一、電能質量的定義

一個理想的電力系統應以恒定的頻率(50Hz)和正弦的波形，按規定的電壓水平對用戶供電。在三相交流電力系統中，各相電壓的電流都應該處于幅值大小相等、相位互差2/3的對稱狀態。由于系統各元件(發電機、變壓器、線路等)參數并不是理想線性對稱，加之調控手段的不完善、負荷性質各異且其變化的隨機性以及運行操作、各種故障等原因，這種理想狀態實際并不存在，因此產生了電能質量的概念。

電能質量可以定義為:導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差,其內容涉及頻率偏差、電壓偏差、電磁暫態、供電可靠性、波形失真、三相不平衡以及電壓波動和閃變等。

人們對電能質量問題的重視并非近幾年的事情，而是伴隨著電力系統發展的全過程。早期的內容比較簡單，主要局限在頻率偏差和電壓偏差兩個方面。自20世紀80年代以來，隨著新型電力負荷的出現以及它們對電能質量不斷增加的要求，電能質量才逐漸引起電力公司和電力用戶的普遍重視。其主要原因有以下幾個方面：

1.為了提高勞動生產率和自動化水平

投入的大量基于計算機系統的控制設備和電子裝置對電能質量非常敏感。一個計算中心失去電壓2s就可能破壞幾十個小時的數據處理結果或者損失幾十萬美元的產值。當今自動化生產設備的連續精密加工生產，不論是變速拖動還是機器人，工作母機還是自動化生產線，例如柔性制造系統(FMS)或計算機綜合制造系統(CIMS)，它們對配電系統中的干擾和異常非常敏感，甚至幾分之一秒的不正常就可能在工廠內部造成混亂。這些用戶對不合格電力的容許程度嚴格到只有持續工頻1～2個頻率周期。

2.現代電力系統中用電負荷結構發生了重大的變化

諸如半導體整流器、晶閘管調壓及變頻調整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和家用電器等負荷的迅速發展，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性，使電網電壓波形發生畸變，或引起電壓波動和閃變以及三相不平衡，甚至引起系統頻率變動，這些對供電電能質量會造成嚴重的干擾，并由此引起污染。

3.電能作為商品，在電力市場運行機制下，不同的發電公司，包括獨立電能生產商，在發電側實行競爭，輸配電系統(即電力公司)與發電分離，獨立經營管理，為發電公司和用戶提供轉送電能服務，用戶側也可以作為獨立實體參加價格控制。這樣一個開放和鼓勵競爭的運行環境，必然對電能質量提出越來越高的要求，并促使電能質量標準化的發展和不斷完善。

電能質量和一般產品質量不同，它有如下特點:(1)不*取決于電力生產企業，甚至有的質量指標(例如諧波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度)往往是由用戶干擾所造成的；(2)對于不同的供(或用)電點在不同的供(或用)電時刻，電能質量的指標往往是不同的，也就是說電能質量在時間和空間上都處于動態的變化之中。特點(1)說明:全面保障電能質量，既是電力企業的責任，也是用戶應盡的義務；特點(2)說明:電能質量指標宜用概率統計結果來衡量，并且需指明監測點。

二、電網諧波的危害

電網中的諧波對電能質量的影響是巨大的。現代電器及電氣設備產生的各次諧波均會對供電電網造成污染，特別是在大面積集中使用同一種負載時(如電子節能燈)，這種污染將十分嚴重。經實際測量，目前市場上銷售的自鎮流熒光燈(節能燈)的負載電流失真度接近甚至超過99%(即諧波電流量接近和超過基波電流)，試想推廣使用1.5億只這類節能燈，它將向電網排放超過1000萬安培的諧波電流，這將在電網中產生多大的附加損耗，給電網運行帶來多大的安全隱患。

三、電能質量國家標準簡介

電能質量標準制定的任務，就是從當前(或近期發展)的技術水平出發，確定適當的電能質量指標偏差的允許值。標準合理與否的判斷準則有三點:(1)基本上能保證電力系統的安全、連續供電和經濟運行；(2)總體上能夠保證用戶電氣設備的正常用電；(3)電力部門(包括干擾性用戶)在當前技術水平基礎上，作一定的努力應能達標。

從20世紀80年代初開始，國家(現國家質檢總局)將制定國家電能質量系列標準列為重點項目，至2000年年底已頒布系列標準5個，即GB12325-1990《供電電壓允許偏差》、GB12323-2000《電壓波動和閃變》、GB/T14549-1993《公用電網諧波》、GB/T15543-1995《三相電壓允許不平衡度》、GB/T15495-1995《電力系統頻率允許偏差》。上述5個標準雖然對供電特性作了一些基本的規定，但尚不全面。進一步完善電能質量標準體系的工作國內外都在進行之中。由于不同國家和地區電力設備裝機容量的豐裕程度、輸配電距離的長短、國民經濟的發展速度、無功補償與調壓設備的滿足程度和用戶生產的性質等均不盡相同，所以對電能質量的要求也不*一致。

目前，國家對電壓的監測作出了規定，其中電壓有效值的監測已經成為強制性規定，電壓諧波的監測也日益受到相關部門的重視，在此給出國家關于電壓標準的概述。

1990年12月1日開始實施的國家標準GB12325-1990，規定了我國電力系統在正常運行條件下的供電電壓允許偏差范圍:

1.用戶受電端的電壓允許偏差范圍

在電力系統正常運行的情況下，供電企業到用戶端的供電電壓允許偏差:

(1)35kV及以上供電的，電壓正負偏差的值之和不超過額定電壓的±10%。

(2)10kV及以下三相供電電壓(含380V)允許偏差為額定電壓的±7%。

(3)220V單相供電電壓允許偏差范圍為額定電壓的-10%～+7%。

(4)在電力系統非正常運行的情況下，用戶受電端電壓允許偏差不應該超過額定值的±10%。

(5)用戶用電功率因數達不到規定要求的，其受電端的電壓偏差不受上述限制。

(6)對電壓有特殊要求的用戶，其供電電壓允許偏差由供電協議確定。

2.發電廠、變電所母線電壓允許偏差范圍

(1)500(330)kV母線

正常運行方式下，運行電壓不得超過系統額定電壓的±10%；運行電壓不應影響電力系統同步穩定、電壓穩定、工廠的正常用電以及下一級電壓的調節。向空載線路充電，在暫態過程衰減后，線路末端電壓不應超過系統額定電壓的1.15倍，持續時間不應超過20min。

(2)發電廠和500kV變電所的220kV母線

正常運行方式下，電壓允許偏差為系統額定電壓的0%～10%；事故運行方式時，為系統額定電壓的-5%～ +10%。

(3)發電廠和220(330)kV變電所的110～350kV母線

正常運行方式下，電壓允許偏差為相應系統額定電壓的-3%～+7%；事故后為系統額定電壓的±10%。

(4)發電廠和變電所的10kV母線

應使所帶線路的全部高壓用戶和經配電變壓器供電的低壓用戶的電壓，均符合上述用戶受電端的電壓允許偏差范圍。

3.電壓合格率

電壓合格率是指實際運行電壓在允許電壓偏差及電壓變動幅度范圍內的累計運行時間與對應的運行統計時間的比值。

1994年3月1日開始實施的國家標準GB/T14549-1993規定了對公用電網諧波的要求，公用電網電壓諧波限制值如表2所示。

表2 公用電網電壓諧波限值

四、改善電能質量的意義

改善電能質量對于電網的安全經濟運行、保障工業產品質量和科學試驗的正常進行以及降低能耗等均有重要意義，電能質量直接關系到國民經濟的總體效益。

良好的電能質量無疑對電氣設備的運行是有利的，但是惡劣的電能質量對電力系統運行的不利影響并沒有引起人們的足夠重視。

從危害程度講，某些電能質量問題的危害是破壞性的。例如，雷電波沖擊、電容器和電纜線路投切時因諧波諧振引起的過電壓往往造成電氣設備的絕緣和機械損壞，從而影響電力系統的正常運行；繼電保護裝置因諧波和負序干擾引起誤動造成電網大面積停電會造成巨大的經濟損失；短時間的供電中斷或電壓跌落可能導致生產混亂和工業冶金產品的大量報廢甚至危害人身安全。

另一方面，某些電能質量問題主要影響電氣設備的性能指標，例如不正常的電壓和頻率偏差會引起異步電機負荷的轉速和功率變化，導致傳動機械的效率降低，使紡織、造紙等產品的質量受到影響；諧波電流在旋轉電機、輸電線路、變壓器等輸配電設備中流通使得這些設備因產生附加損耗而過熱，從而降低設備的壽命或容量。因此，提高電能質量，保證持續、可靠供電已成為發電部門、供電部門和電力用戶共同關注的問題。