零序负序电压最大值、总谐波电压畸变率最大值、各次谐波电压、电流含量最大值、闪变最大值等参数判断，检测中出现过大的电网冲击，10kV母线接有大的冲击性负荷，或出现B相经中间物接地现象（出现过很高的零序、负序电压）。
⑦根据电压偏差可知各相电压合格率，A相2.69%，B相97.8%,C相94.6%，A相合格率较低，且绝大部分为正偏差。
由以上分析可看出，该变电站存在严重的谐波污染，3次谐波存在谐振，并且10kV并联补偿电容器对谐波有放大作用，应调整其运行参数。
影响电能质量的重要的因素是各种非线性用电设备、变压器和各类铁心电抗器，它们可分为以下几类：①电力电子装置，这是最严重的谐波源。这些装置在整流、逆变、调压及变频可程中产生大量的谐波；②电弧炉，如炼钢用的交流电弧炉；③家用电器，如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等；④高新技术应用的多种设备，如电子计算机，功率调节器、节能灯等。对110kV成武站来说，周围工厂的大量电力电子设备、各种大容量电动机是其最主要的谐波源，其次是大量城市生活用电设备等。
谐波不但影响用户设备的正常运行，而且对电网设备和自动化装置有很大的影响。谐波对电网自动化装置的影响，应改进自动化装置的制作流程与工艺和工作原理，加强装置的抗干扰的能力，防止装置误动作。但这对改善电网的电能质量并无任何作用，只能是减少电网谐波对自动化装置影响，因此电能质量的治理，应加强对用户谐波源的治理和改变电网参数，降低或消除谐波谐振。
①对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以装用谐波滤波器来降低谐波电流。
②对于特殊需要的用户，可装用隔离变压器：限制均衡的三次谐波，能够使用一台D，yn接法的隔离变压器。
③安装有源的谐波调节器：在工作时注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯的正弦波。这种滤波设备的工作，靠数字信号处理(DSP)技术，控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。目前有源滤波器日益推广应用。
④对于电网，应优化电网参数，改变运行方式，优化无功补偿的安装地点、方式和容量，消除电网谐振或减小电网对谐波的放大作用。
·在10kVTV、35kVTV的一次侧中性点加装非线kV母线加装消谐装置；
经过治理，现在已很少烧TV保险，也没发生TV爆炸事故，而且电能质量状况较以前有较大的改善。
为了满足广西经济和社会持续健康发展对能源的需求，保证能源安全，广西能源长远发展一方面必须实施能源形式多元化战略，在开发利用水能资源、煤炭资源的同时，积极发展核能、风能和太阳能等新能源。其中，风力发电为地区电网提供一个高效、清洁的电源，可以有明显效果地缓解地区电网的电力供需矛盾。风能是清洁的可再次生产的能源，风能的利用能改善能源结构，节约煤炭资源，减少煤炭燃烧导致的污染排放量，有利于保护环境，有利于满足低碳经济社会持续健康发展的需要。因此，今年来广西全力发展风电项目，目前建成或正在建设的风电项目有资源金紫山风电场、兴安石板岭、界首、严关、平岭、西坑风电场、富川邓家坝风电场、容县杨村风电场等众多项目。但是风力发电在无功功率、电能质量等方面对电网具有相当的影响。本文重点对广西风电项目无功补偿配置及电能质量分析等方面做论述。
依据《南方电网风电场接入电网技术规范》（Q/CSG110008-2011）、《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963-2011）、《大型风电场并网设计技术规范》（NB/T 31003-2011）中的要求：
1）无功电源：风电场安装的风电机组应满足功率因数在超前0.95~滞后0.95的范围内动态可调。
2）无功容量配置：对于直接接入公共电网的风电场，其配置的容性无功容量能够补偿风电场满发时汇集线路、主变压器的感性无功及风电场送出线路的一半感性无功之和，其配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路的一半充电无功功率及风电场自身的容性无功功率，其中动态无功补偿装置的容量应不小于总补偿容量的50%。
根据《南方电网风电场接入电网技术规范》（Q/CSG110008-2011）、《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963-2011）、《大型风电场并网设计技术规范》（NB/T 31003-2011）的要求，风电场接入电力系统后，并网点的电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%，一般应为额定电压的-3%～+7%。
根据依据《电能质量 电压波动和闪变》（GB /T12326-2008），PCC点在系统正常运行的较小方式下，以一周（168h）为测量周期，所有长时间闪变限值都应该满足表2.3-1中闪变限值的要求。
《电能质量 电压波动和闪变》规定，波动负荷单独引起的闪变值按照每个用户负荷大小、其协议用电容量占总供电容量的比例及电力系统公共连接点的状况，分别按三级作不同的规定和处理。详细的细节内容可参见该规定。
另外，还需考虑闪变传递系数，电力系统不同母线节点上闪变传递系数计算方式如下图所示，可按下式简化计算：
闪变的叠加，n个波动负荷各自引起的闪变和背景闪变在同一节点上相互叠加，其短时闪变值可按照下列公式计算：
《南方电网风电场接入电网技术规范》给出风电场上限功率变化的推荐限值见表2.3-2。
风电场装机容量（MW） 10min最大有功功率变化限值（MW） 1min最大有功功率变化限值（MW）
表中风电场10min上限功率变化一般不超过其装机容量的33％，1min最大功率变化一般不超过其装机容量的10％。以上要求也适用于风电场的正常停机。因风速降低或风速超出切机风速而引起的风电场有功功率变化超出最大有功功率变化限值的情况可以接受。
根据《电能质量 公用网谐波》规定，公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过下表规定的允许值：
表2.3-3给出的是对应基准短路容量下的谐波电流，当枯小方式下公共连接点处的短路容量不同于上表中的基准短路容量时，表中谐波电流允许值的换算公式如下：
根据《电能质量 公用网谐波》（GB/T 14549-1993），PCC点处第i个用户的第h次谐波电流允许值按照公式如下：
a）为保证风电场并网后能够安全、稳定运行，建议风电场并网运行后及时开展实测工作，为相关风电工程建设、运行提供有益参考。
低电压穿越能力（LVRT：Low Voltage Ride Through）是指：电网故障引起电压跌落，风电场在电网出现故障时及故障后，保持不脱网连续并网运行的能力。理想情况下，除不切机外，低电压穿越还包括风电机组向电网发送无功、在电压降落情况下帮助恢复电压的能力。
根据《南方电网风电场接入电网技术规范》（Q/CSG 110008-2011），对于目前尚不具备低电压穿越能力且已投运的风电场，在技术条件具备情况下应积极开展机组改造工作，以具备低电压穿越能力。对于新建风电场一定要具有低电压穿越能力。图5-1为对风电场的低电压穿越要求，具体如下：
a）风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%标称电压时能确保不脱网连续运行625ms的能力；
b）风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时，风电场内的风电机组能确保不脱网连续运行。
风电场应具有调节、限制其有功功率变化的能力和一定的电压调节及无功功率输出能力。在风电场并网以及风速增长过程中，风电场有功功率变化应当满足电网调度部门的要求。为实现对功率的控制，风电场需配置功率控制管理系统（功率管理平台），接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。
根据《国家能源局关于印发风电场功率预测预报管理暂行办法的通知》（国能新能〔2011〕177号）中的要求，并网风电场应具备风电功率预测预报的能力，并应按要求开展风电功率预测预报、上报工作。
风电功率预报分日预报和实时预报两种方式。日预报是指对次日0时至24时的预测预报，实时预报是指自上报时刻起未来15分钟至4小时的预测预报，时间分辨率均为15分钟。日预报要求并网风电场每日在规定时间前按规定要求向电网调度机构提交次日0时24时每15分钟共96个时间节点风电有功功率预测数据和开机容量。实时预报要求并网风电场按规定要求每15分钟滚动上报未来15分钟至4小时风电功率预测数据和实时的风速等气象数据。风电场功率预测系统提供的日预测曲线%；实时预测误差不超过15%。全天预测结呆的均方根误差应小于20%。
风电场的风电功率预测系统一定要满足电力二次系统安全防护的有关要求，与电网调度机构的风电功率预测系统建立接口并运行于同一安全区，自动向电网调度机构实时传送预测结果。
现代风力发电通常通过电力电子设备构成的功率变换器实现功率变换及并网，由于电力电子转换器增加非线性负载，将可能会引起电网电流、电压波形发生畸变，造成电网谐波污染；同时风力发电的随机性及不确定性，将会对电网电压造成影响；对风电场的无功补偿也有一定的要求。因此为了能够更好的保证电网的安全稳定运行，对风电场开展无功配置和电能质量分析等是有重要意义的。
《南方电网风电场接入电网技术规范》（Q/CSG110008-2011）.
《国家能源局关于印发风电场功率预测预报管理暂行办法的通知》（国能新能〔2011〕177号）
电能是现代社会持续健康发展中一种基础性的能源，电能的供应关系着社会以及人们日常生活的正常运行。最近几年，伴随着经济的加快速度进行发展，社会对于电力的需求持续不断的增加，电网中接入了许多冲击性、非线性和畸变性负荷，使得电压波动、无功增加、闪变等问题不断凸显，电能质量显而易见地下降，在引发相应电力系统事故的同时，对于电力用户也造成了一些不良的影响。因此，加强对于电能质量的管理，保证供电的可靠性，是需要供电企业着重关注的问题。
电能质量是电力系统中传输电能的质量，理想状态下的电能应该是完美对称的正弦波，如果由于某些因素的影响，导致其波形偏离了对称正弦，则会引发相应的电能质量上的问题。严格来讲，对于电能质量的衡量指标，包括电压、波形和频率，可以将电能质量上的问题定义为：影响用电设备的正常运行，导致设备无法正常工作或者发生故障的电压、电流或者频率的偏差，包括电压偏差、电压波动与闪变、频率偏差、瞬时或者暂态过电压、波形畸变以及供电连续性等。而伴随着我国工业化进程的加快，工业公司引入的精密仪器以及先进生产设备慢慢的变多，在推动其生产效率逐步的提升、产品质量一直在优化的同时，对于电能质量也提出了更高的要求。在这种情况下，任何电能质量上的问题都有一定的概率会造成产品质量的下降，严重的甚至有可能造成设备的损坏，给公司能够带来巨大的经济损失。可以说，在现代社会中，电能的质量关系到了工业的发展，关系着国民经济的整体效益，因此，加强对公司电能质量的分析和研究是非常重
狭义上的有色金属也被称为非铁金属，用来泛指除铁、铬、锰之外的所有金属，而广义上的有色金属还包括相应的有色合金。有色金属在国民经济、科学技术等的发展中占据着最重要的位置，不仅是一种不可或缺的基础材料，更是一种很重要的战略物资，现代化的发展离不开有色金属的支撑。有色金属行业在我国属于一种高耗能产业，在发展过程中面临着各种各样的问题，如集约化程度低、原材料对外依存度高、资源开采无度、技术上的含金量不高等，尤其是在能耗问题上。相关调查多个方面数据显示，在有色金属公司制作中，电能占据总能耗的80%以上，在很大程度上限制了有色金属企业的持续发展。因此，需要从电力资源角度着手，实现企业的节能降耗，实现有色金属行业经济的循环发展。
从目前来看，伴随着有色金属行业生产规模的迅速扩大，其所采用的冶炼生产的基本工艺流程也日趋复杂化和精密化，负荷特性混乱，易影响企业配网的电能质量，加大企业的用电成本。企业在生产的全部过程中使用的能源包括电力、天然气、压缩空气等，其中电力占据相当大的比例。而且由于企业自身独特的生产工艺流程，在生产的全部过程中，存在着供电系统单位功率密度大、电网超负荷运行的情况。同时，企业的生产的基本工艺很复杂，呈现出的负荷特性也相对混乱，对于配网供电质量产生了巨大的影响。为了确认和保证生产的有序进行，所有设备都是按照标称电压以及额定频率进行设计制造的，在理想状态下，可以在一定程度上完成性能最优、效率最高，而一旦电能质量不合格，则设备的性能将无法充分的发挥，甚至有可能无法正常运行，出现绝缘损坏、零件烧毁等问题，给公司能够带来难以估量的损失。因此，加强对于电能质量的分析和研究，实现节能降耗，是公司实现可持续发展的重要方法，也是企业在未来一段时间内要重点关注的问题。
在当前可持续发展理念的影响下，许多工业公司都采取了相应的节能技术和节能设备，希望可以减少生产的全部过程中对于电力的消耗。但是，部分节能技术在使用的过程中，有几率会使电能质量下降，如增加谐波、引发电流畸变等。因此，在对电能质量进行治理时，还需要仔细考虑节能技术所带来的问题，防止得不偿失的情况。对于有色金属企业电能质量的分析和研究，可以归结为对电网用户终端电能质量的分析问题，需要结合相应的调研工作进行大量的试验，确定最为恰当的电能品质衡量准则，然后结合能源管理系统，实现对于电能质量的监测和管理，实现企业的节能降耗。在上述有色金属企业中，采用的生产的基本工艺很复杂，因此存在着很大的随机性和不确定性，容易受到各种各样的因素的影响。在对其电能质量上的问题做多元化的分析和解决时，应该从其工艺流程出发，将电能质量评价系统与能源管理系统结合起来
电能质量中的电压问题一般体现在电压的骤降上，非常容易造成设备的停运，造成严重影响。针对这一问题，可以在电力系统与用电设备接口处设置相应的电压源型变换器，对电压进行补偿，从而暂时性替代供电电源，或者对电压跌落进行补偿。
在当前的技术条件下，动态电压调节器（DVR）通常被认为是削弱电压瞬变影响的关键性技术措施，其是一种自带储能系统的串联补偿装置，可以在一定程度上完成对于无功功率和有功功率的补偿，抑制动态和稳态的电压跌落、闪变、浪涌等，提高电能质量。DVR最重要的包含了三种不同的拓扑结构：（1）串联式DVR：其主功率回路包括了能量存储单元、VSC型全控性逆变器、直流电压稳定与滤波单元及相应的保护控制单元等。其中，能量存储单元可以在配网出现电压暂降期间为负载提供有功功率，因此一定要具有相应的能量存储以及功率转换功能，很常见的设备包括超级电容、超导储能等；（2）并联式DVR：其在结构上与串联式DVR相似，只是没有能量存储单元，主要是通过对于无功电流的控制，实现对于电压的调整；（3）混合式DVR：是指将串联补偿电路与并联补偿电路联合在一起形成的一种新型结构，能够有效解决串联式DVR经济性较差的问题，利用系统电压跌落时产生的残压，为逆变回路提供能力，从而免去了储能装置的设置，降低了整体成本投入。
在交流电网中，有效分量为工频单一频率，任何与其频率不同的成分，都可以称为谐波。大量非线性设备的使用，是谐波产生的根本原因。谐波的存在会降低电能质量，导致变压器、电动机等在运行过程中出现局部温度过高的情况，因此导致绝缘损坏或者设备烧毁，在给公司能够带来经济损失的同时，也可能引发安全事故。而对于电子装置，谐波的存在可能会使得晶闸管触发装置误动，甚至引发设备故障，影响装置功能的有效发挥，因此做好有色金属公司制作设备的谐波监测和治理是很重要的。
对于谐波的治理，很常用的方式是安装相应的滤波装置，包括无源滤波器和有源滤波器，其中无源滤波器在对谐波进行抑制的同时，还可以对无功功率进行补偿，主要由电抗器、电容器以及电阻器等构成，能形成相应的低阻抗通路，实现对于高次谐波的抑制。无源滤波器具有成本低、技术成熟的特点，在有色金属企业中有着较为广泛的应用。很常见的无源滤波器包括高通滤波器、各阶次单调谐滤波器以及双调谐滤波器等。在对其做出合理的选择时，应该结合生产的真实的情况。例如，在熔铸电弧炉等非线性负荷中，若选择三阶单调谐滤波器，可以将损耗控制在最小，不过其结构较为复杂，成本比较高；若选择双调谐滤波器，能够更好的降低成本，但是损耗相对较大；选择高通滤波器，能够最终靠相应的设置，对5次及以上的高次谐波进行相对有效抑制，形成低阻抗通路。在实际应用中，无源滤波器的补偿特性很容易受到电网运作时的状态以及阻抗变化的影响，而且会在滤波器之间或者系统间发生并联谐振，因此只能对一些固定频率的谐波进行补偿。
有源滤波器主要是利用控制器，对瞬时电流波形进行仔细的检测，从中提取出谐波分量，然后通过相应的分析和计算，利用变流器，输出与谐波电流分量相同、幅值相同、方向相反的补偿电流，对谐波的负面影响进行抵消。有源滤波器的主要组件是静止功率变流器，具备高可控性和快速响应性，可以对无源滤波器中存在的问题进行解决。必须要格外注意的是，对于存在大量低次谐波和部分高次谐波的配网，能够最终靠串联或者并联的方式，将有源滤波器和无源滤波器组合成混合滤波器，以实现良好的滤波效果。
总之，电能质量的各种指标数据是实时动态的，想要对电能质量进行相对有效的分析，一定要做好相应数据的监测和采集工作，构建科学合理的评价体系，通过对评价系数的调整，实现对于电能质量的准确评价。同时，有色金属矿山企业应该立足自身真实的情况，对电能质量进行一定的分析和研究，针对可能会影响电能质量的很多问题，如谐波等，采取切实有效的处理解决措施，实现对于电能质量的有效控制，在保证企业正常生产的前提下，实现节能降耗，推动企业的可持续发展。
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电能质量的定义：使用户设备故障或异常工作的电压、电流或频率偏差。这个定义简单明晰，概括了电能质量上的问题的成因和后果。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用，电力系统中用电负荷结构发生改变，即变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷造成对电能质量的污染与破坏，而电能作为商品，人们会对电能质量提出更高的要求，电能质量已慢慢的变成为全社会共同关注的问题，有关电能质量的问题已成为电工领域的前沿性课题，有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。
电能质量指标是电能质量每个方面的具体描述，不同的指标有不同的定义，参考IEC标准、从电磁现象及相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类如下：
(1)低频传导现象：谐波、间谐波、电压波动、电压与电流不平衡，电压暂降与短时断电，电网频率变化，低频感应电压，交流网络中的直流；(2)低频辐射现象：磁场、电场；(3)高频传导现象：感应连续波电压与电流，单向瞬态、振荡瞬态；(4)高频辐射现象：磁场、电场、电磁场(连续波、瞬态)；(5)静电放电现象。
对于以上电力系统中的电磁现象，稳态现象可通过幅值、频率、频谱、调制、缺口深度和面积来描述，非稳态现象可利用上升率、幅值、相位移、维持的时间、频谱、频率、发生率、能量强度等描述。
保障电能质量既是电力企业的责任，供电企业应保证供给用户的供电质量符合国家标准；同时也是用户(拥有干扰性负荷)应尽的义务，即用户用电不得危害供电；安全用电；对各种电能质量上的问题应采取比较有效的措施加以抑制。
电能质量指标国内外大多取95％概率值作为衡量依据，并需指明监测点，这些指标特点也对用电设备性能提出了相应的要求。即电气设备不仅应能在规定的标准值之内正常运行，而且应具备承受短时超标运行的能力。
综合新颁布的电磁兼容国家标准和发达国家的有关标准，中低压电能质量标准分5大类13个指标。
(2)电压幅值：慢速电压变化(即电压偏差)；快速电压变化(电压波动和闪变)；电压暂降(是由于系统故障或干扰造成用户电压短时间(10ms～lmin)内下降到90％的额定值以下，然后又恢复到正常水平，会使用户的次品率增大或生产停顿)；短时断电(又称电压中断，是由于系统故障跳闸后造成用户电压完全丧失(3min，电压中断使用户生产停顿，甚至混乱)；长时断电；暂时工频过电压；瞬态过电压；
(4)电压波形：谐波电压；间谐波电压；(由较大的波动或冲击性非线性负荷引起，如大功率的交一交变频，间谐波的频率不是工频的整数倍，但其危害等同于整数次谐波)。
首先要掌握供电网络运作时的状态，对电能质量开展实时监测，以掌握其动态；第二是分析诊断其变化，即在详细分析电能质量数据的基础上，利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析，排除虚假的谐波干扰；第三是开展系统的合理设计和改造，变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量发展要求等方面的技术咨询，线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施，以降低线损，降低设备损失事故，最后才是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试，以了解治理后的效果，并总结经验。
近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在非线性、冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。
式(2)中Qi、QD、QL、Qc分别为：系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装置发出的无功功率，单位均为kvar。
其中Qc=0，欲保持QC不变，即Qi＝0，则QD＝-QL，即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整，此时电压水平能保持恒定不变。
(1)可控硅阀控制空芯电抗器型(称TCR型)SVC，它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反应时间快(5～20ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节，能平衡有功，适合使用的范围广，价格实惠公道等优点。TCR装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而在电弧炉系统中采用最广泛，但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术，对维护人员要专门培训提高维护水平。
(2)可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型)，优点与TCR型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些。由于有油，要求一级防火，只宜布置在一层平面或户外，容量在30Mvar以上时价格较贵，不能得到普遍采用。
(3)可控硅开关控制电容器型(TSC)：分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波，损耗小，但是它是有级调节，综合价格相对较高。
(4)自饱和电抗器型(SSR型)：维护较简单，运行可靠，过载能力强，响应速度快，降低闪变效果好，但其噪音大，原材料消耗大，补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流，无平衡有功负荷的能力。
该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。
虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构相对比较简单及维护方便等优点，在现阶段大范围的使用在配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(ActivePowerFliter，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。它与无源滤波器相比，有以下特点：
a.不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；
c.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等特点。
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