智能电网中的电力质量

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在电力系统中，电力质量这一术语并非普遍接受，但在智能电网技术中已成为一个非常重要的概念。其他术语也用于指代相同的概念，例如供电质量和电压质量。本章将探讨与智能电网相关的电力质量概念。 近年来，人们对电力质量的关注度日益提高，主要原因如下：

• 现代电力系统设备对电压扰动更加敏感。
• 用于馈送负载的电力电子设备会在系统中造成电压扰动。
• 对标准化和性能标准的需求日益增长。
• 谐波电流和电压跌落等现象日益增多。

电力质量是一组参数，用于描述在正常运行条件下电力向用户输送的过程，并表征供电电压。

电力质量的概念

在电力系统中，电力质量是指决定输送到用户设备的电力是否合格的一个概念。

通常情况下，电压、频率和相位的同步使电力系统能够按预期运行，而不会显著降低其性能和寿命。因此，“电力质量”一词用于描述能够按预期方式驱动电力负载的电力。如果存在任何电力质量问题，设备或负载可能会发生故障、过早失效或根本无法运行。

同样重要的是要理解，“电力质量”指的是供电电压的质量，而不是电力的质量。因为我们知道，功率是电压和负载所需电流的乘积。

因此，我们可以简单地将“电力质量”定义为电力系统中电压和/或电流的质量。

为什么电力质量很重要？

现代电子设备和家用电器对电源扰动非常敏感，它们需要稳定的电压和频率才能正常运行。高于正常电压的电压会导致这些设备运行效率低下，甚至可能损坏某些设备。另一方面，低电压也会产生同样的影响，并可能导致设备运行不可预测或根本无法运行。

研究发现，供电电压每变化 1%，功率使用量也会相应变化 1%。因此，电力公司试图将供电电压保持在标准范围内，以维持电力质量并避免其后果。

电力质量为什么会下降？

电力系统包含多个阶段，即发电、输电和配电到安装在用户场所的电表。然后，电力通过最终用户的布线系统移动，直到到达负载设备。

因此，电力系统从发电点到用电点的复杂性与天气、发电、需求以及许多其他因素的变化有关。由于所有这些因素，电力质量可能会下降。

电力质量差的原因

以下是电力系统中电力质量差的一些重要原因：

电压暂降

电压暂降是指RMS线电压的短期下降。它也称为电压跌落。电压暂降是指线电压在短时间内（通常为0.5个周期到1分钟）下降到正常值的10%到90%的情况。电压暂降的主要原因是电流需求突然增加，例如大型感应电动机的启动或公用事业故障。

电压暂升

电压暂升与电压暂降相反，即当RMS线电压短期内高于正常线电压（通常为110%到180%）时，则称为电压暂升。电压暂升的持续时间也为0.5个周期到1分钟。电压暂升的主要原因是重载荷的断开或配电系统中的故障导致负载突然下降，或调压器中的抽头设置不正确。

闪烁

当负载电流幅度快速连续变化导致系统电压变化时，称为闪烁。闪烁一词源于灯具照明强度可见的波动。闪烁主要由电弧炉和重型工业机械引起，导致公用事业输电和配电系统中的电压波动。

电压不平衡

电压不平衡是三相系统中的一种情况，当三个相电压的幅度相对于彼此发生变化时就会出现这种情况。电压不平衡会扰乱三相电动机的运行，导致它们过热或系统设备过早失效。

谐波

谐波是频率为电力系统基波频率整数倍的正弦电压或电流。谐波会导致电压和电流正弦波形失真。谐波的主要来源是非线性负载，如电力电子元件。谐波会导致变压器或电动机等电力系统设备过热，还会干扰通信系统。

电噪声

电噪声只不过是低于200 kHz的具有宽带频谱内容的非期望电信号，它会干扰电力系统设备的运行。电噪声通常叠加在电力系统电压或电流的相导体上，或出现在中性导体或信号线上。

一些常见的电噪声来源包括来自通信线路的电磁干扰或射频干扰。

冲击性暂态

冲击性暂态是电力线中电压或电流或两者在短期的单向高能量变化。冲击性暂态发生的主要原因是感性负载的开关操作、雷击或电力线路故障。如果它们的分布电平足够高，这些暂态可能会关闭或损坏设备。可以使用瞬态电压抑制器来减少冲击性暂态的影响。

振荡性暂态

振荡性暂态是电力线中电压或电流或两者的短期双向变化。这些暂态是由谐振或功率因数校正电容器的开关操作引起的。

中断

中断定义为线电压或电流相对于正常电压水平的完全损失或低于10%的降低。中断的持续时间通常不超过60秒。中断的主要原因包括电网故障、电力系统设备故障等。

电压波动

电压波动是指RMS线电压的快速且相对较小的变化（通常小于5%）。电压波动通常是由电力电子转换器、电弧炉、与线路频率不同步地汲取电流的设备或不稳定的电源引起的。这些情况会干扰计算机或其他敏感电子设备的运行。

智能电网如何改善电力质量？

智能电网拥有多种先进的组件和技术，可以帮助电力公司改善电力质量，并向消费者提供更高质量的电力。以下几点说明了智能电网如何改善电力质量。

• 高级监控和控制 - 智能电网在整个电网中部署了许多传感器，以提供对电网参数的实时监控和控制。
• 电力调节装置 - 智能电网使用多种电力调节装置，如谐波滤波器、浪涌保护器、电压调节器等，以改善电力质量。
• 储能系统 — 智能电网整合了不同类型的储能系统，例如电池。这些设备通过吸收或供应电网中的电力来帮助稳定电压和频率。
• 需求响应计划 — 这些计划旨在减少高峰需求期间的负荷，并平衡供需。这种做法显著提高了电力质量。

结论

总而言之，电力质量是为最终用户提供稳定可靠电力供应的关键指标之一。电力质量可以定义为持续满足消费者最终使用可靠和高效电力供应要求的电力供应。

在印度，家用电器和电子设备的设计工作电压范围为50赫兹交流电100伏至240伏。但是，这些设备在220伏电压下工作效率最高，而220伏是印度的标准供电电压。

电力公司还管理着电力供应的各种参数，以确保更好的电力质量。例如，印度的频率设置为50赫兹，美国的频率设置为60赫兹；或者功率因数，它决定了向消费者输送的可利用电力量等等。