一)电能质量概论1．电能质量基本概念，电能质量问题的定义，电能质量问题的基本分类方法1.1电能质量基本概念：IEEE定义：合格的电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的 接地系统均是适合该设备正常工作的0IEC定义：电能质量是指描述电能特性的参数的集合， 与供电的连续性和电压特性相关电能质量可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作 的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平 衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性等3．电能质量与电磁兼容的相互关系国际大电网会议(CIGRE)36学术委员会(电力系统电磁兼容)把电能质量控制列入电磁兼容 的范畴电磁兼容EMC (Electromagnetic Compatibility)指设备所产生的电磁能量既不对 其它设备产生干扰，也不受其它设备的电磁能量干扰的能力4．电能质量现象的描述一、瞬变现象(Transien ts)1、 冲击性瞬变(impulsive transient)现象是一种在稳态条件下，电压、电流非工频、单极 性的突然变化现象通常用上升和衰减时间来表现冲击性瞬变的特征最常见的引发冲击脉 冲瞬变现象的原因是雷电。
2、 振荡瞬变(Oscillatory transient)现象是一种在稳态条件下，电压、电流的非工频、有 正负极性的突然变化现象常用起频谱成分(主频率)、持续时间和幅值大小来描述其特性 可分级为高频、中频和低频短时间电压变动：电压中断；电压暂降；电压暂升；长时间电压变动：过电压；欠电压；持 续性中断；电压不平衡；波形畸变：直流偏置；谐波；间谐波、陷波、噪声电压波动和工 频变化6．改善电能质量的意义a. 有利于树立良好的电力企业形象在长期的计划经济体制下服务意识和质量意识差是 各个行业的通病尤其电力部门是典型的垄断行业这个问题更为突出要想在市场经济中 有良好的企业形象，收费合理，服务周到固然重要但在市场经济逐步成熟和规范后, 产品 质量便成为企业竞争的重要手段b. 改善电能质量加强电网污染源的管理和控制是电网安全经济运行的必由之路近年来 我省电网由于谐波污染造成的设备损坏和继电保护误动便充分说明了这一点同时，也是电 网运行和管理水平高低的重要标志c. 电气环境的改善 也有利于提高全社会的用电效率和生活质量, 有良好的社会效益改善电能质量对于电网的安全、经济运行，保障工业产品质量和科学实验的正常进行 以及降低能耗等均有重要意义。
电能质量直接关系到国民经济的总体效益良好的电能质量无疑对电气设备的运行是有利的，但恶劣的电能质量对电力系统运行的 不利影响并没引起人们足够的重视从危害程度来看，某些电能质量问题的危害是破坏性的 例如，雷电波冲击、电容器和电缆线路投切时因谐波谐振而引起的过电压往往造成电气设备 的绝缘和机械损坏，从而影响电力系统的正常运行；继电保护装置因谐波和负序干扰引起误 动造成电网大面积停电会造成巨大的经济损失；短时的供电中断(Ou tage)或电压跌落(dip or sag)可能导致生产混乱或工业冶炼产品的大量报废甚至危害人身安全另一方面，某些 电能质量问题主要影响电气设备的性能指标例如，不正常的电压和频率偏差会引起异步电 机负荷的转速和功率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织、造纸等产品的质量受到影响； 谐波电流在旋转电机、输电线路、变压器等输配电设备中流通，使这些设备因产生附加损耗 而过热，从而降低了这些设备的寿命或容量然而，并不能据此说明前一种电能质量问题就 比后一种显得重要，实际情况是后一种电能质量问题由于涉及的电气设备很广泛，其产生的 影响足可同前一种电能质量问题相提并论关于电能质量指标恶化对电气设备危害的研究已有大量的成果，然而由于电能质量的不 同指标对不同设备均有不同的影响，特别是当电能质量有多个指标时，不同的组合对设备的 影响是十分复杂的问题，目前尚无一个准确的定量计算公式，只有一些粗略的公式和结果可 以供工程估计之用。
因此，从总体上使电能质量指标越接近额定值，同时保证连续、可靠供电就是电能高质 量的标志然而，电能从生产到消耗是一个整体，电力系统的发、供、用始终处于动态平衡 之中，其中任何一个环节都会对电能质量产生影响而电能指标的控制需要相当的投入（包 括电网结构的改进，有功功率和无功功率的平衡，各种调频、调压、滤波和无功补偿装置的 使用以及调度和运行技术管理等），而且各种指标的控制技术也在不断发展和完善之中实 际上，电能质量指标和额定值的偏差是不可避免的电能质量标准的制定任务，就是从当前 （或近期发展）的技术水平出发，确定适当的电能质量指标偏差的允许值标准的合理与否的判断准则应 是：①基本上能保证电力系统的安全、连续供电和经济运行；②总体上能保证用户电气设备 的正常用电；③电力部门（包括干扰性用户）在当前技术水平基础上，作一定的努力后应能达 标电能质量直接关系到国民经济的总体效益，良好的电能质量无疑对电气设备的运行有 利不良的电能质量对电力系统运行的不利影响也已引起人们足够的重视，电能质量问题主 要影响电气设备的性能指标，如：不正常的电压和频率偏差会引起异步电机负荷的转速和功 率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织，造纸等产品的质量受到影响，谐波电流在旋转 电机，输电线路，变压器等输配电设备中流通过，使这些设备因产生附加损耗而过热，从而 降低了这些设备的寿命或容量，从危害程度来看，某些电能质量问题的危害是破坏性的，如 雷电波冲击，电容器和电缆线路投切时因谐波谐振而引起的过电压，往往造成电气设备的绝 缘和机械损坏，从而影响电力系统的政党运行，继电保护装置因谐波和负序干扰引起误动造 成电网大面积停电，会造成巨大的经济损失，甚至危害人身安全。
1） 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2） 是提高国民经济总体效益、用电效率（节能、降损） 和改善电气环境, 以及工业生产可 持续发展的技术保证3） 是面向电力市场、适应竞争机制强有力的手段4） 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 供信得过的产品二） 电能质量的数学分析方法1．傅里叶变换与波形的数学分析方法频域分析方法主要用于电能质量中谐波问题的分析，包括频谱分布、谐波潮流计算等 基于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、矢量变换方法以及 近年来出现的小波变换方法和人工神经网络分析方法2．短时傅里叶变换也称窗口傅里叶变换短时傅里叶变换的基本思想是：在傅里叶变换的框架中，把非平 稳过程看成是一系列短时平稳信号的叠加，而短时性则是通过一个参数的平移来覆盖整个时 域，也就是说采用一个窗函数对信号作乘积运算来实现在附近的开窗和平移，然后再进行傅 里叶变换3．小波变换的基本概念小波变换是时间和频率的局部变换，因而能有效地从信号中提取有用的信息，通过伸缩 和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析（Multiscale Analysis）,赢得了“数 学显微镜”的美誉。
4．小波变换在电能质量扰动检测中的应用电压暂降的起止时刻常常对应着电压信号的奇异点，当取小波母函数为平滑函数的一阶 导数时，信号的小波变换的模在信号的突变点取得局部极大值如果考虑多分辨（多尺度） 小波分析，则随着尺度的增大，噪声引起的小波变换模的极大值点迅速减少，因而突变信号 引起的小波变换模的极大值点得以显露，所以小波分析不但可以在低噪声比的信号中检测到 突变信号，而且可以滤去噪声恢复原信号仿真结果表明：信号的局部奇异性可通过信号的 小波变换模极大值来表征信号奇异点对应的小波变换模极大值与检测噪声对应的小波变换 模极大值在不同的小波变换尺度上的传递性质是不同的6．瞬时无功功率理论及其在无功和谐波电流实时检测中的应用三相电路瞬时无功功率理论突破了传统的以平均值为基础的功率定义，系统地定义了瞬 时无功功率、瞬时有功功率等瞬时功率量，以该理论为基础，可以得出用于有源电力补偿器 的谐波和无功电流实时检测方法基于瞬时无功功率理论的方法，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得出检测结果 检测谐波电流时，因被检测对象电流中谐波的构成和滤波器不同，会有不同的延时，但延时 最多不超过一个电源周波三）传统电能质量分析与改善措施1．供电电压偏差的定义、限值及产生原因 定义：供电系统在正常运行方式下，某节点的实际电压与系统的标称电压之差对系统标称电 压的百分数称为该节点的电压偏差。
限值：我国国家标准GB12325—1990《电能质量供电电压允许偏差》规定：35kv 以上的供电电压的正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%10kv 及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的+7%220v单相供电电压允许偏差为标称电压的+7%、-10%产生原因：电力系统中的负荷以及发电机组的出力随时发生变化，网络结构随着运行方式的 改变而改变，系统故障等因素都将引起电力系统功率的不平衡系统无功功率不平衡是引起 系统电压偏离标称值的根本原因2．电压偏差过大的危害、无功电源分配及电压调整1 对用电设备的危害用电设备是按照设备的额定电压进行设计和制造的当电压偏离额定电压较大时，用电 设备的运行性能恶化，不仅运行效率降低，很可能会由于过电压或过电流而损坏2 对电网的危害线路静态稳定功率极限近似与线路的电压平方成正比电压偏低，输电功率极限降低， 可造成系统解列如果系统缺乏无功电源，可能产生系统电压不稳定现象，导致电压崩溃电压过高使电 气设备绝缘受损，使带铁芯的设备饱和，产生谐波，可能引发铁磁谐振影响系统的经济运行：电压偏低将使电网的有功损耗、无功功率损耗以及电压损失增加； 系统电压偏高，超高电压网的电晕损耗加大。
电压偏差的调整方式：逆调压、顺调压和恒调压3．电力系统频率偏差的定义、限值及产生原因 定义:电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频率偏差限值：国家标准GB/T15945—1995《电能质量电力系统频率允许偏差》规定：电力系统正常频率偏差允许值为土0.2Hz,当系统容量较小时，偏差值可放宽到土0.5Hz标 准中没有说明系统容量大小的界限在《全国供用电规则》中规定供电局供电频率的允许偏 差：电网容量在300万千瓦及以上者为土0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为土0.5HZ 用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过土 0.2Hz产生原因：当发电机与负荷间出现有功功率不平衡时，系统频率就会产生变动，出现频率偏 差；频率偏差的大小与其持续时间取决于负荷特性和发电机控制系统对负荷变化的响应能 力；系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因4．频率偏差过大的危害及频率调整与控制方法危害：频率偏差过大的危害1 系统频率偏差过大对用电负荷的危害1） 产品质量没有保障系统频率变化将引起电动机转速改变，从而影响产品的质量2） 降低劳动生产率系统频率下降使电动机的输出功率降低，从而影响所传动机械的出力，导致劳动生产率 降低。
3） 使电子设备不能正常工作，甚至停止运行系统频率的不稳定会影响这些电子设备的 工作特性，降低准确度，造成误差2 系统频率偏差大对电力系统的危害（1）降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃火力发电厂的主要设备是水泵和风机，它们由异步电动机带动如果频率降低，电动机 输出功率将以与频率三次方的比例减少，它们所供应的水量和风量就会迅速减少，从而影响 锅炉和发电机输出功率减少，系统频率会进一步。