中国科技论文在线 http: //www. paper. edu. cn 第41卷第1期 电力电子技术 Vol41,No.1 2007年1月 Pow er E lec tron ics January,2007 电能质量指标及其算法的研究 于庆广，付之宝2 (1.清华大学，北京100084：2.中国矿业大学，北京100083) 摘要：论述了国家标准规定的电力系统电能质量的各项技术指标，归纳了电能质量常用的算法，探讨了监测电 能质量的必要性。设计并实现了电能质量在线监测装置，对电能质量的各项指标进行了监测。所设计的系统采用工 业级的微控制器ARM9构成，同步采样速度为每周波128点，采用快速傅立叶算法(FFT)计算出63次以下各次谐波 的含量，并对各项电能质量技术指标进行实时在线计算，系统还具有以太网接口，便于实现网络监测系统。最后，对 所研制的电能质量监测系统进行了测试，并给出测试波形。 关键词：电能；质量；监测；算法 中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1000-100X(2007)01-0010-03 R esearch on Pow er Q uality Specification and A rithm etic YU Q ing-guang, FU Zhibao2 (1.Tsinghua University, Beijing 100084, China: 2.China University of M in ing & Technokogy, Beijing 100083, China) Abstract: In this paper power quality of power grid is discussed refer to national standard, power quality specification and usual arithm etic are put forward.A real time on-line power quality m onitoring system was designed, which based on industrial level controller ARM 9.According to the designed system,128 synchronous sam ples was fulfilled per 20m s, FFT m ethod was adopted to calculate the ham onic rate within 63th ham onic and the power quality specification. Interface of TCP/IP was also designed to make a web m onitoring system of power quality.The testing results of the designed system show that the power quality on-line m onitoring system has high perform ance. K eyw ords: power: quality: m onitot: arithm etic 1引言 ⑧自然灾害如雷电可能对电网造成瞬态过电压；⑨ 电能质量可以定义为：导致用电设备故障或不 电力工作人员的误操作可能对电网造成操作过电压 能正常工作的电压、电流或频率偏差，其内容涉及频 或电压短路；等等。 率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电可靠性、波形失 电能质量监测是发现电能质量扰动的重要环 真、谐波、三相不平衡以及电压波动和闪变等。自 节，目前国内外厂家和科研机构研发了一系列电能 上世纪80年代以来，随着新型电力负荷的出现，电 质量监测仪器，其数据采集由集中式发展为分布式， 采集器多为模块化结构，适应电源设备种类多、布局 能质量问题因直接关系到国民经济的总体效益，逐 分散的实际需要。数据采集系统可同时测量电网中 渐引起电力公司、科研机构和电力用户的普遍重视。 所有的电能质量参数，运用工程数学理论，结合现代 电能质量问题所产生的负面影响有：①发电厂发电 电子和通信技术，提高程序代码的执行效率和运算 机因系统频率降低导致传动机械效率降低，汽轮机 速度，对电能质量进行稳态和暂态分析。 叶片的振动变大，加速了设备损坏；②异步电动机因 本文研制了基于工业级控制器ARM9的电能 频率和电压降低导致无功功率增加，转矩和转速变 质量实时在线监测装置，可监测电能质量的所有参 小；③电压降低导致输变电损耗加大，电压升高导致 数指标，介绍了系统的设计和实现过程。 电气设备绝缘水平降低，使发电机、变压器等电气设 2电能质量指标及其算法 备激磁电流变大，并产生有害谐波电流；④电压波动 依据电能质量国标，根据采样数据，再计算电能 对照明设备、显示设备产生不利影响；⑤负序电流降 质量的各项指标，如电压偏差、谐波、三相电压不平 低了电动机使用效率：⑥继电保护和自动装置因电 衡度、频率偏差、电压波动与闪变、暂时过电压和瞬 网谐波而产生误动作，仪表指示不准，通信受干扰； 态过电压等。 ⑦银行、商场的微机系统因噪声影响不能正常工作； (1)电压偏差电力系统正常运行的电压偏移， 定稿日期：2006-05-19 称为电压偏差，以实测电压与标称系统电压之差 作者简介：于庆广(1966-)，男，辽宁凤城人，博士，副教授， AU或其百分值AU%来表示： 研究方向为电力电子及电力传动。 AU%=(U-U00% (1) 10 转载第 41 卷第 1 期 2007 年 1 月 电力电子技术 Power Electronics Vol.41, No.1 January, 2007 定稿日期: 2006- 05- 19 作者简介:于庆广（1966- ）, 男, 辽宁凤城人, 博士, 副教授, 研究方向为电力电子及电力传动。 1 引 言 电能质量可以定义为：导致用电设备故障或不 能正常工作的电压、电流或频率偏差，其内容涉及频 率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电可靠性、波形失 真、谐波、三相不平衡以及电压波动和闪变等[1]。自 上世纪 80 年代以来，随着新型电力负荷的出现，电 能质量问题因直接关系到国民经济的总体效益，逐 渐引起电力公司、科研机构和电力用户的普遍重视。 电能质量问题所产生的负面影响有：①发电厂发电 机因系统频率降低导致传动机械效率降低，汽轮机 叶片的振动变大，加速了设备损坏；②异步电动机因 频率和电压降低导致无功功率增加，转矩和转速变 小；③电压降低导致输变电损耗加大，电压升高导致 电气设备绝缘水平降低，使发电机、变压器等电气设 备激磁电流变大，并产生有害谐波电流；④电压波动 对照明设备、显示设备产生不利影响；⑤负序电流降 低了电动机使用效率；⑥继电保护和自动装置因电 网谐波而产生误动作，仪表指示不准，通信受干扰； ⑦银行、商场的微机系统因噪声影响不能正常工作； ⑧自然灾害如雷电可能对电网造成瞬态过电压；⑨ 电力工作人员的误操作可能对电网造成操作过电压 或电压短路；等等。 电能质量监测是发现电能质量扰动的重要环 节，目前国内外厂家和科研机构研发了一系列电能 质量监测仪器，其数据采集由集中式发展为分布式， 采集器多为模块化结构，适应电源设备种类多、布局 分散的实际需要。数据采集系统可同时测量电网中 所有的电能质量参数，运用工程数学理论，结合现代 电子和通信技术，提高程序代码的执行效率和运算 速度，对电能质量进行稳态和暂态分析。 本文研制了基于工业级控制器 ARM9 的电能 质量实时在线监测装置，可监测电能质量的所有参 数指标，介绍了系统的设计和实现过程。 2 电能质量指标及其算法 依据电能质量国标，根据采样数据，再计算电能 质量的各项指标，如电压偏差、谐波、三相电压不平 衡度、频率偏差、电压波动与闪变、暂时过电压和瞬 态过电压等。 ( 1) 电压偏差 电力系统正常运行的电压偏移， 称为电压偏差，以实测电压与标称系统电压之差 *U 或其百分值 *U%来表示： *U%=（U- Ue）/Ue×100% （1） 电能质量指标及其算法的研究 于庆广 1 , 付之宝 2 （1.清华大学，北京 100084；2.中国矿业大学，北京 100083） 摘要: 论述了国家标准规定的电力系统电能质量的各项技术指标，归纳了电能质量常用的算法，探讨了监测电 能质量的必要性。设计并实现了电能质量在线监测装置，对电能质量的各项指标进行了监测。所设计的系统采用工 业级的微控制器 ARM9 构成，同步采样速度为每周波 128 点，采用快速傅立叶算法（FFT）计算出 63 次以下各次谐波 的含量，并对各项电能质量技术指标进行实时在线计算，系统还具有以太网接口，便于实现网络监测系统。最后，对 所研制的电能质量监测系统进行了测试，并给出测试波形。 关键词: 电能；质量；监测；算法 中图分类号: TM46 文献标识码: A 文章编号: 1000- 100X（2007）01- 0010- 03 Research on Power Quality Specification and Arithmetic YU Qing-guang1 ，FU Zhi-bao2 （1.Tsinghua University，Beijing 100084，China； 2.China University of Mining & Technology，Beijing 100083，China） Abstract: In this paper，power quality of power grid is discussed refer to national standard，power quality specification and usual arithmetic are put forward.A real time on-line power quality monitoring system was designed，which based on industrial level controller ARM9.According to the designed system，128 synchronous samples was fulfilled per 20ms，FFT method was adopted to calculate the harmonic rate within 63th harmonic and the power quality specification. Interface of TCP/IP was also designed to make a web monitoring system of power quality.The testing results of the designed system show that the power quality on-line monitoring system has high performance. Keywords: power；quality；monitot；arithmetic 10 转载 中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn