电能质量对高科技企业的重要性

随着国民经济的发展和科学技术的进步,现代社会是以信息技术为先导的知识经济时代,这就要求电力供应具有高可靠性,高动态恒定特性,控制灵活,应用方便等特点.但随着国民经济的快速发展,电力系统污染现象也日益严重,电能质量也随之提出了新的问题.一方面,用电负荷日趋复杂化和多样化,如半导体整流和逆变装置以及变频调速装置等电力电子设备的应用,这些具有非线性,谐波丰富,冲击性和不平衡特征的负荷会影响到供电电网,给电能质量提出了新的问题.另一方面,用户对供电可靠性的要求越来越高,众多基于计算机,微处理器控制的精密电子和电力电子装置在电力系统大量使用,对供电质量的敏感程度越来越高,尤其对供电系统的暂态性能,也提出了要求.

电能质量一般是指电压或电流的幅值,频率,波形等参数与标准值的偏差.过去,电力系统中许多机电设备都能在上述参量相对较大的变化范围内正常地工作.但是在近五到十年,随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展,基于计算机,微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中的大量使用,他们对系统干扰比机电设备更敏感,因此对电能质量的要求也更高.一旦出现电能质量问题,轻则造成设备故障,重则造成整个系统的损坏,由此带来的损失是难以估量的.另外,大量为提高生产效率,节约能源和减小环境污染而采用的基于电力电子技术的现代化设备正成为电能质量问题的主要来源.以电气化铁路机车牵引式负荷为例,这种属于整流负荷的典型谐波源,它采用工频单相式交流供电,又是典型的负序源.同时它具备波动性和不确定性,是典型的电压波动源和闪变源.普通用户中大量使用的开关式电源,公共照明系统中荧光照明负荷正逐渐成为配电系统中主要的谐波源和波动源.在这些新技术成功解决实际生活环境中的污染问题的同时,如不加防范则会造成电力系统中新的污染问题.所以,信息时代的电能质量具有一系列的新特点。

信息社会对电能质量问题提出了新的挑战,高科技企业对电能质量有了新的要求。因此，电能质量的内涵也发生了较大的改变.对于如电子控制器,芯片生产线,PLC,精密机械工具,微型电机,计算机装置等等设备对电力供应的质量提出了更全面的要求,尤其是其暂态性能方面的要求.敏感的信息用电设备对于甚至是几个周波的供电中断或电压跌落都会受到影响.近年来,随着供电可靠性的不断提高人们逐渐将对传统的如供电中断,电压长时间偏高或偏低等老的供电质量问题的注意力,转向新的动态电能质量问题,如持续时间为周波级的动态电压升高,脉冲,电压跌落和瞬时供电中断.这些都是近年来随着社会信息化的日益广泛而逐渐暴露出来的新电能质量问题形式.

在此,列举在不同行业对设备造成危害的实例:第一,芯片测试:当电压低于80%时,控制器动作将制冷电机切除,导致巨大生产损失.如上海浦东某电子有限公司是一家以生产0.25-0.5μm硅晶片为主的高科技企业，其中有一部分负荷对电压变动十分敏感，当电压跌至正常电压的80%，持续时间超过20ms时，其内部的部分设备就会停机，据粗略估计，每发生一次类似事件，造成的直接经济损失在200万元人民币以上。第二，PLC:早期的产品,当电压低于10%时,能持续工作15个周波,新版产品,当电压低于50%时,PLC停止工作.一些I/O设备,当电压低于90%,持续时间仅几个周波,就会被切除.第三，精密仪器:由机器人控制对金属部件进行钻,切割等精密加工的机械工具,为保证产品质量和安全,工作电压槛值一般设为90%,当电压低于此值,持续时间超过2-3个周波时,被跳闸.第四，计算机:当电压低于60%,持续时间超过12个周波时,计算机将受到影响,如数据丢失.由此可看,动态电能质量问题已成为目前影响供电可靠性的主要原因,是信息化社会供电质量问题不同于以往任何时代的主要特征.

目前大多数电子芯片行业所关心的电压暂降问题。电压暂降是指电压有效值跌落至额定电压的10%-90%，持续时间为10ms-1s的电能质量问题。但是根据国标，该现象并未列入电能质量国标中，所以，要扑捉该故障，需要有特殊的考虑。采用电能质量分析仪PQPT1000通过触发功能，很简单的就实现了电压暂降的测试工作。我们可以下图所示的触发设置中进行这样的设置。

针对电压暂降的测试

根据电压暂降定义，如果电压额定值为115V，那么电压有效值的上限为126.5V，下限定为103V，通过记录RMS图象，以及记录三相波形。实际在某芯片生产厂记录到的电压暂降波形如图所示。

电压暂降实际波形

又如，CBEMA曲线可以针对事件提供一个总览，根据持续时间和极值进行判断，如下图通过该图就非常方便，快捷的分析各种不同用户和设备的情况，在曲线中，电压暂降，过电压等现象清楚的体现出来。

CBEMA曲线

实际的电压有效值波形说明了通过这样的触发可以有效的扑捉各种用户感兴趣的数据。同样，在国标变更或增减各种参量的时候，仪器具有很强的适应性。同时，用户对其他一些电能质量有关的电气量感兴趣的话，也完全有可能通过对其物理现象进行研究，设计合适的触发量来寻找该现象的实际波形，用以深入研究。

高新技术在社会各个领域的渗透应用,电能质量的重要性将日益引起人们的关注.当今威胁电网质量的主要干扰是动态电能质量问题.目前,我国对原有电能质量标准进行了进一步的修改,同时,也制定了有关电压跌落和短时供电中断等的动态技术指标.以为电能质量的评估提供提供依据,科学,准确的测试手段和分析方法对研究扰动现象对用户危害的程度,以及预防和抑制故障具有重要的意义.

随着我国市场经济的发展，电力工业已经逐步市场化，强化电能质量概念是时代发展的需要，是时代提出的新的挑战，中国加入世界贸易组织，将有大量的高科技企业进入中国市场，电网的电能质量能否满足这些企业的要求将会成为一个突出的问题。随着北京2008年奥运会申办成功，用科学的方法，完善的管理，有效的措施提高我国电网的电能质量，确保那些高，精，尖的奥运工作设备不受电网污染的干扰而正常工作，确保我们的电力是绿色电力。

参考文献：

1,《电压电流频率和电能质量国家标准应用手册》林海雪 中国电力出版社 2001

2,《电力系统高次谐波》吕润馀 中国电力出版社 1998

3,《电力系统电压》马维新 中国电力出版社 2002

4,Bollen M H J.Understanding power quality problems,voltage sags and interruptions[M].IEEE PRESS,2000.

5,The IEEE Standard dictionary of electrical and electrical and electronics terms[S],IEEE Std 100-1996,IEEE, New york,1997