_{電能質(zhì)量分析儀}

電能質(zhì)量(Power Quality)，從普遍意義上講是指***供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。

其可以定義為：導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態(tài)過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電壓暫降和中斷已成為***重要的電能質(zhì)量問題。

中文名

電能質(zhì)量分析儀

外文名

Power Quality

不平衡度

0.2%

諧波測量

電壓波動

5%

諧波

電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的***論文。

功能及組成

電能質(zhì)量分析儀 ，是對電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行檢測及分析的***便攜式產(chǎn)品。可以提供電力運(yùn)行中的諧波分析及功率品質(zhì)分析，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行長時間的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測。同時配備電能質(zhì)量數(shù)據(jù)分析軟件，對上傳至計算機(jī)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析。

電能質(zhì)量分析儀主要由五部分組成，分別為測量變換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊以及外圍模塊。其中測量變換模塊由電壓互感器、電流互感器以及信號調(diào)理電路組成；數(shù)據(jù)處理模塊包含DSP以及外部存儲器SDRAM與FLASH；外圍模塊由顯示、存儲以及通信子模塊組成。

工作原理

電網(wǎng)信號經(jīng)過電壓/電流互感器、信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)變?yōu)榉螦DC輸入要求的小幅值電壓信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將小幅值電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并將其傳送至數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊以DSP作為運(yùn)算核心，對ADC的采樣信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計算得到電壓偏差、頻率偏差、諧波、三相不平衡度、電壓閃變等電能質(zhì)量參數(shù)；數(shù)據(jù)管理模塊用于對數(shù)據(jù)處理模塊計算得到的各項電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，完成顯示、存儲以及通信等人機(jī)交互功能。 

誤差來源

測量變換電路引入誤差：電能質(zhì)量分析儀工作時，電網(wǎng)中電壓、電流信號需分別經(jīng)過電壓互感器(Potential Transformer，PT)、電流互感器(Current Transformer，CT)送入電能質(zhì)量分析儀，因此PT、CT的比例誤差和相角誤差直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。當(dāng)電能質(zhì)量分析儀工作在諧波條件下，PT、CT相角誤差發(fā)生改變，對各次諧波電壓、電流的轉(zhuǎn)換比例不一致，輸入ADC的被測信號發(fā)生變形，測量誤差增大。

（2）ADC量化誤差：ADC量化誤差指輸入信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，用有限的數(shù)字信號來表示***精度的模擬信號所造成的誤差。電能質(zhì)量分析儀常采用12位或16位的ADC，且ADC位數(shù)越大，其轉(zhuǎn)換精度越高，量化誤差越小。

（3）其他誤差：包括環(huán)境溫度、相對濕度等因素導(dǎo)致硬件電路產(chǎn)生的誤差，電子器件以及線路老化等因素致使測量結(jié)果產(chǎn)生的誤差。

自動校準(zhǔn)技術(shù)

電能質(zhì)量分析儀自動校準(zhǔn)主要涉及三方面技術(shù)：虛擬儀器技術(shù)、總線技術(shù)以及可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令。

（1）虛擬儀器技術(shù)：虛擬儀器技術(shù)利用***的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。美國NI公司首先提出虛擬儀器的概念，自20世紀(jì)90年代以來，NI公司已先后研制出支持多種總線系統(tǒng)的虛擬儀器，尤其是該公司推出的LabVIEW，通過圖形化軟件程序流程圖來編程實現(xiàn)虛擬儀器的測量、測試功能；

（2）自動校準(zhǔn)系統(tǒng)通信的關(guān)鍵是總線技術(shù)，用于儀器測量的常用總線主要包括：GPIB(General Purpose Interface Bus，通用接口總線)、LAN(LocalArea Network，局域網(wǎng))、串口總線(RS-232、RS-422、RS-485)等；

（3）可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令(Standard Commands for Programmable Instruments，SCPI)：SCPI是一套標(biāo)準(zhǔn)命令集的規(guī)范，和硬件無關(guān)，無論是基于GPIB、LAN還是串口的任何儀器都可以使用符合SCPI標(biāo)準(zhǔn)的命令集。SCPI的語句以ASCⅡ文本的方式存在，可以加入到任何計算機(jī)測試編程語言之中，例如BASIC、C或C++；也可以用于如LabVIEW、LabWindows/CVI這樣的***測試程序開發(fā)環(huán)境。 

諧波及無功問題

諧波以及無功是電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，無論對于電網(wǎng)還是用戶都有重要的意義。諧波和無功雖然是兩個相對獨(dú)立的問題，但是二者之間又有非常緊密的聯(lián)系。這是因為：

諧波除其本身的問題之外，也影響負(fù)荷和電網(wǎng)的無功功率；

產(chǎn)生諧波的裝置同時大都也是消耗基波無功功率的裝置；

治理諧波的裝置通常也都是補(bǔ)償基波無功功率的裝置。 

具體指標(biāo)

電網(wǎng)頻率

我國電力系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率為50Hz ，GB/T15945-2008《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差》中規(guī)定：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時，偏差限值可以放寬到±0.5Hz，標(biāo)準(zhǔn)中沒有說明系統(tǒng)容量大小的界限。在《全國供用電規(guī)則》中規(guī)定"供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在300萬千瓦及以上者為±0.2HZ；電網(wǎng)容量在300萬千瓦以下者，為±0.5HZ。實際運(yùn)行中，從全國各大電力系統(tǒng)運(yùn)行看都保持在不大于±0.1HZ范圍內(nèi)。

電壓偏差

GB/T 12325-2008 《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》中規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的土7%；220V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的+7%，－10%。

三相電壓不平衡

GB/T15543-2008《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》中規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運(yùn)行時，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%；低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不做規(guī)定，但各相電壓必須滿足GB/T 12325的要求。接于公共連接點(diǎn)的每個用戶引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。

公用電網(wǎng)諧波

GB/T14549--93《電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波》中規(guī)定：6～220kV各級公用電網(wǎng)電壓(相電壓)總諧波畸變率是0.38kV為5.0%，6～10kV為4.0%，35～66kV為3.0%，110kV為2.0%；用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值應(yīng)***各級電網(wǎng)諧波電壓在限值范圍內(nèi)，所以***規(guī)定各級電網(wǎng)諧波源產(chǎn)生的電壓總諧波畸變率是：0.38kV為2.6% ， 6～10kV為2.2%，35~66kV為1.9%，110kV為1.5%。對220kV電網(wǎng)及其供電的電力用戶參照本標(biāo)準(zhǔn)110kV執(zhí)行。

波動和閃變

GB/T 12326-2008《電能質(zhì)量 電壓波動和閃變》規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的較小方式下，以一周（168h）為測量周期，所有長時間閃變值Plt滿足：≤110kV，Plt=1；>110kV，Plt=0.8。