电能质量分析十篇

电能质量分析篇1

论文摘要：结合实际阐述电能质量的几种改善方法与措施；无源滤波器、有源滤波器、静止型无功补偿装置，介绍了它们的基本组成和原理，这些方法可以有效地解决稳态时的电压质量问题；文章还就电能质量技术的改进与提高，提出系统化综合补偿技术是解决电能质量问题的“治本”途径，以解决动态电能质量问题。

一、电能质量指标

电能质量的定义：导致用户设备故障或不能正常工作的电压、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，电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题，有关电能质量的问题已经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各个方面的具体描述，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，稳态现象可以利用幅值、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、持续时间、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；对各种电能质量问题应采取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。

二、电能质量标准

综合新颁布的电磁兼容国家标准和发达国家的相关标准，中低压电能质量标准分5大类13个指标。

(1)频率偏差：包括在互联电网和孤立电网中的两种；

(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；

(3)电压不平衡；

(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)。

(5)信号电压(在电力传输线上的高频信号，用于通信和控制)

三、电能质量污染的治理

1、治理的基础性工作

首先要掌握供电网络运行状态，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。

2、SVC装置

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。

Qi＝QD+QL-Qc(2)

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。

当负荷产生冲击无功QD时，将引起

Qi＝QD+QL+Qc(3)

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。

SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成，主要有四种型式：

(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，适用范围广，价格便宜等优点。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，不能得到广泛采用。

(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，综合价格比较高。

(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。

3、无源滤波装置

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。

4、有源滤波器

虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，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；

b.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；

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。

电能质量分析篇2

关键词：电能 质量 中小波 变换 分析

【分类号】：TM73

我们的生活离不开电，但是有一利就有一弊，电污染也给我们的生活带来很大的危害，比如人接触电后被电晕，大量电辐射等等。人类科学技术进步和科学技术有待提升，人离不开科技，更离不开电力。

一、谐波的分析

（一）谐波的含义

由于经济的发展和科技的不断进步，人们生活质量的普遍提高，电力产品更加广泛的应用到我们每个人的生活中，成为不可或缺的一部分，然而电力产品不光用于我们的生活，还用于一些生产领域、工业领域，这样就导致了谐波的成分不断上升。与此同时，随着人们对用电的需要，对于电的质量的要求也是越来越高，把电网谐波控制在合理的范围内，避免谐波对电能造成伤害，保证电压水平，这就使治理谐波成为电力的最急迫的问题[1]。

（二）谐波造成的伤害和严重影响

谐波的产生就会对电力造成严重的伤害，无论是设备通讯，还是无线网络，都会产生影响。由此看来，谐波的伤害大概可以分为以下几种：过量的负荷和不断的发热。对一些旋转式的发动机和无功补偿性的电容器类别和变压器以及各种通讯系统等等，因此，谐波对电力的影响是较为广泛的。

二、电能质量的几种分类

（一）分类

电能质量问题一般是由电力中多种信号干扰而引发的。覆盖的层面非常广泛，有的是短时的，有的是长时的，还有的是短时期或者是长时期的；还有一些频率上面的问题。但是从总体上来说，主要可以分成非稳态和稳态[2]。

（二）一般用的分析方法

从现在看来，对于电网的质量问题的分析主要在三个大方面，一是建立起对应的电力模型，二是面对不一样的质量问题来制定防范的措施，三是检测电力质量。由于对电力工作的深入研究，数字技术一些分析方法得到了更广泛的使用，对于数字分析可以分为三个方面，分别是频域、换域和时域。

三、中小波分析现状及问题

（一）小波变换的原理

小波变换是在上世纪80年代兴起的，小波变换被认为是近些年来在一些方法和使用工具上的重大突破，也是应用类数学和纯数学的结合。小波变换来源于空间平移和不断伸缩。于1910年提出来的，小波变换发展的过程中，非常多的学者为小波理论都画上了浓厚的色彩，自从1922年起，当时的小波变换发展已经达到了新的阶段，自此以后，小波变换的发展不断的上升和完善，小波变换运用越来越广泛，到后期变成处理信号的重要手段之一，并且得到了更快速的发展[3]。

（二）小波变换的比较

小波与Fourier变换相比，小波的变换是由频率和空间的部分变换，所以能够更有用的提取相关的信息资料，小波还解决了一些Fourier变换一些解决不了的问题。在许多数学家看来，新的数学分支是小波变换演化而来的，小波变换是由样条分析，Fourier分析，泛函分析，数值分析的非常好的结晶。但是信号处理专家却认为，小波变换是多分辨分析和处理分析的一种崭新的技术，小波变换在图像识别，语音合成等方面带来了很深刻的意义。

（三）Fourier与小波变换

与Fourier的变换和窗口的Fourier变换相比较，小波变换的最大好处就是小波变换在频率、时间两个领域上都有很好的局限性，所以运用小波变换可以聚集到电信信号的随意细节里，这就不会导致因为小波变换而引起电能质量下降的各个扰乱信息进行的定位和检查提供可能。然而导致电能质量急速下降的各个扰乱本质上是一个包括不同点的短暂性的扰乱信号，信号小波变换的系数模的最值与信号奇异点之间的基本关系，就是当小波变换用作平滑函数的第一阶导数的时候。这时小波变换的系数的模的最大值点相对应的是信号的奇异点也就是我们所说的突变点，从这个结论出发，许多学者运用现有的存在的小波函数或者再根据所处理的问题从而构造成的小波函数。

（四）复数小波变换在电能质量中相关问题的研究

学者们在对实数小波变换的研究的同时，近年来，复数小波变换的一些优秀特征与其有关联的应用也慢慢引发了众多学者的青睐与关注，这就使复数小波变成了小波理论的研究新的最热点问的题之一。目前，电能质量问题分析中得出复数小波的一些基本构造问题，但是大都因为缺少系统性和理论性。所以，单从复数小波在电能质量的信号分析中看，主要研究的问题，首先一定要从理论上看是解决如何实现复数小波函数的基本系统构造或者为其构造而设立的对应的框架。

四、小波变换

（一）傅立叶的变换与短时的傅立叶的变换

傅立叶的变换一直以来是信号处理领域上非常完美、运用非常广泛、效果最好的一种分析理解手段。目前最主要的检查方法基本都是源于傅立叶变化得来的，傅立叶变换是从时间的领域到频率的领域之间相互转化的一种工具。从某些意义上来说，傅立叶变换的实质是非常复杂的，难以想象的。傅立叶变换是一种纯粹的频率领域的分析变化方法，他在频率领域的定位性是科学有效的，而且在时空领域下没有任何的定位性，所以傅立叶变换所反馈的是整体下信号的全部时间下的整体领域特性。而且不能提供给我们任何的部分时间段上频率信息，不能够把时间领域和频率领域更好的结合起来，所以无法通过来了解扰动发生的时刻在[4]。

（二）小波分解与重新构造

多分辨率的分析的基本思想一般是把信号的投影到一些互相正交的小波函数构成的一些子空间里，从而形成了各种信号在不同的度量上的展开，所以就提取了信号在各个不同的频带上的特征，也同时还保留了信号在各个度量上的一些时域特征，虽然大多分辨率的分析是一种很有效的时间频率分析的方法，但是他每次只能对信号的一些低频和一些高频部分来进行多方面的划分，然而对于信号来进行更加的精确的分析检验。

（三）小波包变换的测量

一些电网能力的频率计算大多是通过测试周期的方法实现，这种方法是运用硬件检测然后输入到波形中的过零点，控制其计算器计算的方法得以实现频率的一些测量。但是这种方法有缺点也有优点，缺点就是，需要很大的硬件开销，而且在输入信号的过程中，其中含有非常多的谐波时，测量的准确性不是非常高，误差也比较大。其优点是，编程过程非常渐变，利于很快编程。还有一种测量方法，这种方法提出了首先用交流这种采样方法得到的采样数据信号来进行一些数字滤波，等到滤出其中的基波后，然后再通过插值求波形过零点的时候，进而在求出其对应周期的方法。所以在次基础上，只要求我们求出T的导数，然后便可以得到我们所了解的电网的频率了。但是必须保证采样的速率足够的高。这样就可以使算法和测量具有非常高的效率。

结束语：

电能问题一直都是现在社会人类都很关注的一个重要问题，其中检测的手段还有了解分析手段正在慢慢完善，一些经典的各种变换方式在电能质量的一些问题上的处理已经非常成熟了，有更多的复杂的难以理解的现象等待着我们更加先进的科学技术和数学工具，然后我们将采用更先进的手段去解决这些待处理的问题，需要我们以后的思考与技术的提升进步。

参考文献：

[1]牟英.电能质量分析及其补偿方法的研究[M].兰州理工大学，2009，05，10

[2]拜润卿.小波变换在谐波检测中的应用分析研究[M].甘肃电力技术，2008，06，01

电能质量分析篇3

关键词：变电站 电能质量 监测分析控制技术

中图分类号：R363.1+24 文献标识码：A 文章编号：

0引言

随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性负荷及用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势，具有很强的观实意义。

1衡量电能质量的主要指标

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。

(1) 电压偏差（voltage deviation）：是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起）的总称。

(2) 频率偏差（friquency deviation）：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（unbalance）：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。

2电能质量问题的产生

2.1电能质量问题的定义和分类

电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，其实质是电压质量问题。电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。

2.2电能质量问题产生原因分析

随着电力系统规模的不断扩大，电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因。

2.2.1电力系统元件存在的非线性问题

电力系统元件的非线性问题主要包括：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（特别是超高压输电线路）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。

2.2.2非线性负荷

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主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）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。居民生活负荷中，荧光灯的伏安特性是严重非线性的，也会引起严重的谐波电流，其中3次谐波的含量最高。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网造成严重污染，同时也使功率因数降低。

2.2.3电力系统故障

电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题，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、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。

3电能质量分析方法

3.1时域仿真法

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。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。

3.2频域分析法

频域分析方法主要包括频率扫描、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。其优点是可详细考虑非线性负载控制系统的作用，因此可精确描述其动态特性。缺点是计算量大，求解过程复杂。

3.3神经网络法

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。

3.4二次变换法

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。该方法的基本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。

3.5小波分析法

小波变换是新的多尺度分析数字技术，它通过对时间序列过程从低分辨率到高分辨率的分析，显示过程变化的整体特征和局部变化行为。常用的小波基函数有：Daubechies小波、B小波、Morlet小波Meyer小波等。

小波变换的优点是：（1）具有时－频局部化的特点，特别适合突变信号和不平稳信号分析。（2）可以对信号进行去噪、识别和数据压缩、还原等。缺点是：（1）在实时系统中运算量较大，需要如DSP等高价格的高速芯片。（2）小波分析有“边缘效应”，边界数据处理会占用较多时间，并带来一定误差。

3.6Prony分析法

Prony分析衰减的思想类似于小波。在该方法中，信号总是被认为可以由一系列的衰减的正弦波构成，这些衰减正弦波类似于小波函数。所以Prony分析方法和小波一样，可以做多尺度的信号分析。Prony分析的主要缺点是计算时间过长。

4电能质量的控制策略与技术

4.1几种电能质量控制策略

（1）PID控制：这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构简单、稳定性好、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控制方法。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)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理，具有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。

4.2用户电力（Custom Power）技术

用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中，其目的是加强配电系统的供电可靠性，并减小谐波畸变，改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率，并且关断容量已达MVA级，因此DFACTS装置具有更快的响应特性。

5电能质量控制的发展方向

5.1研究电能质量分析控制领域的基础性工作

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。

5.2推广使用数字化电能质量控制技术

以DSP为基础的实时数字信号处理技术在控制领域得到广泛应用，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，改变控制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。

5.3对电能质量检测技术的新要求

传统的检测仪器一般局限于持续性和稳定性指标的检测，而且仅测有效值已不能精确描述实际的电能质量问题，因此需要发展新的监测技术。具体要求包括：①能捕捉快速(ms级甚至ns级)瞬时干扰的波形；②需要测量各次谐波以及间谐波的幅值、相位；③需要有足够高的采样速率，以便能和得相当高次谐波的信息。④建立有效的分析和自动辩识系统，反映各种电能质量指标的特征及其随时间的变化规律。

5.4大力发展应用新技术

电力电子技术的应用可以大大提高电网的电能质量，FACTS、CusPow等新技术更是为解决电能质量问题开拓了广阔的前景，同时一些非电力电子技术的发展也很迅猛，将这些技术融合发展，并合理使用、大力推广，必然会逐步满足电力负荷对电能质量日益提高的要求。

参考文献

[1]Dugan R C， Megranghan M F，Benty H W．E1ectrical power systems quality [M]．New York：McGrawHill, 1996.

电能质量分析篇4

关键词：配电网；动态电能质量；对策

中图分类号：TM73 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）08-000-01

电能作为广泛使用的能源之一，电能使用的程度逐渐成为一个国家发展水平的基础。随着科技快速发展与国民经济水平的提升，电能需求量也在不断增加，虽然电能供求关系的问题基本得到缓解，但是与电能质量方面有关的问题却日趋严重，其故障问题主要包括瞬时供电中断、电压跌落、电压脉冲和浪涌等。因此，必须结合我国具体国情，探索研究改进配电能质量的有效措施。

一、配电网动态电能质量的含义

电能质量根据持续时间与产生时间的长短，可以划分为动态电能质量与稳态电能质量2种。而动态电能质量主要以暂态持续时间为主，其中暂态又细分为脉冲暂态和振荡暂态。其具体体现在以下几方面：（一）电压会发生骤降现象与骤升现象，持续时间达到0.5个周期～1s左右，有效值占标称电压的10～90%或者是110～180%；（二）电压会出现瞬变的现象，持续时间相对比较短，电压值变化十分迅速；（三）电压出现闪变现象，电压以波形包络线方式呈现出规则性的变化，以及电压幅值随时有可能发生变化。电能质量发生问题的主要原因是电压质量出现问题，尤其是电压跌落尤为突出。电压跌落的特点通常体现在跌落幅值和持续时间上，但是，在幅值大小与持续时间长短方面上目前还未有明确的限定范围。

二、电能质量问题发生的危害与原因

（一）电能质量问题发生的危害

1.公用电网中的元件由于谐波附加的耗损，导致发电、输电和用电设备效率不断下降；通过中线的大部分谐波会让线路过热，进而引发火灾事故。2.谐波会给电气设备的稳定运行带来影响，导致电机机械发生振动与噪声，进而造成各种设备出现过热、绝缘老化和使用寿命缩短，甚至是损坏等问题，例如变压器、电容器和电缆等。3.电网谐振会加大谐波电流，给电容器与串联的电抗器带来不良影响，烧坏电容器与电抗器。4.发出的信号会引起自动装置与继电保护进行误动作，造成供电中断。5.谐波会让电气测量仪表计量不精确，出现计算误差，给供电部门或者是电力用户带来巨大损失。6.谐波会干扰到附近的通信系统，发生噪声，影响了通信质量，严重的可能会造成信息丢失，给通信系统的正常工作带来影响。

（二）电能质量问题发生的原因

据相关研究数据显示，电子类用电设备、工序复杂的生产过程和自动化程度高的设备是导致电压跌落的重要原因，尤其是新引进的电子产品对供电质量的影响更大。因为超高压电网故障会引起配电网的电压大范围出现波动现象，导致系统出现故障问题；除此之外，保护动作后重合闸造成电压跌落，进而导致供电出现瞬时中断，若电压跌落次数频繁增加，就会发生连续跳闸问题。

三、配电网动态电能质量的解决对策

（一）动态电能质量的调节装置

在控制配电网动态电能质量问题方面，电力电子设备为动态电能质量控制提供了有效的技术手段。在当前的供电系统中，交流输电系统技术应用规模的延伸与发展在提高电能质量方面具有重要意义。而IGCT作为灵活交流输电系统技术的重要器件，具有很大的关断容量，且具备响应性能方便快捷，开关频率较快等优势。目前用来改善配电网动态电能质量问题的技术主要有：统一电能质量调节器、配电型静止同步补偿器、固态断路器、固态转换开关、静态电子分接开关、不间断电源、蓄电池储能系统、动态电压恢复器、电力有源滤波器及超导磁能系统等。

配电静止同步补偿器，又称为DSTATCOM控制装置；其组成部分包括逆变器、耦合变压器和自关断器件等；配电静止同步补偿器是一种交流电压源，其作用为：当供电系统产生扰动时，就会借助逆变压器中的电压对输出的无功进行控制，从而起到双向调节能力，例如感性无功及容性无功等能力。在进行设计时，采用了多样化的设计结构和设计方法，能够减少电力输出时所形成的谐波含量，且无需额外使用电力滤波装置。SSTA是一种固态转换开关，当供电网络有故障问题出现时，可借助SSTA在数ms内将敏感负荷转换到另一条供电线路上，而传统的切换设备需要的时间通常超过0.5s。UPS是敏感负荷的备用电源，能够有效阻止由于电压跌落引起的瞬时供电中断的情况。虽然UPS在响应性能方面具有很大的优势，但是，由于其自身容量比较小，且需要较高的投资成本，所以比较少用。DVR是一种电压恢复器，通常设置在敏感负荷和系统的馈线上，借助串联变压器将逆变器中的补偿电压传送到馈线上，进而为敏感负荷的供电质量提供保障。由于DVR能够补偿系统中电压跌落时所发生的差值，因此，在进行设计时，设计的容量应低于UPS值。此外，由于自身性价比高于动态响应特性稳定的优点，收到广大用户的青睐。而SMES主要是利用超导线圈将系统交流转换成直流磁能的形式进行贮存，并在需要时借助磁电将其反馈到系统中。虽然，当前已有小型SMES得到使用，但是因为容量较小，无法在工业化上大范围的进行使用。

（二）动态电能质量调节装置在实际中的应用

在国内发达地区，配电网动态电能质量补偿装置逐渐出现了新的产品，例如改善电压质量的串联补偿器、抑制负荷谐波电流与无功并联型器件等，正处于实用化阶段。而我国许多单位也研发了有源电力滤波器试验装置，例如快速动态无功补偿装置的应用，已经获得了国家的认可，具有良好的使用效果。

四、结束语

综上所述，企业效益和配电网密切相关，用户对电力的需求不断增加，在电能质量方面也提出更高的要求。因此，电力行业应注重配电网电能质量存在不足之处，并制定科学合理的策略进行处理。同时，建立一套完善的管理制度，加强检查力度，将检查工作落实到位，优化配电网，并定期加强电力工作人员专业知识的培训，提高实践能力与专业水平，更好的服务于广大电力用户。

参考文献：

电能质量分析篇5

关键词：电能质量 在线监测 DSP

1 衡量电能质量的主要指标

目前我们关注的主要指标为国家技术监督局颁布的涉及电能质量五个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压允许不平衡度，公用电网谐波，以及供电频率允许偏差等的指标限制。

2 电力系统电能质量问题的产生的主要原因

电力系统元件存在的非线性问题包括同步发电机运行中感应电动势不理想；变压器励磁回路非线性特性；直流输电等。还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。在工业和生活用电负载中，非线性负载是电力系统谐波问题的主要来源。各种自然灾害、误操作、电网故障时、发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。

3 电能质量低下的主要危害表现

电能质量各项主要指标低下都会对电网及设备造成不同的影响及破坏，但其主要危害表现主要是增加用电设备的损耗增加、寿命缩短、工作不正常，破坏电力系统的稳定性、影响电网经济运行，损坏系统设备，增加系统损耗，增大测量仪表误差，干扰通信，造成继电保护及自动装置误动，危及设备的安全，甚至造成系统瓦解崩溃等。

4 电能质量监测装置发展现状

电能质量监测设备的发展趋势倾向于采用永久性的固定设备对现场数据进行在线监测。基于DSP的数字式仪表已被广泛应用，且一般都可和计算机相连，构成数据处理能力较强的PC+DSP主从式结构，具有显示、存储、通信、人机对话等功能，并具有在线监测、智能化、网络化、实时性好、成本低和接口丰富等特点。

5 亳州供电公司电能质量在线监测系统方案设计分析

5.1 亳州供电公司电能质量现状分析

亳州供电公司地处皖北平原，承担亳州市三县一区8400km2，600万人口的供电任务，并随着近年来经济发展模式的变革，人民生活、工作方式都发生了巨大的变化，电网负荷逐年复杂化，大型工业、牵引机车、火电机组上网、煤矿：化工、冶金等主网高压用户逐年递增，城市配网中，变频设备、节能器具、照明、娱乐设施及计算机设备等的大量应用，且亳州市近年来处于城镇化发展、特色产业发展高峰期，大量工地基建项目开工，大批制药厂饮片厂纷纷投产，也就意味着，大量的电焊、电炉、电机、整流装置等投入使用。由于经济建设的高速发展，用电科普知识不能有效普及，大量用户并未充分考虑电能质量相关问题，另外配网中补偿电容器的设计大多未考虑谐波问题，更有大量用户不投或过投补偿装置，使谐波处于难以控制的状态，也是造成配网中谐波滋长的主要原因，若不加以控制，这种趋势将处于增无减的状态。

因此建立长期有效的电网电能质量在线监测点、并辅以机动灵活的临时监测点相互配合，用于监测、分析亳州供电公司电能质量问题，并根据分析结果加以治理，势在必行。

5.2 亳州供电公司电能质量在线监测布点选择

亳州供电公司主干线路为220kV供电，因此布点选择在各个220kV枢纽变电站中，接入所有等级母线电压，主变低压侧开关电流，及110kV重点用户及联络线路电流。以实时监测该变电站的电能质量情况，通过对变电站的电能质量监测，能判断与该站相接的其他110kV、35kV变电站是否可能存在电能质量超标情况。并通过临时监测点的建立现场测试各重点用户电能质量情况。

5.3 亳州供电公司电能质量在线监测总体设计实施方案

（1）电能质量监测仪工作原理。本项目的设计的电能质量监测仪，电压和电流信号号经过传感器、高精度放大电路、抗混叠滤波器、A/D模数转换电路转换成数字信号，GPS的分脉冲信号和触发录波的开关量经光电隔离后送DSP进行分析及相关数据处理（开关量触发录波和精确对时），然后将测试结果通过PCL总线送工控机。工控机可将这些结果显示、存储、远传。（2）电能质量在线监测系统工作原理。由多台电能质量监测仪（下位机），通讯网络和电能质量分析系统（上位机）构成电能质量动态监测系统，上位机通过通讯网络对下位机进行参数设置、进行远程录波，从下位机获取电能质量测量数据并导入数据库。通过数据库查询，得到所需的测试报表，实时报表，统计报表，趋势图，波形图，频谱图等等，并可显示，打印，保存。上位机还能通过局域网与多用户进行数据共享。（3）亳州供电公司电能质量在线监测系统实现技术关键点。本项目的测量的间隔时间等于3s，即相邻两次测量之间没有缝隙。其采用的是TI公司的6000系列DSP，主频高，内建八个数据处理单元，可并行数据处理。其硬件结构和软件指令集，适合用来作频谱分析。并有高速PCI接口，方便与工控机进行大量的数据传输，为电能质量谐波无缝监测提供了物质保障。由于采用了高速DSP，因此采用非整数点的频谱分析方法，提高了谐波的分析精度；根据国标，严格采用闪变量值判定的基准方法计算闪变和变动；采用对称分量法计算零序分量、正序分量、负序分量和三相不平衡度；频率的测量精度主要取决于采样频率，与算法的合理性也有直接的关系。本项目A/D采样率为12.8 kHz/通道，即：每周波采样256点，加上合理的算法，使得频率误差≤0.002Hz，远优于国标的0.01 Hz。除了电能质量监测外，电力系统中常用的还有故障录波仪，它主要功能是记录电力系统发生故障时的电压和电流波形。将电能质量监测和录波功能有机结合，是电能质量分析仪的发展趋势之一。

电能质量分析篇6

【关键词】电能质量分析仪 谐波检测 不确定度分析

在这几年时间中，由于科学技术不断进步，电力系统内部产生了许多非线性元件，同时也形成了较多质量方面的问题。而在这些问题中，最为重要的内容是谐波问题，所以谐波测量准确性也因此被越来越多的人关注。就电能质量分析仪谐波测量模块来说，普遍是通过快速傅里叶变换来达到目的。同时算法本身也存在频谱泄露现象以及栅栏效应，并且还能够采用增强频谱分辨率的手段进一步降低栅栏效应。所以国家标准明确提出，仪器谐波在测量过程内，使用的频谱分析长度必须保证为十个周期，同时方式也一直为矩形加权。根据该项标准了解到，其更加注重谐波分析对应的分析率，并需要相关仪器增强同步性，进而降低频谱泄露现象。

1 谐波测量算法原理与方法

1.1 加窗算法原理

加窗算法产生的主要原因是因为频谱泄露，进而产生测量误差。而频谱泄露内部的信号普遍都不是F的倍数，这时就能够从两个不同方面展开研究：首先经由采样频率出现的转变促使信号内部现存频率不在F整数倍上；其次使用非整周期截断的方式，促使F出现极大的转变。

依照不同窗函数自身特点及主瓣过渡宽带针对性掌握矩形窗向对应的频率分辨率在相对较高的水平，不过阻带衰减则较为缓慢，甚至具备一定的泄露。在大多数环境内，巴特利窗、哈明窗以及汉宁窗普遍都属于主瓣宽度数值的两倍左右，同时其频谱分辨率以及阻带衰减速度都与矩形窗情况相反，并对泄漏现象存在一定的抑制作用。根据上述分析得到的优缺点，当前大量厂商普遍都使用汉宁窗展开生产。

1.2 频谱分析长度检测方法

按照文章之前对加窗算法原理展开的研究能够知道，与国家标准一致的仪器谐波测量必须具备针对F整数倍频点进行分辨的能力，而非整数倍频率则不能够顺利展开分辨工程，进而形成频谱泄露现象。

通过矩形窗展开研究的过程内，需要对频谱分析长度展开检测，明确T的具体值是否为10周波，该标准也能够直接视为检测频谱分辨率是否能够达到5Hz。在通过汉宁窗加权的过程内，若F对应5Hz，对么测量得到的频谱分析长度则必须对应是20周期。因此需要通过检测的方式来决定具体方法的使用。在展开分组算法的时，检测结果也会发生相应转变，因此需要设计下述检测计划：

（1）针对仪器谐波展开进一步精度测量工作；

（2）保证仪器频率分辨达到5Hz；

（3）按照分辨率检测得到的结果，分析电能质量分析仪具体应该使用的方式。

2 数学模型

通过仪器上测量的实际结果与有股那标准值进行针对性比较，得出下述内容：

在本公式中：d代表仪器测量的精准程度；ih表示的含义则是第N次谐波电波测量完成之后得到的实际测量数值；而ihN表示的含义则是第N次谐波电流对应定值。

除此之外，d表示的含义是非正弦电压信号下第N次谐波电流测量值中相对基波之间产生的误差，最后ih则表示测量过程中，某一次谐波电流出现的测量不确认度。

3 分析不确定度发生原因

目前测量得到结果内产生的不确定主要涵盖以下几种来源：测量的环境、方式、设备以及测量人员。针对文章研究过程中出现的测量不确定性，其发生原因为：因为被检电能质量分析仪器在测量过程中发生的重复性，使得标准出现确定性不显著的分量uA，并且主要通过A类方式进行评定；因为实际电能质量分析仪在分辨率方面出现的不确定度分量uIB1、uUB1，运用B类方式进行评定；最后由于校准仪器精准度等级实际标准产生的不确定分量uIB2、uUB2，一般使用B类方式进行评定。

4 标准不确定度评定

（1）针对性测量重复性引入标准不确定度分量结果，分别用uIA、uUA表示

基于重复性条件，针对性进行10次实验，同时保证实验系统谐波电流值维持在0.5A，谐波电压值维持在5%，最后获取的被检仪器谐波电流值的结果及谐波电压含有率结果如表1内容所示。

经由贝塞尔公式计算结果得出的标准不确定度分量uIA、uUA表示为以下内容：

（2）基于电能质量分析仪实际分辨率差异性导致的不确定度分量uIB1、uUB1

本次实验应用的电能质量分析仪主要为Fluke435A电能质量分析仪，其现有分辨率为0.001，与均匀分布原则相吻合，其包含因子，所以实际测量过程中，分辨率准确度引入产生的绝对标准不确定度为下述内容：

（3）基于电能质量分析仪精准度等级引入实际标准产生的不确定度分量uIB2、uUB2

本次实验应用的电能质量分析仪主要为Fluke435A电能质量分析仪，其谐波电流及电压的精准度波动范围为±0.2%，与均匀分布原则吻合，其包含因子，实际测量谐波电流值半宽为=0.01A。谐波电压半宽为=0.2v，所以实际测量过程中，仪器自身精准度等级引入实际标准产生的不确定度为以下内容：

5 不确定度评定拓展以及最佳估计值

正常情况下，被检仪器的谐波电流值在测量过程中，其所得到的最佳估计值往往会采取平均数，而本次实验中最佳估计值数值为0.50055A，此外被检仪器所选取的谐波电压最佳估计值同样也是选择算数平均值，而其最佳估计值数值为5.0005%V。

若置信概率维持在95%水平时，通过t分布表的查询结果得出，最终=1.96，那么最终得到的谐波电流极其电压扩展不确定度内容为一下内容：

=1.96×0.0083=0.01627，

=1.96×0.01214=0.02379。

6 结语

根据本文研究得到电能质量分析仪谐波电压以及电流最佳估计值应该是5.0005%V以及0.50055A，而对应的扩展不确定度则是0.02379以及0.01627。根据比较能够知道最终数据对应的绝对值差值普遍低于0.0368%，而这里分析的电能质量分析仪测量不确定度的评定应该属于合格范围内。

参考文献

[1]丁文，袁志民.窗在插值FFT算法中应用的研究[J].电测与仪表，2014，45（12）：15-19.

[2]何伟，蔡维，王建伟.基于虚拟仪器技术的电能质量分析仪校准检测系统设计与应用[J].电网技术，2013，34（01）：84-88.

[3]郑恩让，杨润贤，高森.关于电力系统FFT谐波检测存在问题的研究[J].继电器，2013，34（18）：52-57.

电能质量分析篇7

在我国目前的市场经济体制下，电力行业得到了空前发展，电能质量也越来越受到各方面的关注，加上环境污染与资源紧缺的加剧，加强电能质量管理，并利用现有的技术手段节能降耗，提高供电企业的综合竞争力已成为亟待解决的问题。本文从加强电能质量管理及节能降耗方面提出几点举措，为供电企业发展做出自己的一点贡献。

关键词：

供电企业；电能质量管理；节能降耗

供电企业作为我国经济发展的重要支柱，其电能质量的合格是正常供电的保证。电力企业不仅要加强电能质量的管理，还要重视节能降耗的问题。这两点对提升供电企业市场竞争力具有重要意义。

1电能质量含义

对于供电企业而言，电能质量即电压与频率的合格率与一年内连续供电的小时数，是判断电力系统是否具有安全性、可靠性的依据。一般而言，电能质量象征着能否优质供电，保证电力设备及系统在规定的条件下运行，具有120°的幅值相序。根据电能自身属性可知，在电能的输送、分配、使用安全经济的情况下，理想的供电系统具有以下特征：向用户输送的电能额定频率、电压等级、交流电能够保持单一恒定；三相交流电压与电流之间平衡稳定，并保证电能传输的效率最大，用电负荷互不影响；能够向用户持续不间断供电，且用电设备运作正常，能量供需随时保持平衡[1]。这些特征是供电系统正常运行对电能质量的要求。

2供电企业电能质量管理

电能质量管理主要从组织管理制度以及运行管理上入手。

2.1组织管理制度

供电企业应该以国家相关规范与规定为依据，结合电网运行的情况，制定适用于自身的组织管理制度、设备运行管理制度、技术培训制度等。实行责任制，为防止部门之间推诿扯皮、推卸责任，在组织管理制度中明确规定各部门的权利及义务，明确各部门及相关人员在电能质量管理中的具体职责，并制定完善的考核办法与激励制度，将电能质量的指标列入考核项。

2.2运行管理

2.2.1频率管理

频率稳定关系到有功平衡，重点在于设置足够的备用设备容量。一般来说，电力系统除了需要设置一般的负荷备用，为防止重大负荷事故的出现还要加设10％的备用容量；不仅要储备检修备用，还要储备国民经济备用。备用电源分为热备用与旋转备用，根据电力系统的需要进行设置[2]。为保证频率能够稳定调整，机组需要有充足的调整额度与调整速度，同时符合经济性与安全性的原则。频率管理一般由调度中心来负责。

2.2.2保持电压稳定

保持电压稳定的方式包括：改变电源电压，调整励磁电流，保证发电机端电压与额定值的偏差小于±5％；改变电源的布局或者改变无功补偿装置的安装位置，减少线路无功输送；调整电压，改变电力系统的无功分布；调整线路参数，例如增加导线截面；使用电力电容器等无功补偿装置；在超高压线路上设置电抗器。

2.2.3保持三相电压平衡

当出现负荷分配不平衡或者特殊负荷等情况时，三相电压会失衡。供电企业应仔细统计用户负荷，合理分配电力，并对特殊用电负荷进行入网审查，制定并落实具体治理措施。

2.2.4管理电网谐波

电网谐波即电力系统中非线性负荷。谐波降低电能的产生、输送和利用的效率，使电气设备过热、产生震颤与噪声，加快绝缘层的老化，缩短其寿命。还会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，放大谐波含量，甚至造成电容器等设备烧毁。在管理电能质量时，市场部人员应对用户的非线性设备进行统计、评估、监督、管理。

2.2.5管理电压的波动与闪变

电压波动和闪变会造成照明灯光闪烁，使人产生不适感；电视机画面垂直或者水平幅度摇动；造成电子仪器、自动控制设备等异常运行。产生的原因包括线路短路与雷击保护等。供电企业应测定冲击性功率负荷所引起的电压波动与闪变并采取措施进行治理。

3供电企业节能降耗的意义

近年来，环境污染与资源紧缺不断加剧，我国人口基数大，平均资源占有量低于世界平均水平，在开发新型绿色能源的同时节能降耗，双管齐下解决能源危机已是重中之重。供电企业在我国经济发展中占有举足轻重的地位，且能源消耗量巨大。另外，在电网的规划中，由于人员素质偏低，规划不到位，管理不到位等各种问题，规划内容不合理，与输配电线路节能减耗的目的背道而驰，在电网的实际使用也出现了一些损耗问题。因此，供电企业的节能降耗问题已被提上日程。积极落实相关举措对响应国家大力提倡节能减排的理念具有重要的正面意义[3]。

4供电企业节能降耗的途径

4.1优化运行方式

优化电网网架的规划。供电企业可通过优化网架结构来降低运行过程中产生的线路损失。在符合“N-1”的准则上进行配网，将近期与远期的符合量进行综合考虑，以各个电压等级和谐发展为视角，根据地区实际情况建设高压电网，建设节能降耗的10kV配网。

4.2平衡三相负荷

若三相负荷失衡，低压电网在线路及变压器上的损耗会有所增加，因此，做好三相电流的负荷平衡工作，将会减少线路损失，实现节能降耗的目的。将不对称负荷分散接在不同的供电点，以减少集中连接造成的不平衡度超标；增加负荷接入点的短路容量，使供电电压级别提高系统承受不平衡负荷的能力增强。

4.3合理安排停电应对措施

在输变电设备发生停电时，在供电负荷相同的情况下，输变电设备的线损会增加，并且增加了供电安全的风险性。供电企业要安排一系列临时运行举措，合理制定检修计划，减少停电重复率。优化月度停电检修计划，保证正常供电。

4.4对电网进行科学的规划

对电网进行合理的规划可以降低损耗。合理规划就是制定科学合理的规划方案。电力企业采取负荷监控系统和自动化管理系统等一系列的管理方法来降低损耗。例如，可以利用计算机对电力进行计算和分析，如果在方式上出现大的变化，就需要考虑用计算的方法。另外，可以运用调度自动化系统绘出主变中的运行曲线图，使主变中的运行曲线图保持最佳的运行状态，维持正常运行。对电网的合理规划不仅仅包括自动化的设计，还应该注重对电力系统消耗的监控工作，在电网配置时做好输配电线路的规划，从而有效的降低消耗。

4.5使用节能变压器及合适的配电电压

在输配电线路的具体运行过程中，电力消耗的主体就是变压器。所以，选择合理的变压器有利于节能降耗。从技术水平上，我国对变压器的研发和应用主要在于使用新型的变压器，同时对变压器的容量的设计进行合理的完善。非晶合金铁芯变压器具有杂音小、消耗低的特点，相较于其他的变压器具有明显的优势。因此，非晶合金铁芯变压器已经是变电站变压器的首选。另外，在整个配电系统的工作中，一定要注意对变压器进行定期养护和更换，避免因为变压器使用过久而出现损坏，影响整个电力系统的正常运行。在配电系统中要注意对配电电压进行控制，配电电压的强度会直接影响到配电运行中的损耗量，因此对配电电压进行合适的选择可以降低由于电压过高而造成的损耗。

5结语

本文主要从组织管理制度以及运行管理上阐述了加强电能质量管理的举措，从技术层面对节能降耗问题进行探究，旨在促进供电企业的发展。但是，由于市场及自身的原因，供电企业在这两个问题上还存在许多问题，在提高电能质量与节能降耗上依然任重道远。

参考文献：

[1]王东.供电企业强化电能质量管理工作的研究与分析[J].中国科技博览，2015（15）：88.

[2]欧阳森，李奇.供电企业的电能质量服务体系研究[J].华南理工大学学报（自然科学版），2015（4）：7~13.

电能质量分析篇8

[关键词]供电企业；电能质量；管理；对策

中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0088-01

1 供电企业要加强谐波的治理

（1）电网设计时对谐波进行综合考虑。①在变电站设置消除谐波或抑制谐波的装置（无源滤波器、有源滤波器和混合型滤波器）；②从电网结构上考虑对谐波进行抑制。首先，对谐波中的用户设立专线供电，例如通过给装有较多变频器的线路直接拉10kV的专线供电，能够确保变频器产生的谐波不会对厂区的其他设备造成影响；其次，针对不同的变压器采用适当的连接方式。不同功能变压器采取不同连接方式时，对抑制谐波有着不同的效果（例如三相整流变压器采用Y-d（Y/）的连接方式，可以有效消除三次及其倍数的谐波）；最后，适当增大电容容量，能够有效降低系统的谐波水平。

（2） 加装谐波抑制装置。由于供电企业不可能要求用户主动使用产生谐波更小的新设备，为此可以在现有的、产生谐波较大的设备附近装设滤波器，这是抑制谐波最有效的方法。目前用户侧的谐波器分为有源滤波器、无源滤波器和混合型滤波器，表1为三种滤波器的对比。

（3）加强新建或增容的谐波源用户的管理。在用户申请用电或增容时，供电企业要对用户用电设备的结构和负荷性质进行详细了解，对有可能产生谐波的设备进行标注，并收集相关技术资料；在答复用户用电申请时，供电企业要明确对影响电网电能质量的态度，督促用户在进行电气设计时，同步考虑采取消除谐波的技术措施；在审核用户的设计图纸时，供电企业要根据谐波源和系统公用电网参数，进行谐波预测计算，对可能超标的用户提出修改意见；在与用户签订用电合同时，对有谐波污染源设备的用户，供电企业要明确产权分界点允许的谐波畸变率或允许注入系统的高次谐波电流限值，为今后的整改提供依据。

2 供电企业要加强电压暂降的治理

2.1 从电网源头上减少故障的发生

电网故障的发生是难以避免的，但供电企业可以采取有效措施来尽量降低故障的发生机率，具体说来：缩短继电保护的时间，提高继电保护动作速度；加强高电压等级电网可靠性，确保全线都有避雷线和避雷针等避雷措施，减少雷电直击线路上；对一些雷击密度高的地区及重要的用户，可以考虑不使用架空线供电，而是拉地下电缆或高压电缆给用户供电（地下电缆铺设在地下，一般不会受雷击，而且可以减少施工及树木的干扰而导致故障，是提高可靠性的有效手段）；对一些重要的用户或敏感设备采取高电压等级的专线供电或拉近与电源间的电气距离，并且对一些事故较多的用户采取必要的隔离措施，以免影响其他用户的正常用电。

2.2 从用户侧采取必要的措施

对于用户而言，他们只能采取技术和经济上都可行的方案，如在设备前安装能够抑制电压暂降的装置。目前，能有效抑制电压暂降的设备有不间断电源（UPS），动态电压调节器（DVR）及静止同步补偿器（STATCOM）等，其中不间断电源（UPS）是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的不间断电源，能消除电压暂降和电压暂时中断所带来的干扰，一般只能给重要、敏感设备供电（如重要的计算机主机、计算机网络服务系统或其他设备）；动态电压调节器（DVR）是一个串联在用户敏感设备与电源之间的装置，主要用来补偿电压降低，提高DVR下游的电能质量；静止同步补偿器（STATCOM）是一种并联型无功补偿的FACTS装置，它能够发出或吸收无功功率，并且其输出可以变化以控制电力系统中的特定参数。

3 其他措施

3.1 加强小水电上网的管理

目前供电企业对小水电上网缺乏行之有效的管理手段，致使上网电压严重越上限（尤其是边缘地区的10kV公用混合网，存在整个丰水期电压严重越上限的情况）。为此供电企业要完善小水电上网管理制度，强化对小水电机组上网电压的监测；研究制定小水电上网调度管理办法，组织开展小水电机组励磁控制方式的普查，研究制定小水电机组上网电压实时（准实时）监测的技术方案，并且不断完善小水电上网因数的考核机制；从提高电压合格率和企业效益的角度出发，分析评估小水电上网峰谷电价、三度无功电量抵扣一度有功电量、小水电上网按照固定功率因数要求进行核算电价的影响，研究并提出小水电上网电价的改进建议。

3.2 构建完善的电能质量指标管理体系

针对电能质量管理上存在的问题，供电企业要完善电能质量管理构架，建立电能质量管理责任传递机制，将电能质量指标逐级分解下达，细化到地市供电局生技、计划、市场、调度及变电、区县供电局等运行单位，区县供电局将指标分解下达到供电所和班组，并将相关指标纳入评价考核。建立电压合格率指标月度分析和通报机制，地市供电局每月通报电压合格率指标完成情况，按照变电站各级母线电压合格率、“站-线-变-户”关系，系统开展指标分析工作，及时查找导致电压越限的因果关系，以及在管理上、技术上存在的问题，制定整改措施和计划。

4 小结

作为一种特殊的能源和商品，电能在广泛应用的同时又有其自身的质量，而电能质量不佳将造成巨大的经济损失，为此分析电网电能质量的现状，强化电能质量管理工作已经成为供电企业目前亟待解决的问题。本文笔者结合多年工作经验，从加强谐波的治理、加强电压暂降的治理、构建完善的电能质量指标管理体系、加强小水电上网的管理等几个方面入手，就供电企业强化电能质量管理工作提出了自己的看法和建议，以期为促进电网电能质量的提高贡献自己的一份力量。

参考文献

[1]张亚妮.电力系统的电压管理分析[J].企业导报，2011（9）.

[2]刘鹏飞.电能质量管理的现状与对策分析[J].电子制作，2013（20）.

电能质量分析篇9

关键词：电能质量专利布局分析

一、引言

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。电能质量的指标若偏离正常水平过大，会给发电、输变电和用电带来巨大的伤害，也会造成巨大的电能浪费。处于信息社会的高新技术产业及信息设备要求高可靠性及高动态品质的电能供应，在能源日益紧张、大力倡导低碳经济的今天，对于如何节约电能、提高电能质量的问题已经列入了国家的“十二五”规划的重点发展内容。

国内外许多企业和科研机构都在为此投入巨资进行研究，尤其是国外的一些知名电气公司，如美国的通用电气公司、瑞典的ABB公司等电气行业的巨头为抢占这方面的技术高地，正在建立自己的知识产权保护圈。通过初步检索，已经发现大量这方面的专利申请，但绝大多数是国外企业，可以看出，国外有关企业已经对这方面的技术进行专利布局，意欲形成技术垄断，这将给我国的电能质量制造商构成威胁。

对电能质量治理技术专利布局的现状进行调研与分析，既有利于该领域科研开发工作在最新最高的起点上开展，又能使科研与市场很好地结合起来，有助于实现科技产业化，加速科技成果的推广应用，以帮助企业尽可能全面掌握电能质量产业专利技术分布及趋势发展等信息，为企业专利的生成、运用、保护和管理提供必要的数据支撑和决策参考依据，以增强企业的自主创新能力及其保护力度；研究结果可作为本领域高起点技术开发的参考资料，并以技术创新来参与电能质量技术领域的竞争。

二、检索方法

检索方法包括对国内外电能质量治理技术的专利文献进行查询检索和分析研究，尤其是对国内外知名企业在电能质量治理方面的专利布局及其分布状况进行分析研究，了解电能质量治理技术方面的现状及发展趋势和知识产权保护现状及发展趋势，对要规避的技术点、要改进的技术点和技术盲区等进行系统归类形成文献，用以帮助制定企业的电能质量技术体系，进行专利技术预警机制系统研究。

世界上许多大公司、大企业在其进行科研开发、产品出口、引进技术以及专利申请前，都十分重视市场技术的调研与分析，而专利文献无疑是一种非常重要的情报源。据调查，世界上的新技术、新发明90％以上记载在专利说明书里。专利说明书是发明人或申请人在申请专利时，向国家知识产权局提交的用以详细说明自己的发明内容及要求保护的技术范围的书面材料，经国家知识产权局初步审查或实质审查后出版公布，任何人均可自由订阅。

检索系统资源包括国家知识产权局专利数据库、SOOPAT专利数据库、欧洲专利局专利数据库、世界知识产权组织专利数据库、美国专利数据库、日本专利数据库等。检索时间段是1980年1月至2011年6月底。

检索策略包括，首先把电能质量治理技术相关内容转换为检索语言――专利分类号和关键词，以分类号、关键词、竞争伙伴名称等为入口，重点围绕电能质量产业在中国和国外所申请的专利进行复合专利检索；再进一步结合所确定检索对象和专利分类，以及国内外的主要与该技术有关企业、大专院校和科研机构，进行复合组配检索；从索引中查出公开(公告)号，根据公开(公告)号查到专利说明书，从而了解到某项专利的全部技术内容和要求保护的权利范围等。

主要采用的技术关键词包括电能质量、电能质量监测、电能质量治理、无功功率补偿、晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)、静止无功补偿器(sVC)、静止无功发生器(sVG／STATCOM)、动态补偿、无功补偿、谐波治理、谐波抑制、有源滤波、无源滤波、负序治理、电压波动、闪变抑制等。

三、国内电能质量治理技术专利布局分析

按照国内电能质量治理技术特点，主要从电能质量系统、无功补偿、谐波治理、负序治理、电压波动与闪变抑制等方面进行专利检索。

我国电能质量产业相对于国外电能质量产业起步较晚，如国内最早的电能质量治理技术发明专利的申请是在2002年4月29日由清华大学申请的“串联型电能质量补偿器的电压补偿方法”和2003年11月28日申请的“牵引变电所电能质量控制器”，直到2008年，该领域的发明专利申请量在当年为10件，2009年，上海市电力公司的电能质量发明专利申请10件，领先于国内同行。

据调查，无功补偿技术发明专利申请主要集中在中国电力科学研究院、清华大学、湖南大学、中电普瑞科技有限公司和华中科技大学等高校和科研院所。在无功补偿技术方面，鞍山荣信电力电子股份有限公司大约从2001年起研制无功补偿类产品，2001年申请的实用新型专利有8件，到2008年开始有发明专利申请；国内最早的无功补偿技术发明专利申请是湖南大学在1993年11月3日申请的“多功能阻抗匹配牵引变压器”，但在2009年12月30日专利权终止；有效发明专利最早是清华大学在2002年4月5日申请的“补偿动态三相不平衡负荷的方法及补偿装置ZL02103873.2”。企业中申请发明专利最早的是，三菱电机株式会社于1998年11月29日申请的“补偿设备及采用补偿设备的输电系统ZL98122535.7”；中国南车集团株洲电力机车研究所和株洲变流技术国家工程研究中心于2007年3月28日申请的“一种综合补偿装置和方法ZL200710034634.9”；中电普瑞科技有限公司于2008年10月8日申请的“一种可重构型静态无功补偿／直流融冰复合装置的调节控制方法ZL2008 10223583.9”等。

1.电能质量治理技术专利申请量增长趋势分析

我国电能质量治理技术相对于国外起步较晚，但发展较快。特别是近年来，国内电能质量治理技术专利申请量持稳步上升趋势。如图1中可见1985～1990年，国内电能质量治理技术专利申请量基本在每年只有几件；1991～1995年，国内电能质量治理技术专利申请量略有增加，申请量超过10件／年；1998～2000年，专利申请量开始超过20件／年，从2007年起，专利申请量开始出现显著突破超过i00件／年以上。

自2000年后，国内电能质量治理技术专利申请量开始呈现增长趋势。2000年，我国对专利法进行了第二次修改，使得我国专利制度逐步完善，企业对专利保护制度认识逐步加深，同时，由于市场的逐步开放，国外公司进人我国申请专利增多，使得国内电能质量专利申请量实现较快增长。2000年国内电能质量专利申请量为14件，到2009年国内电能质量产业专利申请量达到238件，十年间增长了16倍。由于通常发明

专利申请要在申请之日起18个月后公开，国家知识产权局数据库中检索到的2010年和2011年上半年专利申请量并不能完全反映实际水平，故此两年数据仅作为参考，预计2010年、2011年国内电能质量专利申请量会再创高峰。

2.国内电能质量治理技术专利类型申请趋势分析

专利类型分为发明、实用新型和外观设计三种类型。如图2所示，国内从1985～2011年电能质量申请专利所占申请总量的比重情况，发明专利占专利申请总数的比重为44％，实用新型专利占专利申请总数的比重为54％，而外观设计专利所占比重最少。从中看出，国内电能质量治理技术专利申请是以发明专利布局为主导的。

3.国内电能质量治理专利技术分布及其发展趋势分析

按照目前国内电能质量治理技术的常用分类方法，检索的技术领域分为五大重点技术领域，即电能质量系统、无功补偿、谐波治理、负序治理和电压波动与闪变抑制技术等。

从图3中可以看出，国内电能质量治理技术专利申请主要集中在无功补偿、电能质量系统和谐波治理这三大技术版块中，根据调研国内企业在电能质量产业工程化实施项目的情况，其产品特点也主要体现在无功补偿和谐波治理这两大技术类型上，即无功补偿技术和谐波治理技术是目前国内电能质量治理产业的中坚技术也是含金量较高的技术。

针对历年来电能质量产业在上述五大重点技术领域的国内申请专利进行调查分析，从图4中可以看出，国内整个电能质量产业的专利申请量呈稳步上升趋势，并且五个重点技术领域的专利申请量在2001年以后呈现同步增长趋势，其中增长得最快、申请量最多的是无功补偿技术领域，截至2011年6月，累计申请总量700余件。

由此得出，目前国内电能质量产业的主流技术是在无功补偿技术领域，其次是电能质量治理系统和谐波治理技术，其他技术领域相对来讲稍薄弱些。

4.国内电能质量治理技术专利申请人分布分析

从图5中可以看出，国内电能质量治理技术专利申请人类型大多集中于职务申请，职务申请与个人申请的比例为5.6：1，我们将职务申请分为三类，即企业、大专院校和科研院所。企业申请专利705件，占职务申请总量约57％，个人申请、大专院校申请和科研院所申请专利各占总量的百分之十几。可见，随着电能质量产业的发展，企业在注重提高研发能力的同时，也在积极进行自主知识产权科技成果的保护。

本文重点选择对国内电能质量产业影响较大的电能质量、无功补偿和谐波治理技术专利申请人进行调研分析。将国内电能质量产业专利申请人分为两类，即高校研究所和企业两大类，根据其专利申请数量进行排名。

鉴于谐波技术领域涉及面非常广，本文主要针对谐波技术领域中的专利分类号为H02，即发电、变电和配电技术领域的专利进行检索。

如表2、表3、表4所示，针对电能质量、无功补偿和谐波(H02)三大技术领域，从综合实力看，在高校和科研院所中，以中国电力科学研究院、湖南大学、清华大学、华中科技大学和华北电力大学研究的专利技术实力最强，在企业中，以中电普瑞科技有限公司、荣信电力电子股份有限公司、株洲变流技术国家工程研究中心有限公司、北京利德华福电气技术有限公司和国网南自控股(杭州)有限公司研制产品的技术能力较强。排名最前的企业申请人是中电普瑞科技有限公司，其拥有申请专利数量最多，达75件，这充分说明了中电普瑞科技有限公司在技术创新方面的实力，而荣信电力电子股份有限公司和株洲变流技术国家工程研究中心有限公司是近几年来专利数量增长最快的企业，依照其现在的增长速度，很有可能在短时间内赶超前面的企业。相较而言，目前高校和研究所申请专利的数量远远高出企业，这也体现出电能质量行业的发展与大专院校和科研机构是密不可分的，企业也可采用产学研结合的形式来不断提高其自身的技术创新能力。

四、国外企业在我国申请现状

根据调研情况来看，国外已有几家著名企业进入中国申请了与电能质量治理技术相关的专利，表5对相关专利进行了统计。最早由株式会社日立制作所于1987年11月11日申请的“适用于有源滤波器电路的放大电路”，于1988年5月4日申请的“使用电流源型交流器的无功功率补偿装置”等，但这两项专利权均为终止状态；株式会社东芝于1991年9月18日申请的“有抑制高次谐波功能的无功功率补偿设备ZL91 109147.5”为有效的发明专利，也即将于201 1年9月17日有效期届满；ABB股份有限公司于1999年1月27日申请的“用于有源滤波器的控制设备和用于减少双极直流线路中的谐波的方法ZL99800559.2”仍处于有效保护期内。

国外企业研究电能质量治理技术早于中国十多年，从其在中国申请专利情况来看，存在着进入中国进行专利布局的趋势，国内企业以及科研院所等机构应紧密跟踪其专利申请发展状况，并建立起自身自主知识产权预警体系防患未然。

五、专利布局预警分析的意义

通过专利检索分析，初步了解到国内电能质量治理技术在其基本原理方面的创新突破难度较大，国内大都属于应用技术改进型专利，也有一些基础性的专利但是被驳回了，如2006年10月18日申请人张云一申请的“电网谐波治理方法及设备200610096695.3”的发明专利，就是一个关于利用谐波信号变送器从系统中分离出谐波三相电压或三相电流信号之和，以设置在谐波信号变送器二次侧的可控阻抗形成的谐波变送器二次侧回路消耗谐波能量，或在谐波变送器二次侧对谐波信号进行反相，再将反相信号经谐波变送器一次侧反馈至系统中抵消系统谐波量。该发明专利申请被国家专利局予以驳回，而湖南大学同样也存在着类似专利视为撤回的情况。这些都给我们一些启示，现在从电能质量的基础性专利来建立专利布局的难度很大，国内企业及研究机构等应先重点考虑采用专利布局模式以及跟踪世界高端技术加快国内技术创新步伐等措施来尽快建立自身的专利保护网。

专利战略布局是知识产权运作的高级阶段，而专利作为知识产权的重要组成部分，在企业的发展中起着至关重要的作用，建立和健全专利预警与专利战略，是企业在国内外市场竞争中提升核心竞争力的必要手段，企业应尽快把握国情，掌握规则，规避风险，掌握专利保护这个防身之术和制胜之道。

六、结论与建议

通过对电能质量治理技术专利的检索分析使我们对电能质量专利布局情况有了较全面的认识，并较深入地了解了当前国内有关电能质量技术的专利现状及发展趋势，为我们今后的研究开发打下了一定的基础，也为企业建立自己的专利预警管理系统提供了依据。

建议国内企业根据自身需求建立起专题专利数据库，可以将企业所关注领域的国、内外相关专利置于数据库中，既可避免在欧洲专利局、国家知识产权局等数据库内因为专利数据量大而难以检索的缺点，又可大大节省检索时间、提高检索效率；专题专利数据库还可以满足企业和用户的个性化需求，大大提高企事业单位的创新效率。

企业专题专利数据库可以为企业科研人员、市场人员以及企业决策者有效规避法律风险、开拓并促进市场发展等发挥巨大作用。如企业技术人员可以充分利用好专题专利数据库，有效地利用专利资源协助技术研发，对相关技术的专利文献信息进行分析判断，准确界定本企业所属专利、所属产品和技术方法的必要技术特征，清楚了解相关专利产品和专利方法的技术特征，通过竞争对手的专利协助自身的研发。市场人员可以通过专题专利数据库的统计分析功能，得知竞争对手的主要市场并确定自身的目标市场。企业决策人员能通过专题专利数据库了解国内电能质量产业的专利情况，通过专利数据库进行专利技术动态、法律状态及专利权人跟踪，了解其他竞争对手的专利申请状况，通过预警研究来防范他人恶意或不恰当地利用知识产权给自己造成伤害。

电能质量分析篇10

（武汉大学电气工程学院 湖北 武汉 430072）

摘 要：高速铁路由于其运行速度快、运输容量大，是我国近几年重点发展的交通运输方式之一。然而高速铁路的接入将对电网造成一定程度的影响，为此对高速电气化铁路牵引站接入电网的电能质量环境进行分析具有重要的意义。首先详细阐述了相关电能质量标准，高速铁路牵引供电方式及负荷特征，然后详细研究了高速铁路负荷接入电网的电能质量环境，得出了高速铁路负荷接入电网的电能质量环境具有大量的谐波、非线性、冲击性与波动性等重要结论。

关键词 ：高速铁路；电能质量标准；牵引供电方式；负荷特征；谐波；非线性；冲击性；波动性

中图分类号：TM701 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．11．047

收稿日期：2015－04－21

1 三相不平衡特性

三相电压不平衡度在电能质量国标中的描述公式为：

εU=U1/U2×100% （1）

式中：U1—正序电压的平方根号植，kV；U2—负序电压的平方根号植，kV。

现如今，中国电气化铁路的牵引站一般向电力机车提供50 Hz功率，且采用单相交流供电方式。电力系统运行中的电流三相交流制，三相交流电要求电流A、B、C三相以及电压A、B、C三相对称。且为了保证电压电流的三相对称性，则要求接入A、B、C三相的负载平衡，即要求有效值匹配、f同步、δ角之差为120°，正相A的δ角大干B项120°，B项大干C相120°。在我国的三相交流电力网架中，当三相负荷达到上述均衡时，三相交流网络中的电流和电圧（电流和电圧均为相量）成正弦曲线呈现。

因不接地系统的高铁负荷不会产生零序分量，只有正序分量以及负序分量，因此单相供电方式是高铁负荷产生三相电圧不平衡的根本原因。

我国高速铁路供电系统将三相电源转化为单相电源后供给电力牵引机车。由于高速铁路电力机车是一种大功率的单相负荷，而一般采用的牵引变压器为不平衡供电方式，因此高速铁路机车在运行时会产生很大的负序电流，会对电力系统产生一系列的危害。

负序电流对电力系统的影响可以分为两大方面，即对一次设备的影响和二次设备的影响：

（1）负序对电力系统一次设备的影响。对发电机而言，在定子回路中有不平衡负荷时，将产生负序电流，负序电流经过定子绕组时，形成负序旋转磁场。负序旋转磁场会由于电磁感应及电磁力的作用在发电机相关部件形成附加电流和感应涡流、附加力矩，引起发电机出力减小、局部过热、破坏转子部件的机械强度，温度升高影响绝缘。对电动机而言，由于电动机的负序阻抗很小，电动机两端加以很小的负序电压就会引起很大的负序电流，导致电动机绕组铜损增大，引起局部过热而烧毁。此外，负序电流还会在定子绕组中产生与正序磁场相反的反向旋转磁场，使转子铁芯叠片中产生涡流，增大转子铁损、发热增加，并且反向旋转磁场会产生转子制动力使其出力减小。对变压器而言，不平衡电流的存在降低了变压器的额定出力，变压器的有效利用率降低。负序电流还会增加涡流损耗、引起变压器漏磁增加和局部过热等问题。负序电流的存在使线路的输送能力大为降低，并且增加了输电线路上的损耗。

（2）负序对电力系统二次设备的影响。对二次设备的影响主要是负序分量对继电保护装置的影响。以负序电流滤过器为启动元件的继电保护和自动装置，如发电机的负序电流保护装置、变压器的复合电压启动过电流保护装置、相差高频保护装置以及故障录波器等，当受到电气化铁路产生的大量负序流注入时，引起保护装置误动作，引发电力系统供电故障。此外，负序电流还会影响一些对电能质量要求较为严格的工业企业，比如IT产业、微电子芯片制造业等，负序电流的存在可能导致设备运行异常，产生不合格的产品或者错误数据，造成巨大的经济损失。

2 谐波及非线性

2.1 谐波的概念

对于周期为的非正弦电流（或者电压）i（ωt），可分解为傅立叶级数：

其中，n为自然数，a0为直流分量，an为第n次谐波的幅值，nω为第n次谐波角频率，

为第n次谐波的初相角。n＝1的分量成为基波，n＞1的分量成为谐波。

总电流有效值的定义：

Irms：总电流有效值，In：亦为有效值。

谐波含量的定义：

谐波电流含有量等于各次谐波电流有效值平方和的根值，IH：电流的谐波含量，

关于某一次谐波百分占比：

第n次谐波电流含有率表征各次谐波的比重，I1：基波电流有效值。

电流谐波总畸变率：

IH：电流谐波含量，I1：基波电流有效值。

非正弦电路的有功功率：

Un：第n次谐波电压有效值， In：第n次谐波电流有效值，φn：第n次谐波电压与第n次谐波电流之间的相位差。

非正弦电路的视在功率：

非正弦电路的无功功率：

φn：某一次电压及电流相间相位之差值。

非正弦电路的畸变功率：

S：视在功率，P：有功功率，Qf：无功功率，

Qf描述系统里拥有相同频率，电压和电流存在无功量差值大小；D表示所占比例大小。

2.2 谐波的危害

对电网影响：由企业使用大范围大功率变频器、中央空调、节能灯具、UPS等交直流转换电力电子仪器。由这些仪器使用而逆向送出高次谐波逆流汇流至高压供电网络，因供电网络固有的等效阻抗，流经的谐波电流会产生巨大的电压降，使得供电网远电源端电压降过大，往往拉低配电系统压降值，达不到终端企业和单位对电能质量需求；同时大量谐波电流进入电力系统，谐波电流扰动往往会使继电保护装置在无故障的情况下误动作，造成非计划大面积停电事故，这对供电部门和用户而言都将是巨大的损失。对生产设备的影响：谐波电流流入到生产设备，会严重威胁到设备的使用安全和寿命，因谐波导致过低的供电电压，电机无法正常顺利启动，其启动电流值会大大超越正常启动电流，致使电机线圈发热极为严重，进而烧毁电机。对电容器的影响：在配电系统里，电容本体会受到谐波产生的各种危害。对线路影响：主要有能够对通道线路可靠性构成干扰威胁。

2.3 典型交直交电力机车各次谐波含有量

交－直－交型传送型的动车谐诐频谱比较长，且含有的谐波次数都不高。已知CRH2型列车组的奇次谐诐电流值都不大干2％。本次谐波计算依据典型交直交机车谐波电流含量和近期牵引变接入系统方案进行初步的谐波分析评估，待铁路部门提供详细的运行图和谐波特诐性测试结果后再进行校核。机车各次谐波含量参见表1。

交-直-交电流变化类型的牵引动车的谐波分布特点如下：

（1）采用脉冲宽度调制的整流器，交－直－交型牵引列车与采用晶闸管技术整流的交－直型牵引列车相比，其注入系统的奇次谐诐电流仅为交－直型牵引列车的1/3～1/4，然而当谐波频率f＞1 500 Hz时，机车运行时注入电网的谐波明显增加。当频率较高时，难以通过滤波器有效滤除，这无疑成为电力系统中弱化谐波危害的难点之一。

（2）四象限整流器会产生直流分量以及频率较高的谐波分量。二次谐波分量将使三相异步电动机电流产生脉动，特别是当逆变器输出频率与谐波频率相近时，将使异步电动机产生严重的三相电压不平衡。

（3）谐波电流剧烈波动，其幅值取决于馈线电流大小，且具有日周期性。

2.4 非线性

由于电力机车的整流装置大量采用大功率电力电子器件，因此电铁负荷属于典型的电子开关负荷，其属性不是均匀线性变化的，将导致电压电流波形发生波形的畸变，造成大量谐波分量注入电网网架。当前谐波的注入已成为电铁负荷接入供电网络的一个重要电能质量指标。

交－直－交电力机车由几个主要部件构成，其中包括车辆装载变压器、变流系统、用于电力机车的牵动型电动机等，其变流系统由电压型四个象限组合的脉冲整流仪、直流转换器和逆变器构成。已知接触网中电流为25 kV的单相工频交流，而机车的运行需要直流电供给，则可通过加装整流器得到。同理可知逆变器的作用，即是把直流逆变成三相交流，且交流电的U和f都是可以调节的，以驱动异步牵动型电动机。直流环节主要由二次谐波滤波器、支撑电容和过电压保护回路构成，用以维持中间直流电压恒定。

3 高铁列车的再生制动功能

列车运行时需要从电网汲取功率，是将电能转换为机车前进的动能的能量守恒转化过程。然后再生制动过程即是正常运行过程能量转换的反过程，即机车前行中产生的动能转变为电能的过程。这部分电能可以直接输送到电网中去，为其他符合提供电能，或者使用储备装置先储存起来，以供不时之需。再生制动的开发可以充分利用电网供给的能量，当列车在刹车减速的过程中利用再生制动功能实现耗能的最大优化，实现能源利用率以及经济性最优化。

目前我国高铁机车基本使用交型牵动电动机、交－直－交转化变动方式、绝缘栅双极型晶体管牵导换流器等较成熟的技术。可逆变状态是牵引机车的再生制动的理论基础。

机车在制动过程中形成的功率以受电弓为接触媒介反馈至与电力系统相连的接触网络中。这部分功率首先储存在接触网其中一个供电臂中，当另一辆列车通过时即释放储存的电能，或者以一定的电压电流大小反馈至电网网架中。再生制动技术的使用能够避免对轮两铁道踩面或机车减速盘造成消耗损害。

4 冲击性与波动性

高铁电气化铁路具有高速运行、电压电流幅值振荡明显且振动频度高等特点，属于最具代表性的日波动型用电客户。机车在行驶过程中有加速、制动等各种工况，同时受牵引重量、机车类型、线路坡度、曲率、风阻、追踪间隔时间，以及牵动引导变电站中功率配给方案等多种因素影响。综上所述，牵引负荷呈现出显著不确定性波动属性。

高铁负荷的列车功率呈现明显的不对称性、波动性和冲击性，且随时间无规则变化。

参考文献

1 Myers C，Rabiner L R，Rosenberg A E．Performance tradeoffs in dynamic time warping algorithms for isolated word recognition［J］．IEEE Trans on Acoustics，Speech，and Signal Processing，1980（6）

2 Rabiner L R．Rosenberg A E，Levinson S E．Considerations in dynamic time warping algorithms for discrete word recognition［J］．IEEE Trans on Acoustics，Speech，and Signal Processing，1978（6）

3 李群湛． 我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题［J］． 铁道学报， 2010（8）

4 X． Huang， L． Zhang， M． He， X． You， and Q． Zheng， Power electronics used in Chinese electric locomotives，in Proc． IEEE 6th Int． Conf． Power Electron． Motion Control， May， 2009

5 梁有伟，胡志坚，陈允平．分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述［J］．电网技术，2003（12）