基于labview的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、基于labview的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于LabVIEW的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) Software Design of Power Quality Monitoring System Based on LabVIEW 2013屆 電氣與電子工程 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2013年6月10日 學(xué)院 摘 要 隨著新型電力負(fù)荷迅速發(fā)展對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求，以及電力網(wǎng)逐步實(shí)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，電力用戶的需求成為供電企業(yè)優(yōu)先考慮的問題，電網(wǎng)電能質(zhì)量問題引起了供電企業(yè)和用戶的高度重視。研究電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)方法，找出引起電能質(zhì)量降低

2、的原因具有重要的理論和工程價(jià)值。 近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及測(cè)試測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展推動(dòng)了虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展。NI公司的LabVIEW軟件具有豐富的軟件功能、簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)、高度的智能化等特點(diǎn)，是當(dāng)今最完善、影響力最大的一種圖形化編程語(yǔ)言,在測(cè)量領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。 本設(shè)計(jì)說(shuō)明書給出并設(shè)計(jì)了基于LabVIEW平臺(tái)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書首先闡述了電力系統(tǒng)中常用的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀，以及本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容及意義。然后，對(duì)國(guó)家電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了介紹，總結(jié)各項(xiàng)電能指標(biāo)的計(jì)算方法，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。并針對(duì)LabVIEW軟件中的一些概念和使用到的VI進(jìn)行了介紹。隨之，根據(jù)國(guó)家電

3、能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用LabVIEW2012實(shí)現(xiàn)電壓諧波分析、電壓偏差、頻率的偏差的分析計(jì)算和顯示，并把監(jiān)測(cè)結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)。最后，就該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在的不足做出總結(jié)，對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)提出建議，指出論文的進(jìn)一步研究工作展望與設(shè)想。 關(guān)鍵詞：LabVIEW 電能質(zhì)量 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng) Abstract With new power load which puts forward higher requirements rapidly developingand power network gradually carrying out commercial operation,

4、power consumers demand becomesthe prior consideration of the power supply enterprise. Power quality is an essential concern by electrical utilities and customers.Research on the power quality monitoring and analysis method is of great value in both theory and practice. In recent years, the developme

5、nt of computing technology, communication technology and measuring technique leads to virtual instrument technical progress. The LabVIEW of National Instruments company, which is an advanced technology in the measurement field, possesses perfect software function, simple hardware configuration as we

6、ll as high intelligence and it is a graphical programming language of the most complete, the greatest influence. This dissertation proposes a design of the power quality monitoring system based on LabVIEW technique. To begin with, the paper indicates the existent problems for the technology of power

7、 quality monitoring, including its actuality and development tendency, as well as the research content and significance. Secondly, the paper describes the national power quality standards, and summing up the calculation method which is about the power qualitys parameter. And then, the paper is focus

8、 on the V1 which was used and the concepts of the LabVIEW software.According to the national power quality standards, the power quality monitoring system has been designed by the LabVIEW2012 software. The system could analyze and display the parameter of the harmonic analysis, the deviation of suppl

9、y voltage and the deviation of frequency, and pass the data to the access.In the end, the concluding part discusses the prospects of the system and summarizes the deficiencies in the actually operating. The possible improvement of the system is also discussed. Key words:LabVIEW power quality power p

10、arameters monitoring system 目錄 第 1 章緒論 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 課題研究背景及意義 . 1 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 2 1.4 本設(shè)計(jì)主要工作 . 2 第 2 章電能質(zhì)量指標(biāo)及測(cè)量方法 . 4 2.1 概述 . 4 2.2 供電電壓允許偏差 . 4 2.2.1 電壓偏差的產(chǎn)生原因及危害 . 4 2.2.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 . 5 2.3 電力系統(tǒng)頻率偏差 . 6 2.3.1 頻率偏差的危害 . 6 2.3.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 . 6 2.4 公用電網(wǎng)諧波 . 7 2.4.1電網(wǎng)諧波的危害 . 7 2.4.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及

11、計(jì)算方法 . 8 2.5 電壓波動(dòng)和閃變 . 9 2.5.1 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生及危害 . 9 2.5.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 . 9 2.6 三相電壓允許不平衡度 . 11 2.6.1 三相不平衡產(chǎn)生的原因及危害 . 11 2.6.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 . 12 2.7 本章小結(jié) . 12 第 3 章軟件開發(fā)環(huán)境介紹 . 13 3.1 虛擬儀器的介紹 . 13 3.2 LabVIEW軟件介紹 . 14 3.3 電能質(zhì)量檢測(cè)VI . 15 3.4 數(shù)據(jù)通信VI . 17 3.5 本章小結(jié) . 18 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 19 4.1 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) . 19 4.2

12、 數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì) . 20 4.3 數(shù)據(jù)分析模塊的設(shè)計(jì) . 22 4.3.1 電壓偏差測(cè)量模塊 . 22 4.3.2 頻率偏差模塊 . 24 4.3.3 電壓諧波分析模塊 . 25 4.3.4 三相不平衡度分析模塊 . 28 4.3.5 電壓波動(dòng)和閃變的測(cè)量模塊的設(shè)計(jì) . 29 4.3.6 功率測(cè)量模塊 . 33 4.3.7 測(cè)量模塊整體VI . 35 4.4 主控模塊設(shè)計(jì) . 35 4.5 本章小結(jié) . 37 第 5 章結(jié)論與展望 . 38 5.1 結(jié)論 . 38 5.2 展望 . 38 參考文獻(xiàn) . 40 致謝 . 41 附錄A 外文資料翻譯 . 42 附錄A.1英文原文 . 42 附

13、錄A.2中文翻譯 . 50 附錄B數(shù)據(jù)分析模塊總框圖 . 56 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 章 緒論 1.1 引言 現(xiàn)代社會(huì)中，電能是一種最為廣泛使用的能源，其應(yīng)用程度成為一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一1。隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電能的需求量日益增加，同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。使得電能質(zhì)量問題日益緊迫的擺在了我們的面前。有關(guān)電能質(zhì)量問題的研究已經(jīng)引起了各國(guó)電力工作者的高度重視，得到了普遍的關(guān)注和深入的討論，無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐中，都有許多值得深入研究的問題2。 1.2 課題研究背景及意義 電能質(zhì)量問題關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面，涉及到電力、鐵道、冶金、化工、IT等諸多行業(yè)的發(fā)

14、展，從20世紀(jì)80年代以來(lái)，伴隨著高技術(shù)的新型電力負(fù)荷迅速發(fā)展以及它們對(duì)電能質(zhì)量不斷提出的更高要求，電能質(zhì)量問題得到了普遍的關(guān)注和深入的討論。其原因歸納起來(lái)有以下二個(gè)方面3： (1)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，具有非線性、沖擊性以及不平衡用電特性的負(fù)荷(如電弧爐、電氣化鐵路、整流裝置等)迅速發(fā)展，很大程度上削弱和干擾了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行； (2)為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平，大量基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備和電子裝置投入使用，這些裝置對(duì)電能質(zhì)量問題非常敏感。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)管理體制的轉(zhuǎn)變，電力網(wǎng)逐步實(shí)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，電力用戶的需求己成為優(yōu)先考慮的問題。這大大促進(jìn)了電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)

15、程和對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)督和管理。為了規(guī)范電能質(zhì)量的檢測(cè)管理，建立規(guī)范的電力市場(chǎng)。1988年，我國(guó)電力工業(yè)部為了加強(qiáng)電網(wǎng)電能質(zhì)量管理工作，曾頒布執(zhí)行了電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定，提出了“誰(shuí)干擾，誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”的原則，并指出保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，全面保障電能質(zhì)量是電力企業(yè)和用戶共同的責(zé)任和義務(wù)。因此電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)對(duì)于電力企業(yè)、電力用戶以及改善電能質(zhì)量都有重要意義。參照IEC標(biāo)準(zhǔn)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)系我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)際情況，我國(guó)相繼頒布了有關(guān)電能質(zhì)量的五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)即供電電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、公用電網(wǎng)諧波、三相不平衡度以及頻率偏差等，要求各級(jí)供電部門和用戶按照該標(biāo)準(zhǔn)供電。利用測(cè)控領(lǐng)域中最先進(jìn)的

16、虛擬儀器技術(shù)研制一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量對(duì)于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全 1 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 性和可靠性都起著重要的作用。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 電能質(zhì)量問題的凸顯，使電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)產(chǎn)品日益豐富起來(lái)，如何監(jiān)測(cè)復(fù)雜多變的電能質(zhì)量現(xiàn)象，分析各種電能質(zhì)量問題的成因，成為這些產(chǎn)品共同的目標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外使用的各種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置從結(jié)構(gòu)上可以分為兩類，一種是離線式的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，另一種是在線式的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析裝置，即連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備。在線式電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能夠及時(shí)對(duì)電能質(zhì)量各種指標(biāo)作出全面數(shù)據(jù)采集和分析4。隨著電子裝置和通訊技術(shù)的發(fā)展，離線式的電能質(zhì)量分析儀在經(jīng)濟(jì)性和有效

17、性方面不再優(yōu)越，具有聯(lián)網(wǎng)、圖形用戶界面(GUI)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、統(tǒng)計(jì)分析和Web瀏覽功能的在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為主流5。 在國(guó)內(nèi)外，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析時(shí)，絕大部分采用智能儀器，主要利用數(shù)字技術(shù)和硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種測(cè)試儀器體積比較龐大，很容易受到外界的影響，而且測(cè)量精度不是很高，特別是在檢測(cè)不同指標(biāo)時(shí)，需要更換相對(duì)應(yīng)的硬件，這給監(jiān)測(cè)和分析帶來(lái)極大的不便。為了實(shí)現(xiàn)更多參數(shù)的測(cè)試，許多的測(cè)量?jī)x器額外配置了輔助的硬件，這不僅加大了體積，而且也增加了成本，甚至給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置的升級(jí)帶來(lái)不便。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)性較差，不能實(shí)時(shí)地保存大量數(shù)據(jù)，觀察歷史數(shù)據(jù)也不方便，而現(xiàn)代的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要處理和保存

18、大量的數(shù)據(jù)信息。我們國(guó)內(nèi)對(duì)于電能質(zhì)量問題的研究起步較晚，然而傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在下列幾個(gè)方面比較欠缺： (1)功能單一型問題； (2)生產(chǎn)調(diào)試率低下問題； (3)開發(fā)周期和開發(fā)費(fèi)用問題。 虛擬儀器的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，憑借其基于網(wǎng)絡(luò)性和計(jì)算機(jī)的特性，符合現(xiàn)代測(cè)量工作的需求，在測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域不斷取得突破。近年來(lái)，有許多基于虛擬儀器的電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)問世，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程在線的監(jiān)測(cè)，并能夠及時(shí)地把監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋至中央控制室，本系統(tǒng)也是基于這一技術(shù)完成的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 1.4 本設(shè)計(jì)主要工作 本設(shè)計(jì)在研究電力系統(tǒng)電能質(zhì)量及虛擬儀器測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，利用NI公司的LabVIEW2012軟件開發(fā)了一個(gè)電能質(zhì)量

19、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)采集到的電壓及電流數(shù)據(jù)，進(jìn)行電能質(zhì)量相關(guān)參量的計(jì)算，以圖形和數(shù)據(jù)的方式直觀的顯示出來(lái)，并把分析后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便日后的進(jìn)一步查閱參考。 2 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)說(shuō)明書的具體工作如下： (1)講述電能質(zhì)量問題研究的發(fā)展情況，說(shuō)明對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的必要性，指出電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究現(xiàn)狀及其存在的問題，并提出基于LabVIEW的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案； (2)對(duì)電能質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。討論衡量電能質(zhì)量問題的指標(biāo)和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的方法，并指出各種客觀存在的電能質(zhì)量問題所帶來(lái)的危害； (3)介紹了虛擬儀器技術(shù)的概念、特點(diǎn)和發(fā)展歷程，介紹了虛擬儀器中的LabV

20、IEW軟件，及其使用過(guò)程中常見的一些概念，重點(diǎn)介紹了LabVlEW2012中用于電能質(zhì)量的各參量分析的VI和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腣I等； (4)基于虛擬儀器技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)敘述了本系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)方法。 3 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章 電能質(zhì)量指標(biāo)及測(cè)量方法 2.1 概述 (1)電能質(zhì)量的概念 電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓對(duì)用戶供電。同時(shí)，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應(yīng)大小相等、相位互差120。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對(duì)稱，負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)

21、行操作、外來(lái)干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行、電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念1。 (2)電能質(zhì)量指標(biāo)的界定 從總體上講，使電能指標(biāo)接近額定值就是電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，然而，電能從生產(chǎn)到消費(fèi)是一個(gè)整體，電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用各環(huán)節(jié)始終處于動(dòng)態(tài)平衡之中，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的改變都會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定，就是制定適當(dāng)?shù)碾娔苜|(zhì)量指標(biāo)偏差的允許值。電能質(zhì)量指標(biāo)的制定在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上應(yīng)滿足以下三點(diǎn)4： 保證電力系統(tǒng)安全，提高供電可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性； 保證用戶電氣設(shè)備的正常生產(chǎn)； 當(dāng)超標(biāo)時(shí)，電力部門和干擾用戶在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平

22、上，作一定的努力后應(yīng)能達(dá)標(biāo)。 參照IEC標(biāo)準(zhǔn)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)系我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)際情況，我國(guó)最新制定的電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括五項(xiàng)：供電電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率允許偏差、公用電網(wǎng)諧波、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)和閃變。除此之外，還有暫態(tài)電能質(zhì)量問題、短持續(xù)時(shí)間電能質(zhì)量問題和長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電能質(zhì)量問題等。 2.2 供電電壓允許偏差 2.2.1 電壓偏差的產(chǎn)生原因及危害 電壓偏差是指系統(tǒng)各處的電壓偏離其額定值的百分比，它是由于電網(wǎng)中用戶負(fù)荷的變化或電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，使加到用電設(shè)備上的電壓偏離電網(wǎng)的額定電壓。 4 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 一般來(lái)說(shuō)造成電網(wǎng)電壓偏差的最主要原因是無(wú)功功率的傳輸。另外，電力電容器

23、的投切對(duì)母線電壓偏差的影響也非常大3。 對(duì)于配電網(wǎng)最廣泛應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓低于額定電壓時(shí),轉(zhuǎn)矩減小、轉(zhuǎn)速下降，一方面導(dǎo)致工廠生產(chǎn)出次品、廢品；另一方面造成電流變大，電機(jī)溫升增加，線圈發(fā)熱，加劇絕緣老化，甚至燒壞的后果。當(dāng)電壓高于額定電壓時(shí)，一方面引起轉(zhuǎn)距變大，使聯(lián)結(jié)軸和從動(dòng)設(shè)備上的加速力增加，引起設(shè)備的振動(dòng)、損壞；另一方面引起啟動(dòng)電流增加，在供電線路上產(chǎn)生較大的電壓降，影響其他電氣設(shè)備的運(yùn)行。 對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，電壓偏差會(huì)引起無(wú)功電流的增大，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，過(guò)度增大激磁電流使轉(zhuǎn)子繞組的溫升超過(guò)允許范圍，加速絕緣老化，降低電機(jī)壽命，甚至燒壞。 對(duì)于日常的照明燈具，電壓對(duì)燈的

24、光通量輸出和壽命的影響很大，當(dāng)加于燈泡的電壓低于額定電壓時(shí)，發(fā)光效率會(huì)降低，人的工作環(huán)境惡化，視力減弱；當(dāng)高于額定電壓時(shí)，燈泡壽命會(huì)減少、燒壞。 2.2.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量供電電壓偏差中規(guī)定了供電電壓偏差的相關(guān)計(jì)算方法及限制6。 (1)供電電壓偏差的測(cè)量 供電電壓偏差的測(cè)量方法為獲得電壓有效值的基本測(cè)量時(shí)間窗口為10周波，并且每個(gè)測(cè)量時(shí)間窗口應(yīng)該與緊鄰的測(cè)量時(shí)間窗口接近而不重疊，連續(xù)測(cè)量并計(jì)算電壓有效值的平均值，最終計(jì)算獲得供電電壓偏差值，計(jì)算公式如式(2-1)所示。 (2-1) 計(jì)算出的供電電壓偏差的限值應(yīng)滿足如下規(guī)定： 35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之

25、和不超過(guò)額定電壓的10%，如電壓上下偏差同號(hào)(均為正或負(fù))時(shí)，按較大的偏差絕對(duì)值作為衡量依據(jù)； 20kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的7%； 220V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%； 對(duì)供電短路容量較小，供電距離較長(zhǎng)以及對(duì)供電電壓偏差有特殊要求的用戶，由供、用電雙方協(xié)議確定。 (2)電壓合格率統(tǒng)計(jì) 通過(guò)供電電壓偏差的統(tǒng)計(jì)計(jì)算獲得電壓合格率。供電電壓偏差監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)的時(shí)間為min，通常每次以月(或周、季、年) 的時(shí)間為電壓監(jiān)測(cè)的總時(shí)間，供電電壓偏差超限 5 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 的時(shí)間累計(jì)之和為電壓超限時(shí)間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓合格率計(jì)算公式如式(2-2)所示。 (2-2) 2.3 電

26、力系統(tǒng)頻率偏差 2.3.1 頻率偏差的危害 從整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)講，低于系統(tǒng)頻率或高于頻率運(yùn)行時(shí)，對(duì)發(fā)電廠和用戶都有不利的影響7，具體表現(xiàn)為： (1)用戶使用的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)。頻率變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量； (2)在頻率降低時(shí)，火力發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)和水泵所提供的風(fēng)量和水量將迅速減少，影響鍋爐的正常運(yùn)行； (3)低頻率運(yùn)行，汽輪機(jī)葉片所受的應(yīng)力增加，引起葉片的共振，縮短葉片的壽命，甚至使葉片斷裂；發(fā)電機(jī)的通風(fēng)量將減少，而為了維持正常電壓，又要求增加勵(lì)磁電流，使得發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫升增加； (4)低頻率運(yùn)行時(shí)，由于磁通密度的增大，變壓器的鐵心損耗和勵(lì)磁電流都將增大； (5

27、)頻率降低時(shí)，系統(tǒng)中負(fù)荷的無(wú)功功率將增大，而負(fù)荷的無(wú)功功率增大又將促使系統(tǒng)電壓水平的下降。 總之，由于所有設(shè)備都是按系統(tǒng)額定頻率設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)頻率質(zhì)量的下降將影響各行各業(yè)。而頻率過(guò)低時(shí)，甚至?xí)拐麄€(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。 2.3.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差中規(guī)定了供電電壓偏差的相關(guān)計(jì)算方法及限制8。 (1)頻率偏差的計(jì)算 電力系統(tǒng)頻率偏差定義為系統(tǒng)頻率的實(shí)際值和標(biāo)稱值之差，可用式(2-3)計(jì)算。 (2-3) 式中?f是頻率偏差，f為實(shí)際頻率，fN則為標(biāo)稱頻率，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為50Hz。計(jì)算出的頻率偏差應(yīng)滿足如下規(guī)定： 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下頻率偏差限值為0.

28、2Hz。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)， 偏差可 6 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 以放寬到0.5Hz； 沖擊負(fù)荷引起的頻率偏差限值一般不得超過(guò)0.2Hz，根據(jù)沖擊負(fù)荷性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件也可適當(dāng)變動(dòng)限值，但應(yīng)保證近區(qū)電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組和用戶的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及正常供電。 (2)頻率合格率統(tǒng)計(jì) 通過(guò)檢測(cè)及直接或間接地統(tǒng)計(jì)頻率超限時(shí)間以活動(dòng)表征電網(wǎng)頻率在限值內(nèi)的一種方法。統(tǒng)計(jì)時(shí)間以秒為單位，計(jì)算公式如式(2-4)所示。 (2-4) 2.4 公用電網(wǎng)諧波 2.4.1 電網(wǎng)諧波的危害 國(guó)際上公認(rèn)的諧波含義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，我們也常稱

29、它為高次諧波9。 諧波對(duì)電力設(shè)備的影響和危害10，就其后果來(lái)說(shuō)，可分為兩類：第一類是對(duì)電力設(shè)備的影響，它可以造成設(shè)備損壞、減少設(shè)備壽命、降低出力等；第二類是對(duì)計(jì)算機(jī)、繼電保護(hù)、控制器或系統(tǒng)、儀表以及視聽設(shè)備的影響，它可以造成設(shè)備的工作失誤或性能惡化。具體表現(xiàn)為： (1)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)(發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī))產(chǎn)生附加功率損耗和發(fā)熱、產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和噪聲； (2)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償電容器組引起諧振或諧波電流的放大，從而導(dǎo)致電容器因過(guò)負(fù)荷或過(guò)電壓而損壞；對(duì)電力電纜也會(huì)造成電纜的過(guò)負(fù)荷或過(guò)電壓擊穿； (3)對(duì)供電網(wǎng)和導(dǎo)線，增加供電網(wǎng)的損耗。當(dāng)發(fā)生諧振或放大時(shí)，損耗更加嚴(yán)重； (4)對(duì)斷路器和熔斷器，電流波形的畸變明顯的影

30、響斷路器斷路容量，當(dāng)存在負(fù)荷電流畸變時(shí)，在過(guò)零點(diǎn)時(shí)可能造成高的? ?比，電流為下弦波時(shí)開斷將更為困難，而且由于開斷時(shí)間延長(zhǎng)而延長(zhǎng)了故障電流切除時(shí)間，因而造成快速重合閘后的再燃； (5)對(duì)變壓器，負(fù)荷電流中的諧波在變壓器中造成的損耗產(chǎn)生附加發(fā)熱，降低了其負(fù)荷能力； (6)對(duì)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的影響。諧波可能導(dǎo)致晶閘管誤動(dòng)作以及觸發(fā)回路誤觸發(fā)等故障； (7)對(duì)照明的影響，如運(yùn)行電壓的均方根值由于諧波畸變而高于額定值時(shí)，燈絲溫度升高而降低了燈泡的壽命； 7 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (8)對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置產(chǎn)生干擾和造成誤動(dòng)或拒動(dòng)。尤其是一些衰減時(shí)間較長(zhǎng)的暫態(tài)過(guò)程，如變壓器合閘涌流中的諧波分量，由于其幅

31、值強(qiáng)、諧波含量也很大，更容易引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作，造成供電中斷； (9)對(duì)儀表和電能計(jì)量的影響?，F(xiàn)代指示均方根值的電壓表和電流表相對(duì)地不受波形畸變的影響，受諧波影響較大的是計(jì)量電能的感應(yīng)型電能表，其誤差與頻率特性和非線性度造成的誤差有關(guān)。除電表本身誤差外，諧波負(fù)荷從系統(tǒng)中吸收基波功率而向系統(tǒng)送出諧波功率，這樣受諧波影響的用戶既從系統(tǒng)吸收基波功率又從諧波源吸收無(wú)用的諧波功率，其后果是諧波源負(fù)荷用戶少付電費(fèi)而受害的用戶反而多付電費(fèi)。 總之，諧波對(duì)各種電力設(shè)備、通信設(shè)備以及線路都會(huì)產(chǎn)生有害的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備損壞和電力系統(tǒng)事故。 2.4.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧

32、波，對(duì)公用電網(wǎng)諧波電壓限值如表 2-1所示10。 表 2-1公用電網(wǎng)諧波的限值 電網(wǎng)標(biāo)稱電壓 kV 0.38 6 10 35 66 110 電壓總諧波畸變率 % 5.0 4.0 各次諧波電壓含有率% 奇次 4.0 3.2 偶次 2.0 1.6 3.0 2.0 2.4 1.6 1.2 0.8 (1) 諧波術(shù)語(yǔ)的數(shù)學(xué)表達(dá)式 第h次諧波電壓含有率HRUh，如公式(2-5)所示： (2-5) 式中，Uh第h次諧波電壓(方均根值)； Ul基波電壓(方均根值)。 諧波電壓含量UH，如公式(2-6)所示： (2-6) 8 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 電壓總諧波畸變率THDu，如公式(2-7)所示： (2-7)

33、(2) 諧波的測(cè)量 在對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了區(qū)別暫態(tài)現(xiàn)象和諧波，對(duì)負(fù)荷變化快的諧波，每次測(cè)量結(jié)果可為3s內(nèi)所測(cè)值的平均值，推薦采用式(2-8)計(jì)算。 (2-8) 2.5 電壓波動(dòng)和閃變 2.5.1 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生及危害 (1)電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生 電壓波動(dòng)是由于部分負(fù)荷在正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)沖擊性功率變化，造成實(shí)際電壓在短時(shí)間里較大幅度波動(dòng)，并且連續(xù)偏離額定電壓，所以也稱為快速電壓變動(dòng)11。 單位時(shí)間內(nèi)電壓變動(dòng)的次數(shù)稱為電壓變動(dòng)的頻度r(s-1)，一般以分或秒為頻度的單位。電壓變動(dòng)頻度為調(diào)幅波頻率的2倍，或表示為f(Hz)=r(s-1)/2。在電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，閃變以燈光閃爍對(duì)人眼視感的影響來(lái)反

34、映供電電壓的波動(dòng)程度。閃變是指由于燈光照度不穩(wěn)定造成的視感。閃變不僅與電壓波動(dòng)的幅值有關(guān)，而且與電壓波動(dòng)的頻率和波形、照明燈具的性能及人的視感因素有關(guān)。 出現(xiàn)供電電壓波動(dòng)，使實(shí)際運(yùn)行電壓偏離理想正弦波形和恒定電壓幅值的主要原因是由于各種類型的大功率波動(dòng)性負(fù)荷投運(yùn)引起的。波動(dòng)性負(fù)荷的用電特征分為周期性和非周期性的，而周期性和近似周期性的功率波動(dòng)負(fù)荷對(duì)閃變影響更為嚴(yán)重。目前供電系統(tǒng)中功率波動(dòng)造成干擾的負(fù)荷主要有：電弧爐、軋鋼機(jī)、電氣化機(jī)車等。 (2)電壓波動(dòng)和閃變的危害 電壓波動(dòng)會(huì)引起多種危害，如電壓快速變動(dòng)會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，不僅危及電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還會(huì)直接影響一些產(chǎn)品的質(zhì)量。閃變是電壓

35、波動(dòng)的直接反映，當(dāng)電壓波動(dòng)嚴(yán)重到引起照明燈具閃爍時(shí)，會(huì)使人眼感到疲勞甚至難以忍受而降低工作效率。但閃變還與人的視感因素有關(guān)，所以不能以電壓波動(dòng)代替閃變。 2.5.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變 ，任何一個(gè)波動(dòng)負(fù)荷用戶在電力系統(tǒng) 9 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 公共連續(xù)點(diǎn)產(chǎn)生的電壓變動(dòng)，其限值和電壓變動(dòng)頻度、電壓等級(jí)有關(guān)。對(duì)于電壓變動(dòng)頻度較低(例如r1 000次/h)或規(guī)則的周期性電壓波動(dòng)，可通過(guò)測(cè)量電壓方均根值曲線U(t)確定電壓變動(dòng)頻度和電壓變動(dòng)值，電壓波動(dòng)的限值如表2-2所示12。 表2-2電壓波動(dòng)限值 r1 1<r10 10<r100 100<

36、;r1000 r/(次/h) LV、MV 4 3* 2 1.25 d/% HV 3 2.5* 1.5 1 注1：很少的變動(dòng)頻度(每日少于1次)，電壓變動(dòng)限值d還可以放寬。 注2：對(duì)于隨機(jī)性不規(guī)則的電壓波動(dòng)，如電弧爐負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)，表中標(biāo)有“*” 的值為其限值。 注3：參照GB/T 156-2007，本標(biāo)準(zhǔn)中系統(tǒng)標(biāo)稱電壓UN等級(jí)按以下劃分： 低壓(LV) 中壓(MV) 高壓(HV) UN1kV 1kV<UN35kV 35kV<UN220kV 對(duì)于220kV以上超高壓(EHV)系統(tǒng)的電壓波動(dòng)限值可參照高壓(HV)系統(tǒng)執(zhí)行。 電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的最小方式下，以一周(1

37、68h)為測(cè)量周期，所有長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt都應(yīng)滿足一定的條件，如表2-3所示： 表2-3閃變限值 Plt 110kV 1 >110? 0.8 (1) 電壓波動(dòng)的測(cè)量和估算 電壓波動(dòng)可通過(guò)電壓方均根值曲線U(t)來(lái)描述，電壓變動(dòng)d和電壓變動(dòng)頻度r則是衡量電壓波動(dòng)大小和快慢的指標(biāo)。 電壓變動(dòng)d的定義表達(dá)式如式所示 (2-9) 式中，?U電壓方均根值曲線上相鄰兩個(gè)極值電壓之差； UN系統(tǒng)標(biāo)稱電壓。 (2) 閃變的測(cè)量和計(jì)算 10 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 閃變是電壓波動(dòng)在一段時(shí)期內(nèi)的積累效果，它通過(guò)燈光照度不穩(wěn)定造成的視感來(lái)反應(yīng)，主要由短時(shí)閃變Pst和長(zhǎng)時(shí)間閃變Plt來(lái)衡量。短時(shí)閃變值Pst的計(jì)算方法是通過(guò)模擬人眼的感覺通過(guò)分析計(jì)算得出結(jié)果，具體過(guò)程將在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)介紹。長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt由測(cè)量時(shí)間段內(nèi)包含的短時(shí)間閃變值Pst計(jì)算獲得，如式(2-10)所示： (2-10) 2.6 三相電壓允許不平