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摘要：随着科学技术和国民经济的快速发展，电能的应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一。电能的需求量也随之增长，同时电能质量越来越显示其重要性，电力部门和用户对电能质量的关注也日益增加，本文首先论述了电能质量的相关概念，然后综述电能质量标准的制定以及电能质量受关注的主要原因，最后总结了影响电能质量的几个相关问题，包括电能质量指标、电能质量恶化的危害、电能质量的监测与评估、电能质量的控制、改善方法以及电能质量的管理等。
中图分类号：R363.1+24
1、电能质量的概念
电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量含义，从不同角度理解通常包括：
（1）电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。
（2）电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。
（3）供电质量：其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。
（4）用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。
2、现代电能质量标准的制定
电能是一种特殊的商品，特殊性在于它不仅是由供、用电双方共同保证质量的产品，而且還和国民经济的发展与人民生活水平密切相关。商品有质量的概念，因此电能也有严格的质量标准。同时，保证电力企业的供电电压完全理想，在技术上、经济上是难以实现和接受的，这也没有必要，为此要制定一个统一、合格的标准来衡量电能质量的好坏，并以此来评估电力企业和用户的运行状况作为衡量经济效益的一个指标。
目前世界上许多国家已相继制定了有关电能质量的标准。此外为了统一各国的标准，国际电工委员会（IEC）成立了专门的技术委员会并制定了一个指导性标准。我国已颁布了6个有关电能质量的国家标准：供电电压偏差GB/T12325-2008规定了供电电压允许偏差；电力系统频率偏差GB/T15945-2008规定了电力系统频率允许偏差值及其测量仪表的基本要求；三相电压不平衡度GB/T15543-2008规定了三相电压不平衡度的允许值及其计算、测量和取值方法；电压波动和闪变GB/T 12326-2008规定了电压波动和闪变的允许值及测试方法；公用电网谐波GB/T14549-1993规定了公用电网谐波的允许值及其测试方法；暂时过电压和瞬时过电压GB/T 18481-2001规定了交流电力系统中作用于电气设备的暂时过电压和瞬态过电压的要求、电气设备的绝缘水平，以及过电压保护的方法。以上电能质量标准分别从发电、供电、用电端对电能质量提出了要求，这些标准的发布为我国电能质量水平起到了促进作用。
3、电能质量受关注的主要原因
3.1 电能质量指标
电能质量指标是指电能质量各个方面的具体描述，不同的指标有不同的定义。从电磁现象及其相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类如下：
（1）低频传导现象：谐波、间谐波、信号电压、电压波动、电压暂将与短时断电、电压不平衡、电网频率变化、低频感应电压、交流网络中的直流；
（2）低频辐射现象：磁场、电场；
（3）高频传导现象：感应连续波电压与电流、单向瞬态、振荡瞬态；
（4）高频辐射现象：磁场、电场、电磁场（连续波、瞬态）；
（5）静电放电现象。
3.2 各类电能质量问题
各种电能质量问题的性质、特征指标、产生原因、后果见表1.1。
表1.2则给出了IEEE关于电能质量领域电磁现象的具体分类。
稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括三相电压不平衡、电压波动与闪变、电压偏移、频率偏移以及其他以波形畸变为特征的谐波、间谐波、陷波等现象。暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，主要包括暂降、中断、暂升、脉冲暂态和振荡暂态等。此外，在配电系统中还存在着大量由于不正确的接线或接地所引起的各种稳态和暂态噪声问题。
3.3 电能质量的检测
基于时域、频域和数学变换的各种分析方法在电能质量分析领域得到了广泛的应用。特别是基于数学变换的方法，如傅立叶变换法，短时傅立叶变换法成为电能质量分析中最常用的算法。随着小波理论自身的发展和世界范围内小波分析研究热潮的兴起，以及各种人工智能技术在电力系统的成功应用，对电能质量检测、分类识别和统计有了很好的解决办法，为电能质量分析开辟了新的研究方向。国内外不少学者己经开始了小波变换应用在电能质量扰动检测和定位、信号数据压缩、识别和分类等方面的研究。近年来，人工智能技术迅速，分支众多，主要有人工神经网络（Anmcial Neural Network，ANN）、逻辑（Fuzzy Logic，FL）、专家系统（Expert System，ES）和遗传算法（Genetic Algorithm，GA）等技术，已经在电力系统的各个领域得到广泛应用：报警处理、恢复控制、系统安全稳定性分析、故障诊断和负荷预测等。国外专家学者对此开发和研究了将小波变换与人工神经网络、专家系统、模糊逻辑等相结合，利用人工智能技术对暂态电能质量波形进行自动辨识的软件系统，并进行实际的应用和验证。除了用人工智能方法对电能质量的扰动进行分类辨识外，也有文献考虑用人工智能方法提高电能质量，包括用模糊方法实现电压和无功的控制；用专家系统、模糊集理论和遗传算法实现电容器组的最优分布；用模糊逻辑分析扰动对敏感负荷的作用等。 3.4 改善电能质量的措施
改善电能质量措施的研究涉及面也很广。为减小频率和电压偏差，应实施电 网调度自动化、无功优化、负荷控制以及许多新型的调频、调压装置的开发和应用。近几年在全国范围内进行的城乡电网改造工程也是提高电能质量的重要措施。在抑制谐波、降低电压波动和闪变以及解决三相不平衡方面，目前已有几种装置可供选择，例如技术已相当成熟的无源滤波器、静止无功补偿装置（SVC）等。随着高性能的电力电子元器件（例如GTO、IGBT、LTT等）的出现以及微电子和微处理技术、信息技术和控制技术的发展，美国著名的电力专家N.G.Hingorani于1986年首次提出灵活交流输电系统（FACTS-Flexible AC Transimission System），也称为柔性交流输电系统。
4、电能质量的管理
提高电能质量有巨大的技术经济效益。电能质量的好坏直接关系着国家的电力工业水平，因此必须加强对电能质量的管理。为此我们需做好以下工作：
（1）建立质量管理体系：建立国家、网省、地市3级电能质量管理体系。
各级电力调度部门对电能质量指标进行日常监管，并且已制定出相应的规程、导则（例如调度规程，无功和电压管理导则）。
（2）检测设备的管理
各级地市公司对用于电能质量检测仪器、仪表装置实行产品质量许可制度，未經电力管理部门认定的电能质量检验测试中心（站）检定，测试合格的产品，不得用于电网中电能质量指标的监视和测试。
（3）技术监督的管理
各级电能质量技术监督的有关部门应建立和健全电能质量技术监督的基础资料和档案管理，加强电能质量事故及其分析处理、改善电能质量措施的档案管理，加强电能质量信息管理。
5、结束语
如何提高和保证电能质量己经成为当前我国电力系统面临的重要问题，开展相关电能质量监测与分析，为电能质量的改善提供统计上的参考依据，具有十分重要的意义。作为电力用户，要从俩个方面来考虑电能质量的问题：①不能对电网造成污染，随着工业现代化的发展，用户对电能质量的要求越来越高，为此，保持电网质量也越来越重要，这促使电力公司对用户的监管更加严格。因此，用户要有措施来避免自己的负荷对电网形成污染。②即使广大电力用户都将履行了维护电网质量的责任，如果电网上的用户较多，电能质量仍然会在一定程度上降低，况且，一些污染是由于自然现象导致的，例如雷电。因此，电力用户还要对一些敏感设备提供经过净化的电能，保证这些设备正常运行。
参考文献：
[1] Vinay K.Ingle， John G.Proak is： Digital Signal P rocessing L abo rato ry U sing The ADSP- 2101Microcomputer， Prentice Hall， EnglewoodCliffs，NJ07632，2007.
[2] Chowdhury HB. Power Quality[J ].IEEE Potentials， 2001：6-8.
[3]肖湘宁.电能质量分析与控制 [M] 1北京： 中国电力出版社，2004：pp12-15.
[4]林海雪.现代电能质量的基本问题. 电网技术. 2001，25（10）：pp5-12.
[5]潘贞存，陈青，王慧等.电能质量及其检测方法的研究[J].山东电力技术，1997，97（5）：55一58.
[6]GB12325-2003，电能质量供电电压允许偏差[S].北京：中国标准出版社，2004：pp7-10.
[7]奚珣.电能质量的更高要求及对策.供用电.2002，19（1）：pp40-41.
[8]胡铭， 陈衍.电能质量及其分析方法综述[J].电网技术，2000，24[2]：36-38.
[9]林海雪.论电能质量标准[J].中国电力，1997（3）：7-10.
中图分类号：R363.1+24
1、电能质量的概念
电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量含义，从不同角度理解通常包括：
（1）电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。
（2）电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。
（3）供电质量：其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。
（4）用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。
2、现代电能质量标准的制定
电能是一种特殊的商品，特殊性在于它不仅是由供、用电双方共同保证质量的产品，而且還和国民经济的发展与人民生活水平密切相关。商品有质量的概念，因此电能也有严格的质量标准。同时，保证电力企业的供电电压完全理想，在技术上、经济上是难以实现和接受的，这也没有必要，为此要制定一个统一、合格的标准来衡量电能质量的好坏，并以此来评估电力企业和用户的运行状况作为衡量经济效益的一个指标。
目前世界上许多国家已相继制定了有关电能质量的标准。此外为了统一各国的标准，国际电工委员会（IEC）成立了专门的技术委员会并制定了一个指导性标准。我国已颁布了6个有关电能质量的国家标准：供电电压偏差GB/T12325-2008规定了供电电压允许偏差；电力系统频率偏差GB/T15945-2008规定了电力系统频率允许偏差值及其测量仪表的基本要求；三相电压不平衡度GB/T15543-2008规定了三相电压不平衡度的允许值及其计算、测量和取值方法；电压波动和闪变GB/T 12326-2008规定了电压波动和闪变的允许值及测试方法；公用电网谐波GB/T14549-1993规定了公用电网谐波的允许值及其测试方法；暂时过电压和瞬时过电压GB/T 18481-2001规定了交流电力系统中作用于电气设备的暂时过电压和瞬态过电压的要求、电气设备的绝缘水平，以及过电压保护的方法。以上电能质量标准分别从发电、供电、用电端对电能质量提出了要求，这些标准的发布为我国电能质量水平起到了促进作用。
3、电能质量受关注的主要原因
3.1 电能质量指标
电能质量指标是指电能质量各个方面的具体描述，不同的指标有不同的定义。从电磁现象及其相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类如下：
（1）低频传导现象：谐波、间谐波、信号电压、电压波动、电压暂将与短时断电、电压不平衡、电网频率变化、低频感应电压、交流网络中的直流；
（2）低频辐射现象：磁场、电场；
（3）高频传导现象：感应连续波电压与电流、单向瞬态、振荡瞬态；
（4）高频辐射现象：磁场、电场、电磁场（连续波、瞬态）；
（5）静电放电现象。
3.2 各类电能质量问题
各种电能质量问题的性质、特征指标、产生原因、后果见表1.1。
表1.2则给出了IEEE关于电能质量领域电磁现象的具体分类。
稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括三相电压不平衡、电压波动与闪变、电压偏移、频率偏移以及其他以波形畸变为特征的谐波、间谐波、陷波等现象。暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，主要包括暂降、中断、暂升、脉冲暂态和振荡暂态等。此外，在配电系统中还存在着大量由于不正确的接线或接地所引起的各种稳态和暂态噪声问题。
3.3 电能质量的检测
基于时域、频域和数学变换的各种分析方法在电能质量分析领域得到了广泛的应用。特别是基于数学变换的方法，如傅立叶变换法，短时傅立叶变换法成为电能质量分析中最常用的算法。随着小波理论自身的发展和世界范围内小波分析研究热潮的兴起，以及各种人工智能技术在电力系统的成功应用，对电能质量检测、分类识别和统计有了很好的解决办法，为电能质量分析开辟了新的研究方向。国内外不少学者己经开始了小波变换应用在电能质量扰动检测和定位、信号数据压缩、识别和分类等方面的研究。近年来，人工智能技术迅速，分支众多，主要有人工神经网络（Anmcial Neural Network，ANN）、逻辑（Fuzzy Logic，FL）、专家系统（Expert System，ES）和遗传算法（Genetic Algorithm，GA）等技术，已经在电力系统的各个领域得到广泛应用：报警处理、恢复控制、系统安全稳定性分析、故障诊断和负荷预测等。国外专家学者对此开发和研究了将小波变换与人工神经网络、专家系统、模糊逻辑等相结合，利用人工智能技术对暂态电能质量波形进行自动辨识的软件系统，并进行实际的应用和验证。除了用人工智能方法对电能质量的扰动进行分类辨识外，也有文献考虑用人工智能方法提高电能质量，包括用模糊方法实现电压和无功的控制；用专家系统、模糊集理论和遗传算法实现电容器组的最优分布；用模糊逻辑分析扰动对敏感负荷的作用等。 3.4 改善电能质量的措施
改善电能质量措施的研究涉及面也很广。为减小频率和电压偏差，应实施电 网调度自动化、无功优化、负荷控制以及许多新型的调频、调压装置的开发和应用。近几年在全国范围内进行的城乡电网改造工程也是提高电能质量的重要措施。在抑制谐波、降低电压波动和闪变以及解决三相不平衡方面，目前已有几种装置可供选择，例如技术已相当成熟的无源滤波器、静止无功补偿装置（SVC）等。随着高性能的电力电子元器件（例如GTO、IGBT、LTT等）的出现以及微电子和微处理技术、信息技术和控制技术的发展，美国著名的电力专家N.G.Hingorani于1986年首次提出灵活交流输电系统（FACTS-Flexible AC Transimission System），也称为柔性交流输电系统。
4、电能质量的管理
提高电能质量有巨大的技术经济效益。电能质量的好坏直接关系着国家的电力工业水平，因此必须加强对电能质量的管理。为此我们需做好以下工作：
（1）建立质量管理体系：建立国家、网省、地市3级电能质量管理体系。
各级电力调度部门对电能质量指标进行日常监管，并且已制定出相应的规程、导则（例如调度规程，无功和电压管理导则）。
（2）检测设备的管理
各级地市公司对用于电能质量检测仪器、仪表装置实行产品质量许可制度，未經电力管理部门认定的电能质量检验测试中心（站）检定，测试合格的产品，不得用于电网中电能质量指标的监视和测试。
（3）技术监督的管理
各级电能质量技术监督的有关部门应建立和健全电能质量技术监督的基础资料和档案管理，加强电能质量事故及其分析处理、改善电能质量措施的档案管理，加强电能质量信息管理。
5、结束语
如何提高和保证电能质量己经成为当前我国电力系统面临的重要问题，开展相关电能质量监测与分析，为电能质量的改善提供统计上的参考依据，具有十分重要的意义。作为电力用户，要从俩个方面来考虑电能质量的问题：①不能对电网造成污染，随着工业现代化的发展，用户对电能质量的要求越来越高，为此，保持电网质量也越来越重要，这促使电力公司对用户的监管更加严格。因此，用户要有措施来避免自己的负荷对电网形成污染。②即使广大电力用户都将履行了维护电网质量的责任，如果电网上的用户较多，电能质量仍然会在一定程度上降低，况且，一些污染是由于自然现象导致的，例如雷电。因此，电力用户还要对一些敏感设备提供经过净化的电能，保证这些设备正常运行。
参考文献：
[1] Vinay K.Ingle， John G.Proak is： Digital Signal P rocessing L abo rato ry U sing The ADSP- 2101Microcomputer， Prentice Hall， EnglewoodCliffs，NJ07632，2007.
[2] Chowdhury HB. Power Quality[J ].IEEE Potentials， 2001：6-8.
[3]肖湘宁.电能质量分析与控制 [M] 1北京： 中国电力出版社，2004：pp12-15.
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[8]胡铭， 陈衍.电能质量及其分析方法综述[J].电网技术，2000，24[2]：36-38.
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