智慧電網中的電力質量

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在電力系統中，電力質量這一術語並非普遍接受，但在智慧電網技術中已成為一個非常重要的概念。其他術語也用於指代相同的概念，例如供電質量和電壓質量。本章將探討與智慧電網相關的電力質量概念。 近年來，人們對電力質量的關注度日益提高，主要原因如下：

• 現代電力系統裝置對電壓擾動更加敏感。
• 用於饋送負載的電力電子裝置會在系統中造成電壓擾動。
• 對標準化和效能標準的需求日益增長。
• 諧波電流和電壓跌落等現象日益增多。

電力質量是一組引數，用於描述在正常執行條件下電力向用戶輸送的過程，並表徵供電電壓。

電力質量的概念

在電力系統中，電力質量是指決定輸送到使用者裝置的電力是否合格的一個概念。

通常情況下，電壓、頻率和相位的同步使電力系統能夠按預期執行，而不會顯著降低其效能和壽命。因此，“電力質量”一詞用於描述能夠按預期方式驅動電力負載的電力。如果存在任何電力質量問題，裝置或負載可能會發生故障、過早失效或根本無法執行。

同樣重要的是要理解，“電力質量”指的是供電電壓的質量，而不是電力的質量。因為我們知道，功率是電壓和負載所需電流的乘積。

因此，我們可以簡單地將“電力質量”定義為電力系統中電壓和/或電流的質量。

為什麼電力質量很重要？

現代電子裝置和家用電器對電源擾動非常敏感，它們需要穩定的電壓和頻率才能正常執行。高於正常電壓的電壓會導致這些裝置執行效率低下，甚至可能損壞某些裝置。另一方面，低電壓也會產生同樣的影響，並可能導致裝置執行不可預測或根本無法執行。

研究發現，供電電壓每變化 1%，功率使用量也會相應變化 1%。因此，電力公司試圖將供電電壓保持在標準範圍內，以維持電力質量並避免其後果。

電力質量為什麼會下降？

電力系統包含多個階段，即發電、輸電和配電到安裝在使用者場所的電錶。然後，電力透過終端使用者的佈線系統移動，直到到達負載裝置。

因此，電力系統從發電點到用電點的複雜性與天氣、發電、需求以及許多其他因素的變化有關。由於所有這些因素，電力質量可能會下降。

電力質量差的原因

以下是電力系統中電力質量差的一些重要原因：

電壓暫降

電壓暫降是指RMS線電壓的短期下降。它也稱為電壓跌落。電壓暫降是指線電壓在短時間內（通常為0.5個週期到1分鐘）下降到正常值的10%到90%的情況。電壓暫降的主要原因是電流需求突然增加，例如大型感應電動機的啟動或公用事業故障。

電壓暫升

電壓暫升與電壓暫降相反，即當RMS線電壓短期內高於正常線電壓（通常為110%到180%）時，則稱為電壓暫升。電壓暫升的持續時間也為0.5個週期到1分鐘。電壓暫升的主要原因是過載荷的斷開或配電系統中的故障導致負載突然下降，或調壓器中的抽頭設定不正確。

閃爍

當負載電流幅度快速連續變化導致系統電壓變化時，稱為閃爍。閃爍一詞源於燈具照明強度可見的波動。閃爍主要由電弧爐和重型工業機械引起，導致公用事業輸電和配電系統中的電壓波動。

電壓不平衡

電壓不平衡是三相系統中的一種情況，當三個相電壓的幅度相對於彼此發生變化時就會出現這種情況。電壓不平衡會擾亂三相電動機的執行，導致它們過熱或系統裝置過早失效。

諧波

諧波是頻率為電力系統基波頻率整數倍的正弦電壓或電流。諧波會導致電壓和電流正弦波形失真。諧波的主要來源是非線性負載，如電力電子元件。諧波會導致變壓器或電動機等電力系統裝置過熱，還會干擾通訊系統。

電噪聲

電噪聲只不過是低於200 kHz的具有寬頻頻譜內容的非期望電訊號，它會干擾電力系統裝置的執行。電噪聲通常疊加在電力系統電壓或電流的相導體上，或出現在中性導體或訊號線上。

一些常見的電噪聲來源包括來自通訊線路的電磁干擾或射頻干擾。

衝擊性暫態

衝擊性暫態是電力線中電壓或電流或兩者在短期的單向高能量變化。衝擊性暫態發生的主要原因是感性負載的開關操作、雷擊或電力線路故障。如果它們的分佈電平足夠高，這些暫態可能會關閉或損壞裝置。可以使用瞬態電壓抑制器來減少衝擊性暫態的影響。

振盪性暫態

振盪性暫態是電力線中電壓或電流或兩者的短期雙向變化。這些暫態是由諧振或功率因數校正電容器的開關操作引起的。

中斷

中斷定義為線電壓或電流相對於正常電壓水平的完全損失或低於10%的降低。中斷的持續時間通常不超過60秒。中斷的主要原因包括電網故障、電力系統裝置故障等。

電壓波動

電壓波動是指RMS線電壓的快速且相對較小的變化（通常小於5%）。電壓波動通常是由電力電子轉換器、電弧爐、與線路頻率不同步地汲取電流的裝置或不穩定的電源引起的。這些情況會干擾計算機或其他敏感電子裝置的執行。

智慧電網如何改善電力質量？

智慧電網擁有多種先進的元件和技術，可以幫助電力公司改善電力質量，並向消費者提供更高質量的電力。以下幾點說明了智慧電網如何改善電力質量。

• 高階監控和控制 - 智慧電網在整個電網中部署了許多感測器，以提供對電網引數的即時監控和控制。
• 電力調節裝置 - 智慧電網使用多種電力調節裝置，如諧波濾波器、浪湧保護器、電壓調節器等，以改善電力質量。
• 儲能系統 — 智慧電網整合了不同型別的儲能系統，例如電池。這些裝置透過吸收或供應電網中的電力來幫助穩定電壓和頻率。
• 需求響應計劃 — 這些計劃旨在減少高峰需求期間的負荷，並平衡供需。這種做法顯著提高了電力質量。

結論

總而言之，電力質量是為終端使用者提供穩定可靠電力供應的關鍵指標之一。電力質量可以定義為持續滿足消費者最終使用可靠和高效電力供應要求的電力供應。

在印度，家用電器和電子裝置的設計工作電壓範圍為50赫茲交流電100伏至240伏。但是，這些裝置在220伏電壓下工作效率最高，而220伏是印度的標準供電電壓。

電力公司還管理著電力供應的各種引數，以確保更好的電力質量。例如，印度的頻率設定為50赫茲，美國的頻率設定為60赫茲；或者功率因數，它決定了向消費者輸送的可利用電力量等等。