高質(zhì)量的電能對于設備和電網(wǎng)平順運作是必須的。電力的擾動(dòng)是通過(guò)電能質(zhì)量分析儀來(lái)監測的。METAS完成了其初個(gè)針對商業(yè)化電能質(zhì)量分析儀的認證，這是一款由瑞士Camille Bauer公司開(kāi)發(fā)的設備：電能質(zhì)量分析儀 LINAX PQ3000。。這項新服務(wù)是建立在過(guò)去這些年發(fā)展起來(lái)的對于復雜信號的生發(fā)、抓取和分析的專(zhuān)業(yè)知識基礎上的。

Jean-Pierre Braun 和 Charles Ané

從愛(ài)迪生和特斯拉對于交直流的分歧開(kāi)始，電能的輸送一直是以交流(AC)的形式來(lái)進(jìn)行。在這樣的系統中，電壓和電流是50Hz或60Hz的正弦波。這樣的選擇是根源于產(chǎn)生電力所使用的感應發(fā)電機。電流也是正弦的，因為大多數傳統的負載，如燈具、加熱裝置和電動(dòng)機，主要都是線(xiàn)性負載。

什么是電能質(zhì)量?

20世紀70年代隨著(zhù)晶閘管和三極管等電力電子設備的出現，發(fā)展處理現代控制系統，諸如調光器、電機驅動(dòng)器等，這些控制系統可顯著(zhù)提高運行效率和靈活性。弊處是這類(lèi)負載是非線(xiàn)性的，會(huì )產(chǎn)生非正弦電流。這導致了電力系統中諧波污染的增加，進(jìn)而增加系統損耗。在80年代開(kāi)始普及的計算機和基于微處理器的系統設備對于電力系統中的擾動(dòng)更加敏感。負載對于擾動(dòng)的敏感度和發(fā)射出的擾動(dòng)共同構成了電能質(zhì)量的概念。光伏發(fā)電的出現和發(fā)展進(jìn)一步加劇了高頻擾動(dòng)的問(wèn)題。

1: 電能質(zhì)量是電網(wǎng)和其中負載順暢運行的重要因素

電能質(zhì)量分析儀 標準化

與其它電磁兼容問(wèn)題一樣，必須限制設備電能質(zhì)量擾動(dòng)的產(chǎn)生，同時(shí)必須降低與電力系統相連的設備對于擾動(dòng)的敏感度。圖2說(shuō)明了電磁兼容性的基本原則。

2: 電磁兼容原則: 限制電能質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)射的同時(shí)降低連接到電力系統中設備的敏感度

對于每種類(lèi)型擾動(dòng)的發(fā)射和抵抗能力設定限值，從而建立兼容性水平評價(jià)體系。兼容性水平需要基于經(jīng)濟性和技術(shù)兩方面權衡考慮。為了實(shí)現標準化，電能質(zhì)量是對DC~9KHz這一低頻范圍擾動(dòng)的描述，頻率范圍計劃延申到150KHz范圍。IEC 委員會(huì )SC 77A負責這類(lèi)標準的制定。

除了設定擾動(dòng)發(fā)射和敏感度(抗擾性)的限值外，對于這些擾動(dòng)的測量方法也必須標準化。在90年代后期之前，一些擾動(dòng)的測量沒(méi)有標準化的方法。這導致使用不同制造商生產(chǎn)的設備測量出的結果不一致?，F在，一系列標準在電能質(zhì)量的測量中被普遍采用，大部分電能質(zhì)量分析儀都符合這些標準。

然而，測量方式的高度標準化并沒(méi)有實(shí)現不同電能質(zhì)量分析儀的測量結果高度一致。在某些情況下，基于上述測量標準的不同儀器并沒(méi)有產(chǎn)生可比較的結果。這就要求制定額外的標準來(lái)定義儀器級別，并對這些儀器的測量方法進(jìn)行標準化。

電能質(zhì)量分析儀 相關(guān)的標準是：

■ IEC 61000-4-30:

Testing and measurement techniques Power quality measurement methods

該標準定義了電能質(zhì)量分析儀該如何進(jìn)行上述各種擾動(dòng)的測量。定義了兩個(gè)級別的電能質(zhì)量分析儀: A 和S。前者適用于需要連續測量或需要使用兩臺及以上儀器進(jìn)行同步測量的情況，例如電力訴訟。后者對于信號數據處理的要求較低，適用于電能質(zhì)量評估和調查。

■ IEC 61000-4-15:

Testing and measurement techniques

Flickermeter – Functional and design specifications

該標準定義了如何測量閃變。閃變或許是電能質(zhì)量測量中復雜的，它是基于這樣一個(gè)模型，將60W的白熾燈置于電壓波動(dòng)中，燈光照度的變化引起的人眼主觀(guān)視覺(jué)的變化。

■ IEC 61000-4-7:

Testing and measurement techniques

General guide on harmonics and interharmonics mea- surements and instrumentation, for power supply sys- tems and equipment connected thereto

該標準定義了電力系統中諧波的測量方法。該方法基于FFT分析，并對相鄰諧波子值進(jìn)行g(shù)rouping，以降低數值波動(dòng)帶來(lái)的影響。該方法也用于簡(jiǎn)諧波的測量。

■ EN 50160:

Voltage characteristics of public distribution systems

該標準規定了低壓、中壓、高壓網(wǎng)絡(luò )中可接受的各類(lèi)電能質(zhì)量擾動(dòng)限值。實(shí)際值是根據上述三種標準測量而得。該標準適用于整個(gè)歐洲，且在訴訟中常被引用。

IEC 62586-1: Power quality measurement in power supply sys- tems – Part 1: Power quality instruments

IEC 62586-2: Power quality measurement in power supply sys- tems – Part 2: Functional tests and uncertainty requirements

正是基于這兩個(gè)標準，METAS執行對電能質(zhì)量分析儀的認證。

METAS 電能質(zhì)量相關(guān)設施設備

為了進(jìn)行測試、校驗和認證，首先必須要有單相/三相電壓和電流波形發(fā)生器，并且可以添加各種電能質(zhì)量擾動(dòng)。此外，信號源必須能夠生成IEC 62586-2標準要求的各種測試模式。并且，所有產(chǎn)生的信號必須可以溯源到SI。測試系統必須采集和存儲電能質(zhì)量分析儀產(chǎn)生的大量數據。實(shí)際上，這些儀器以不同的時(shí)間間隔，即10個(gè)周期、150個(gè)周期、10分鐘和2小時(shí)，以無(wú)間隙的方式連續測量擾動(dòng)。并且，對每一相(電壓和電流)都要進(jìn)行測量。由于當前沒(méi)有標準來(lái)定義這些數據的格式，以此必須為每個(gè)儀器編制特定的數據讀出表。為了產(chǎn)生波形，三相校準源Fluke 6105A與METAS開(kāi)發(fā)的相量測量單元(PMU)校準源一起使用。前者主要用于與時(shí)間沒(méi)有已知關(guān)系的信號，而后者用于UTC同步波形和無(wú)法用Fluke校準源生成的測試信號。雖然測試標準并沒(méi)有嚴格要求，但是一些干擾對UTC的同步極大地有助于了諸如跌落之類(lèi)事件的測試。

與普通功率測量相反，電能質(zhì)量測量不是與參考儀器進(jìn)行比較，而是與參數已被表征的信號進(jìn)行比較。6105A校準源的可追溯性是在另一個(gè)METAS項目的框架內建立的。6105A校準儀的校準工作非常容易，它提供了一個(gè)時(shí)鐘，其頻率是基頻的整數倍。這使得使用3458A萬(wàn)用表對波形進(jìn)行同步采樣變得可行。針對每個(gè)擾動(dòng)，用特定的算法對采樣值進(jìn)行處理。圖5顯示了Fluke校準器的校準設置。

3: 為了產(chǎn)生波形，三相校準源Fluke 6105A與METAS開(kāi)發(fā)的相量測量單元(PMU)校準源聯(lián)合使用

5: 電能質(zhì)量測量不是與參考儀器進(jìn)行比較，而是與參數已被表征的信號進(jìn)行比較

電能質(zhì)量分析儀認證流程

圖6顯示的是Camille Bauer制造的型號為PQ3000的三相(電壓和電流)電能質(zhì)量分析儀，它適用于50Hz和60Hz系統。該儀器是IEC 61000-4-30標準規定的*電能質(zhì)量分析儀。當數據通過(guò)以太網(wǎng)導出時(shí)，可以通過(guò)web瀏覽器直接查看數據和波形。為了數據讀取并將之保存到文件中，開(kāi)發(fā)了一種特殊的讀出軟件，該軟件可以同時(shí)讀出兩個(gè)儀器的數值。圖7顯示了完整的測試設置。

 6: Camille Bauer PQ3000: 三相(電壓和電流) 電能質(zhì)量分析儀，適用于50Hz 和 60Hz電力系統

7: 依據IEC 62586-2標準，對電能質(zhì)量分析儀的認證必須通過(guò)150多個(gè)單獨的測試

PQ3000在230V/50Hz和120V/60Hz下均按標準IEC 62586-2進(jìn)行了認證測試。這意味著(zhù)對于每一相電壓和電流進(jìn)行了超過(guò)150項獨立的測試。只有所有測試都成功通過(guò)，才會(huì )發(fā)出標準符合性證書(shū)。第三方獨立認證是電能質(zhì)量分析儀用戶(hù)的十項要求之一。

隨著(zhù)該項目的完成，METAS已經(jīng)成為少數幾個(gè)能夠*認證電能質(zhì)量分析儀的實(shí)驗室之一。未來(lái)的計劃包括認證過(guò)程的*自動(dòng)化，這與幾年前完成的計費表的中間認證的自動(dòng)化類(lèi)似。這與實(shí)驗室電能和功率的戰略相一致，發(fā)展新的測量專(zhuān)業(yè)知識，并將其轉化為具有成本效益的服務(wù)

高質(zhì)量的電能對于設備和電網(wǎng)平順運作是必須的。電力的擾動(dòng)是通過(guò)電能質(zhì)量分析儀來(lái)監測的。METAS完成了其初個(gè)針對商業(yè)化電能質(zhì)量分析儀的認證，這是一款由瑞士Camille Bauer公司開(kāi)發(fā)的設備：電能質(zhì)量分析儀 LINAX PQ3000。。這項新服務(wù)是建立在過(guò)去這些年發(fā)展起來(lái)的對于復雜信號的生發(fā)、抓取和分析的專(zhuān)業(yè)知識基礎上的。