德国GMC电能质量

电能质量对设备和电网的平稳运行至关重要。用电能质量分析仪监测电能质量干扰。METAS公司最近完成了 其在瑞士开发的首个商业电能质量分析仪的认证，该电能质量分析仪由Camille Bauer AG公司开发。这项新的服务是建立在过去几年发展起来的对复杂信号的产生、采集和分析的专业知识之上的。

自从托马斯.爱迪生和尼古拉.特斯拉持久的辩论以来，电能一直以交流电的形式输送。在这种系统中，电压和电流波形是正弦的，频率为50Hz或60Hz。这种波形的选择源于使用感应发电机产生电力。电流也是正弦的，因为大多数情况是传统的负载，如灯、加热设备和电机，都是准线性负载。

什么是电能质量?

1：电能质量是影响电网及其负荷正常运行的重要因素。

70年代电力电子器件如晶闸管的出现，导致了现代控制系统的发展，如调光器、电机驱动等，在效率和灵活性方面 都有了显著的提高。缺点是这些负载是非线性的，消耗的是非正弦电流。这导致电力系统中谐波污染的不断增加， 增加了系统损耗。在20世纪80年代，计算机和基于微处理 器的系统的激增使得现代负载对电力系统中存在的扰动更 加敏感。负荷灵敏度和扰动发射同时增加的问题催生 了“电能质量”这一术语。光伏发电的普及进一步加剧了高频扰动的产生问题。

2：电磁兼容原理：必须限制电能质量扰动的发射，同时必须降低与电力系统相连的设备的敏感度。

电能质量标准化

与其他电磁兼容问题一样，必须限制电能质量干扰的发射，同时必须降低与电力系统相连的设备的敏感度。图2 说明了电磁兼容性的基本原理。 该原理依赖于为每种类型的干扰建立一个用于协调发射和抗扰度限值的兼容级别。兼容性级别基于经济和技术权衡。为了标准化的目的，电能质量被视为直流电（DC）至 9kHz范围内的低频干扰，并计划将此范围扩展至 150kHz。IEC委员会SC 7AA负责各种标准。 除了设置发射和敏感度限值外，还必须对各种干扰的测量 方法进行标准化。在90年代末之前，一些干扰没有标准化 的测量方法。这导致在比较使用不同制造商的仪器进行的测量时出现分歧。如今，一套标准通常被用来测量电能质量扰动，大多数电能质量分析仪都符合这些标准。 然而，测量方法的标准化并没有导致电能质量分析仪的统一标准化实施。在某些情况下，基于上述标准的不同工具没 有产生可比的结果。这迫使我们制定了额外的标准来定义电能质量分析仪器的类别和标准化的测试方法。

电力系统中存在的主要电能质量干扰有：

供电电压变化 电力系统的每个部分设定一个标称电压值。然而，由于线路阻抗和负载波动引起的电压降，实际供电电压不断变化。

电力系统频率变化 当电力系统的额定频率设定为标称值时，实际频率围绕该值波动， 反映了发电和能耗之间的瞬时失配。

闪变 电力系统中的电压波动可以影响灯的亮度。这种光线的波动会造 成视觉不稳定的印象。

电压骤降 电压幅度暂时降低到规定的阈值以下，持续半个周期到6 0 秒。

电压骤升 电压幅度暂时性增加超过规定阈值并持续半个周期到60秒。

电压中断 电源中断持续半秒到三分钟。它们可能导致关闭或损坏敏感设备或系统。

三相不平衡 在三相系统中，当每个相位的有效电压和/或相位之间的相位角不相等时发生。它们会使电动机产生反向转矩。

谐波 频率为基频整数倍的电压或电流的分量。

间谐波 频率不是基频整数倍的电压或电流分量。

电力线发信 电力线发信用于更改配电网中使用的电表的费率。频率设置在50 赫兹到 60 赫兹之间，通常设置在基频的两个谐波之间。电源信号可以刺激配电网中存在的谐振。

快速电压变化 快速电压变化通常发生在大负载连接到电力系统或变压器抽头变化期间。电压的快速变化会导致照明设备的可见变化。

电能质量相关的标准是：

IEC 61000-4-30:

测试和测量技术——电能质量测量方法

本标准规定了电能质量分析仪应如何测量先前描述的 各种电能质量扰动。它定义了两类仪器：A和S。前 者用于需要测量连续性或需要两个或多个仪器进行时 间同步测量时，例如在诉讼情况下。后者在处理方面 要求较低，用于调查或电能质量评估。

IEC 61000-4-15:

测试和测量技术——闪变测量装置的功能和设计规范

本标准规定了如何测量闪变。闪变可能是复杂的电能质量测量，因为它基于一个模型，该模型包括60w 白炽灯在电压波动下的行为、人眼的带通响应以及人 眼对光调制的视觉灵敏度的Rashbass模型。

IEC 61000-4-7:

测试和测量技术——供电系统及其连接设备的谐波和间谐波测量和仪表的一般指南

本标准规定了电力系统谐波的测量。该方法基于FFT 分析，但对相邻的取样使用分组方法，以最小化震级波动的影响。该方法也被用于最小化谐波测量中的泄漏效应。 

EN 50160: 公用配电系统电压特性

 本标准规定了低、中、高压电网电能质量扰动的可接受限值。实际值用前三个标准中描述的方法测量。本标准在整个欧洲使用，通常在诉讼中提及。

这就需要对这些产品进行认证。以下标准现用于电能质量 分析仪的认证：

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

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

正是通过这两个标准，METAS进行了电能分析的认证。符合这些要求可确保符合电能质量测量标准。

METAS电能质量认证基础设施

为了测试、校准或认证电能质量分析仪，必须能够产生单 相或三相电压和电流波形，其中可以添加各种电能质量扰 动。此外，电源必须能够产生标准IEC 62586-2要求的各种 测试模式。此外，所有生成的信号必须可追踪到SI。测试 系统必须采集和存储电能质量分析仪产生的大量数据。实际上，这些仪器在不同的时间间隔，即超过10个周 期、150个周期、10分钟和2小时，以无间隙的方式连续测量电能质量干扰。更重要的是，所有这些测量都是在所有相位（电压和电流）上进行的。由于目前没有标准规定这些数据的格式，因此必须为每个特定仪器定制数据读出装置。为了产生波形，使用三相校准仪与METAS开发的相量测量单元 （PMU）校准仪一起使用。前者主要用于与时间没有已知关系的信号，而后者则用于UTC同步波形和不能用校准器产生的测试信号。

与普通功率测量相反，电能质量测量不是与参考仪器进行比较，而是与参数已确定的信号进行比较。校准器的可追 溯性是在另一个METAS项目的框架内建立的。校准器的校准通过提供频率是基频整数倍的时钟而大大方便。这允许 用万用表同步采样波形。对于每一个干扰，样本都由一个 特定的算法进行处理。图5显示了校准器的校准设置。

3:对于波形生成，三相校准器与由METAS开发的相量测量单元 （PMU）校准器一起使用。

4：电能质量测量值不与参考仪器进行比较，而是与参数已被表征的信号进行比较。

PQ电能质量认证流程

5：Camille Bauer PQ3000: 三相（电压和电流）电能质量分析仪 50赫兹和60赫兹系统。

图5显示了 Camille Bauer PQ3000三相（电压和电流）电能质量分析仪。仪器设计用于50赫兹和60赫兹系统。该仪器是一个a级电能质量分析仪，符合标准IEC 61000-4-30的规定。当数据通过以太网端口导出时，可通过网络浏览器直接配置仪器。为了在文件中提取和保存数据，开发了一种特殊的读出软件。该软件允许同时读取两台仪器。图6显示 了完整的测试设置。

根据标准IEC 62586-2对PQ3000进行了230V/50HZ和 120V/60HZ的测试。这表示一套150多个独立的测试，必须 应用于所有阶段。所有测试成功通过后，将颁发合格证书。电能质量分析仪的用户往往需要独立认证。

随着该项目的完成，METAS已经成为少数能够完全认证电能质量分析仪的实验室之一。未来的计划包括认证过程的 完全自动化。这将类似于几年前完成的收入表中级认证的 自动化。这与实验室开发新的测量专业知识并将其转化为 具有成本效益的服务的电能和电力战略是一致的。

6：根据标准IEC 62586-2，电能质量分析仪的认证必须通过150多项单独的试验。

METAS为电能质量分析仪提供的服务包括：