電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案_畢業(yè)論文設(shè)計(jì)40論文41

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案目 錄工程概況11 電能質(zhì)量參數(shù)11.1 電能質(zhì)量概念11.2 電能質(zhì)量的特點(diǎn)21.3 電能質(zhì)量指標(biāo)21.4 影響電能質(zhì)量的因素31.5 電能質(zhì)量低下的危害32 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)32.1電壓允許偏差42.2公用電網(wǎng)諧波42.3電壓波動(dòng)和閃變42.4三相電壓不平衡52.5電網(wǎng)頻率52.6暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓53 諧波危害及治理53.1諧波的定義53.2諧波源63.3用于諧波分析的DFT和 FFT 算法73.4 諧波治理的基本方法124 LABVIEW虛擬儀器技術(shù)144.1概述144.2 LabVIEW 的特點(diǎn)154.3

2、 LabVIEW 各部分功能164.4 LABVIEW 參數(shù)的監(jiān)測(cè)技術(shù)164.5頻率跟蹤技術(shù)175 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案18塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5.1硬件部分185.2軟件部分195.3 總體結(jié)構(gòu)圖206 結(jié)論21致謝22參考文獻(xiàn)23塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)工程概況電能質(zhì)量與國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和人民日常生活有著密切的關(guān)系和重要意義。電能作為一種商品 , 具有它本身的特殊性 , 電能的生產(chǎn)和消費(fèi)必須同時(shí)進(jìn)行, 且電能的生產(chǎn)、傳輸和使用設(shè)備必須緊密地連接在同一電網(wǎng)上。因此, 作為電力部門的產(chǎn)品質(zhì)量電能的質(zhì)量, 不僅與電力部門有關(guān) , 而且與成千上萬的電力用戶有關(guān)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電能質(zhì)量監(jiān)控的

3、新技術(shù)使電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的意義賦予了新的內(nèi)容。通過全部時(shí)間內(nèi)連續(xù)的跟蹤監(jiān)控,建立起表征電能質(zhì)量的 ,真正有用的數(shù)據(jù)庫, 在供配電系統(tǒng)和用電設(shè)備運(yùn)行失效之前,捕獲到其早期的故障信息, 以便在毀滅性打擊之前, 提醒人們對(duì)供、用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和預(yù)防檢修。電能的質(zhì)量, 通常以供電電壓的頻率、偏移、波動(dòng)、閃變、間斷、塌陷、尖峰、諧波畸變、三相不平衡度和高頻干擾等項(xiàng)指標(biāo)來表征。電能的質(zhì)量, 不僅取決于發(fā)電、輸電和供電系統(tǒng)本身,現(xiàn)代工業(yè)化的迅速發(fā)展 , 接入公用電網(wǎng)的半導(dǎo)體換流器和非線性負(fù)荷 , 也會(huì)明顯地干擾或降低配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。要保證公用電網(wǎng)中電能的質(zhì)量，必須由電力生產(chǎn)部門和接入電網(wǎng)中的廣大電

4、力用戶來共同努力。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來、隨著半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，一批高新技術(shù)企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，出現(xiàn)大量的微機(jī)控制裝置和生產(chǎn)線 . 對(duì)電能質(zhì)量提出了新的要求；而電力市場(chǎng)的發(fā)展，使供電企業(yè)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到：保證電能質(zhì)量是用戶的需要也是自身的需要。在這樣的背景下，因電能質(zhì)量不良而使用戶設(shè)備停機(jī)或出次品的情況。仍應(yīng)看作電能質(zhì)量不合格。當(dāng)然，電能質(zhì)量不良有多種情況，用戶對(duì)電能質(zhì)量的敏感程度也各不相同。一船來說，供電企業(yè)可對(duì)不同的電能質(zhì)量劃分等級(jí)、分別定價(jià)、用戶可以自由選擇。但由于我國目前還未能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)。因此，進(jìn)一步改善電能質(zhì)量的工作基本上要求在用戶側(cè)解決。隨著各種用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量敏感

5、度的變化，電能質(zhì)量的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。分類更細(xì)要求更高。在新的電力市場(chǎng)環(huán)境下，電能質(zhì)量已成為電能這種商品的消費(fèi)特性，很大程度上體現(xiàn)了供電部門服務(wù)品質(zhì)。所以有關(guān)部門正在加大對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)管和治理。為了保障供用電雙方的合法權(quán)益 , 保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行 , 維護(hù)電氣安全使用環(huán)境 , 必須加強(qiáng)電能質(zhì)量的監(jiān)控管理。隨著電力電子與信息技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的滲透應(yīng)用，一些新型電力負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高，電能質(zhì)量已成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的課題。當(dāng)今威脅電力質(zhì)量的主要干擾除了諧波、電壓波動(dòng)外，更多為人們所關(guān)注的將是電壓暫降和短時(shí)斷電、電壓閃變等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題；我們應(yīng)因地制宜，對(duì)癥下藥，在深入調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)

6、測(cè)、試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用 FACS和電力新技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)化地綜合補(bǔ)償，這將是今后解決電能質(zhì)量問題的最根本途徑。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，諸如半導(dǎo)體整流器、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和家用電器等負(fù)荷迅速發(fā)展，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性，使電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變引起電壓波動(dòng)和閃變以及三相不平衡，甚至引起系統(tǒng)頻率波動(dòng)等，對(duì)供電電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的干擾或“污染”。電網(wǎng)中正面對(duì)越來越多的電能質(zhì)量問題，這使得電能質(zhì)量的研究十分緊迫。另一方面 ，電能質(zhì)量正逐步受到供電企業(yè)和電力用戶的共同關(guān)注。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)因此，本次設(shè)計(jì)旨在明確

7、影響電能質(zhì)量的主要因素、諧波的基本概念及分析方法；詳細(xì)介紹和分析諧波的危害及處理諧波的方法；了解LABVIEW虛擬儀器技術(shù)，掌握提高電能質(zhì)量的措施；確定電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案、完成電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。1 電能質(zhì)量參數(shù)1.1 電能質(zhì)量概念電能質(zhì)量包括四個(gè)方面的相關(guān)術(shù)語和概念：電壓質(zhì)量(Voltage quality)即用實(shí)際電壓與額定電壓間的偏差( 偏差含電壓幅值，波形和相位的偏差) ，反映供電企業(yè)向用戶供給的電力是否合格；電流質(zhì)量(Current quality)即對(duì)用戶取用電流提出恒定頻率、正弦波形要求，并使電流波形與供電電壓同相位，以保證系統(tǒng)以高功率因

8、數(shù)運(yùn)行，這個(gè)定義有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善，并降低網(wǎng)損；供電質(zhì)量(quality of supply)包含技術(shù)含義和非技術(shù)含義兩個(gè)方面：技術(shù)含義有電壓質(zhì)量和供電可靠性；非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量(quality of service)包括供電企業(yè)對(duì)用戶投訴的反應(yīng)速度和電力價(jià)格等；用電質(zhì)量(quality of consumption)包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義，如用戶是否按時(shí)、如數(shù)繳納電費(fèi)等，它反映供用雙方相互作用與影響用電方的責(zé)任和義務(wù)。一般地，電能質(zhì)量的定義：導(dǎo)致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。這個(gè)定義簡(jiǎn)單明晰，概括了電能質(zhì)量問題的成因和后果。隨著基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備與電子裝

9、置的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，即變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負(fù)荷造成對(duì)電能質(zhì)量的污染與破壞，而電能作為商品，人們會(huì)對(duì)電能質(zhì)量提出更高的要求，電能質(zhì)量已逐漸成為全社會(huì)共同關(guān)注的問題，有關(guān)電能質(zhì)量的問題已經(jīng)成為電工領(lǐng)域的前沿性課題，有必要對(duì)其相關(guān)指標(biāo)與改善措施作討論和分析。在電能輸送過程中，電力系統(tǒng)將受到各種因素的影響，到達(dá)用戶的電能波形往往發(fā)生畸變。隨著不對(duì)稱負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷的容量和數(shù)量的不斷增大，電網(wǎng)受到嚴(yán)重干擾，電能質(zhì)量不斷惡化。另外 , 電能質(zhì)量不僅取決于發(fā)電、輸電和供電系統(tǒng)本身，接入公用電網(wǎng)的半導(dǎo)體換流器和非線性負(fù)荷也將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生明顯的干擾，降低了配電

10、網(wǎng)中的電能質(zhì)量。電能質(zhì)量的惡化將會(huì)給電力系統(tǒng)和用電設(shè)備帶來嚴(yán)重危害。諧波問題是電能質(zhì)量中的一個(gè)重要問題。一直以來, 電能質(zhì)量研究也主要集中在與諧波相關(guān)的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量研究上。在電力系統(tǒng)、電力電子、電動(dòng)機(jī)、供配電等專業(yè)和所有涉及電力電子應(yīng)用的工業(yè)部門中，都把諧波干擾及其分析處理作為重要技術(shù)課題。以前, 由于受各種條件的限制，對(duì)電壓驟降和驟升、暫態(tài)擾動(dòng)等各種暫態(tài)電能質(zhì)量研究較少。暫態(tài)信號(hào)具有突變、非平穩(wěn)、持續(xù)時(shí)間短等特性，只了解它們?cè)跁r(shí)域或頻域中的全局特性是不夠的。暫態(tài)信號(hào)中的奇異點(diǎn)和不規(guī)則突變通常與系統(tǒng)的電氣參數(shù)有著重要的聯(lián)系。奇異點(diǎn)檢測(cè)的目的就是對(duì)故障進(jìn)行定位，抓住故障特征，進(jìn)而采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)或

11、控制措施。因此，暫態(tài)電能質(zhì)量分析已成為研究熱點(diǎn)。1.2 電能質(zhì)量的特點(diǎn)電能質(zhì)量具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(1) 動(dòng)態(tài)性。電能從發(fā)電生產(chǎn)到用戶消耗是一個(gè)整體，其流動(dòng)始終處于動(dòng)態(tài)平衡中，并且隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷的改變而不斷變換。(2) 相關(guān)性。電能不易大量存儲(chǔ) , 其生產(chǎn)、輸送、分配和轉(zhuǎn)換過程直至消耗幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)系統(tǒng)處在各種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電能質(zhì)量一旦不達(dá)標(biāo)，相關(guān)的設(shè)備就會(huì)受到不同程度的影響。(3) 傳播性。電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，為電能提供了最好的傳輸途徑。電能傳播速度快，電氣污染波及面大，會(huì)大大降低相連系統(tǒng)的電能質(zhì)量。(4) 潛在性。電能質(zhì)量擾動(dòng)復(fù)雜多變，事故誘發(fā)條件復(fù)雜，其質(zhì)量

12、的下降造成對(duì)系統(tǒng)用電設(shè)備的損害有時(shí)并不立即顯現(xiàn)，為安全運(yùn)行留下了隱患。(5) 復(fù)雜性。電能質(zhì)量的多個(gè)指標(biāo)作用于同一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，綜合給出電能質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是非常困難的。目前尚沒有一個(gè)準(zhǔn)確和普遍認(rèn)可的定量評(píng)估計(jì)算方法。(6) 整體性。保證電能質(zhì)量要靠多方努力。要求電力供應(yīng)方、電力使用方、設(shè)備制造商等共同協(xié)作，制定統(tǒng)一和可操作的合適質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或單獨(dú)的供電質(zhì)量協(xié)議，或者按電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的不同要求實(shí)行分級(jí)控制和管理。1.3 電能質(zhì)量指標(biāo)電能質(zhì)量指標(biāo)是電能質(zhì)量各個(gè)方面的具體描述，不同的指標(biāo)有不同的定義，參考IEC 標(biāo)準(zhǔn)、 從電磁現(xiàn)象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現(xiàn)象分類如下：(1)低頻傳導(dǎo)現(xiàn)

13、象：諧波、間諧波、電壓波動(dòng)、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時(shí)斷電，電網(wǎng)頻率變化，低頻感應(yīng)電壓，交流網(wǎng)絡(luò)中的直流；(2) 低頻輻射現(xiàn)象：磁場(chǎng)、電場(chǎng)；(3) 高頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：感應(yīng)連續(xù)波電壓與電流，單向瞬態(tài)、振蕩瞬態(tài)；(4) 高頻輻射現(xiàn)象：磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電磁場(chǎng)( 連續(xù)波、瞬態(tài) ) ；(5) 靜電放電現(xiàn)象。對(duì)于以上電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象，穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可以利用幅值、頻率、頻譜、調(diào)制、缺口深度和面積來描述，非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可利用上升率、幅值、相位移、持續(xù)時(shí)間、頻譜、頻率、發(fā)生率、能量強(qiáng)度等描述。保障電能質(zhì)量既是電力企業(yè)的責(zé)任，供電企業(yè)應(yīng)保證供給用戶的供電質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)也是用戶應(yīng)盡的義務(wù)，即用戶用電不得危害供電；安

14、全用電；對(duì)各種電能質(zhì)量問題應(yīng)采取有效的措施加以抑制。電能質(zhì)量指標(biāo)國內(nèi)外大多取 95%概率值作為衡量依據(jù)， 并需指明監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 這些指標(biāo)特點(diǎn)也對(duì)用電設(shè)備性能提出了相應(yīng)的要求。即電氣設(shè)備不僅應(yīng)能在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)正常運(yùn)行，而且應(yīng)具備承受短時(shí)超標(biāo)運(yùn)行的能力。1.4 影響電能質(zhì)量的因素電能質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術(shù)上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個(gè)方面：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(1) 自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風(fēng)暴、雨雪等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。(2) 電力設(shè)備及裝置的自動(dòng)保護(hù)及正常運(yùn)行的因素，如大型電力設(shè)備的啟動(dòng)和停運(yùn)、自動(dòng)開關(guān)的跳閘及重合等對(duì)電能質(zhì)量的

15、影響，使額定電壓暫時(shí)降低、產(chǎn)生波動(dòng)與閃變等。(3) 電力用戶的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等大量投運(yùn)的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機(jī)車運(yùn)行等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動(dòng)、產(chǎn)生電壓波動(dòng)與閃變等。1.5 電能質(zhì)量低下的危害電能質(zhì)量低下的危害有以下一些表現(xiàn):(1) 諧波由諧波源 ( 非線性設(shè)備和負(fù)荷 ) 注入系統(tǒng) , 會(huì)損壞系統(tǒng)設(shè)備 ( 如電容器、電纜、電動(dòng)機(jī)、電壓互感器等),威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行( 如繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)),增加系統(tǒng)的功率損耗( 如線損 ),增大測(cè)量?jī)x表的誤差( 如電能表),干擾通信等。(2) 三相不平衡會(huì)使發(fā)電機(jī)工作不正常,增加變壓器的附加損耗造成其局部過

16、熱,繼電保護(hù)及自動(dòng)我國正在積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn),特別是IEC制定的EMC標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)行的關(guān)于電能質(zhì)量方面的國家標(biāo)準(zhǔn)有五個(gè),其中電能質(zhì)量電壓允許裝置誤動(dòng),變流器產(chǎn)生非特征諧波,增加中性線電流產(chǎn)生電噪聲干擾,增加輸電線損耗,干擾通信等。(3) 電壓偏差超標(biāo)會(huì)使用電設(shè)備的損耗增加、壽命縮短、工作不正常,會(huì)破壞電力系統(tǒng)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性、電壓的穩(wěn)定性以及電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。(4) 電壓的波動(dòng)和閃變主要由波動(dòng)性負(fù)荷( 如電弧爐 ) 引起 , 其超標(biāo)會(huì)危害與其連接在公共供電點(diǎn)的其他用戶的設(shè)備,如使照明燈閃爍、電機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻和計(jì)算機(jī)及電子設(shè)備工作不正常等。(5) 電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),全系統(tǒng)有相同的頻率。

17、在允許的頻率偏差范圍內(nèi),主要是引起設(shè)備的效率問題;當(dāng)偏差超過范圍,則會(huì)危及設(shè)備的安全,嚴(yán)重時(shí)甚至造成系統(tǒng)瓦解崩潰。(6) 暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓以及電壓跌落和短時(shí)供電中斷的問題,一般由系統(tǒng)或用戶內(nèi)部的短路故障引起,會(huì)直接影響甚至中斷用戶正常的用電,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)綜合新頒布的電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達(dá)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，中低壓電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分5大類13個(gè)指標(biāo)。(1) 頻率偏差：包括在互聯(lián)電網(wǎng)和孤立電網(wǎng)中的兩種；(2) 電壓幅值： 慢速電壓變化 ( 即電壓偏差 ) ；快速電壓變化 ( 電壓波動(dòng)和閃變 ) ；電壓暫降 ( 是由于系統(tǒng)故障或干擾造成用戶電壓短時(shí)間(10ms 1min)內(nèi)下降

18、到90%的額定值以下，然后又恢復(fù)到正常水平，會(huì)使用戶的次品率增大或生產(chǎn)停頓) ；短時(shí)斷電( 又稱電壓中斷，是由于系統(tǒng)故障跳閘后造成用戶電壓完全喪失(<1%Un), 持續(xù)時(shí)間>3min，電壓中斷使用戶生產(chǎn)停頓，甚至混亂) ；長時(shí)斷電；暫時(shí)工頻過電壓；瞬態(tài)過電壓；(3) 電壓不平衡；塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(4) 電壓波形：諧波電壓；間諧波電壓；( 由較大的波動(dòng)或沖擊性非線性負(fù)荷引起，如大功率的交一交變頻，間諧波的頻率不是工頻的整數(shù)倍，但其危害等同于整數(shù)次諧波) ；(5) 信號(hào)電壓 ( 在電力傳輸線上的高頻信號(hào)，用于通信和控制) 。2.1電壓允許偏差用電設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)和額定壽命是對(duì)其額定電壓

19、而言的。當(dāng)其端子上出現(xiàn)電壓偏差時(shí)，其運(yùn)行參數(shù)和壽命將受到影響，影響程度視偏差的大小、持續(xù)的時(shí)間和設(shè)備狀況而異，電壓偏差計(jì)算式如下：電壓偏差 (%) =( 實(shí)際電壓 - 額定電壓 ) 額定電壓× 100%電能質(zhì)量供電電壓允許偏差(GB12325-1990) 規(guī)定電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，用戶受端供電電壓的允許偏差為：(1)35kV 及以上供電和對(duì)電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶為額定電壓的正負(fù)偏差絕對(duì)值之電和不超過 10%；(2)10kV(3)220V及以下高壓供電和低壓三相用戶為額定電壓的低壓?jiǎn)蜗嘤脩魹轭~定電壓的 +7% -10%。+7% -7%；衡量點(diǎn)為供用電產(chǎn)權(quán)分界處或電能計(jì)量點(diǎn)。為了保

20、證用電設(shè)備的正常運(yùn)行，在綜合考慮了設(shè)備制造和電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理性后，對(duì)各類用戶設(shè)備規(guī)定了如上的允許偏差值，此值為工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。在工業(yè)企業(yè)中，改善電壓偏差的主要措施有三：(1) 就地進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償量，無功負(fù)荷的變化在電網(wǎng)各級(jí)系統(tǒng)中均產(chǎn)生電壓偏差，它是產(chǎn)生電壓偏差的源，因此，就地進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償量，從源上解決問題，是最有效的措施。(2) 調(diào)整同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流。在銘牌規(guī)定值的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，使其超前或滯后運(yùn)行，就能產(chǎn)生超前或滯后的無功功率，從而達(dá)到改善網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的功率因數(shù)和調(diào)整電壓偏差的目的。(3) 采用有載調(diào)壓變壓器。從總體上

21、考慮無功負(fù)荷只宜補(bǔ)償?shù)焦β室驍?shù)為0.90 0.95 ，仍然有一部分變化無功負(fù)荷要電網(wǎng)供給而產(chǎn)生電壓偏差，這就需要分區(qū)采用一些有效的辦法來解決，采用有載調(diào)壓變壓器就是有效而經(jīng)濟(jì)的辦法之一。2.2公用電網(wǎng)諧波諧波 (armonic)即對(duì)周期性的變流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，得到頻率為大于1 的整數(shù)倍基波頻率的分量，它是由電網(wǎng)中非線性負(fù)荷而產(chǎn)生的。電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波(GB14529-1993) 中規(guī)定了各電壓等級(jí)的總諧波畸變率，各單次奇次電壓含有率和各單次偶次電壓含有率的限制值。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的諧波電流(2 25 次) 注入的允許值； 而且同一公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許

22、值按此用戶在該點(diǎn)的協(xié)議容量與其公共連接點(diǎn)的供電設(shè)備容量之比進(jìn)行分配，以體現(xiàn)供配電的公正性。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2.3電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)(Fluctuation)即電壓方均根值一系列的變動(dòng)或連續(xù)的改變；閃變(Flick)即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，是由波動(dòng)負(fù)荷，如電弧爐、軋機(jī)、電弧焊機(jī)等引起的。電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變(GB12326-2000)是在原來標(biāo)準(zhǔn)（GB12326-1990）的基礎(chǔ)上，參考了 IEC 電磁兼容 (EMC)標(biāo)準(zhǔn) IEC6100-3-7等修訂而成的，適用于由波動(dòng)負(fù)荷引起的公共連接點(diǎn)電壓的快速變動(dòng)及由此可能人對(duì)燈閃明顯感覺的場(chǎng)合，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各級(jí)電壓下的閃變限制值。上述內(nèi)的數(shù)

23、值僅適用于公共連接點(diǎn)(PCC)連接的所有用戶為同電壓等級(jí)的用戶場(chǎng)合，Pst 為短時(shí)閃變值，即衡量短時(shí)間( 若干分鐘 ) 內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量值；Plt為長時(shí)閃變值，它由Pst 推算出，反映出長時(shí)間( 若干小時(shí) ) 內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量值。2.4三相電壓不平衡電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度(GB15543-1995) 適用于交流額定頻率為50z 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下由于負(fù)序分量而引起的PCC連接點(diǎn)的電壓不平衡，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常運(yùn)行方式下不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過4%，每個(gè)用戶不得超過1.3%。而且該標(biāo)準(zhǔn)還解釋：不平衡度允許值指的是在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的最小方式下負(fù)荷所

24、引起的電壓不平衡度為最大的生產(chǎn)( 運(yùn)行 ) 周期中的實(shí)測(cè)值，例如煉鋼電弧爐應(yīng)在熔化期測(cè)量等。在確定三相電壓允許不平衡指標(biāo)時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用95%概率值作為衡量值。即正常運(yùn)行方式下不平衡度允許值，對(duì)于波動(dòng)性較小的場(chǎng)合，應(yīng)和實(shí)際測(cè)量的五次接近數(shù)值的算術(shù)平均值對(duì)比；對(duì)于波動(dòng)性較大的場(chǎng)合，應(yīng)和實(shí)際測(cè)量的95%的概率值對(duì)比；以判斷是否合格。其短時(shí)允許值是指任何時(shí)刻均不能超過的限制值，以保證保護(hù)和自動(dòng)裝置的正確動(dòng)作。2.5電網(wǎng)頻率電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差(GB15945-1995) 中規(guī)定：電力系統(tǒng)頻率偏差允許值為0.2z ，當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，偏差值可放寬到+0.5z -0.5z ，標(biāo)準(zhǔn)中并沒有說明系統(tǒng)

25、容量大小的界限，而在全國供用電規(guī)則中有規(guī)定：“供電局供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在3GW及以下者為0.2z；電網(wǎng)容量在3GW以上者為0.5z ”。實(shí)際運(yùn)行中，我國各跨省電力系統(tǒng)頻率都保持在+0.1z -0.1z的范圍內(nèi)，這點(diǎn)在電網(wǎng)質(zhì)量中最有保障。2.6暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓由于開關(guān)操作或雷擊等原因引起，暫時(shí)過電壓與瞬態(tài)過電壓是直接危及電力設(shè)備安全運(yùn)行的重要原因之一，以往只是對(duì)電器設(shè)備的耐壓水平進(jìn)行考核，而對(duì)電網(wǎng)中實(shí)際產(chǎn)生的過電壓水平則無限制。電網(wǎng)的過電壓水平也是電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓GB18481-2001 標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)GB311.1，按過電壓的波形特點(diǎn)分為兩大

26、類，因?yàn)槭沁^電壓波形，幅值和持續(xù)時(shí)間決定了對(duì)設(shè)備絕緣和保護(hù)裝置的影響?！皶簳r(shí)過電壓”是指其頻率為工頻或某諧波頻率，且在其持續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)無衰減或衰減慢的過電壓；“瞬態(tài)過電壓”為振蕩的或非振蕩的，通常衰減很快，持續(xù)時(shí)間只有幾毫秒且為緩波前的( 例如一些操作過電壓 ) 或幾十個(gè)微秒且為快波前的( 如雷電過電壓 ) 的過電壓。雖然“操作過電壓”，“雷塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電過電壓”通常分別由操作( 或故障 ) 及雷電放電所引起，但其波形特征未必總是如此。例如：當(dāng)變壓器一側(cè)有雷電波作用時(shí)，經(jīng)繞組間耦合的電感性傳遞過電壓，會(huì)有接近于操作過電壓的緩波前；而當(dāng)單相接地時(shí)，依照相間的電磁耦合，可在正常相上產(chǎn)生接近于

27、雷電過電壓的的快波前。因此，本標(biāo)準(zhǔn)中所謂的“操作”、“雷電”過電壓是指可分別用緩波前的操作沖擊和快波前的雷電沖擊來代表的過電壓。3 諧波危害及治理3.1諧波的定義諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)。理論上看，非線性負(fù)荷是配電網(wǎng)諧波的主要產(chǎn)生因素。非線性負(fù)荷吸收電流和外加端電壓為非線性關(guān)系，這類負(fù)荷的電流不是正弦波，且引起電壓波形畸變。周期性的畸變波形經(jīng)過傅立葉級(jí)數(shù)分解后，那些大于基頻的分量被稱作諧波。非線性負(fù)荷除了產(chǎn)生基頻整次諧波外，還可能產(chǎn)生低于基頻的次諧波，或高于基波的非整數(shù)倍諧波。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)系統(tǒng)短路、開路等事故，而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入暫態(tài)過程引起的諧波，將不歸屬諧波

28、治理的范疇。要治理諧波改善供電品質(zhì)，需要了解諧波類型。諧波按其性質(zhì)和波動(dòng)的快慢可分成四類：準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波、波動(dòng)諧波、快速變化的諧波和間諧波四類。3.2諧波源電力系統(tǒng)中的諧波來自電氣設(shè)備，也就是說來自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。目前我國應(yīng)用的發(fā)電機(jī)有兩大類：隱極機(jī)和凸極機(jī)。隱極機(jī)多用于汽輪發(fā)電機(jī)，凸極機(jī)多用于水輪發(fā)電機(jī)。對(duì)于諧波分量而言，隱極機(jī)優(yōu)于凸極機(jī)，但隨著科技進(jìn)步，可控硅、IGBT 等電子勵(lì)磁裝置的投入，使發(fā)電機(jī)的諧波分量有所上升。當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓高于額定電壓的10以上時(shí)，由于電機(jī)的磁飽和，會(huì)使電壓的三

29、次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側(cè)電壓超過額定電壓10%以上時(shí)，也會(huì)使二次側(cè)電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓偏移在±7以下，所以發(fā)電、變電設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量都比較小，比國家的考核標(biāo)準(zhǔn)低的多，因此發(fā)電、變電設(shè)備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質(zhì)量的主要矛盾。為此，影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線性用電設(shè)備， 也就是說非線性用電設(shè)備是主要的諧波源，非線性用電設(shè)備主要有以下四大類：（ 1）電弧加熱設(shè)備：如電弧爐、電焊機(jī)等。（ 2）交流整流的直流用電設(shè)備：如電力機(jī)車、電解、電鍍等。（ 3）交流整流再逆變用電設(shè)備：如變頻調(diào)速、變頻空調(diào)等。（ 4）開關(guān)電源設(shè)備：如中頻爐、彩色電視機(jī)、電腦、電子

30、整流器等。這些用電設(shè)備都是非線性用電設(shè)備，但它們產(chǎn)生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：電弧加熱設(shè)備是由于電弧在 70 伏以上才會(huì)起弧，才會(huì)有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電壓的非線性（如圖3-1 所示）。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖 3-1 弧電流與弧電壓的非線性波形此外，弧電流的波形還有一定的非對(duì)稱性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波污染比較大，而且多為 18 次以下的低次諧波污染。其實(shí)電焊機(jī)在上世紀(jì)四、五十年代已廣泛應(yīng)用。由于當(dāng)時(shí)電弧加熱設(shè)備量少，電焊機(jī)應(yīng)用的同時(shí)率就更小了，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響比較小，但在當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)在燒電焊時(shí)，局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化很大

31、，有較大的諧波影響。圖 3-2 局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化波形交流整流直流用電設(shè)備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設(shè)備有一個(gè)閥電壓，在小于閥電壓時(shí)，電流為零 ( 如圖 3-2 所示 ) 。這類用電設(shè)備為了提供平穩(wěn)的直流電源，在整流設(shè)備中加入了儲(chǔ)能元件（濾波電容和濾波電感），從而使閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。為了控制直流用電設(shè)備的電壓和電流，在整流設(shè)備中應(yīng)用了可控硅，這使得該類設(shè)備的諧波污染更嚴(yán)重，而且諧波的次數(shù)比較低。交流整流再逆變用電設(shè)備， 在交流變直流過程中產(chǎn)生的諧波與上述的交流整流直流用電設(shè)備一樣，它在直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流電流，這類設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量不僅有低次諧波，也有

32、高次諧波(如圖 3-3 所示 )。圖 3-3設(shè)備示意圖雖然這類設(shè)備單臺(tái)容量比上述兩類設(shè)備容量要小，但它的分布面廣，數(shù)量多， 是目前推廣使用的技術(shù)手段，因此它的諧波污染應(yīng)引起足夠關(guān)注。開關(guān)電源設(shè)備目前應(yīng)用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過開關(guān)管控制變壓器初級(jí)電流的開通和關(guān)閉，從而在變壓器二次側(cè)感應(yīng)出電流，供給用電設(shè)備。此外，開關(guān)電源的頻率比較高一般在40kHz 左右，不僅在整流時(shí)產(chǎn)生諧波，而且在開關(guān)管開閉時(shí)，反射40kHz 左右的波至電源。這類用電設(shè)備同樣是單臺(tái)容量不大，但它是應(yīng)用面最廣、量最大的非線性用電設(shè)備，塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線電流居高不下，而

33、且三次諧波還會(huì)通過配變污染到10kV 電網(wǎng)。3.3用于諧波分析的DFT和 FFT 算法對(duì)電力系統(tǒng)諧波的分析方法通常采用頻域分析法，即將畸變波形分解成傅立葉級(jí)數(shù)，從而在頻域中計(jì)算出包含在畸變波形中的高次諧波分量幅值和相角。本設(shè)計(jì)是在離散采樣的基礎(chǔ)上，采用快速傅立葉變換（FFT）將電壓，電流模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ）采樣得到的數(shù)字信號(hào)中各次諧波在頻域中分離，求出各次諧波頻率及諧波畸變率THD。由于快速傅立葉算法（FFT）是離散傅立葉（DFT）的一種快速算法，因此，先介紹DFT 然后介紹FFT。離散傅立葉變換（DFT） :設(shè) x( n) 為 N 點(diǎn)的有限長序列，則其正變換DFT 為：N 1x

34、(n)WNnkX (k)k0,1, ,N 1n 0逆變換 IDFT 為：N 1x(n) 1X(k)WN nkn0,1, ,N 1N k0其中， WNe i 2pi / N快速傅立葉變換（FFT） :在傅立葉變換的基礎(chǔ)上, 利用指數(shù)函數(shù)的周期性、對(duì)稱性和正交性, 提出一種將離散傅立葉變換的計(jì)算量顯著減少的計(jì)算技術(shù), 這就是快速傅立葉變換(FFT)。它的基本思想就是利用WN 的周期性和對(duì)稱性，使長序列的DFT分解為更小點(diǎn)數(shù)的DFT，從而大大減少了運(yùn)算工作量。一般來說，一個(gè)N 點(diǎn)的離散傅立葉變換是一個(gè)N維的復(fù)線性運(yùn)算，其計(jì)算量為N 2次復(fù)數(shù)乘法和 N(N 一 l)次復(fù)數(shù)加法，直接計(jì)算 DFT，乘法次

35、數(shù)和加法次數(shù)都是和N 2成正比的，當(dāng)N很大的時(shí)候，運(yùn)算量是十分可觀的。( 例如 : 當(dāng) N=8 時(shí)， DFT需要 64次復(fù)數(shù)乘法 ; 而當(dāng) N=1 204時(shí)， DFT所需復(fù)數(shù)乘法為1， 048， 576 次，即一百多萬次復(fù)乘運(yùn)算) 。對(duì)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的信號(hào)處理來說，對(duì)計(jì)算速度的要求實(shí)在是太高了，甚至根本無法實(shí)現(xiàn)。如果將 N 點(diǎn)的 DFT分解為兩組N 點(diǎn)的 DFT，然2N 2 次復(fù)數(shù)乘法和2后把他們加起來，其計(jì)算量減少到N次復(fù)數(shù)加法。因此，通過這樣的分解22后，運(yùn)算工作量差不多減少了一半，如此繼續(xù)分解下去，使得計(jì)算量最小，這就是實(shí)現(xiàn)快速傅立葉變換 (FFT) 的一種基本技術(shù)途徑按時(shí)間抽取(DIT)(

36、Decimation-In-Time)，另外一種技術(shù)途徑按頻域抽取充分利用旋轉(zhuǎn)因子的周期性，對(duì)稱性和正交性而有效地減少計(jì)算量。FFT的算法有 20 多種，在這里以時(shí)間抽取 (DIT) 基 -2FFT 算法為例來說明：這種算法是將輸入序列在時(shí)域上的次序按偶數(shù)和奇數(shù)來抽取，對(duì)于任意一個(gè) N2M 點(diǎn)長序列的塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)DFT運(yùn)算，可以采用 M次分解，最后分解成2 點(diǎn)的 DFT運(yùn)算的組合，從而降低了運(yùn)算量。設(shè) x(n)的序列長度為N2L (L為整數(shù) ) 。這序列按 n 的奇偶分為兩組 :x(2r )x1 ( r )(r0,1,N1)（3-1 ）x(2r 1)x2 (r ),2則可將 DFT化為如

37、下形式，其中X(k) 是 x(n)的離散傅立葉變換系數(shù)，i (2nnk)lNWNX (k )DFTx(n)N1x(n)WNnkn0N21N1x(2r )W2rk21)W(2 r 1) kx(2r（3-2 ）r0Nr0NN21N21x (r )(W 2 )rkW k( r )(W 2 )rkx1NN2Nr0r0又由于有 WN2WN2則上式可以表示成N1N122X(k)x1(r)WNrkWNkx2(r)WNrkr02r 02X1(k)WNk X2(k)r 0,1,N12N式子中的 x1( k) 和 x2 (k) 分別是 x1( r ) 及 x2 ( r ) 的2點(diǎn)的 DFT：N1N122X1 (k

38、)x1 (r )WNrk2x(2 r )WNrk2r0r 0（3-3 ）NN12 12X2 (k)x2 (r )WNrk 2x(2 r 1)WNrk 2r0r0由該式可以看出，一個(gè)N點(diǎn)的 DFT已經(jīng)分解成兩個(gè) N點(diǎn)的 DFT，它們按（ 3-2 ）式又組合成一2個(gè) N 點(diǎn) DFT。但是 x (r ) 和 x (r ) 以及1和x2(k )都是 N點(diǎn)的序列，即 r, k 滿足 r ， k=0，, ，12x (k)2N -1 。而 X(k) 卻是 N 點(diǎn)的，而用（ 3-2 ）式計(jì)算得到的只是X(k) 的前一半項(xiàng)數(shù)的結(jié)果，要用x1 (k )2和 x2 (k ) 來表達(dá)全部的X(k) 值，還必須應(yīng)用系數(shù)

39、的周期性，即塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)W rkW r ( k N2)N 2N 2這樣可以得到：N1N1N2r ( N 2 k )2X1(k)r0r0rkX1(k)2x1(r )WN 2x1(r )WN 2（3-4）同理可得：X2( Nk ) X 2 (k )（3-5）2式 (4-4)和 (4-5)說明了后半部分k 值（NN 1 ）所對(duì)應(yīng)的 x1 (k ) 和 x2 (k ) 分別等于前半k2部分 k 值 (0kN ) 所對(duì)應(yīng)的 x1 (k) 和 x2 (k ) 。再考慮到 WNK的對(duì)稱性：2N kNW KW 2W 2W k（3-6）NNNN這樣，把 (4-4)， (4-5)和 (4-6)式代入到 (4

40、-2)式，就可以將 x(k)的表達(dá)為前后兩部分X ( k)( k0,1,N1),2前半部分X ( k)X 1 (k )WNK X 2 (k )( k 0,1,N1)2X ( k)( kN , N1)2后半部分X (k) X1 (k)WNK X 2 (k)( k0,1,N1)2其中N1N12x1( r )WNrk2x1 (2r )WNrkX1 (k )r02r02（3-7 ）N1N12( r )W rk21)W rkX(k )xx (2r22N1Nr02r02這樣，只要求出到 ( N -1)區(qū)間的所有 x1( k) 和 x2 (k ) 值，即可求出 0 到 (N-1) 區(qū)間內(nèi)的所有 X(k)2值

41、，這就大大節(jié)省了運(yùn)算。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)既然如此，由于N=2L （ L 為整數(shù)），因而 N仍是偶數(shù)，可進(jìn)一步把每個(gè)N22偶數(shù)部分分解為兩個(gè)N 點(diǎn)的子序列。4x1 (2 l )x3 ( l )x1 (2 l1)x4 (l )(l0,1,N1)4N1N2142 rk1)W (2 l 1) kX1(k)x (2l )Wx (2 l1N 21N 2l 0l0N1N414x (l )(W 2)lkW K2)lkx(l )(W3N 2N 24N 2l 0l0又由于有W 2WN 2N 4點(diǎn)的子序列再按奇（ 3-8 ）則上式可表示成N1N144X1 (k)x3 (l )WNK 4WNK 2x4 (l )WNlk 4l0l 0X3 (k) WNk 2 X4 (k)(k 0,1, N1)4并且 X1( Nk )X 3 ( k)WNk2 X 4 (k)( k 0,1, , N1)44其中N41N41X(k)x (l )W lkx (2l )W lk33N 41N 4l0l0N41N41X(k)x (l )W