电能质量更简单

了解电能质量(PQ)对许多公司来说都是一个挑战，但使用管理流程可以帮助用户了解“脏”电的来源，并帮助减轻对更节能的公司的影响。

作者:艾伦·埃武拉 2017年8月24日

电能质量(PQ)对于大多数希望提高能源效率的业主和设施管理人员来说是一个大问题。许多国家已经着手解决那些容易摘到的果实。发电机和不间断电源(UPS)系统可以防止电力损失或电压偏差。浪涌抑制装置防止尖峰。电容器组解决功率因数差的问题。然而，还有更多的工作要做。

欧洲铜业研究所(European Copper Institute) 2012年进行的一项研究发现，40%的计划外停电是由PQ干扰造成的。同一项研究还得出结论，4%的年度收入损失可归因于PQ问题。

根据2017年5月的一份研究与市场报告，“2017年全球电能质量设备市场价值297.4亿美元，预计从2017年到2022年将增长……达到408亿美元。”任何管理设施或配电系统的人都不会觉得这些事实令人惊讶。有几个因素增加了人们对PQ的关注:

老化的电力基础设施
可再生能源和分布式发电的扩散
能效带来的意想不到的后果。

“脏”电每天都让公司的设备和设施处于危险之中。它降低了产能，缩短了资产预期寿命，并可能导致停机，对公司的底线产生重大影响。“脏”电是设施配电系统中的无声杀手。

大多数设施所有者面临的挑战是缺乏关于PQ的可操作信息。尽管PQ分析仪、监视器和仪表的数量在过去二十年中有所增加，但对于典型的设施经理或工程师来说，PQ是复杂而令人生畏的。然而，在PQ专家的手中，来自这些工具的数据可以变得有意义和有用。

什么是电能质量?

在理想的三相电力系统中，电压处于标称幅度、标称频率，并与完美的正弦波形完美平衡。任何四个参数(幅度、频率、波形和对称性)之一的干扰都被归类为PQ问题。

许多不同的PQ干扰会对电气系统和设备产生负面影响。影响PQ的常见干扰包括但不限于中断、凹陷、欠压、谐波和频率变化。

由于具有严重破坏工业基础设施的巨大潜力，PQ事件在很大程度上未被跟踪和检测到。

大多数业主都熟悉这些后果:工厂停工、设备过早故障、水电费附加费、电力容量减少以及对设施通信的影响。然而，当涉及到识别和量化原因时，大多数业主没有工具和系统来管理他们的设施中的PQ。

PQ事件的频率将增加。老化的基础设施意味着更高的中断风险。可再生能源有助于降低能源成本，但也带来了间歇性和电网刚度的挑战。变速驱动器和LED灯等节能措施会产生谐波，导致过热、容量损失和附加费。

如图1所示，一个简单的PQ管理流程可以帮助公司阻止“脏”电力在设施内发生。为了使这个过程成功，公司和管理者需要采取三个步骤。

第一步:测量PQ，放置仪表

首先需要测量PQ，以便了解流程。选择正确的仪表很重要。理解什么将被衡量更为重要。

由于PQ电表的成本通常高于基本的电能表，用户需要策略性地放置电表。例如，如果干扰来自外部和内部对您的设施，在主要服务馈线上放置具有干扰方向能力的PQ仪表。

用户还需要确定哪种类型的干扰在本质上是“系统的”还是“孤立的”。例如，如果关注的是电压总谐波畸变而不是电流总谐波畸变，则测量方法将有所不同。

更好地了解设施中发生的干扰类型将有助于PQ仪表的选择和放置决策。如果公司没有现有的仪表，一种选择是聘请PQ专业人员使用便携式仪表和分析仪进行PQ评估。

PQ评估将允许用户根据经济影响对干扰类型进行分类。一般来说，电压下降和瞬变是造成最大经济影响的干扰。当被要求证明投资的合理性以降低PQ风险时，这些信息将派上用场。

3级PQ仪表是提供谐波测量的基本功率和能量仪表。3级仪表应安装在配电系统深处的馈线和分支电路上。2级仪表，中程PQ仪表，通常增加波形捕获，具有凹陷/膨胀检测，扰动方向和有限PQ合规性报告(EN50160和IEC61000-4-30)。2级米可安装在初级中低压配电开关柜上。

最先进的PQ仪表，1级，应安装在服务主电源以及与电力输送相关的其他设备上，如发电机开关设备。1级仪表具有完整的PQ合规报告，可以检测瞬态，脉冲中断和闪烁，并具有全面的谐波分析功能。

在测量不同类型的中断时，理解使用什么阈值也很重要。IEEE 1159是一个行业标准，它定义了一套监控电气PQ的推荐做法(见表1)。

第二步:理解、解释PQ测量值

PQ管理过程的第二步是理解和解释PQ测量。分析包括对记录数据的解释和对PQ对电气安装和设备的影响的评估。分析可以定期执行(例如，每月一次)或临时执行(当存在由潜在PQ干扰引起的问题时)。

经验丰富的专业人员通常在PQ，电气安装和设备方面具有特定的能力。它们能够将PQ干扰与设备损坏、故障或电气安装停机联系起来。

由于设施管理人员和工程师并不总是PQ专家，他们可能难以解释PQ数据并从中受益。

目前的趋势是将分析和专业能力嵌入到PQ监控系统中。这样的系统提供了有意义的仪表板和适当的小部件来分析PQ问题。一个好的系统会对PQ数据进行预处理、筛选、分类、规范化，并以一种可操作的、易于解释的方式呈现。

设施管理人员可以在高级PQ仪表板上查看PQ指标，并获得对设施内重要趋势的有价值的见解。一个好的电力管理系统将包括PQ仪表板，就像它将能源仪表板用于管理您设施的能源效率一样。

对于短期PQ干扰或事件，如电压下降、膨胀、瞬态和中断，建议使用统计部件、饼图或计数器。相关信息将包括给定时间范围内的事件数量，以及按事件类型、起源(下游或上游)和估计影响(可能影响或没有影响)分列的详细信息。

这种类型的信息可以帮助电气工程师评估电气安装的运行条件，并检测PQ问题是否是停电或设备故障的根源。

一些仪表板通过将绿-黄-红颜色代码指示器与每个PQ中断类型相关联来简化PQ分析。使用这个指示板，用户可以看到关注的领域，然后深入到更详细的信息，以执行根本原因分析。

一个好的系统还应该处理PQ的成本方面，估计由于PQ差造成的损失。为PQ问题贴上价格标签，可以更容易地执行成本效益分析，并促进PQ监控系统的投资回报评估。

步骤3:根据提供的信息采取行动

在分析了设施中的PQ事件并了解它们可能产生的潜在成本之后，设施经理和工程师就能更好地制定PQ计划。该计划可以投资于PQ缓解设备，电气系统设计和架构修改，设置修改，选择对PQ事件不太敏感的设备，和/或与电力公司讨论电力服务交付的质量。一旦制定了优先级计划，用户将希望使用图1所示的相同流程来度量和解释PQ缓解策略的结果。

下面表2给出了一些PQ校正设备的例子:

识别，优先排序，消除

PQ事件每天都会发生。他们是配电系统中的无声杀手。业主、设施管理人员和工程师不应该再被PQ的复杂性所吓倒。当今先进的仪表，结合易于使用的软件系统和迭代过程，提供了一种简单的方法来识别、优先排序和消除设施中的PQ。

艾伦埃武拉是Affinity Energy的创始人。克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

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标准视图:一些与电能质量相关的标准