电能质量在线监测系统立项报告解析

计量电能质量产品检测系统

立项报告

上海电气自动化设计研究所有限公司

目录

1、立项根据

2、立题拟采用的法规和标准

3、科研项目

4、技术路线

5、关键技术

6、项目进度

7、费用估算

8、市场前景

9、经济分析

10、团队建设

1、立项背景和依据

电力供应是现代化社会赖以生存的重要支柱。电能质量历来是发、供、用电部门十分关心并且刻意完善的重要指标。过去，电能质量通常是指供电的可靠性、稳定性以及供电电压的幅值、频率、波形等参数与规定值的偏差。近十多年来，随着高新技术尤其是信息技术的发展，众多基于计算机、微处理器、电力电子装置控制或管理的现代化工业与民用用电设备，对电能质量更加敏感，受电能质量影响所造成的经济和社会损失问题日趋突出，因而对电能质量提出了新的更高的要求，同时也使电力系统面对着空前广泛的谐波、闪变、不对称的污染。

不同于一般商品的是，电能是由供、用电双方共同保证质量的特殊产品。在某些质量问题的起因上，电能质量的下降更多的是受到使用者的影响，而不在于电力生产者。因此要保证电能质量，必须由电力部门和广大用户共同维护。再则，由于电能质量问题的特殊性，电力系统的电能质量始终是处在动态变化之中，即不同时刻、不同公共连接点，电能质量现象和指标往往是不同的。且电力系统是一个整体，其电能质量状况相互影响。因此，要想加强对电能质量的管理，必须建立一个实时在线的监测系统。

进入20世纪90年代以来、随着半导体、计算机产业迅速发展，一批高新技术企业应运而生，出现大量的微机控制装置和生产线，从而对电能质量提出了新的要求。在这样的背景下，电能质量的各种仪器和装置的研发迫切需要一些新技术来推动，通过这些新技术的应用，从而使电能质量从检测、分析和监控等方面得到提高。随着电能质量逐步列入电网安全运行考核指标，市场上出现不同型号、原理的电能质量检测终端（分析仪），对于这类产品目前主要用6100系列仪器，用标准源法测试，且测试精度相对与直接比较法有不足之处，且适用于实验室使用。

鉴于上述状况，用类似6100系列产品在生产线上使用，已不能满足用户要求，更不能满足市场要求，本科目就是立足上述状况而立项研究。

本科研项目的计量体系按直接比较法设计。

2、立题拟采用的法规和标准

GB/T11150-2001《电能表检定装置》

JJG307-2006《机电交流电能表》

GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》

GB/T12326-2000《电能质量电压波动和闪变》

GB/T15543-1995《电能质量三相电压不平衡》

GB/T18481-2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》

GB/T15945-1995《电力系统频率允许偏差》

GB/T 19862-2005《电能质量监测设备通用要求》

3、科研项目

3.1基本技术和原理

3.1.1 基本原理

●电能质量的基本概念

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。

围绕电能质量的含义从不同角度理解通常包括：电压质量、电流质量、供电质量、用电质量。

●电能质量的影响

电能质量主要是受到大容量非线性负荷及冲击负荷的影响。凡是具有非线性阻抗特性的电器设备都是电能质量的污染源，包括各种电力电子设备的用电负荷、炼钢电弧炉负荷、电力机车负荷等，使电网中产生电压波动与闪变、产生高次谐波电压、造成系统电压不平衡等，从而引起电压正弦波形畸变。见图1

图1 畸变波形

●电压偏差A、用电设备：用电设备是按照额定电压进行设计和制造的。当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能恶化，可能会因过电压或过电流而损坏。白炽灯设备（通光量、寿命）、电炉等电热设备（发热量、效率、寿命）、异步电动机（电磁转矩、效率、寿命）、家用电器（效率、寿命）。B、电网：电压和频率稳定、缘问题、铁心饱和、谐振、损耗、经济运行。

●频率偏差：A、对用电负荷的影响：产品质量没有保障、降低劳动生产率，使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。B、对系统的影响降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃。汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳损伤和断裂。处于低频率系统中的异步电动机和变压器其主磁通会增加，励磁电流也就随之加大，系统所需无功功率大为增加，导致系统电压水平降低，给系统电压调整带来困难。无功补偿用电容器的补偿容量与频率成正比。频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。研究表明：频率改变1％，感应式电能表的计量误差约增大0.1％。频率加大，感应式电能表将少计电量。

●波形畸变：A、直流偏磁在照明系统中采用的半波整流器电流，会使交流变压器偏磁，以至于发生磁饱和，引起变压器铁芯附加发热，缩短使用寿命。直流分量还会引起接地极和其他电气连接设备的电解腐蚀。 B、谐波降低设备的利用率，缩短使用寿命；干扰继电保护、自动装置和计算机系统；使测量和计量误差加大；降低信号传输质量，干扰通信系统；引起谐波谐振，诱发过电压或过电流的危害；增加损耗。C、间谐波对电力载波信号有影响，对显示设备如CRT等有感应视觉闪变干扰。D、噪声可以对电子设备如微机、可编程控制器等的正常安全工作造成危害。采用滤波器、隔离变压器和电力线调节器等措施能够减缓噪声的影响。

●电压波动和闪变：电压波动会引起部分电气设备不能正常工作，但由于实际运行中出现的电压波动值往往小于电气设备对其敏感度门槛值，可以说由于电压波动使得负荷设备运行出现问题甚至损坏的情况并不多见。白炽灯的光功率与电源电压的平方成正比，所以受电压波动影响最大。当白炽灯电源的电压波动在10％左右，并且当重复变动频率在5～15Hz时，就可能造成令人烦恼的灯光闪烁，严重时会刺激人的视感神经，使人们难以忍受而情绪烦躁，从而干扰了人的正常工作和生活。

●三相不平衡：系统处于三相不平衡运行时，其电压、电流中含大量负序分量。由于负序分量的存在，三相不平衡对电气设备产生不良影响。 A、感应电动机负序电压产生制动转矩，使感应电动机的最大转矩和输出功率下降，还可能引起电动机振动。由于电动机的负序电抗很小（只有正序电抗的1/5～1/7），所以负序电压产生的负序电流很大，使电动机的铜损增加。铜损的加大不仅使电动机效率降低，同时使电动机过热，导致绝缘老化过程加快。B、变压器处于不平衡负载下运行时，如果其中一相电流已经先达到变压器额定电流，则其余两相电流只能低于额定电流。此时，变压器容量得不到充分利用。例如三相变压器供电给单相线电压负载时，变压器的利用率约为57.7％；如果供电给单相相电压负载，则变压器的利用率仅为33.3％。如果处于不平衡负载下运行时仍要维持额定容量，将会造成变压器局部过热。研究表明，变压器工作在额定负载下，当电流不平衡度为10％时，变压器绝缘寿命约缩短16％。

●电压暂降：严重的电压暂降，可使用电设备停止工作，或引起产品质量下降。一般而言，工业过程设备对电压暂降特别敏感，因为设备内任何一个元件由于电源出现问题都会使整个流程停止运转。这些工业过程涉及塑料、石化、纺织、造纸、半导体以及橡胶等领域。例如，在许多用电装置中广泛采用的电子芯片检测器，在电压发生暂降之后，其重新启动通常需要30min或更长时间，从而影响装置的正常运行。图2

图2

3.1.2 主要技术指标

3.1.2.1 工作环境：

温度 20℃±2℃

相对湿度不大于75%

3.1.2.2 供电频率：50Hz±1Hz

3.1.2.3 工作电压 220V±5%

3.1.2.4 供电电压的总谐波畸变率不大于8% 3.1.2.5 交流电压基本量程:

量程:57.7V,100V,220V,380V

测量范围:0---120 %Fs

分辨率:0.002%Fs

准确度:0.01%Fs±0.005%RD

交流电压频率:40HZ---70HZ

3.1.2.6 交流电流基本量程:

量程:2A,5A,10A,20A.

测量范围:0---120%FS,

分辨率:0.002%FS

准确度:0.01%FS±0.005%RD

交流电流频率:40HZ---70HZ

3.1.2.7相位测量:

测量范围:0---359.999

分辨率:0.001度

准确度:0.05度

3.1.2.8功率因数测量:

测量范围:-1---0---+1,

分辨率:0.00001

准确度:0.02%

3.1.2.9功率测量:

测量范围:0----380V×20A

分辨率:0.001W

准确度:0.02%FS

3.1.2.10频率测量:

测量范围:10Hz----99Hz

分辨率:0.001Hz

准确度:0.002Hz

3.1.2.11谐波测量:

谐波次数:2----63次

谐波频率准确度:±0.01%fh

谐波测量范围:0---50%

谐波含量分辨率:0.001%

谐波测量准确度:0.2%(Vh,Ih)

谐波相位测量范围:0---359.99°

谐波相位分辨率:0.01°

3.1.2.12谐波相位分辨率:0.05°

谐波功率测量准确度(有功):0.1%Pn 谐波电压:Uh≥1%Un 0.2%Uh

Uh<1%Un 0.2%Un 谐波电流:Ih≥5%In 0.2%Ih

Ih<5%In 0.2%Ih

3.1.2.13闪变检测:

测量范围:0---50%(V,I)

测量分辨率:(0.001%)

占容H测量范围(距测波):0.01%----99.99% 效率测量范围:0.001Hz----40Hz

测量准确度:0.2%

Pst 准确度:0.1%

3.1.2.14骤升骤降检测:

持续时间测量范围:0.5ms

准确度:<5ms

骤升骤降测量范围:0----140%

测量分辨率:0.01%

测量准确度:0.2%

3.1.2.15电压.电流间谐波检测

间谐波频率测量范围:25Hz----2500Hz

测量分辨率:0.001HZ

3.1.2.16间谐波频率:

间谐波频率测量准确度:0.01Hz

间谐波幅值测量范围:30%Un(In)

间谐波幅值测量分辨率:0.001%

间谐波幅值测量0.2%

3.1.2.17 谐波允许误差：

谐波电压Un： 57.74V 5.774V

分别输入： 0.5%Un、1%Un、5%Un、50%Un。

15V、200V

谐波电流In： 1A 5A

分别输入： 1%In、3%In、5%In、10%In、50%In。

0.1A 6A