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电能质量的评估指标和方法
发布时间:2019-08-07 22:23

  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 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/T14549-1993 HRU 电压波动和闪变GB/T12326-2008 三相电压不平衡GB/T15543-2008 电压允许偏差GB/T12325-2008 频率允许偏差GB/T15945-2008 1、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。 电能质量评估方式 三、指标量化评估和等级评估 兼容水平等级划分(LV/MV)(IEC 61000-2-4:2002) 电能质量评估方式 四、监测点评估和系统评估 按电能质量评估的空间层次来分:监测点评估和系统评估。 1、监测点评估 它是对某监测点电能质量基本特 征量的检测与分析,计算出该监 测点实际质量水平。监测点指标 是在一个特定检测周期内表征该 监测点电能质量特性的指标。监 测点往往是选择PCC处或用户与 电力公司协商的制定节点。 2、系统★-●=•▽评估 它是通过对某局域供电系统 个监测点评估,经过再统计 或再处理,得到对整个系统 质量性能的评价。系统评估 的结果可以用来评判不同网 络类型或任何一个被监测系 统的典型干扰水平,便于系 统的逐年质量对比,有利于 促进电力公司改善系统运行 条件。 电能质量评估方式 四、监测点评估和系统评估 系统指标是按质量类别收集网络内各监测点的特征值来计算的, 其表现形式与监测点指标基本相同。系统指标可以是各监测点 指标的平均值,也可以是各监测点指标的概率大值。 考虑到没有被监测到的站点的情况时,一般采用对统计值进行 加权处理。 加权因子的处理方法: (1)按每个监测点供电的用户数赋权,权重为N (2)按监测点的平均负荷或用户额定容量赋权。(3)按负荷的重要性或用户的电能质量经济损失赋权。 电能质量评估方式 五、兼容评估和规划评估 将电磁环境概念和电能质量问题相结合,可以认为,电力 系统运行中的电能质量问题多是传导性的电磁干扰。 1、兼容评估 兼容指标是为了把实际质量水平与兼容水平相比较而设定的衡 量参数,或者称特征指标。比如说电压质量,兼容指标主要反 映公共电网中电力用户和电力系统的电磁兼容环境,是量化和 报告公共电网中电压整体水平的指标。量化兼容指标的过程就 是兼容评估。 2、规划评估 规划指标是为了比较实际质量水平与规划水平二设定的衡量参 数。以谐波电压为例,IEC61000-3-6:1996规定不止一个规划 指标来衡量短时内谐波影响。 电能质量评估方式 六、定制评估和公众评估 定制评估和公众评估是指不同电力用户根据自身用电设备 对电能质量的敏感性或发射水平,提出个性化的质量需求而提 出的评估方式。 1、定制评估 定制评★△◁◁▽▼估是在兼容评估的基础上,针对用户关心的电能质量问 题,按需要的结果表现形式进行评估的过程。 2、公众评估 公众评估是对电能质量无特别要求的电力用户,一般是对公众 用户而言的,是一种典型的多▷•●指标综合评估。 电能质量评估方式 六、定制评估和公众评估 开始 230/400V? 第1级评估 230/400V?第2级评估 第3级评估配电公司给定谐波 背景值 用户提供非线性设备 特性参数 PCC处电压畸变计 经谐波叠加预测PCC处及各母线各次谐波 符合规划水 接入系统不适合接 入或重新 选择接入 点及采取 抑制措施 后再评估 电能质量评估方式六、定制评估和公众评估 定制评估 特殊用户 或大用户 (1)设备对个别现象敏感,愿为个别指标要求付费 (2)设备产生个别显著的干扰,并为抗扰投资付费 (3)用户可针对个别指标选择不同的供电方 公众评估 普通公 众用户 (1)调查结果表明:用户所受影响积累损失很 大,负荷比重增长快,但不愿支付额外费用 (2)居民用户代理可选择不同的供电方 高标准给敏感 用户;低 约束给 干扰客 保证一定利润 下提高 标准 电能质量 评估流程及方法一、评估的基本原则 (1)评估指标物理意义明确,且与其对设备或者系统的影 响严重性紧密相关。 (2)指标的统计应实现在时间上的特征对比,以及不同监 测点或系统在空间上的特征对比。 (3)剔除无关信息的干扰,且又不损失必要的信息,以真 实的反映电能质量的水平。 (4)定义的指标和评估方式应简约、可操作,有利于广泛 的工程应用。 (5)评估结果应与选定的相关标准限值进行比较。 评估流程及方法 二、评估流程 系统PCC处电气参数采集 基本特征量识别与提取 特征量 时间组合/相数组合 运行方式/气候条件 等外在原因说明处理 监测点指标统计计算 监测点信息 加权系数 状态估 系统指标统计计算系统等 级评价 监测点等级 评价 协议判断 协议判断 限值判断 系统评估结果 监测点评估结果 限值判断 评估流程及方法三、时间组合及计算方法•□▼◁▼ 电能质量的时间组合是指,将按时间变化的电能质量 各参数用不同的时间长度进行组合计算的过程,从而达到 既真实地反映实际电能质量水平又可以有效地压缩监测数 据的目的。 1、利用时间组合提取必要信息 评估流程及方法 三、时间组合及计算方法 2、干扰特征的时间组合选择 (1)连续变化型:3s、10min、日、周 (2)事件型:1min(电压暂降) 评估流程及方法 三、时间组合及计算方法 3、时间组合计算方法 主要包括方均根值法、最大值法、平均值法、大概率值法。 评估流程及方法三、时间组合及计算方法 3、时间☆△◆▲■组合计算方法 主要包括方均根值法、最大值法、平均值法、大概率值法。 (2)算数平均值法假设时间组合的算数平均值为C av 评估流程及方法三、时间组合及计算方法 3、时间组合计算方法 主要包括方均根值法、最大值法、平均值法、大概率值▽•●◆法。 (3)最大值法 一段时间内的最大值可以反映特征量的极值,一般使用在 两个层次上: 一是观察短时间内测量窗的各次谐波及THD值的最大值, 及取各测量窗值的极值。二是△▪▲□△在指标统计时间内的3s或 10min方均根值的最大值。 评估流程及方法 三、时间组合及计算方法 ◇=△▲3、时间组合计算方法 主△▪▲□△要包括方均根值法、最大值法、平均值法、大概率值法。 (4)概率大值法(CP95) 1)电能质量指标的动态性 2)抗扰能力的多样性 3)电磁兼容评估 4)小概率事件和显著性水平 电能质量评估指标 1、部分国际标准对评估指标的规定 (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)CIGRE JGW C4.07/CIGED 一、连续变化型的公用电网谐波电压 评估指标 电能质量评估指标 2、谐波电压评估指标 (1)测量窗计算 1)HRU hm 1m*100% 2)THD Um 1m*100% HRU hm ——第m个DFT测量窗计算的h次谐波电压含有率; hm——第m个DFT测量窗计算的h次谐波电压方均根值; 1m——第m个DFT测量窗计算的基波电压方均根值; 一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 电能质量◆●△▼●评估指标 一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 Chsh 电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 Chvs 电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 2)规划指标: 规划指标采纳多指标或多概率值,不仅体现短时间谐波 热效应,还反映了非常短时间谐波对电子设备的影响。 a)非常短时◁☆●•○△间组合日指标HRU CP95和THD Chvs Chsh Chvs 电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 上述定义的第a类指标是采纳IEC61000-3-6和CIGREC4.07 推荐的衡量规划水平的指标;b,c类是采纳CIGREC4.07推荐的规 划指标,其与IEC61000-3-6标准推荐的指标仅有的不同就是采用 了CP99值。 (3)系统指标:一般是基于相同电压等级监测点指标的再统计。 以电压总谐波畸变率THD的系统指标为例,介绍两种定义方式: a)在各监测点评估指标的基础上,系统指标采用各监测点在相 同统计时间内的指标值加权平均法,一般是按照监测点供给的 负荷容量确定加权系数,则系统平均总谐波畸变率兼容指标 SATHD THDSATHD 电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 b)依据CIGRE JGW C4.07/CIRED推荐的系统指标,可表示为 系统总谐波畸变率CP95值,即代表各个监测点电压总谐波畸变 率THDCP95值。STHD95由下式定义: 95 Ft——系统内所有监测点的THD值的概率分布函数。电能质量评估指标 一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 110KV母线s方均根值趋势图对比 电能质量评估指标 110KV母线min方均根值趋势图对比 电能质量评估指标 一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 4、对设备使用寿命的影响 在非正弦条件下,电气设备的绝缘性能往往因受到电、热应力影 响,会使其使用寿命减少,所以电气设备使用寿命预测在电力系 统元件可靠性评估和系统可靠性评估中占据非常◆▼重要的作用。 电应力主要是谐波电压电场力的作用,热应力主要是谐波电流和 电压引起设备发热使其变形老化。 在波形畸变条件下电器元件的使用寿命为: exp( 气元件的使用寿命电能质量评估指标 一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 4、对设备使用寿命的影响 exp( 上述模型中电应力占主要的作用,主要包括三部分:(1)峰值因子Kp:反映畸变电压峰值和额定电压峰 值的比值: P1——基波峰值 电能质量评估指标 一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 4、对设备使用寿命的影响 exp( 上述模型中电应力占主要的作用,主要包括三部分:(2)波形因子K :反映畸变电压U(t)相对时间的变化率与基波额定正弦电压相对时间的变化率的方均根值 的比值: 电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指•☆■▲标 4、对设备使用寿命的影响 exp( rms:畸变电压方均根值相对额定 基波方均根值的比值: U——总谐波电压RMS值 rmsrms 电能质量评估指标二、电压暂降评估指标 1、一次电压暂降基本特征量: 主要包括暂降幅值、持续★▽…◇时间、暂降能量以及典型敏感曲线的势能分 布,其中暂降幅值和持续时间是后两者的基础。 (1)暂降幅值与持续时间 1)一次暂降的相数组合:依据IEC61000-4-30对电压暂降的监 测方法,在暂降过程中,暂降幅值取所有测量通道中最小的Urms值。 2)连续暂降的短时间组合:在1min内,三相中最低的电压方均 根值就是本次暂降的幅值,记作Us:暂降持续时间的累计就是本次暂 降的持续时间,记作Ts 电能质量评估指标 一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 低压自愈电容器 6.1 2.6 0.5 14.8 聚丙烯电容 5.32.0 0.8 15.9 中压交联聚 乙烯电缆 14.8 1.2 4.9 30 变压器 40电机 11 40白炽灯 电能质量评估指标二、电压暂降评估指标 单一暂降的特征量提取与相数组合 连续暂降的特征量提取与时间组合 电能质量评估指标 二、电压暂降评估指标 (2)暂降能量 IEEE P1564电压暂降评估指标研究工作组推荐的计算式为: (3)典型敏感曲线的位置势能暂降位置势能是指,一次电压暂降的暂降幅值和持续时间 特征量在典型敏感曲线图中的相对位置。位置势能PE的一 般表达式为 电能质量评估指标二、电压暂降评估指标 2、监测点指标 将一个监测周期内(一般以年为单位)捕捉到的各次电压暂降基 本特征量统计处理,形成监测点指标,以表征该监测点电压暂降 现象的典型特征及其严重性。 (1)系统平均方均根值变动SARFI 率指标,它表示了发生在评估期间内的每个用户特定阈值x下方均根值变化时间的平均 次数。 电能质量评估指标二、电压暂降评估指标 (2)暂降幅值/持续时间图表法。 (3)电压暂降多方位评估指标集。包括:时间次数指标、暂降能 量指标、事件等效停电时间指标、时间成本指标。 1)事件次数指标,分敏感和非敏感用户类型,所以: a)用户平均暂降事件次数指标ASETC:每个受暂降影响的用 户在单位统计时间内(一年)经受的平均事件次数,即 ASETCSETC b)系统平均暂降事件次数指标ASETS:由PCC处供电的系统内用户在一年中经受的平均暂降事件次数,即 ASET▲●…△SSETC 电能质量评估指标二、电压暂降评估指标 (3)暂降事件等效停电时间指标。在评估电压暂降时,暂降 事件等效停电时间是以直接经济成本为基础的,采用“经济等 效停电时间”。 对用户第i次暂降事件的经济等效停电时间AIHC-CS 的定义为:1min CSAIHC CS 停电成本(4)时间成本指标 a)用户平均电压暂降事件成本指标ACSC b)系统平均电压暂降事件成本指标ACSS SETCACSS (CS)电能质量评估指标 二、电压暂降评估指标 (4)系统指标:电压暂降系统指标的表现形式和监测点指标 相同。以平均用户暂降事件次数为例: ASETCSETC 电能质量评估指标二、电压暂降评估指标 电能质量评估指标 二、电压暂降评估指标 用户敏感 程度 事件次数指标(次/年) 事件等效停电小时数 (min/年) ASETC ASETS AIHC-S1 AIHS-S1 2311.6 22.9 11.5 2316.2 22.9 16.1 2323 22.9 22.9 谢谢大家!

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