电能质量评估指标和方法

电能质量的评估指标和方法概述电能质量评估方式评估流程及方法电能质量评估指标概述一、电能质量评估的定义电能质量评估是基于系统电气运行参数的实际测量或者通过建模仿真获得的基本数据，对电能质量各项特性指标做出评价和对其是否满足规范要求进行考查与推断的过程。概述二、电能质量评估的基本步骤1、选择评估指标。2、搜集电能质量数据。3、选择依据标准。4、确定目标性能等级。电能质量评估方式单项评估综合评估等级评估监测点评估系统评估规划评估（IEC系列）兼容评估（IEC系列）指标量化评估定制评估公众评估按指标内容分按结果形式分按面向用户分按应用服务分按空间层次分电能质量评估方式一、评估方式分类电能质量评估方式二、单项评估和综合评估电能质量现象起因公用电网谐波非线性负荷和系统的非线性电气元件电压波动和闪变功率波动性或间歇性负荷三相电压不平衡负荷不平衡或电力系统元件参数不对称电压偏差无功功率不平衡，调压措施动作等频率偏差有功功率不平衡电压暂降系统故障、重负荷或大型电机启动短时间电压中断伴随自动重合闸和备用电源自动投切装置动作长时间停电系统检修、线路或设备永久性故障，供需不平衡过电压电力系统中线路及设备的投切操作、系统参数不稳定或雷电电能质量评估方式二、单项评估和综合评估电能质量的单项评估是指，针对某一个电能质量或对某个特种进行量化而得到考核值的过程。结果的表现形式就是该电能质量的单项指标，评估结果就是指标值。电能质量现象评估标准单项指标公用电网谐波GB/T14549-1993HRUh，HRIh电压波动和闪变GB/T12326-2008d，Pit三相电压不平衡GB/T15543-2008Εu电压允许偏差GB/T12325-2008∆U频率允许偏差GB/T15945-2008∆f1、单项评估电能质量评估方式一、单项评估和综合评估2、综合评估就是在分析单项指标的基础上，把部分或全部电能质量问题以及某项电能质量的多个特征量按属性合成一个有机整体，进而得到其考核指的过程，其结果可以是电能质量的综合指标或综合等级。分单项电能质量多参数综合指标和多项电能质量综合评估。单项电能质量多参数综合指标:电力谐波对大多数电气设备的影响主要表现在秒级或分钟级的热效应上。因此，对于谐波的热效应的评估可以基于能量合成原理，采用包含各次谐波的影响的综合性指标，如电压/电流总谐波畸变率（THD），能满足大部分场合需要。多项电能质量综合评估：在同一时间，诸多电能质量参数加在同一电气设备上，共同影响设备的工作，电力扰动对设备性能的影响结果需要多项特征来评估。电能质量评估方式二、单项评估和综合评估除了部分电力用户对他们特别敏感的某些电能质量问题十分关心，并提出对应的单项指标外，大部分的用户是不愿意对电力扰动限制而增加任何附加费用的，他们更注重选择电能质量综合性能较好的电力供应。因此采用电能质量综合评估可以简化评估结果，增强执行的可操作性和大众的可接受度。电能质量评估方式三、指标量化评估和等级评估量化评估是将各标准规定的电能质量指标进行数值化计算，得到的评估结果是一具体数值。它能够直接反应电能质量问题的严重性，且便于专业人员将其结果作为电能质量莫标控制盒改善电力设计的参量。由于自然气候条件、网络结构以及系统内的负荷特性及其分布特点的不同，电力系统各节点质量指标的量化范围分布广，如果仅以量化值作为电力系统供需交易与定价的度量准则，会增加实际操作的难度。因此除了量化评估之外，还需要面向市场的不同电能质量需求层次建立质量等级评估。电能能质质量量评评估估方方式式三、、指指标标量量化化评评估估和和等等级级评评估估兼容容水水平平等等级级划划分分（（LV/MV）(IEC61000-2-4：2002)电能能质质量量评评估估方方式式四、、监监测测点点评评估估和和系系统统评评估估按电电能能质质量量评评估估的的空间间层层次次来分分：：监测测点点评评估估和和系系统统评评估估。1、监监测测点点评评估估它是是对对某某监监测测点点电电能能质质量量基基本本特特征征量量的的检检测测与与分分析析，，计计算算出出该该监监测测点点实实际际质质量量水水平平。。监监测测点点指指标标是是在在一一个个特特定定检检测测周周期期内内表表征征该该监监测测点点电电能能质质量量特特性性的的指指标标。。监监测测点点往往往往是是选选择择PCC处或或用用户户与与电电力力公公司司协协商商的的制制定定节节点点。。2、系系统统评评估估它是是通通过过对对某某局局域域供供电电系系统统个个监监测测点点评评估估，，经经过过再再统统计计或或再再处处理理，，得得到到对对整整个个系系统统质质量量性性能能的的评评价价。。系系统统评评估估的的结结果果可可以以用用来来评评判判不不同同网网络络类类型型或或任任何何一一个个被被监监测测系系统统的的典典型型干干扰扰水水平平，，便便于于系系统统的的逐逐年年质质量量对对比比，，有有利利于于促促进进电电力力公公司司改改善善系系统统运运行行条条件件。。电能能质质量量评评估估方方式式四、、监监测测点点评评估估和和系系统统评评估估系统统指指标标是是按按质质量量类类别别收收集集网网络络内内各各监监测测点点的的特特征征值值来来计计算算的的，，其其表表现现形形式式与与监监测测点点指指标标基基本本相相同同。。系系统统指指标标可可以以是是各各监监测测点点指指标标的的平平均均值值，，也也可可以以是是各各监监测测点点指指标标的的概概率率大大值值。。考虑虑到到没没有有被被监监测测到到的的站站点点的的情情况况时时，，一一般般采采用用对对统统计计值值进进行行加加权权处处理理。。加权权因因子子的的处处理理方方法法：：（1）按按每每个个监监测测点点供供电电的的用用户户数数赋赋权权，，权权重重为为Ni/∑∑Nj。（2）按按监监测测点点的的平平均均负负荷荷或或用用户户额额定定容容量量赋赋权权。。（3）按按负负荷荷的的重重要要性性或或用用户户的的电电能能质质量量经经济济损损失失赋赋权权。。电能能质质量量评评估估方方式式五、、兼兼容容评评估估和和规规划划评评估估将电电磁磁环环境境概概念念和和电电能能质质量量问问题题相相结结合合，，可可以以认认为为，，电电力力系系统统运运行行中中的的电电能能质质量量问问题题多多是是传传导导性性的的电电磁磁干干扰扰。。1、兼兼容容评评估估兼容容指指标标是是为为了了把把实实际际质质量量水水平平与与兼兼容容水水平平相相比比较较而而设设定定的的衡衡量量参参数数，，或或者者称称特特征征指指标标。。比比如如说说电电压压质质量量，，兼兼容容指指标标主主要要反反映映公公共共电电网网中中电电力力用用户户和和电电力力系系统统的的电电磁磁兼兼容容环环境境，，是是量量化化和和报报告告公公共共电电网网中中电电压压整整体体水水平平的的指指标标。。量量化化兼兼容容指指标标的的过过程程就就是是兼兼容容评评估估。。2、规规划划评评估估规划划指指标标是是为为了了比比较较实实际际质质量量水水平平与与规规划划水水平平二二设设定定的的衡衡量量参参数数。。以以谐谐波波电电压压为为例例，，IEC61000-3-6:1996规定定不不止止一一个个规规划划指指标标来来衡衡量量短短时时内内谐谐波波影影响响。。电能能质质量量评评估估方方式式六、、定定制制评评估估和和公公众众评评估估定制制评评估估和和公公众众评评估估是是指指不不同同电电力力用用户户根根据据自自身身用用电电设设备备对对电电能能质质量量的的敏敏感感性性或或发发射射水水平平，，提提出出个个性性化化的的质质量量需需求求而而提提出出的的评评估估方方式式。。1、定定制制评评估估定制制评评估估是是在在兼兼容容评评估估的的基基础础上上，，针针对对用用户户关关心心的的电电能能质质量量问问题题，，按按需需要要的的结结果果表表现现形形式式进进行行评评估估的的过过程程。。2、公众评评估公众评估估是对电电能质量量无特别别要求的的电力用用户，一一般是对对公众用用户而言言的，是是一种典典型的多多指标综综合评估估。电能质量量评估方方式六、定制制评估和和公众评评估非线性用用户系统统接入评评估流程程图电能质量量评估方方式六、定制制评估和和公众评评估定制评估估和大众众评估的的重要性性评估流程程及方法法一、评估估的基本本原则（1）评估指指标物理理意义明明确，且且与其对对设备或或者系统统的影响响严重性性紧密相相关。（2）指标的的统计应应实现在在时间上上的特征征对比，，以及不不同监测测点或系系统在空空间上的的特征对对比。（3）剔除无无关信息息的干扰扰，且又又不损失失必要的的信息，，以真实实的反映映电能质质量的水水平。（4）定义的的指标和和评估方方式应简简约、可可操作，，有利于于广泛的的工程应应用。（5）评估结结果应与与选定的的相关标标准限值值进行比比较。评估流程程及方法法二、评估估流程电能质量量评估一一般流程程评估流程程及方法法三、时间间组合及及计算方方法电能质量量的时间间组合是是指，将将按时间间变化的的电能质质量各参参数用不不同的时时间长度度进行组组合计算算的过程程，从而而达到既既真实地地反映实实际电能能质量水水平又可可以有效效地压缩缩监测数数据的目目的。1、利用时时间组合合提取必必要信息息评估流程程及方法法三、时间间组合及及计算方方法2、干扰特特征的时时间组合合选择（1）连续变变化型：：3s、10min、日、周周（2）事件型型：1min（电压暂暂降）评估流程程及方法法三、时间间组合及及计算方方法3、时间组组合计算算方法主要包括括方均根值值法、最大值法法、平均值法法、大概率值值法。仍以谐波指标讨论（1）方均根根值法（（rms）假设组合合时间内内检测的的n个测量窗窗的基本本量为Ci，则方均均根值Crms为评估流程程及方法法三、时间间组合及及计算方方法3、时间组组合计算算方法主要包括括方均根值值法、最大值法法、平均值法法、大概率值值法。仍以谐波指标讨论（2）算数平平均值法法假设时间间组合的的算数平平均值为为Cav，评估流程程及方法法三、时间间组合及及计算方方法3、时间组组合计算算方法主要包括括方均根值值法、最大值法法、平均值法法、大概率值值法。（3）最大值值法一段时间间内的最最大值可可以反映映特征量量的极值值，一般般使用在在两个层层次上：：一是观察察短时间间内测量量窗的各各次谐波波及THD值的最大大值，及及取各测测量窗值值的极值值。二是是在指标标统计时时间内的的3s或10min方均根值值的最大大值。评估流程程及方法法三、时间间组合及及计算方方法3、时间组组合计算算方法主要包括括方均根值值法、最大值法法、平均值法法、大概率值值法。（4）概率大大值法（（CP95）1）电能质质量指标标的动态态性2）抗扰能能力的多多样性3）电磁兼兼容评估估4）小概率率事件和和显著性性水平电能质量量评估指指标1、部分国国际标准准对评估估指标的的规定（1）IEC61000-4-7：2002（2）IEC61000-4-30：2008（3）IEC61000-2-2:2002和IEC61000-2-12:2003（4）IEC61000-3-6:1996（5）EN50160：2004（6）CIGREJGWC4.07/CIGED一、连续续变化型型的公用用电网谐谐波电压压评评估指标标电能质量量评估指指标2、谐波电电压评估估指标（1）测量窗窗计算1）HRUhm=Uhm/U1m*100%2）THDUm=Uhm/U1m*100%HRUhm——第m个DFT测量窗计计算的h次谐波电电压含有有率；Uhm——第m个DFT测量窗计计算的h次谐波电电压方均均根值；；U1m——第m个DFT测量窗计计算的基基波电压压方均根根值；一、连续续变化型型的公用用电网谐谐波电压压评估指指标电能质量量评估指指标一、连续续变化型型的公用用电网谐谐波电压压评估指指标电能质量量评估指指标一、连续续变化型型的公用用电网谐谐波电压压评估指指标电能质量量评估指指标一、连续续变化型型的公用用电网谐谐波电压压评估指指标2）规划指指标：规划指标标采纳多多指标或或多概率率值，不不仅体现现短时间间谐波热热效应，，还反映映了非常常短时间间谐波对对电子设设备的影影响。a）非常短短时间组组合日指指标HRUh，vs,d,CP95和THDU,vs，d，CP95b）短时时间组组合周周指标标：c）非常常短时时间组组合周周指标标：电能质质量评评估指指标一、连连续变变化型型的公公用电电网谐谐波电电压评评估指指标上述定定义的的第a类指标标是采采纳IEC61000-3-6和CIGREC4.07推荐的的衡量量规划划水平平的指指标；；b，c类是采采纳CIGREC4.07推荐的的规划划指标标，其其与IEC61000-3-6标准推推荐的的指标标仅有有的不不同就就是采采用了了CP99值。（3）系统统指标标：一一般是是基于于相同同电压压等级级监测测点指指标的的再统统计。。以电压压总谐谐波畸畸变率率THD的系统统指标标为例例，介介绍两两种定定义方方式：：a）在各各监测测点评评估指指标的的基础础上，，系统统指标标采用用各监监测点点在相相同统统计时时间内内的指指标值值加权权平均均法，，一般般是按按照监监测点点供给给的负负荷容容量确确定加加权系系数，，则系系统平平均总总谐波波畸变变率兼兼容指指标SATHDU,sh，w，CP95为：电能质质量评评估指指标一、连连续变变化型型的公公用电电网谐谐波电电压评评估指指标b）依据据CIGREJGWC4.07/CIRED推荐的的系统统指标标，可可表示示为系系统总总谐波波畸变变率CP95值，即即代表表各个个监测测点电电压总总谐波波畸变变率THDCP95值。STHD95由下式式定义义：THDU,CP95，S———第s个监测测点的的THDU的CP95值；Ft———系统内内所有有监测测点的的THD值的概概率分分布函函数。。电能质质量评评估指指标一、连连续变变化型型的公公用电电网谐谐波电电压评评估指指标110KV母线A相电压压200ms和3s方均根根值趋趋势图图对比比电能质质量评评估指指标110KV母线C相谐波波电压压3s、1min、10min方均根根值趋趋势图图对比比电能质质量评评估指指标一、连连续变变化型型的公公用电电网谐谐波电电压评评估指指标4、对设设备使使用寿寿命的的影响响在非正正弦条条件下下，电电气设设备的的绝缘缘性能能往往往因受受到电电、热热应力力影响响，会会使其其使用用寿命命减少少，所所以电电气设设备使使用寿寿命预预测在在电力力系统统元件件可靠靠性评评估和和系统统可靠靠性评评估中中占据据非常常重要要的作作用。。电应力力主要是是谐波波电压压电场场力的的作用用，热应力力主要是是谐波波电流流和电电压引引起设设备发发热使使其变变形老老化。。在波形形畸变变条件件下电电器元元件的的使用用寿命命为：：LS——正弦条条件下下，额额定电电场强强ES和温度度TS下的电电气元元件的的使用用寿命命电能质质量评评估指指标一、连连续变变化型型的公公用电电网谐谐波电电压评评估指指标4、对设设备使使用寿寿命的的影响响上述模模型中中电应应力占占主要要的作作用，，主要要包括括三部部分：：（1）峰值值因子子Kp：反映映畸变变电压压峰值值和额额定电电压峰峰值的的比值值：U1——基波RMS值U1，N——额定基基波rms值UP1——基波峰峰值电能质质量评评估指指标一、连连续变变化型型的公公用电电网谐谐波电电压评评估指指标4、对设设备使使用寿寿命的的影响响上述模模型中中电应应力占占主要要的作作用，，主要要包括括三部部分：：（2）波形形因子子Kf：反映映畸变变电压压U(t)相对时时间的的变化化率与与基波波额定定正弦弦电压压相对对时间间的变变化率率的方方均根根值的的比值值：Uh——h次谐波波RMS值电能质质量评评估指指标一、连连续变变化型型的公公用电电网谐谐波电电压评评估指指标4、对设设备使使用寿寿命的的影响响上述模模型中中电应应力占占主要要的作作用，，主要要包括括三部部分：：（3）方均均根值值因子子Krms：畸变变电压压方均均根值值相对对额定定基波波方均均根值值的比比值：：U———总谐波波电压压RMS值电能质质量评评估指指标二、电电压暂暂降评评估指指标1、一次电压压暂降基本本特征量：：主要包括暂降幅值、、持续时间间、暂降能能量以及典典型敏感曲曲线的势能能分布，其中暂降降幅值和持持续时间是是后两者的的基础。（1）暂降幅值值与持续时时间1）一次暂降降的相数组组合：依据据IEC61000-4-30对电压暂降降的监测方方法，在暂暂降过程中中，暂降幅幅值取所有有测量通道道中最小的的Urms值。2）连续暂降降的短时间间组合：在在1min内，三相中中最低的电电压方均根根值就是本本次暂降的的幅值，记记作Us：暂降持续续时间的累累计就是本本次暂降的的持续时间间，记作Ts电能质量评评估指标一、连续变变化型的公公用电网谐谐波电压评评估指标npnrnfLs（年）低压自愈电容器6.12.60.514.8聚丙烯电容器5.32.00.815.9中压交联聚乙烯电缆14.81.24.930变压器9————40电机11————40白炽灯——13——1电能质量评评估指标二、电压暂暂降评估指指标单一暂降的的特征量提提取与相数数组合连续暂降的的特征量提提取与时间间组合电能质量评评估指标二、电压暂暂降评估指指标（2）暂降能量量IEEEP1564电压暂降评评估指标研研究工作组组推荐的计计算式为：：（3）典型敏感感曲线的位位置势能暂降位置势势能是指，，一次电压压暂降的暂暂降幅值和和持续时间间特征量在在典型敏感感曲线图中中的相对位位置。位置置势能PE的一般表达达式为电能质量评评估指标二、电压暂暂降评估指指标2、监测点指指标将一个监测测周期内（（一般以年年为单位））捕捉到的的各次电