電壓質量是指給出實際電壓與理性電壓的偏差，以反映供電部門向用戶分配的電力是否合格。提高電壓質量及供電可靠性，可以從平衡負荷、提高電力用戶的功率、調節變壓器分接開關、無功最佳化、採用配電網電壓無功自動控制系統等方面入手，推進技術升級、設備完善，推進以人為本的科學管理，這才是電網發展的必由之路。
基本介紹
質量要求,評價指標,影響因素,提升質量措施,
質量要求
國家和行業規定，10kV 及以下三相供電電壓允許偏差為標稱電壓的±7%；220V 單相供電電壓允許偏差為標稱電壓的+7%、-10%；城市居民用戶受電端電壓合格率不低於 95%，農村居民用戶受電端電壓合格率不低於 94%。
評價指標
頻率偏移
頻率偏移是電力系統基波頻率偏離額定頻率的程度，大容量負荷或發電機的投切以及控制設備不完善都有可能導致頻率偏移。我國電力法規規定，大容量電力系統的頻率偏移不得超過±0.2Hz。
系統頻率的過大變動對用戶和發電廠的不利影響主要有如下幾個方面：
（1）頻率變化引起異步電動機轉速變化，導致紡織、造紙等機械的產品質量受到影響；
（2）功率降低，導致傳動機械效率降低；
（3）系統頻率降低引起異步電機和變壓器激磁電流增加，所消耗的無功功率增加，惡化了電力系統的電壓水平；
（4） 頻率的變化還可能引起系統中濾波器的失諧和電容器組發出的無功功率變化。
電壓偏差
電壓偏差是指系統各處的電壓偏離其額定值的百分比，它是由於電網中用戶負荷的變化或電力系統運行方式的改變，使加到用電設備的電壓偏離網路的額定電壓。若偏差較大時，對用戶的危害很大，不僅影響用電設備的安全、經濟運行，而且影響生產的產品產量與質量。
對於配電網最廣泛套用的電動機，當電壓低於額定電壓時，轉距減小，轉速下降，導致工廠產生次品、廢品；電流增加，電機溫升增加，線圈發熱，加劇絕緣老化，甚至燒壞。當電壓高於額定電壓時，轉矩增加，使聯接軸和從動設備上的加速力增加，引起設備的振動、損壞；起動電流增加、在供電線路上產生較大的電壓降，影響其它電氣設備的運行。
對於發電機而言，電壓偏差會引起無功電流的增大，對發電機轉子的去磁效應增加，電壓降低，過度增大激磁電流使轉子繞組的溫升超過容許範圍，加速絕緣老化，降低電機壽命，甚至燒壞。
對照明燈具，電壓對燈的光通量輸出和壽命的影響很大，當加於燈泡的電壓低於額定電壓時，發光效率會降低，人的工作環境惡化，視力減弱；當高於額定電壓時，燈泡壽命會減少、燒壞。
波形失真
波形失真即理想工頻正弦波的穩態偏移，常用其頻譜含量來描述，波形失真主要包括直流偏移高次諧波、間諧波、陷波和噪聲。交流電網中如果存在直流成分，則稱為直流偏移。直流偏移是由於地磁波產生的電磁干擾和電網中半整流設備的存在，直流電流流過變壓器會引起變壓器的直流偏磁，產生附加損耗；直流電流還會導致接地體或其它連線器的電化學腐蝕，陷波是由於換流器換相而產生的周期性電壓干擾，儘管可以利用傅立葉變換將陷波分解成一系列諧波，但一般將陷波單獨處理。因為其諧波次數較高且幅值不大，用諧波測量設備很難表征。噪聲是指疊加在每相電壓或電流、中性線或信號線上的，頻率超過200Hz的電氣信號。電力電子設備、電弧裝置和電器設備的投切都會產生電磁噪聲，噪聲會影響微機和PLC的正常工作。
諧波是供電系統基波頻率整數倍頻率的正弦電壓或電流，由於供電系統中大量採用非線性電氣設備，例如可矽控整流裝置，電弧設備、電氣化機車、變壓器等都是高次諧波的電流源，它們接入電網後，將使系統母線電壓畸變。高次諧波會使發電機端電壓波形產生畸變，從而降低供電電壓質量。諧波會引起供電線路損耗增加，損壞電氣設備、降低供電可靠性，還會干擾和破壞控制、測量、保護、通訊和家用電器的正常工作，諧波還加快旋轉電機、變壓器、電容器、電纜等電氣元件中絕緣介質的電離過程，使其發熱絕緣老化，壽命降低。
電壓波動與閃變
電壓波動是指電壓快速變動時其電壓最大值和最小值之差相對於額定電壓的百分比，即電壓均方根值一系列的變動或連續的改變。閃變即燈光照度不穩定造成的視感，是由波動負荷，如煉鋼電弧爐、軋機、電弧焊機等引起的，對於起動電流大的鼠籠型感應電動機和異步起動的同步電機也會引起供電母線的快速、短時的電壓波動。因為它們起動或電網恢復電壓時的自起動電流，流經網路及變壓器，會使各元件產生附加的電壓損失。急劇的電壓波動會引起同步電動機的振動，影響產品的質量、產量，造成電子設備、測量儀器儀表無法準確、正常地工作。電壓閃變超過限度值使照明負荷無法正常工作，損害工作人員身體健康。
電壓暫降與電壓中斷
電壓暫降是因為電力系統故障或干擾造成用戶電壓短時間（10ms～1min）內下降到90%的額定值以下，然後又恢復到正常水平，電壓暫降後有一定的殘壓，電壓中斷是由於系統故障跳閘後造成用戶電壓完全喪失。
雷擊時造成的絕緣子閃絡或對地放電、架空的輸配電線路的瞬時故障、大型異步電動機全電壓啟動等情況都會引起不同程度的電壓暫降和電壓中斷。電壓暫降與中斷會造成用戶生產停頓或次品率增加，會造成計算機數據丟失，造成欠壓繼電器誤動。交流接觸器和中間繼電器不能正常工作等不良影響。
電磁暫態
電磁暫態是指電力系統從一個穩定狀態過渡至另一個穩定狀態時，電壓或電流數值的暫時性變化，產生電磁暫態的主要原因有雷電波衝擊和電力系統故障等。電磁暫態可分為衝擊暫態和振盪暫態兩類。
衝擊暫態的定義：電壓或電流在穩態下的突然的非工頻變化，變化是單方向的，常用其上升和延遲時間來描述，主要原因是閃電。衝擊暫態常常使設備因過電壓而損壞，還有可能激發電力系統的固有振盪而導致振盪暫態。
振盪暫態的定義：電壓或電流在穩態下的突然的非工頻變化，其變化是雙向的，常用頻譜成分（主導頻率）、持續時間和幅值進行描述。根據其頻譜範圍，振盪暫態可分為高頻、中頻和低頻三種。高頻振盪暫態的主導頻率一般在0.5～5MHz之間，持續時間為幾個μs，它往往是由於當地衝擊暫態所引起。中頻振盪暫態的主導頻率和在5～500KHz之間，持續時間為幾十個ms，背靠背電容器的充電會產生主導頻率為幾十KHz的振盪暫態，電纜的投切也會產生同樣頻率範圍內的振盪暫態，衝擊暫態也會引起中頻振盪暫態。主導頻率低於5KHz，持續時間在0.3～50ms之間的暫態稱為低頻振盪暫態，低頻振盪暫態在輸電系統和配電系統中經常遇到，電容器組的充電會產生主導頻率在300～900Hz之間、峰值約為2.0p.u.的低頻振盪暫態，配電網中存在的主導頻率低於300Hz的低頻振盪暫態，主要同配電網中的鐵磁諧振現象和變壓器充電產生的勵磁涌流有關。
三相不平衡
三相不平衡是由不平衡的相阻抗、不平衡的負荷或兩者的組合引起的。由於導線分布的不對稱，典型的非線性負載，如鐵道電力機車、煉鋼電弧爐都會產生嚴重的負序分量。負序和零序分量的存在會對電力設備的運行產生下列影響：
（1）凸極式同步電機對負序分量存在很強的諧波變換效應，三相不平衡會導致同步電機產生電力諧波，污染電力系統的運行環境；
（2）負序電流流入同步電機或異步電機，會使電機因產生附加損耗而過熱，產生附加轉矩而降低使用效率；
（3）對直流輸電的換流器來說，三相不對稱不僅會增加控制的困難，還會導致非特徵諧波的產生；
（4）零序電流的存在會對鄰近的通信線路產生很強的干擾。
變頻調整裝置
大功率晶閘管交流調整裝置由於技術經濟上的優勢，正在取代傳統的直流調速裝置。交流調速分為兩大類，即交-直-交變頻器和交-交變頻器，交-直-交變頻器由整流器、中間濾波環節及逆變器三部分組成。整流器為晶閘管三相橋式電路，它的作用是將交流電變換為可調直流電。逆變器也是晶閘管三相橋式電路，它的作用是將直流電變換調製為可調頻率的交流電。中間濾波環節由電容器或電抗器組成，它的作用是對整流為直流後的電壓或電流進行濾波，交-交變頻器實質上是一套橋式無環流反並聯的可逆整流裝置。裝置中工作晶閘管的關斷通過電源交流電壓的自然換相實現，輸出電壓波形和觸發裝置的控制信號波形是一樣的，從而實現變頻。
同步串級調速裝置
低同步串級調速主要用於繞線式異步電動機，取代傳統的轉子迴路中串電阻的調速方法，它是在轉子迴路中加一整流器，把轉差功率變為直流功率，再用逆變器將其反饋電網，改變轉差功率，即可實現調速。 這種調速方式效率比較高、損耗小、調速範圍寬、性能好，但會在逆變器和定子迴路中產生諧波電流。
感應電動機
感應電動機的定子和轉子中的線槽會由於鐵芯飽和而產生不規則的磁化電流，從而在低壓電網中產生間諧波。在電機正常轉速下，其干擾頻率在500～2000Hz範圍內，但電機起動時干擾頻率範圍更寬，這種電動機當裝載較長，低壓架空線末端時會使電網受到干擾，間諧波電壓可以達到1%，這么高的電壓易引起脈動控制接收機的異常。
間諧波及其抑制
間諧波的頻率不是工頻頻率的整數倍，間諧波是指非整數倍基波頻率的諧波，這類諧波可以是離散頻譜或連續頻譜。但其危害等同於整數次諧波電壓，其抑制與消除卻比整數次諧波困難得多，間諧波電壓是由較大的波動或衝擊性非線性負荷引起的。
間諧波電壓必須限制到足夠低的水平：
（1）25Hz以下間諧波應限制到0.2%以下，以免引起燈光閃爍（閃變）；
（2）對於音頻脈衝控制的接收機，間諧波電壓應限制到0.5%以下，否則會被干擾；
（3）2.5KHz以下的間諧波電壓應不超0.5%，否則會干擾電視機，且引起感應式電動機噪聲和振動，以及低頻繼電器的異常運行。
（4）2.5～5 KHz的間諧波電壓如超過0.3%，則會引起無線電收音機或其它音頻設備的噪聲；
（5）當有非線性負載時，頻率為f的間諧波會產生頻率旁頻帶成分，這些旁頻的幅值可能和間諧波的幅值十分接近，則對於閃變頻帶的幅值而言相當於擴展到基波的4倍，對於音頻控制頻率的幅值而言也擴展到同樣倍數，因此間諧波的影響將大為擴大。
所有非線性的波動負荷（電弧爐、電焊機、晶閘管供電的軋機等等），各種變頻調速裝置，同步串級調速裝置以及感應電動機等均為間諧波源，因此間諧波廣泛存在於電力系統中。電力系統中的間諧波電壓會引起燈光閃爍，使音頻脈衝控制的接收機、電視機、無線電收音機產生噪聲和振動；引起低頻繼電器的異常運行以及無源電力濾波器過流跳閘等問題。因此間諧波電壓應制定相關國家標準，將其限制在足夠低的水平（一般為0.2%以下）。
供配電系統中電壓偏移、電壓的波動與閃變、高次諧波與間諧波、電壓暫降與中斷、電磁暫態、波形失真等均是影響供電系統電能質量的重要因素，其具體的參數是衡量供配電系統電壓質量的指標，在實際系統運行中，必須結合相關的國家標準規定的限值，採取切實可行而又經濟合理的補償抑制措施，以消除這些“污染”或“公害”，提高其電能質量，確保系統的安全、可靠和經濟運行。
隨著經濟、技術的發展，企業和家庭對供電電壓質量提出了更高的要求，電壓中斷與電壓暫降，間諧波等問題日益為人們所關注，雖然電磁兼容標準中已有相應的限值規定，但電能質量標準是規定供用電雙方共同遵守的管理和治理原則及數據，因此應儘快制定包括電壓暫降和間諧波的電能質量國家標準是非常必要的。
影響因素
1、電網架構仍然不完善
改革開放以來，我國經濟發展十分迅速，導致出現了很多地區經濟發展不平衡的情況，特別是對於新興的工業區，由於這些工業區是是剛剛興起的，短時間內的用電量劇增，造成線路過負荷的現象出現。還有的地區，特別是城郊和農村地區，不但線徑小，線路破舊，而且低壓供電半徑比較大，造成的直接後果是用戶端電壓質量較差。
2、系統干擾性負荷
系統本身接有整流器、電弧爐、單相負荷、大功率電動機等干擾性負荷。這些負荷會對電網產生的負面影響有無功衝擊、諧波、負序等，並且這些負面影響還可以經過公共連線點影響其他終端用戶。所以，為了能夠及時緩解這些問題，系統中一定要安裝相關裝置，同時還要依照電能質量評估體系，來約束這類用戶對電能質量的影響。
3、季節對電力供應的影響較大
電力負荷會隨用戶生產流程與晝夜、季節的變化而改變。用電負荷越低電壓越高，用電負荷越高電壓越低，導致不同季節、不同時間中用電量峰谷負荷的懸殊，從而引起電壓波動較大，不能夠提供穩定的運行電壓。
4、設備問題
配網 380/220V 線路、10kV 線路以及運行時間長、配電設備數量巨大的線路設備數量很多，要對改造量殘舊設備與線路需要按輕重緩急按計畫分年分批進行，在一定程度上阻礙了電壓質量的提高。
5、干擾系統，造成斷電或電壓變動的因素干擾系統，造成斷電或電壓變動的因素很多，如雷電、樹枝影響、外力破壞、電容器投切、配電設備故障、線路切換等，這些因素甚至會對相鄰線路造成影響，造成有害影響的蔓延。
提升質量措施
針對提升配電網電壓質量的目標，本文對配電網電壓質量具體提升流程及相關措施總結如下。
1、加強對農網的改造
農村電網用電具有一定的特殊性，造成其配變負荷與高低壓線路較重，進而降低了電壓的合格率。配電網架差，自然能耗高，負荷率低。配變布點少，配電設備老化，供電半徑長且線徑小。降低線損是供電企業提高經濟效益最直接也是最根本的手段。可以通過增加農網無功補償容量的方式來降低線損，增加電力網的功率因數，從而降低線損，提高電壓質量。
2、技術措施
（1）針對配電網的電壓越限情況，採用下述幾種方法解決，主要有 5 個方面的內容：平衡負荷、提高電力用戶的功率、調節變壓器分接開關、無功最佳化、採用配電網電壓無功自動控制（automaticvoltage quality control，AVQC）系統。
（2）平衡負荷
由於負荷的隨機性及用電的不平衡性，配電網中存在三相負荷不平衡的現象，這會導致三相電壓不平衡，中性點電壓偏移越限（超過 15% 相電壓）；會使中性線電流過大，變壓器運行溫度過高，嚴重時將變壓器損壞。因此，當出現三相不平衡負荷時，應儘快將負荷平衡，以提高電壓質量，降低損耗。
（3）提高電力用戶的功率
由於電網內各個生產用戶的自然功率因素比較低，增加了各個生產用戶對電網無功功率的吸取，導致各個發電機只有生產大量的無功功率才能使之達到平衡，但是，發電機生產大量的無功功率就會減少對有功的輸出，從而減弱了供電能力，同時對無功的遠距離輸送也增加了電力的損耗。所以，供電管理部門必須提高電力用戶的功率，相關的電力部門必須經常性的考核電網生產用戶的力率，根據電網生產用戶力率的大小來制定電價，通過電價的槓桿作用，促使各個電網生產用戶採用必要的技術措施，提高電網的運行功率。用戶功率因素提高以後，就會減少對電網無功的吸取，減少了電壓的損失，從而使用戶受點端的電壓質量得到保證。
（4）變壓器調壓變壓器是重要的變電設備，也是重要的調壓設備，變壓器調壓是一個豐富的內容，詳述如下：
1）加強在運配電變壓器擋位最佳化
調整配電變壓器擋位調整前後，需對其低壓出口和所供的首、末端低壓用戶電壓進行現場實測，對實測和用電信息採集系統電壓超出國標誤差範圍的情況，及時整改。配電變壓器擋位調整後現場進行相關試驗，合格後投入運行，確保全全。及時分析配電變壓器調擋後其低壓出口及所供台區各低壓用戶的電壓合格率提升效果，總結經驗，便於指導下一步配電變壓器調擋工作。
2）試點套用有載調壓配電變壓器
部分配電變壓器台區電壓波動幅度大，存在短時間內配電變壓器台區電壓越上限與越下限並存現象，低壓無功補償裝置仍不能有效改善電壓水平。對已建成配電自動化的相關單位選取部分供電區域試點加裝有載調壓配電變壓器，合理設定調壓策略，利用自動化信息通道上傳運行信息，及時掌控設備狀況，可解決部分台區由於負荷電壓波動造成的短時電壓越限情況。
3）強化新增配電變壓器初始擋位驗收管理
新建或更換配電變壓器時，投運前將配電變壓器初始擋位列入工程驗收內容。按照配電變壓器低擋位（9.5kV/400V）用線上路末端，高擋位（10.5kV/400V）用線上路首端的原則，根據 10kV 配電線路長度，合理確定配電變壓器初始運行擋位。對於 10kV 配電線路15km 以內的配電變壓器宜選用 10.5kV/400V 擋位，15～30km 之間配電變壓器宜選用10kV/400V 擋位，大於30km 配電變壓器宜選用 9.5kV/400V擋位，對於 5 擋配電變壓器可以將上述分類進一步細分。
4）強化變電站母線‚逆調壓
強化電網‚逆調壓‛管理，確保負荷低谷期間 10kV 母線電壓低位運行，使配電變壓器低壓側的電壓降低；負荷高峰期間高位運行，使得配電變壓器低壓側的電壓上升。同時按照線路首端配電變壓器低擋位、線路末端配電變壓器高擋位的原則，合理確定配電變壓器運行擋位。
（4）無功最佳化
配電網供電負荷的多樣性會導致配電網諧波含量增加，電壓發生畸變，電壓合格率低。在城市中心區域試點套用動態無功補償裝置，不僅可以提升電壓的品質，同時提高配電網無功補償的靈活性，還起到降損節能的效果。
加強系統內無功設備巡視，加強併網風電場等新能源和非統調電廠（地方電廠）的無功出力和電壓曲線管理，加強用戶側無功設備自動投切管理，提高無功設備可用率，從而提升電壓質量，降低電能損耗。
（5）配電網 AVQC 系統
結合配電自動化建設，充分利用配電自動化系統通信通道和測控設備，建設配電網 AVQC 系統調節有載配電變壓器、低壓無功補償裝置、線路調壓器等，實現動態調節配電網電壓和功率因數。最佳化調整電網 AVQC 系統控制策略。開展 AVQC 系統控制策略合理性分析，有選擇性地將負載率較低、電纜化率較高的變電站 10kV母線電壓限值由‚0～+7%‛修改為‚0～ +6%‛；強化電網‚逆調壓‛管理，確保負荷低谷期間 10kV 母線電壓低位運行，負荷高峰期間高位運行。兼顧無功設備和調壓主變壓器的安全可靠運行，儘量減少無功設備投切次數和主變壓器分接開關動作次數。
