電能質量分析儀

電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由於使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。

電能質量分析儀，是對電網運行質量進行檢測及分析的專用攜帶型產品。可以提供電力運行中的諧波分析及功率品質分析，能夠對電網運行進行長時間的數據採集監測。同時配備電能質量數據分析軟體，對上傳至計算機的測量數據進行各種分析。

電能質量分析儀主要由五部分組成，分別為測量變換模塊、模數轉換模塊、數據處理模塊、數據管理模塊以及外圍模塊。其中測量變換模塊由電壓互感器、電流互感器以及信號調理電路組成；數據處理模塊包含DSP以及外部存儲器SDRAM與FLASH；外圍模塊由顯示、存儲以及通信子模塊組成。

電網信號經過電壓/電流互感器、信號調理電路轉變為符合ADC輸入要求的小幅值電壓信號；模數轉換模塊用於將小幅值電壓信號轉變為數字信號，並將其傳送至數據處理模塊；數據處理模塊以DSP作為運算核心，對ADC的採樣信號進行數據處理，從而計算得到電壓偏差、頻率偏差、諧波、三相不平衡度、電壓閃變等電能質量參數；數據管理模塊用於對數據處理模塊計算得到的各項電能質量參數進行數據管理，完成顯示、存儲以及通信等人機交互功能。

（1）測量變換電路引入誤差：電能質量分析儀工作時，電網中電壓、電流信號需分別經過電壓互感器(Potential Transformer，PT)、電流互感器(Current Transformer，CT)送入電能質量分析儀，因此PT、CT的比例誤差和相角誤差直接影響到測量結果的準確度。當電能質量分析儀工作在諧波條件下，PT、CT相角誤差發生改變，對各次諧波電壓、電流的轉換比例不一致，輸入ADC的被測信號發生變形，測量誤差增大。

（2）ADC量化誤差：ADC量化誤差指輸入信號進行模數轉換時，用有限的數字信號來表示無限精度的模擬信號所造成的誤差。電能質量分析儀常採用12位或16位的ADC，且ADC位數越大，其轉換精度越高，量化誤差越小。

（3）其他誤差：包括環境溫度、相對濕度等因素導致硬體電路產生的誤差，電子器件以及線路老化等因素致使測量結果產生的誤差。

電能質量分析儀自動校準主要涉及三方面技術：虛擬儀器技術、匯流排技術以及可編程儀器標準命令。

（1）虛擬儀器技術：虛擬儀器技術利用高性能的模塊化硬體，結合高效靈活的軟體來完成各種測試、測量和自動化的應用。美國NI公司首先提出虛擬儀器的概念，自20世紀90年代以來，NI公司已先後研製出支持多種匯流排系統的虛擬儀器，尤其是該公司推出的LabVIEW，通過圖形化軟體程序流程圖來編程實現虛擬儀器的測量、測試功能；

（2）自動校準系統通信的關鍵是匯流排技術，用於儀器測量的常用匯流排主要包括：GPIB(General Purpose Interface Bus，通用介面匯流排)、LAN(LocalArea Network，區域網)、串口匯流排(RS-232、RS-422、RS-485)等；

（3）可編程儀器標準命令(Standard Commands for Programmable Instruments，SCPI)：SCPI是一套標準命令集的規範，和硬體無關，無論是基於GPIB、LAN還是串口的任何儀器都可以使用符合SCPI標準的命令集。SCPI的語句以ASCⅡ文本的方式存在，可以加入到任何計算機測試編程語言之中，例如BASIC、C或C++；也可以用於如LabVIEW、LabWindows/CVI這樣的專用測試程序開發環境。

諧波以及無功是電網電能質量的重要指標，無論對於電網還是用戶都有重要的意義。諧波和無功雖然是兩個相對獨立的問題，但是二者之間又有非常緊密的聯繫。這是因為：

(1)諧波除其本身的問題之外，也影響負荷和電網的無功功率；

(2)產生諧波的裝置同時大都也是消耗基波無功功率的裝置；

(3)治理諧波的裝置通常也都是補償基波無功功率的裝置。

我國電力系統的標稱頻率為50Hz ，GB/T15945-2008《電能質量 電力系統頻率偏差》中規定：電力系統正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz，當系統容量較小時，偏差限值可以放寬到±0.5Hz，標準中沒有說明系統容量大小的界限。在《全國供用電規則》中規定"供電局供電頻率的允許偏差：電網容量在300萬千瓦及以上者為±0.2HZ；電網容量在300萬千瓦以下者，為±0.5HZ。實際運行中，從全國各大電力系統運行看都保持在不大於±0.1HZ範圍內。

GB/T 12325-2008 《電能質量 供電電壓偏差》中規定：35kV及以上供電電壓正、負偏差絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓允許偏差為標稱電壓的土7%；220V單相供電電壓允許偏差為標稱電壓的+7%，－10%。

GB/T15543-2008《電能質量 三相電壓不平衡》中規定：電力系統公共連接點電壓不平衡度限值為：電網正常運行時，負序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%；低壓系統零序電壓限值暫不做規定，但各相電壓必須滿足GB/T 12325的要求。接於公共連接點的每個用戶引起該點負序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。

GB/T14549--93《電能質量-公用電網諧波》中規定：6～220kV各級公用電網電壓(相電壓)總諧波畸變率是0.38kV為5.0%，6～10kV為4.0%，35～66kV為3.0%，110kV為2.0%；用戶注入電網的諧波電流允許值應保證各級電網諧波電壓在限值範圍內，所以國標規定各級電網諧波源產生的電壓總諧波畸變率是：0.38kV為2.6% ， 6～10kV為2.2%，35~66kV為1.9%，110kV為1.5%。對220kV電網及其供電的電力用戶參照本標準110kV執行。

GB/T 12326-2008《電能質量 電壓波動和閃變》規定：電力系統公共連接點，在系統正常運行的較小方式下，以一周（168h）為測量周期，所有長時間閃變值Plt滿足：≤110kV，Plt=1；>110kV，Plt=0.8。