電能質量對高科技企業的重要性

隨著國民經濟的發展和科學技術的進步,現代社會是以信息技術為先導的知識經濟時代,這就要求電力供應具有高可靠性,高動態恒定特性,控制靈活,應用方便等特點.但隨著國民經濟的快速發展,電力系統污染現象也日益嚴重,電能質量也隨之提出了新的問題.一方面,用電負荷日趨復雜化和多樣化,如半導體整流和逆變裝置以及變頻調速裝置等電力電子設備的應用,這些具有非線性,諧波豐富,沖擊性和不平衡特征的負荷會影響到供電電網,給電能質量提出了新的問題.另一方面,用戶對供電可靠性的要求越來越高,眾多基于計算機,微處理器控制的精密電子和電力電子裝置在電力系統大量使用,對供電質量的敏感程度越來越高,尤其對供電系統的暫態性能,也提出了要求.

電能質量一般是指電壓或電流的幅值,頻率,波形等參數與標準值的偏差.過去,電力系統中許多機電設備都能在上述參量相對較大的變化范圍內正常地工作.但是在近五到十年,隨著高新技術尤其是信息技術的飛速發展,基于計算機,微處理器控制的用電設備和電力電子設備在系統中的大量使用,他們對系統干擾比機電設備更敏感,因此對電能質量的要求也更高.一旦出現電能質量問題,輕則造成設備故障,重則造成整個系統的損壞,由此帶來的損失是難以估量的.另外,大量為提高生產效率,節約能源和減小環境污染而采用的基于電力電子技術的現代化設備正成為電能質量問題的主要來源.以電氣化鐵路機車牽引式負荷為例,這種屬于整流負荷的典型諧波源,它采用工頻單相式交流供電,又是典型的負序源.同時它具備波動性和不確定性,是典型的電壓波動源和閃變源.普通用戶中大量使用的開關式電源,公共照明系統中熒光照明負荷正逐漸成為配電系統中主要的諧波源和波動源.在這些新技術成功解決實際生活環境中的污染問題的同時,如不加防范則會造成電力系統中新的污染問題.所以,信息時代的電能質量具有一系列的新特點。

信息社會對電能質量問題提出了新的挑戰,高科技企業對電能質量有了新的要求。因此，電能質量的內涵也發生了較大的改變.對于如電子控制器,芯片生產線,PLC,精密機械工具,微型電機,計算機裝置等等設備對電力供應的質量提出了更全面的要求,尤其是其暫態性能方面的要求.敏感的信息用電設備對于甚至是幾個周波的供電中斷或電壓跌落都會受到影響.近年來,隨著供電可靠性的不斷提高人們逐漸將對傳統的如供電中斷,電壓長時間偏高或偏低等老的供電質量問題的注意力,轉向新的動態電能質量問題,如持續時間為周波級的動態電壓升高,脈沖,電壓跌落和瞬時供電中斷.這些都是近年來隨著社會信息化的日益廣泛而逐漸暴露出來的新電能質量問題形式.

在此,列舉在不同行業對設備造成危害的實例:第一,芯片測試:當電壓低于80%時,控制器動作將制冷電機切除,導致巨大生產損失.如上海浦東某電子有限公司是一家以生產0.25-0.5μm硅晶片為主的高科技企業，其中有一部分負荷對電壓變動十分敏感，當電壓跌至正常電壓的80%，持續時間超過20ms時，其內部的部分設備就會停機，據粗略估計，每發生一次類似事件，造成的直接經濟損失在200萬元人民幣以上。第二，PLC:早期的產品,當電壓低于10%時,能持續工作15個周波,新版產品,當電壓低于50%時,PLC停止工作.一些I/O設備,當電壓低于90%,持續時間僅幾個周波,就會被切除.第三，精密儀器:由機器人控制對金屬部件進行鉆,切割等精密加工的機械工具,為保證產品質量和安全,工作電壓檻值一般設為90%,當電壓低于此值,持續時間超過2-3個周波時,被跳閘.第四，計算機:當電壓低于60%,持續時間超過12個周波時,計算機將受到影響,如數據丟失.由此可看,動態電能質量問題已成為目前影響供電可靠性的主要原因,是信息化社會供電質量問題不同于以往任何時代的主要特征.

目前大多數電子芯片行業所關心的電壓暫降問題。電壓暫降是指電壓有效值跌落至額定電壓的10%-90%，持續時間為10ms-1s的電能質量問題。但是根據國標，該現象并未列入電能質量國標中，所以，要撲捉該故障，需要有特殊的考慮。采用電能質量分析儀PQPT1000通過觸發功能，很簡單的就實現了電壓暫降的測試工作。我們可以下圖所示的觸發設置中進行這樣的設置。

針對電壓暫降的測試

根據電壓暫降定義，如果電壓額定值為115V，那么電壓有效值的上限為126.5V，下限定為103V，通過記錄RMS圖象，以及記錄三相波形。實際在某芯片生產廠記錄到的電壓暫降波形如圖所示。

電壓暫降實際波形

又如，CBEMA曲線可以針對事件提供一個總覽，根據持續時間和極值進行判斷，如下圖通過該圖就非常方便，快捷的分析各種不同用戶和設備的情況，在曲線中，電壓暫降，過電壓等現象清楚的體現出來。

CBEMA曲線

實際的電壓有效值波形說明了通過這樣的觸發可以有效的撲捉各種用戶感興趣的數據。同樣，在國標變更或增減各種參量的時候，儀器具有很強的適應性。同時，用戶對其他一些電能質量有關的電氣量感興趣的話，也完全有可能通過對其物理現象進行研究，設計合適的觸發量來尋找該現象的實際波形，用以深入研究。

高新技術在社會各個領域的滲透應用,電能質量的重要性將日益引起人們的關注.當今威脅電網質量的主要干擾是動態電能質量問題.目前,我國對原有電能質量標準進行了進一步的修改,同時,也制定了有關電壓跌落和短時供電中斷等的動態技術指標.以為電能質量的評估提供提供依據,科學,準確的測試手段和分析方法對研究擾動現象對用戶危害的程度,以及預防和抑制故障具有重要的意義.

隨著我國市場經濟的發展，電力工業已經逐步市場化，強化電能質量概念是時代發展的需要，是時代提出的新的挑戰，中國加入世界貿易組織，將有大量的高科技企業進入中國市場，電網的電能質量能否滿足這些企業的要求將會成為一個突出的問題。隨著北京2008年奧運會申辦成功，用科學的方法，完善的管理，有效的措施提高我國電網的電能質量，確保那些高，精，尖的奧運工作設備不受電網污染的干擾而正常工作，確保我們的電力是綠色電力。

參考文獻：

1,《電壓電流頻率和電能質量國家標準應用手冊》林海雪 中國電力出版社 2001

2,《電力系統高次諧波》呂潤馀 中國電力出版社 1998

3,《電力系統電壓》馬維新 中國電力出版社 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