電能質量分析儀
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電能質量分析儀范文第1篇
在這幾年時間中，由于科學技術不斷進步，電力系統內部產生了許多非線性元件，同時也形成了較多質量方面的問題。而在這些問題中，最為重要的內容是諧波問題，所以諧波測量準確性也因此被越來越多的人關注。就電能質量分析儀諧波測量模塊來說，普遍是通過快速傅里葉變換來達到目的。同時算法本身也存在頻譜泄露現象以及柵欄效應，并且還能夠采用增強頻譜分辨率的手段進一步降低柵欄效應。所以國家標準明確提出，儀器諧波在測量過程內，使用的頻譜分析長度必須保證為十個周期，同時方式也一直為矩形加權。根據該項標準了解到，其更加注重諧波分析對應的分析率，并需要相關儀器增強同步性，進而降低頻譜泄露現象。
1 諧波測量算法原理與方法
1.1 加窗算法原理
加窗算法產生的主要原因是因為頻譜泄露，進而產生測量誤差。而頻譜泄露內部的信號普遍都不是F的倍數，這時就能夠從兩個不同方面展開研究：首先經由采樣頻率出現的轉變促使信號內部現存頻率不在F整數倍上；其次使用非整周期截斷的方式，促使F出現極大的轉變。
依照不同窗函數自身特點及主瓣過渡寬帶針對性掌握矩形窗向對應的頻率分辨率在相對較高的水平，不過阻帶衰減則較為緩慢，甚至具備一定的泄露。在大多數環境內，巴特利窗、哈明窗以及漢寧窗普遍都屬于主瓣寬度數值的兩倍左右，同時其頻譜分辨率以及阻帶衰減速度都與矩形窗情況相反，并對泄漏現象存在一定的抑制作用。根據上述分析得到的優缺點，當前大量廠商普遍都使用漢寧窗展開生產。
1.2 頻譜分析長度檢測方法
按照文章之前對加窗算法原理展開的研究能夠知道，與國家標準一致的儀器諧波測量必須具備針對F整數倍頻點進行分辨的能力，而非整數倍頻率則不能夠順利展開分辨工程，進而形成頻譜泄露現象。
通過矩形窗展開研究的過程內，需要對頻譜分析長度展開檢測，明確T的具體值是否為10周波，該標準也能夠直接視為檢測頻譜分辨率是否能夠達到5Hz。在通過漢寧窗加權的過程內，若F對應5Hz，對么測量得到的頻譜分析長度則必須對應是20周期。因此需要通過檢測的方式來決定具體方法的使用。在展開分組算法的時，檢測結果也會發生相應轉變，因此需要設計下述檢測計劃：
（1）針對儀器諧波展開進一步精度測量工作；
（2）保證儀器頻率分辨達到5Hz；
（3）按照分辨率檢測得到的結果，分析電能質量分析儀具體應該使用的方式。
2 數學模型
通過儀器上測量的實際結果與有股那標準值進行針對性比較，得出下述內容：
在本公式中：d代表儀器測量的精準程度；ih表示的含義則是第N次諧波電波測量完成之后得到的實際測量數值；而ihN表示的含義則是第N次諧波電流對應定值。
除此之外，d表示的含義是非正弦電壓信號下第N次諧波電流測量值中相對基波之間產生的誤差，最后ih則表示測量過程中，某一次諧波電流出現的測量不確認度。
3 分析不確定度發生原因
目前測量得到結果內產生的不確定主要涵蓋以下幾種來源：測量的環境、方式、設備以及測量人員。針對文章研究過程中出現的測量不確定性，其發生原因為：因為被檢電能質量分析儀器在測量過程中發生的重復性，使得標準出現確定性不顯著的分量uA，并且主要通過A類方式進行評定；因為實際電能質量分析儀在分辨率方面出現的不確定度分量uIB1、uUB1，運用B類方式進行評定；最后由于校準儀器精準度等級實際標準產生的不確定分量uIB2、uUB2，一般使用B類方式進行評定。
4 標準不確定度評定
（1）針對性測量重復性引入標準不確定度分量結果，分別用uIA、uUA表示
基于重復性條件，針對性進行10次實驗，同時保證實驗系統諧波電流值維持在0.5A，諧波電壓值維持在5%，最后獲取的被檢儀器諧波電流值的結果及諧波電壓含有率結果如表1內容所示。
經由貝塞爾公式計算結果得出的標準不確定度分量uIA、uUA表示為以下內容：
（2）基于電能質量分析儀實際分辨率差異性導致的不確定度分量uIB1、uUB1
本次實驗應用的電能質量分析儀主要為Fluke435A電能質量分析儀，其現有分辨率為0.001，與均勻分布原則相吻合，其包含因子，所以實際測量過程中，分辨率準確度引入產生的絕對標準不確定度為下述內容：
（3）基于電能質量分析儀精準度等級引入實際標準產生的不確定度分量uIB2、uUB2
本次實驗應用的電能質量分析儀主要為Fluke435A電能質量分析儀，其諧波電流及電壓的精準度波動范圍為±0.2%，與均勻分布原則吻合，其包含因子，實際測量諧波電流值半寬為=0.01A。諧波電壓半寬為=0.2v，所以實際測量過程中，儀器自身精準度等級引入實際標準產生的不確定度為以下內容：
5 不確定度評定拓展以及最佳估計值
正常情況下，被檢儀器的諧波電流值在測量過程中，其所得到的最佳估計值往往會采取平均數，而本次實驗中最佳估計值數值為0.50055A，此外被檢儀器所選取的諧波電壓最佳估計值同樣也是選擇算數平均值，而其最佳估計值數值為5.0005%V。
若置信概率維持在95%水平時，通過t分布表的查詢結果得出，最終=1.96，那么最終得到的諧波電流極其電壓擴展不確定度內容為一下內容：
=1.96×0.0083=0.01627，
=1.96×0.01214=0.02379。
6 結語
根據本文研究得到電能質量分析儀諧波電壓以及電流最佳估計值應該是5.0005%V以及0.50055A，而對應的擴展不確定度則是0.02379以及0.01627。根據比較能夠知道最終數據對應的絕對值差值普遍低于0.0368%，而這里分析的電能質量分析儀測量不確定度的評定應該屬于合格范圍內。
參考文獻
[1]丁文，袁志民.窗在插值FFT算法中應用的研究[J].電測與儀表，2014，45（12）：15-19.
[2]何偉，蔡維，王建偉.基于虛擬儀器技術的電能質量分析儀校準檢測系統設計與應用[J].電網技術，2013，34（01）：84-88.
[3]鄭恩讓，楊潤賢，高森.關于電力系統FFT諧波檢測存在問題的研究[J].繼電器，2013，34（18）：52-57.
電能質量分析儀范文第2篇
關鍵詞：城市軌道交通；再生制動能量；能量回饋
中圖分類號：C913文獻標識碼： A
一、引言
城市軌道交通具有運量大、速度快、安全、準點、保護環境、節約能源和用地等特點，越來越多的城市認識到解決城市的交通問題的根本出路在于優先發展以軌道交通為骨干的城市公共交通系統。
目前在城市軌道交通供電系統技術中當列車處于制動工況導致接觸網電壓升高時，會產生多余的能量。多余的制動能量處理的方式主要分為消耗型、儲能型和逆變回饋型等三種基本模式。
本文介紹了列車制動產生的多余能量處理的幾種方式，并探討了在工程實際應用的投資收益，為國內軌道交通行業能量反饋選型及工程實施作為參考。
二列車制動能量再分配情況
對于軌道交通車輛而言，列車牽引能耗的降低主要有兩個方面，一方面減輕車輛重量，提高列車傳動系統的轉換效率等措施盡量減少列車實際需要能量；另一方面通過列車的再生制動、逆變回饋和儲能等措施實現列車動能的二次利用。城市軌道交通的特點是區間距離短、列車運行密度高，列車在全線運行過程中必將有頻繁的啟動、制動過程。同時要求列車啟動加速度和制動減速度大，制動平穩并具有良好的啟動和制動性能。從能量轉換的角度看，列車制動能量是相當可觀的。根據經驗，地鐵車輛再生制動可以產生的反饋電能一般為車輛牽引能耗的40％~50%，甚至更多。
隨著，城市軌道交通車輛交流傳動技術的飛速發展，車輛再生制動時轉換為電能的效率有了較大的提高。若能夠從系統設計方面充分實現列車再生制動時二次電能的有效利用，將對軌道交通節能將產生重要影響。
三、列車制動產生多余電能的處理方式
多余的制動能量處理的方式主要分為消耗型、儲能型和逆變回饋型等三種基本模式。
1 消耗型
消耗型能量反饋裝置工作原理主要是通過列車上自帶的電阻或者地面上設置的電阻柜將車輛制動產生的多余的電能通過發熱消耗。該裝置主要是由地面電阻柜、投切控制柜、斬波柜等柜體組成，不同柜體之前通過電纜實現電氣聯通。目前國內使用較多的為該類型。能量消耗型裝置結構簡單、技術成熟。但其存在兩方面的弊端，一方面造成了電能的極大浪費，另一方面會引起隧道和站內的環境溫度升高，增加了環控系統的工作負荷。消耗性能量消耗裝置技術造成了能源浪費，背離了國家提倡的低碳、環保理念。
2 儲能型
儲能型裝置工作原理主要是通過電能儲存介質將列車制動產生的多余的能量暫時進行儲存，以便在系統需要的時候再反饋出去利用。從電能儲存介質不同來分，儲能型可以分為超級電容儲能型、飛輪裝置儲能型。兩種儲能形式的儲存介質不同，基本原理是相同的。
2.1 超級電容儲能型
超級電容儲能型裝置主要是利用電容的充放電原理實現車輛再生電能的吸收和利用。儲能裝置主要采用IGBT逆變器將列車的再生制動能量吸收到大容量電容器組，當供電區間內有列車起動、加速需要取流時，該裝置將所儲存的電能釋放出去進行利用。該吸收裝置的電氣系統主要由儲能電容器組、IGBT斬波器、直流快速斷路器、電動隔離開關、傳感器和微機控制單元等組成，其原理詳見圖3。電容靜態儲能裝置具有儲能（儲存車輛再生電能）和穩壓（穩定牽引網電壓）兩種工作模式。該類型的裝置基礎技術、電容品質及容量要求很高，國內已處于研究試驗及應用階段。
2.2 飛輪儲能型
再生制動能量吸收裝置由控制隔離、斬波器、飛輪儲能三部分組成，直接接在變電所正負母線間或牽引網和回流軌間，其核心技術是利用核物理工業的物質分離衍生技術而制造的飛輪，該裝置設置在真空殼體內，飛輪經過特殊材料和加工工藝制成的軸支撐在底部結構上。該技術特點是系統復雜，基礎技術、材料以及制造工藝水平要求很高，在國內尚處于技術研究階段。
3 逆變回饋型
逆變型回饋裝置主要有變壓器、斷路器、逆變器、快速開關以及控制單元等模塊組成。根據回饋電壓等級不同，可以分為回饋至400V低壓、1180V中壓、10kV/35kV高壓三種不同的形式。三種形式優缺點對比表詳見表1：
表1 回饋至不同電壓等級優缺點對比表
目前，國內所采用的逆變回饋型逆變吸收裝置主要以回饋至10kV/35kV中壓網絡為主，其原理圖詳見圖5。反饋至10kV/35kV中壓網絡具有系統容量大、抗干擾能力強、對供電系統中的其他負荷影響較小等優勢。逆變回饋至0.4kV及1.18kV電壓等級的技術和產品目前國內有研究機構正在進行研究，并且已進行掛網試驗。逆變回饋至10kV/35kV中壓網絡的技術和產品在國外已經成熟，在國內也有在線運營的工程實例，是目前主流的發展方向。
圖1逆變回饋型裝置原理示意圖
四、電能反饋吸收因素分析
列車制動產生的電能反饋比例與車輛的特性、行車運行組織、線路特征、制動能量反饋裝置設置點密切相關。城市軌道交通的運行存在明顯的早晚高峰特征，有不同的運行時刻表。最小行車間隔一般為2分鐘，最長行車間隔一般達到6~10分鐘。一般而言，當行車密度較高時列車再生制動時向牽引網回饋的電能，基本上能夠被在線運行的其他列車所利吸收，實現電能的二次利用。當行車密度較低時，列車再生制動時向牽引網回饋的電能全部被在線運行的其他列車吸收的概率較低。有資料表明，當列車發車間隔大于10 min時，再生制動能量被其他在線車輛吸收的概率幾乎為零。
五、投入后的經濟效益模擬計算分析
1、以廣州地鐵六號線潯峰崗、黃沙站為例。
廣州地鐵六號線由于種種原因全線未設置制動能量回饋裝置。現假設在線路終端牽引站潯峰崗站，線路中間牽引站黃沙站兩車站設置能量回饋裝置為例模擬計算，分別算出20對/小時、10對/小時、8對/小時和6對/小時情況下潯峰崗牽引所、黃沙牽引所每小時吸收的再生功率如下表2所示。
表2 潯峰崗、黃沙站吸收功率模擬計算表
因此，通過模擬軟件計算理論上預計潯峰崗站和黃沙站每年回饋的能量節省的電費分別為42.75萬元和5.77萬元。詳細見下表3所示。
表3 潯峰崗、黃沙站年節省電費統計表
2、以北京地鐵14號線園博園及大井站為例。
北京地鐵14號線已經設置了制動能量回饋裝置，并且已經投入運營。以園博園及大井站牽引所的車站為例，通過軟件模擬計算分析得表5數據：
表4園博園、大井站年節省電費統計表
單站平均每月回饋電度2737度，每月可節約8.2萬度，每年可節約98.5萬度，按北京地鐵用電取費0.85元/度計算，每年每站節約電費83.7萬元。總體來說采用中壓回饋裝置節能效果顯著。
以上是舉例不同地區兩條城市軌道交通4個車站設置了制動能量反饋裝置后，模擬計算得出每年所節省的電費。通過計算分析可知，設置能量回饋裝置后每個線路特點相近的車站節能效果相差不大，具有一定的代表性。城市軌道交通根據城市發展，線路一般規劃成線網，設置較多的車站。如全部采用了制動能量再生利用裝置，其經濟效應則更加突出。
六結論
從上述系統方案介紹以及模擬計算可以看出，制動能量消耗型技術方案不具備綠色環保與可持續發展理念，制動能量回饋，尤其是回饋到中壓交流供電網的回饋方案具備回饋容量大、利用效率高、與既有供電系統兼容性好、造價適中，同時還能節約牽引列車或地面吸收設備成本，有效降低城市軌道交通運營成本，值得在軌道交通行業推廣應用。
參考文獻
[1] 張鐵軍，陳 雪， 陳廣贊， 林麗. 城軌供電系統新型再生制動能量回饋系統.大功率變流技術，2011(5)：37-40
電能質量分析儀范文第3篇
[關鍵詞]電能質量；測量；諧波；治理裝置
中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）06-0013-01
一、基本信息
1.概況：根據神華神東研究院的安排，對錦界煤礦進行了用電電能質量測試。測試時間從10月14號開始到12月2號，對神東公司錦界煤礦的中央1號變電所、中央2號變電所、盤區1號變電所、盤區2號變電所、3-1煤一部膠帶機頭變電所、3-1煤二部膠帶機變電所、1號主井變電所、2號主井變電所、主井35kV變電站、青草界110kV變電站、1#風井35kV變電站、35kV箱式變電站、1號通風機房變電所、2號主通風機變電所進行了電能質量測試。
2.測試目的：對開關柜進行電能質量測試，并對負荷造成的電能質量問題作出評價。
3.測試儀器：FLUKE 435型電能質量分析儀 1臺、PC筆記本電腦1臺、數據分析軟件1套。
4.測試標準：執行國家頒布的電能質量方面的標準：《電能質量 公用電網諧波》（國家標準GB/T14549-93）、《電網電能質量技術監督管理規定》（原電力工業部的）、《電能質量 電力系統頻率允許偏差》（GB/T 15945-1995）、《電能質量 供電電壓允許偏差》（GB12325-90）、《電能質量 電壓允許波動和閃變》（GB/T12326-2008）、《電能質量 三相電壓允許不平衡》（GB/T 15543-2008）
5.測試信號的抽取：電壓信號取10kV側測量PT的二次回路試驗端子接入電能質量分析儀的電壓輸入端；電流信號取自10kV母線測量CT的二次回路試驗端子接入電能質量分析儀的電流入端。
6.主要測試內容：本次電能質量測試的主要內容為：供電電壓、電流狀況；功率（包括有功、無功功率）狀況；功率因數狀況；電網諧波狀況
7.測試儀器的設置：用電能質量分析儀測量，將儀器設置為自動測量、存儲模式。
8.數據處理方法：測試完畢后利用軟件后臺分析功能，對存盤數據文件統計分析，得到相應數據。
二、各測試點測量數據
本次共計測量77個點，整理測試報告60份，其他測試點由于未帶負載運行，不具備參考意義，因此未出具測試報告。經過測試計算，主井35kV變電站10kV母線總諧波電流為：3次19.8A，5次6A，11次8.3A，13次7.8A，與國標限值比較可知，3次、11次和13次諧波電流已逼近國標允許值。1#風井35kV變電站10kV母線總諧波電流為：3次6.4A，5次11.3A，11次8.7A，13次6.8A，與國標限值比較可知，11次和13次諧波電流已逼近國標允許值。1#主通風機變電所10kV母線總諧波電流很小，在國標允許范圍內。2#主通風機變電所10kV母線總諧波電流很小，在國標允許范圍內。1#主井變電站10kV母線總諧波電流為：3次55.4A，5次7.8A，11次25A，13次9.2A，與國標限值比較可知， 3次、11次和13次諧波超標，其中3次和11次嚴重超標。中央1#變電所10kV母線總諧波電流為：3次6.6A，5次20.3A，7次8.4A，11次6.9A，13次5.1A，與國標限值比較可知， 5次諧波嚴重超標。中央2#變電所10kV母線總諧波電流為：3次9.9A，5次10.9A，7次6.1A，11次6A，13次4A，17次5.8A，19次8.7A，21次3.8A，與國標限值比較可知， 19次和21次諧波超標。
由于現場條件限制，盤區2#變電所只測試了2臺開關柜的電能質量，無法判斷其10kV母線諧波是否超標。盤區4#變電所只測試了1臺開關柜的電能質量，無法判斷其10kV母線諧波是否超標。3-1煤二部機頭變電所只測試了1臺開關柜的電能質量，無法判斷其10kV母線諧波是否超標。經過計算，盤區1#變電所10kV母線各次諧波均未超標。3-1煤一部膠帶機頭變電所10kV母線總諧波電流為：3次2A，5次17.5A，7次6.7A，11次2.7A，13次2.9A，與國標限值比較可知， 各次諧波均未超標。2#主井變電站10kV母線各次諧波電流均未超標。110kV變電站10kV母線總諧波電流為：3次5A，5次8.8A，7次7.1A，與國標限值比較可知，各次諧波均未超標。
三、各變電所電能質量治理方式和容量計算
1、根據測試分析，有以下幾個特點：
（1）由于10kV以下的各條支路的負荷率普遍都較低，其諧波含量都沒有超過國變，因此不需要進行治理。
（2）35kV變電站由于裝有SVC裝置，主要為3次、5次、7次和11次特征次諧波，而且含量也沒有超過國標，不需進行治理。
（3）10kV母線有1#主井變電站10kV母線、中央1#變電所10kV母線、中央2#變電所10kV母線的諧波含量超標，需要進行治理。
2、1#主井變電站10kV母線
需要吸收55.4A的3次、7.8A的5次、25A的11次諧波和9.2A的13次諧波。考慮投入有源濾波裝置按照最惡劣的情況考慮（各次諧波的峰值出現在同一個時刻），并為擴能留有裕量，等效基波電流為599.8A，容量為10.388MVA的級聯式APF。實際中，按照經驗考慮，設置容量為10.388MVA*0.8=8.3MVA即可。
3、中央1#變電所10kV母線
需要吸收6.6A的3次、20.3A的5次、8.4A的7次諧波、6.9A的11次諧波和5.1A的13次諧波。考慮投入有源濾波裝置按照最惡劣的情況考慮（各次諧波的峰值出現在同一個時刻），并為擴能留有裕量，等效基波電流為302A，容量為5.2MVA的級聯式APF。實際中，按照經驗考慮，設置容量為5.2MVA*0.8=4.16MVA即可。
4、中央2#變電所10kV母線
需要吸收9.9A的3次、10.9A的5次、6.1A的7次諧波、6A的11次諧波、4A的13次諧波、5.8A的17次諧波、8.7A的19次諧波、3.8A的21次諧波。考慮投入有源濾波裝置按照最惡劣的情況考慮（各次諧波的峰值出現在同一個時刻），并為擴能留有裕量，等效基波流為630A，容量為10.9MVA的級聯式APF。實際中，按照經驗考慮，設置容量為10.9MVA*0.8=8.72MVA即可。
四、治理方案制定
根據對開關柜進行電能質量測試，分析了各變電所電能質量治理方式和容量計算，最終選定治理裝置為SVG/APF。SVG/APF 是一種由電壓型變流器構成的并聯型無功補償裝置，它能發出無功或吸收無功，產生頻率幅值可控的諧波電流，能實現以下幾種功能：
（1）動態調節無功，改善母線電壓，提高變電站功率因數；
（2）吸收負荷低次諧波電流，降低其對電力系統的不良影響；
（3）對電網設備及負荷狀態突變能振蕩阻尼，起穩定性作用；
SVG/APF 具有以下特點：
（1）能夠提供從感性到容性的連續、平滑、動態、快速的無功功率補償；
（2）基于IGBT逆變器，不會發生諧波放大及諧振，對系統參數不敏感，安全性與穩定性好；
（3）不僅不產生諧波，而且同時具備諧波補償功能，在動態無功補償的同時，可對13次以下的諧波進行濾除
（4）SVG響應時間一般不大于5ms，用于配電網時，閃變抑制效果非常好；
（5）SVG為電流源特性，輸出無功電流不受母線電壓影響，電流源特性也使SVG具備較強的短期過載能力，可用來進一步提高電力系統穩定性；
（6）成本低，裝置自身運行可靠性高；
（7）占地面積小，是同容量傳統SVC的1/3到1/2，移動性、擴展性好。
（8）SVG能在一定范圍內提供有功功率，減少有功功率沖擊；
（9）SVG中電容、電感等元件采用了與SVC完全不同的技術和制作工藝，運行過程中電磁噪聲顯著降低；
（10）SVG的運行損耗要比同容量SVC小，運行成本低。
參考文獻
[1] 賀天才.煤礦電網電能質量測試分析與研究[J].煤炭工程，2008（9）：70-72.
電能質量分析儀范文第4篇
【關鍵詞】 諧波 有源濾波器 供電系統
伴隨電力電子技術的飛速發展， 各種新型電力電子設備廣泛被使用。新型電力電子產品改善著人們的生活中質量，提高著企業的生產效率。但由于這些設備的非線性和多樣性特點， 產生大量的諧波并注入電網， 導致電網的供電質量下降，可能造成居民、企業用電設備的異常甚至損壞。
針對非線性負荷對電網和設備的危害日益嚴重，有源電力濾波器（APF）作為一種理想的諧波裝置，能夠對頻率和幅值均發生變化的諧波進行消除，有源電力濾波設備優于傳統無源濾波器，并在未來與智能控制結合的路上越來越遠。
1 高次諧波危害
隨著科學技術的發展，越來越多非線性電氣產品在生活、生產中應用，如節能燈、變頻器、整流器等。這些非線性電氣產品給人們的生產、生活帶來便利的同時，也給電力系統帶來嚴重諧波污染問題，大量高次諧波會引起電壓畸變，導致電機發熱、設備損壞等問題，對生活、生產用電造成很大隱患。其主要表現有：
（1）高次諧波使電氣設備如電機、電纜、變壓器等產生附件的諧波損耗，降低設備的使用效率，使絕緣線路過熱甚至發生火災。（2）高次諧波可以影響各種用電設備的正常運行，引起設備機械振動、噪音和過電壓，嚴重甚至損壞設備。（3）高次諧波會與電容器、高壓電纜的對地電容之間產生并聯諧振，使諧波放大，導致電力系統事故。（4）高次諧波可能會導致通訊系統失靈、繼電保護和自動裝置的誤動作，還可能會使電氣測量儀表測量失真。
2 10kV系統高次諧波
2.1 供電系統高次諧波允許電流
國標《GB/T 14549-93 電能質量 公用電網諧波》[1]對10kV母線各次諧波限值要求（表1、2）：
諧波電流允許值當系統公共連接點最小短路容量不同于上表基準短路容量時，按公式（1）修正上表中的諧波電流允許值：
2.2 高次諧波電流計算
兩個諧波源的同次諧波電流在一條線路的同一相上疊加當相位角已知時按下式計算
兩個以上同次諧波電流疊加時首先將兩個諧波電流疊加然后再與第三個諧波電流相疊加以此類推。
2.3 實例
某礦區因諧波問題，曾出現電容器爆炸、電纜發熱、變壓器響聲異常等情況，給礦區生產埋下安全隱患，對企業財產、人身安全來帶嚴重威脅。
為測定系統中諧波含量，特制定采集方案：首先采用FLUKE 435型電能質量分析儀對系統進行數據采集。測量數據選取：電壓數據取10kV側測量PT的二次回路試驗端子接入電能質量分析儀的電壓輸入端；電流數據取自10kV母線測量CT的二次回路試驗端子接入電能質量分析儀的電流輸入端。采集數據如下：
以3次諧波為例計算方式如下：
首先確定系統基準短路容量，得到諧波電流允許值。如系統基準短路容量是100MVA，系統諧波電流允許值為表2電流允許值；系統基準短路容量不是100MVA，則利用公式（1）計算出諧波電流允許值；（實例礦區系統基準短路容量為100MVA）
再將表4至表11中3次諧波電流測試數據，按照兩個以上同次諧波電流疊加時首先將兩個諧波電流疊加然后再與第三個諧波電流相疊加的方式，以此類推代入公式（3）。
各次諧波經過計算，某礦區10kV電力系統中總諧波電流為：3次6.6A，5次20.3A，7次8.4A，11次6.9A，13次5.1A，與表2國家標準《GB/T 14549-93》限值比較可知， 5次諧波超標。
3 有源電力濾波器（APF）
3.1 有源電力濾波器（APF）原理
有源電力濾波器（APF：Active power filter）進行可以對電力系統中諧波進行治理，APF是一種用于動態消除諧波、補償無功的新型電力電子裝置，APF適用于不同頻率、不同大小的諧波抑制及補償。APF可以通過采樣線路中電流，分離出存在各次諧波和無功分量，根據諧波和無功量快速響應，主動輸出相應大小、頻率和相位的電流，抵消系統中負載諧波電流，從而實現動態消諧及無功補償。
APF通過電力系統中電流互感器檢測負載電流，再通過APF內部數字信號處理器（DSP）提取出負載電流中的諧波成分，然后通過脈沖寬度調制（PWM）發送控制信號給APF內部的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），IGBT快速開斷逆變裝置產生一個和系統中負載諧波電流大小相等、方向相反的諧波電流，使其流入電力系統與負載產生的諧波電流疊加，達到消除諧波的目的。
APF分為并聯型和串聯型，并聯型APF主要是消除電流諧波，串聯型APF主要是消除電壓諧波引起的問題。
電力系統增加APF設備改善10kV系統電能質量，消除系統高次諧波。APF裝置配置時需要考慮系統等效基波電流、容量，并為擴能留有裕量。
3.2 APF的特點及優點
對于電力系統諧波的治理，20世紀80年代前多采用LC濾波器，也稱無源濾波器。LC濾波器結構簡單、造價低、運行可靠等特點，但存在一定的缺陷。比如，無源濾波器的設置需根據電力系統的諧波頻率，且只能濾除特定諧波，并有可能存在與電力系統發生諧振。APF是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置。它能夠消除大小和頻率不同的諧波、并對無功進行補償。APF裝置在電力系統中的應用，彌補了傳統濾波器的缺點，能夠實現動態跟蹤補償；達到既補諧波又補無功的現代工業要求[2]。
APF裝置的優點：（1）可以消除2-50次諧波，提高供電電能質量；（2）消諧響應速度快；（3）具備濾波功能和無功補償功能；（4）具備自我保護功能；（5）噪音小、損耗低。
APF裝置在電力系統的應用，對系統電能質量及用電客戶都起著重要的作用，如利用消除諧波、補償無功不僅保證了電能質量，也減少了諧波對配電變壓器的損害，延長變壓器使用壽命；減少了事故停電，保障供電的安全性、穩定性；減少了諧波對配電設備的損害，降低維護工作量和維護檢修費用，同時有效延長居民用電設備的壽命，減少居民的經濟損失；補償諧波無功功率，同時保障基波無功功率補償，減少電能損失，提高供電能力[3]。
3.3 APF的發展
隨著計算機技術和芯片技術的發展，智能控制方法將逐步進入實用化階段。將智能控制方法用于控制有源電力濾波器（active power filter，APF）可大大提高APF 的各項性能。APF利用并聯型和串聯型及系統情況可以組成多種拓撲結構，無論什么樣的結構，APF的控制部分的選取是至關重要的，這決定著能否獲得優良的補償特性。APF起初將脈寬調制（PWM）的實現方法作為控制方法，包括三角波比較法、空間矢量法、滯環控制法、特定消諧PWM 法等。隨著工業的發展對電能質量提出更高的要求，對電網的諧波限制也越來越嚴格，常規的PWM控制方法已難以滿足要求。伴隨科學技術發展APF控制方法出現了重復控制、模糊控制、常規比例C積分控制、無差拍控制、變結構控制、預測控制、自適應控制、神經網絡控制等。其中模糊控制、神經網絡控制等屬于智能控制方法，是控制論、系統論、信息論和計算機技術交叉結合的產物，在處理實時變化、復雜系統時有明顯的優勢。
APF的控制方法是當前的研究熱點，而智能控制方法則是研究的重點。目前，智能控制在APF中的應用正逐步進入實踐階段，其應用研究已有了長足的進展。在APF自動控制中，存在著大量的優化問題，隨著對APF性能要求的提高，利用遺傳算法進行參數尋優，之后控制輸出最合理的電流及無功，這對APF研究是一項有意義的工作。由于APF神經網絡控制器的運算量大，大部分文獻中都只給出仿真試驗結果，但近年已有采用數字信號處理器控制的實驗結果。智能控制有源電力濾波器，絕大部分只是控制器的某個環節應用了智能控制方法，如電流環采用智能控制，而電壓環依舊采用常規比例-積分控制，因此APF整體性能的改進在很大程度上會受到限制。如果全部環節均采用智能控制，理論上會很大程度的提高APF的性能，但由于實現起來復雜，這方面的應用還需要進一步深入研究。APF屬于非線性系統控制，將智能控制方法和非線性控制方法相結合更能提高APF的性能，將來會是一個較有前途的發展方向[4]。
4 結語
非線性負載的應用會在電網中產生諧波，對供電質量造成污染，按照國標對電能質量的要求，應用APF設備消除諧波，改善電能質量，從而消除由諧波引起的各種故障和事故，能為人們的生活、安全生產帶來有力保證。APF作為諧波消除提高電能質量的有效設備的一種，在我國隨著電能質量治理的深入，逐步在現場應用和市場銷售被越來越多的人所認識，隨著各種電力電子技術的迅速發展及使用，智能控制的深入研究，APF具有很大的發展前景和市場潛力。
參考文獻：
[1] GB/T14549―93，電能質量，公用電網諧波，中國國家標準[S].
[2]程少煒，潘斌，張挺，邱書明，陳宗源.APF諧波抑制技術的實際應用[J].電氣傳動，2012（5）：42.
電能質量分析儀范文第5篇
關鍵詞：自動扶梯；能耗分析；節能控制；節能需求；能效測量 文獻標識碼：A
中圖分類號：TU857 文章編號：1009-2374（2016）13-0084-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.040
自動扶梯給人們出行帶來了極大的方便，其經常出現在公共場所中，譬如機場、地鐵站、商場等。與此同時，自動扶梯雖然為人們帶來了便利，但是也帶來了電能的巨大浪費，故需要對自動扶梯的能耗進行分析，從實際出發，解決其耗電量大的問題。筆者在文中對自動扶梯的三種節能方式，即Y??轉換節能方式、自動運行節能方式、變頻驅動節能方式分別進行了探究，以尋求效果較好的節能關鍵技術。
1 自動扶梯的市場現狀與節能需求
當前自動扶梯應用廣泛，在超市、機場、地鐵站等都能夠看見它的身影，其具有輸送量較大、便利快捷等優勢，給予乘客方便，但是也具有一定的缺陷，即無論客流量大小甚至空轉，都會以額定速度運行。顯然這樣的情況在自動扶梯客流量較小或者沒有時將會耗費大量的電能，同時使機器磨損程度嚴重，大大地降低自動扶梯的使用壽命。據相關部門統計，目前我國已有近7萬臺自動扶梯投入使用，其數量每年以11%左右的速度增加。其中95%以上的設備為非節能自動扶梯，可想而知其耗費的電能是巨大的。保守估計，全國每年有近2×108～5×108kW?h的電能浪費在自動扶梯上。
因此，我們需要根據實際使用情況，在不同的工況下采用不同的節能控制技術以達到節能的目的，如PLC與變頻器相結合的節能控制系統等。通過采用不同的節能控制系統，能夠有效地節約電能，提高自動扶梯的使用壽命，滿足國家的環保要求。
2 自動扶梯能效測量
要對自動扶梯的能耗分析及節能控制探究，對其能效測量是必不可少的環節。測量步驟可分為四步：（1）選取測量對象及其能耗限定值；（2）測量儀器的選擇；（3）運行功率測量點的選取；（4）測量工況。筆者下面對其分別介紹：
2.1 選取測量對象及其能耗限定值
由于目前國內還沒有制定出統一的自動扶梯能效標準，并且國際上也還沒有相關文件標準可供參考，故測量結果可參考某署的《自動扶梯能效限定值標準》。該標準明確了公共服務自動扶梯需要同時滿足兩個條件：（1）作為公共交通的一部分，包含出入口處；（2）每周運行140小時左右（20小時/天），且設備在任何3小時間隔內，能以100%制動載荷連續運行不小于1小時。
在不同的梯級寬度、提升高度和速度條件下，通過測量輸入功率可以發現，其與自動扶梯的效率成反比。考慮到結果的一致性，筆者選取自動扶梯的提升高度為5m（±0.5m），梯級寬度為1000mm，額定速度為0.5m/s。
2.2 測量儀器的選擇
測量儀器有兩種可供選擇：一種是3169-20鉗形功率計；另一種是PW3198電能質量分析儀。通過測試可以發現，這兩款儀器都可以測量電流、電壓、有功功率、功率因數和THD（諧波畸變率），并且精度均可達到要求。3169-20鉗形功率計雖然價格低廉，但是處理數據步驟繁瑣；相反，PW3198電能質量分析儀數據處理功能強大，易操作，但是價格昂貴。根據筆者單位的實際情況，此次測量選擇了3169-20鉗形功率計。
2.3 運行功率測量點的選取
如圖1所示，通常在實際測量中需選取三個測量點，各個測量點的結果是不同的。其中測量點1的結果是驅動電機、控制系統和輔助設備的總和；測量點2的結果是控制系統主要電路的能耗；測量點3的結果是輔助設備的能耗。筆者在此次研究中選取測量點1的結果，其余兩個結果作為參考。
2.4 測量工況
（1）空載上下運行有功功率檢測：自動扶梯的有功功率是重要的參數之一，該參數可反映機械效率的情況；（2）實際運行有功功率檢測：筆者使用客流計數器實時測量數據，結合輸入有功功率，能夠推測出在不同載荷工況下消耗的電能值。
對測得的數據進行處理的目的是建立功率與載荷的函數關系以及在空載狀態下功率與速度的關系。在固定工況下自動扶梯的功率變化較小，比較穩定，可以從測得的數據中選取部分有效數據取平均值作為該工況下自動扶梯的功率。空載條件下，自動扶梯的速度是預設好的，可以直接獲得。在其他載荷條件下的功率，通過擬合的方法能夠得到相應的功率。
3 自動扶梯能耗的影響因素
3.1 減速器及傳動裝置的影響
減速器及傳動裝置對自動扶梯的能耗影響是相對較大的，其設計和布局的不同影響也不盡相同。鑒于測試結果的準確性，筆者在此次研究中選取在同一工況和載客量條件下的兩臺自動扶梯進行分析。其中某工程中的自動扶梯的能耗是1.8kW，某制造商生產的自動扶梯的能耗可達到4.8kW，這兩臺自動扶梯能耗的差異性是減速器及傳動裝置導致的。由此可見，減速器及傳動裝置的影響是不能忽略的，必須加以重視。
3.2 維保質量的影響
任何機械設備都需要定期維護檢修，自動扶梯也不例外。按時檢修、定期維護和保養是其日常維護、檢修工作中不可或缺的環節。該項工作不僅能夠減低電能的消耗，而且能夠提升設備的使用壽命。譬如某廠商生產的型號和參數都相同的兩臺自動扶梯，其中一臺自動扶梯經定期檢修、維護，在空載時運行功率為1.8kW，而另一臺自動扶梯未進行定期維護、檢修，在空載時功率卻高達2.2kW，高出前者22.2%；再如，某工程有兩臺型號和參數完全一致的自動扶梯，一臺經長期維修、養護后，上行空載運行功率為2.3kW，另一臺未能保持定期檢修的設備功率為2.8kW，高出前者21.7%。由此可見，自動扶梯運行一段時間后需要定期維護、保養與檢修，這樣能夠有效降低其運行能耗。
3.3 待機功率的影響
待機狀態是指自動扶梯在不提供任何服務的情況下的狀態，通常分為兩種情況：（1）待機。自動扶梯依靠感應器檢測到乘客從入口進入時，立即按照原來的運行方向再次重啟。當檢測一段時間內無乘客搭乘時，自動進入低速狀態運行。再一段時間后仍未檢測到乘客搭乘時，自動扶梯會進入停止運行的待機狀態。雖然這時設備進入了待機狀態，但當有乘客進入時，為了快速響應，其傳感器和驅動器并沒有關閉，仍處于開啟狀態；（2）鑰匙關閉。在此種狀態下，自動扶梯需要給運行指示器供電，保證正常顯示，以便提醒乘客自動扶梯處于停止狀態，這種情況下會產生一些能量損失。
4 自動扶梯的節能控制技術
4.1 Y-?轉換模式
Y-?驅動（星三角驅動）節能技術包括兩種方案：一種是自動重新啟動，另一種是Y??切換。自動重新啟動方案是在沒有乘客時讓自動扶梯停止運行，當有乘客進入時再次啟動設備運行。這種方案雖然能夠達到節省電量的目的，但是頻繁啟動與停止會加重自動扶梯機械零部件的損傷，也會對供電網絡造成一定沖擊。倘若乘客中有老人、小孩，對自動扶梯的自動啟動不能及時反應，容易引發安全事故。Y-?切換方案則是按Y接法進行啟動扶梯，若自動扶梯上沒有乘客，那么扶梯會按Y接法一直運行下去；若有乘客時，則切換成?接法運行，如此循環運行。
實際測試數據表明，當自動扶梯處于空載或客流量極少的工況時，Y接法和?接法的自動扶梯的運行速度并沒有明顯的差異，但Y接法的節能效果比?接法要高20%左右。例如某車站的自動扶梯，當空載運行時，采用Y接法時輸入有功功率是1.98kW，?接法時為2.62kW；其速度雖然不改變，但電能節省33.6%。
4.2 變頻驅動節能方式
變頻驅動節能方式主要通過使用變頻調速裝置來調節速度，如果有乘客進入扶梯會按照額定速度運行，若沒有乘客則保持低速運行。變頻驅動節能的具體運行方式是：在自動扶梯入口位置安裝感應裝置，當乘客進入扶梯時，感應乘客，然后向控制系統傳輸信號，啟動自動扶梯，按照預設速度運行；當沒有乘客搭乘扶梯時，感應裝置沒有感應到乘客，經過一段時間的空載運行后，控制系統會控制變頻器實現降速運行，節省電能；當感應裝置再次感應到有乘客到來時，系統會控制變頻器，使自動扶梯恢復預設速度運行，如此循環運行。這種方式對速度的控制是通過變頻器來實現的，這樣不僅能夠降低電能的消耗，而且能夠減少機械磨損，從而提高自動扶梯的使用壽命。
4.3 自動運行節能方式
自動運行節能方式是指在入口位置安裝感應裝置，當有乘客進入扶梯時，設備感應到信號，然后將信號傳送到控制系統，啟動自動扶梯。該方式有一個缺點，即會頻繁地啟動自動扶梯，給供電網絡造成沖擊，同時增加機械的磨損。
5 節能效果分析
采用Y??轉換節能方式，自動扶梯輕載可以節能5%～21%，但當承載率超過40%時，則無法實現節能；當設備按額定速度運行時，則與變頻驅動節能方式的節能效果一致。變頻驅動節能方式能夠根據不同的客流量設定不同的運行速度，然而Y??轉換節能方式只能以額定速度運行。
采用自動運行節能方式，如果有乘客時，則自動扶梯以額定速度運行；如果沒有乘客時，自動扶梯則處于停止狀態，故在客流較小時，該方式節能效果十分明顯。
6 結語
綜上所述，通過采用節能控制技術，能夠有效降低自動扶梯在實際運行中的電能消耗，并且能夠降低機械磨損，延長使用壽命。相信隨著科學技術的不斷發展與完善，節能控制技術將會越來越成熟，進而為自動扶梯運行節約更多的電能，提高經濟效益與社會效益，促進社會的可持續發展。
參考文獻
