电源质量扰动源于何处

如果利益相关者充分利用这些技术，他们昂贵的基础设施将受益于清洁电源，并具有更长的使用寿命。电能质量是指提供给客户的电能的各种变化，涉及接线问题、接地问题、开关瞬态、负载变化和谐波产生。在某些情况下，供电质量差可能不会被发现，但会损坏昂贵的设备。在欧洲，运营电网公司提供的电能质量由国家电网规范和欧洲标准(EN  50160)中规定的基准参数定义。当电源电压畸变时，设备获得非正弦电流，可能引起过热、故障、过早老化等技术问题。非正弦电流还会对变压器和馈电电缆等网络设备造成热和绝缘应力。供电不良会导致设备停机，增加维护，缩短使用寿命，最终造成经济损失。本文将从工业设备的角度分析电能质量差的影响，并说明如何使机器保持更好的运行状态。

电能质量扰动起源于哪里？

图1a是电力研究所对美国24家发电厂的配电质量进行的研究总结。大多数(85%)电能质量事故是由电源突然下降或上升、谐波、接线和接地问题引起的。图1b显示了欧洲电能质量调查的结果。据估计，在25个欧盟国家中，每年因电能质量问题造成的经济损失超过1560亿美元(1500亿欧元)。

在工业环境中，启动和停止重载可能会导致电压突然下降和上升，使电网电压超过标准工况。大部分设备都是设计在一定的工作条件下工作，长时间的电压骤降和升高会造成停机和工艺中断。在当今的商业环境下，许多公司正在考虑安装或已经安装了当地产生的可再生能源，如太阳能和风力发电。在许多情况下，分布式电源使得电力设施需要开关电源。随着电力电子和开关电源的使用越来越多，谐波将成为工业设备电能质量问题更常见的来源。这种电源会将谐波注入电线，降低供电质量，从而影响连接到供电网络的任何东西，包括变压器和电缆。当网络元件过载时，设备管理人员可以经常观察到谐波电流的影响。在某些情况下，网络组件总损耗增加0.1%到0.5%可能会触发保护设备。导致电能质量差的其他因素包括：各相位差的负荷分配、接线和接地方案不当、负荷相互作用、EMI/EMC和大无功网络的切换。

电能质量标准

为了处理和管理电能质量，必须找到可靠的监测和报告方法。一些重要的行业标准是IEC  61000-4-30 A和S、IEC61000-4-7谐波测量和IEC61000-4-15闪烁。大多数电力公司都采用这些电能质量标准来制定和实施规章制度。在某些情况下，如果电能质量标准不符合规范，电力公司可能会处罚客户。行业标准不仅在实际应用中对供电质量建立共识，还能让用户相信自己有准确的数据来解决相关问题。在电网中，电压突然下降

电能质量监测在改善电网和机器状态中的应用

利用现代电能质量装置提供的信息，可以校准整个系统的基准性能，有助于进行预防性维护，监测趋势和状态，评估网络性能及其对过程设备的敏感性，降低电费。可以在供电系统上安装电能质量监测网络，并且可以聚集其原始测量数据用于相关性分析，以帮助确定扰动源。电源质量监控也可以是嵌入式设备设计的一部分，可以实现更高的集成度和更精确的控制。捕捉机器独特的电气特性，以了解整体运行状态。数据分析和诊断的结论可以为下一代保护算法和产品的设计提供可靠的信息，提高供电质量。

如果设备已经部署在工厂环境中，则可以使用电能质量曲线来确定更好的控制技术。例如，印度一家工业设施的电能质量曲线显示，电压和电流波形严重失真。经过充分分析，工厂安装了混合功率因数校正系统。使用新的校准系统，功率因数从0.5变为0.9，总谐波失真提高了50%。

现代电能质量分析仪

过去，高精度电能质量分析仪的设计需要很高的技术能力，往往涉及分立器件的使用和定制电能质量测量算法的开发。新的电源质量模拟前端(AFE)集成了高性能模数转换器和数字信号处理器内核，具有低漂移总增益。离散设计方法和编写定制算法意味着高复杂性和高成本，集成AFE消除了这一缺点。

减少待机过早失效或磨损，清洁电源带来很大好处。集成AFE计算并提供电能质量参数，如突然下降、突然上升、均方根、相序误差和功率因数值。它还从输入信号中获得线路频率谐波分量。ADI公司开发了全球领先的电能质量监测前端ADE9000。它消除了大部分计算复杂性，并简化了实施电能质量监测系统所需的时间和精力。

随着工业环境中各种设备的日益互联以及物联网部署的加速，来自分布式设备的电能质量信息将以新的方式被收集和利用。例如，利益相关者可以分析历史趋势，实现对紧急问题的早期发现。在网络中，多个节点的实时数据可用于识别和隔离干扰。机器诊断的数据分析、预防性维护和隔离问题负载都是减少过程中断、提高设备寿命和增加正常运行时间的新方法。

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全球能源需求总量预计每年增长5%左右。电网接入设备的规模和复杂程度将不断增加，电能质量扰动也会相应增加。现代商业越来越依赖清洁、可靠和不间断的电能。通过采用新一代电能质量监测技术，工业设备所有者可以期望减少机械设备的过早故障或磨损，清洁电源将带来巨大的好处。