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1、声明尸明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文郝雪球鹊鹰零器嘲磐贸毽本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：! 翌握；髭j日期：z 呻。j ，l 关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、
2、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名：日期盈丝、亟导师签名三一6 、3 心日期：兰竺里二!华北电力大学硕士学位论文1 1 课题的背景及意义1 1 1 电能质量问题的提出第一章绪论电能既是种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又是种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。如今，电能作为走进市场的商品，与其他商品一样，无疑也应讲求质量。现代社会中，电能是现代社会一
3、种使用最为广泛的能源，其应用程度成为一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展，对电能质量的需求量日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高【。由于供电电源的电能质量下降而影响电气设备正常工作的问题，早在电力供应一开始就引起供用电双方的关注。人们首先把电力系统运行中电压和频率偏离标称值的多少作为检验电能质量的主要指标。之后，随着工业规模的扩大和科学技术的发展，国民经济各部门的用电量不断增加，电气化程度越来越高，新工艺、新技术广泛应用于工业生产和人民生活的各个方面，越来越多的用户采用了性能好、效率高但对电源特性变化敏感的高科技设备，电力用户对电能质量的要求在不断提高。与此同时，许
4、多新型的电气设备在其运行中会向电力系统注入各种电磁干扰，对电力系统的安全运行和用电设备的正常工作造成的危害与影响不断增加，电能质量问题日益突出，引起了供电部门和广大电力用户的普遍重视。据日本电气学会的一项有关谐波源的调查报告，晟大谐波源为电力电子装置，所占的比例高达9 5 ：又据国际会议报告介绍，在美国每年由电能质量下降引起的经济损失高达数百亿美元。劣质电能引发电网大面积停电，造成用户生产力下降，其社会影响和经济损失是相当严重的。另一方面，随着经济的发展和社会的进步，计算机及其网络技术已经渗透到各个领域，现代工业生产和产品的多样性与个性化发展趋势已经逐渐形成，工业管理体制也正在发生重大的变化。
5、近年来随着电力行业深化改革，发电与输配电体制分离、电能按质按量论价、电力网逐步实行商业化运营与市场交易已经是大势所趋。可以说，最大限度地满足用户对用电量的需求和对不同电能形态变换的需要已成为工业发达地区电力系统面临的问题。因此，改善电能质量对于电网和电气设备的安全、经济运行，保障产品质量和科学实验以及人民生活和生产的正常等均有重要意义。目前电能质量中某些问题已成为电工领域的前沿性课题，吸引了许多高等院校、科研院所和一大批电力科技工作者投入其中从事开拓性或开发性工作【2 l 【3 l 。l华北电力大学硕士学位论文1 1 2 国内外发展概况我国长期以来的电力供应一直比较紧张，人们关注的焦点主要在电
6、力供应量方面，对电能质量关心不多，通常只对电压、频率两个指标进行考核。在我国电力系统进行大规模的城网、农网改造之前，我国城网、农网网架十分薄弱，自动化水平低，明显影响到电力系统的供电可靠性。2 0 世纪9 0 年代后期，在经过电网改造以后，电能质量明显得到提高，但是主要电能指标仍不能满足国家标准的要求。随着我国电力供应紧张局面的初步缓解，电能质量的日益恶化和用户对电能质量要求的不断提高，这一问题已引起各级电力部门的高度重视。国际上对电能质量问题的研究可以追溯到上世纪8 0 年代电磁兼容学科( E M C )的兴起。该学科对于扰的产生、传播、接受、抑制机理及相应的测量、计量技术进行深入的研究，根
7、据经济技术最合理的原则，对产生的干扰水平抗干扰水平及抑制措施做出规定，使处于同一电磁环境的设备“兼容”。而电能质量问题基本属于E M C中传导低频现象。1 9 9 2 年7 月，欧洲电工标准化委员会发布公用配电系统的供电特性草案。该草案对中、低压配电系统用户供电端的电能质量做出了全面规定，包括频率、电压( 电压偏差、电压波动和闪变、短时和长期停电、暂态工频过电压、瞬时过电压) 、电压不平衡、电压波形及电源的信号电压等。9 0 年代以来出现了定制电力( C u s t o mP o w e r ) 的供电技术。这是一种为用户提供优质电力的新的方法和途径，能够按照用户的要求提供满足其特定要求的电能
8、。以用户的要求为依据，把大功率电力电子技术和配电自动化技术综合起来，为用户配置所需要的电力，使单独用户或用户群从标准质量的配电系统上得到用户指定水平的电力。1 1 3 研究本课题的意义为了保证电网和供电设备安全、经济、可靠运行，提高供电质量，国内外很多研究机构和公司研制生产了各种电能质量分析仪表、仪器。随着电力系统智能程度的提高，功能单一的电测仪表已不适应现代化电能管理的需要，研制一种集测量控制和通讯于一体的新型的电能智能监测装置，具有以下意义：1 它是电力系统安全( 包括用户设备的用电安全) 稳定、经济运行的必要条件，是电网运行水平高低的重要标志，同时也是电力企业用电管理水平考核的重要指标。
9、2 它是提高国民经济总体效益，用电效率( 节能、降耗) 和改善电气环境的需要。3 它是面向电力市场、适应竞争机制强有力的手段。4 它可便于通过建立和健全电能质量的全面管理，保障各行各业的正常用电秩序，为千家万户提供信得过的产品。2华北电力大学硕士学位论文1 2 电畿质量监测仪的发展与现状电能质量标准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，是实施电能质量监督管理，推广电能质量控制技术，维护供用电双方合法权益的法律依据。从六七十年代开始，世界各国几乎都制定了有关供电频率和电压允许变动的计划指标，部分国家还制定了限制谐波电压和电流畸变、电压波动等推荐导则。近十几
10、年来，许多工业发达国家已经制定和颁布实施了更加完备的电能质量系列标准。随着工业经济国际化的发展，世界各国制定的电力系统电能质量标准正在与国际权威专业委员会推荐标准及相应的试验条件等一系列规定接轨，逐步实现标准的完整与统一。我国已经制定并颁布的电能质量国家标准有：G B1 2 3 2 5 一1 9 9 0 电能质量供电电压允许偏差、G B T1 4 5 4 9 1 9 9 3 电能质量公用电网谐波、G B 厂r1 5 5 4 3 1 9 9 5 ( 电能质量三相电压允许不平衡度、G B T1 5 9 4 5 一1 9 9 5 电能质量电力系统频率允许偏差、G B1 2 3 2 6 2 0 0 0
11、 电能质量电压波动和闪变、G B T1 8 4 8 1 2 0 0 1 电能质量暂时过电压和瞬态过电压六项国家标准 4 1 【们。电能质量监测技术是电测仪表领域的拓展【1 0 1 。早期的电测量技术主要是以模拟量测量为主。2 0 世纪5 0 年代以后，数字式电测仪表逐渐发展起来。1 9 7 4 年出现了电压、电流波形等间隔采样技术，使数字电子技术在测量领域中的地位不断提高。以微计算机、独立操作系统、各种标准总线式结构为特征，可相互通讯、可扩展式仪器和自动测试系统以及相应的测量技术得到了蓬勃发展，并逐渐走向成熟。进入2 0 世纪8 0 年代中期后，电测与仪表技术进入了迅猛发展的新阶段。大规模电路
12、技术的发展使得芯片体积缩小到可以置入传统仪器内部，使仪器具有控制、存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能化特点。随着电能质量监测技术的不断提高，国外电测仪表逐渐向智能化发展。而国内的研发工作尚处于起步阶段，前沿测控装置主要由传统的单片机实现，但是随着科技的发展及国外先进技术的引进，新的监测装置也在进一步的研制中。1 2 1 电能质量监测装置的分类已有的电能质量监测仪表品种较多，其中有传统的测量电压和电流有效值的安装式电压表、电流表，测量功率损耗的有功表、无功表、视在功率表和功率因数表，测量供电频率的频率表，还有谐波表、三相不平衡度计、电压波动和闪变仪、电压合格率统计表等。此外，还有专门记录电压瞬
13、时下降、尖峰、间断、和高频振荡的专用仪器，累积电能消耗的电能表和最大量表。这些测量仪表大部分视同机具有上述的几种功能，并且具有预先设置门槛值，自行记录监测数据的功能。根据监测方3华北电力大学硕士学位论文式确定电能质量监测仪的类型见表1 1 ；目前在我国应用较为广泛的各种电能质量监测仪见表l 一2 1 l 。表l lP Q M A 类型P W M A 类型主要功能和特点适用监测方式连续监测公共供电点的电压偏公共供电点电能质量连 差、三相电压不平衡度、电压谐波、续监测；多点监测组成区域 电能质量远程监频率偏差及用户注入电网的谐波电电能质量监测网 测仪流和负序电流；电能质量指标超限 报警及数据录波；
14、完善的网络通信 功能，实现对供用电方的双向监督 和电能质量故障分析与预报1 、输入通道多，动态范围大，专项测试：干扰源设备 多种触发方式，2 、可以记录分析电介入电网( 或容量变化) 前后 能质量全部指标，多种工作方式可的监测；滤波装置调试及功 便携式多功能电选，内存量大：3 、应用窗口宽度可能评估测试：科学研究测试； 能质量分析仪变的快速傅立叶变化、小波变换等现场定时测试 先进的数据信号处理方法，4 、良好 的软件平台，具备二次开发能力；5 、 丰富的软件功能和方便的操作界面l 、单相电压、电流输入：2 、现场定期点检，j 线性 测试分析电压、电流的基波有效值、电力设备调试 手持式谐波分析真
15、有效值，2 5 0 次谐波有功功 仪率，无功功率，功率因数；3 、波形 存储、回放，通信接口及软件表1 2P Q M A 的主要型号类型型号名称生产商P Q l 0 6 电能质量监测仪上海宝钢安大电能质量有限公司电能质量远P Q F I X 电能质量远程监测装置瑞士L E M 公司 程监测仪U P - 2 2 1 0 在线式电能质量分析仪瑞典联合电力U N I P O W E R 公司 P S 一电能质量监测记录仪安徽省振兴科技有限公司P Q l l 6 便携式电能质量分析仪上海宝钢安大电能质量有限公司 便携式多功T O P A S l 0 0 0 电能网络分析仪瑞士L E M 公司 能电能质
16、量U 9 0 0 F 便携式电能质量分析仪瑞典联合电力U N I P O W E R 公司 分析仪P S 一3 电能质量分析仪安徽省振兴科技有限公司P Q l 0 2 电力谐波分析仪上海宝钢安大电能质量有限公司手持式谐波A N 2 0 6 0 钳型谐波分析仪瑞士L E M 公司 分析仪F 4 3 功率及谐波分析仪美国F L U K E 公司P S 一3 H 手持式谐波分析仪安徽省振兴科技有限公司4华北电力大学硕士学位论文1 2 2 电能质量监测装置存在的问题与不足电能质量监测仪的传统设计大多采用工业计算机配备数据采集卡来实现电能质量的数据和分析，主要针对稳态指标进行监测，系统的实时性难以保证，智能化和网络化水平也不高“”。一方面由于人们电能质量的认识水平还没有达到一定的高度，另一方面也收到当时技术条件的限制。目前电能质量监测设备主要存在以下一些不足：1 由于采用各种计算机作为现场监测分析工具，导致设备成本偏高。2 设备配置的灵活性、通用性差，往往只能用于特定的
