二、电能质量标准体系与测量方法

1.电能质量标准体系

（1）IEEE电能质量标准

IEEE Std 1159[5]根据电压扰动的频谱特征、持续时间、幅值变化等，对电力系统典型电磁干扰现象进行了特性分类，见表1。这些分类也适用于电能质量。

（2）IEC电能质量标准

IEC/TC 77中的一个相当重要的标准是61000-4-30[6]，这是几乎所有监测装置都遵循的标准。该标准定义了测量和解释交流电源质量参数结果的方法，适用于基频为50Hz或60Hz的电源系统，见表2。

（3）我国电能质量标准

我国的电能质量标准体系主要分为国家标准和行业标准。

1）国家标准。

我国的电能质量国家标准主要包括：

GB/T 30137—2013电能质量 电压暂降与短时中断；

GB/T 18481—2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压；

GB/T 12325—2008电能质量 供电电压偏差；

GB/T 15945—2008电能质量 电力系统频率偏差；

GB/T 15543—2008电能质量 三相电压不平衡；

GB/T 12326—2008电能质量 电压波动和闪变；

GB/T 14549—1993电能质量 公用电网谐波；

GB/T 24337—2009电能质量 公用电网间谐波；

GB/T 19862—2016电能质量 监测设备通用要求；

GB/T 17626.7—2017电磁兼容 试验和测试技术 供电系统及所连设备谐波、间谐波的测量和测量仪器导则；

GB/T 17626.11—2008电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验。

2）行业标准。

我国现有电力行业电能质量标准大致可分为以下几类：电能质量基础类标准、电能质量指标限值和基本要求标准、电能质量规划标准、电能质量指标评估标准、电能质量监测分析和计量标准、电能质量控制及治理标准、各类能源接入和评估标准、各类负载接入和评估标准、微电网标准、智能电网标准、电能质量管理标准、电能质量经济性标准、电能质量解决方法标准。

DL/T 1297—2013电能质量监测系统技术规范[7]，参考了国内外电能质量监测相关标准、规定，重点对电能质量监测系统的组成、性能要求、应具备的功能和测试方法做出了规定，可指导公用电网及其他类型电网电能质量监测系统的建设，对电能质量状况实施有效的监测，对监测信息进行有效的管理、分析与评估。

2.电能质量的测量方法

（1）频率偏差

频率的测量应针对电网基波频率，每次取1s、3s或10s间隔内计到的整数周期与整数周期累计时间之比。测量时间间隔不能重叠，与1s、3s或10s时钟重叠的单个周期应丢弃。

频率偏差的计算方法为

式中，Δf为频率偏差；f为测量值；f_N为试验给定值。

（2）供电电压偏差

获得电压有效值的基本测量时间窗口为10周波，并且每个测量时间窗口应该与紧邻的窗口连续而不重叠。在此基础上，通常选择3s时间间隔并计算该时间间隔内所有10周波电压有效值的方均根值作为电压测量值。

供电电压偏差的计算方法为

式中，Δu为电压偏差，单位为%；u为电压测量值，单位为V；u_N为电压试验给定值，单位为V。

（3）三相电压不平衡

三相不平衡度是衡量三相不平衡的量度，通常用电压、电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根百分比来表示。三相电压不平衡度的基本测量时间窗口为10周波，并且每个测量时间窗口应该与紧邻的窗口连续而不重叠。在此基础上，选择3s时间间隔并计算该时间间隔内所有10周波电压有效值的方均根值作为电压测量值，再计算三相电压不平衡度。

三相电压不平衡度测量误差的计算方法为

式中，Δε为三相电压不平衡度的测量误差，单位为%；ε_u为三相电压不平衡度的测量值，单位为%；ε_uN为三相电压不平衡度的试验给定值，单位为%。

（4）谐波和间谐波

谐波和间谐波的测量通常采用快速傅里叶（FFT）算法。为减少谐波测量过程中的频谱泄漏等问题，目前通常采用IEC 61000-4-7中推荐的谐波集（组）和谐波子集（组）的方法来计算谐波与间谐波。基本测量周期为10周波，并要求基本测量周期连续无间隔。基于10周波有效值进行3s时间间隔的方均根值计算，得到谐波和间谐波的实时测量结果。

电压（电流）谐波和间谐波测量误差的计算方法为

式中，Δu（i）_h为第i次电压（电流）谐波的测量误差，单位为%；u（i）_h为第i次电压（电流）谐波的测量值，单位为%；u（i）_hN为第i次电压（电流）谐波的试验给定值，单位为%。

（5）电压波动与闪变

电压波动计算目前有两种方法。

国标GB/T 12326—2008《电能质量电压波动和闪变》中规定电压波动由电压波动幅度d和频度r来衡量，其中电压波动幅度d为电压方均根值中相邻两个极值电压之差，即

式中，ΔU为电压方均根值曲线上相临两个极值电压之差；U_N为系统标称电压。

IEC 61000-4-15：2010中给出了衡量电压波动的主要指标电压波动幅度d，同时给出了电压超出稳态范围的时间长度指标。电压波动幅度d的计算公式为

式中，U_{end_i-1}为前一个稳态的最后一个电压半周波有效值；U_{start_i}为后一个稳态的第一个电压半周波有效值；U_N为系统标称电压。

闪变的计算方法主要采用累积概率函数（CPF）方法。首先由满足IEC 61000-4-15标准规定的采用灯-眼-脑模拟的闪变仪按照10min间隔计算短时闪变值P_st，再基于P_st按照2h间隔计算出长时闪变值P_lt。

电压波动和闪变测量误差的计算方法为

式中，Δδ为电压波动的测量误差，单位为%；δ_u为电压波动的测量值，单位为%；δ_uN为电压波动的试验给定值，单位为%。

（6）电压暂降、电压暂升和短时中断

电压暂降、电压暂升和短时中断的测量一般采用IEC 61000-4-30中推荐的半周波有效值法，即每半个周波计算一次电压半周波有效值U_rms（1/2），再由U_rms（1/2）与指定阈值比较，判断暂态是否发生以及结束。

计算U_rms（1/2）的公式为

式中，N为每周期的采样点数；u（i）为第i次被采样到的电压波形的瞬时值；k为被计算的窗口序号（k=1，2，3，…），即第一个值是在一个周期内（从样本1到样本N）获得的，下一个值则从样本到样本，依次计算。

3.小结

国外IEEE、IEC等组织在电能质量的定义、现象归类、指标测量、数据模型等的标准化方面领先于我国。近年来，随着我国电气化铁路、新能源、高端制造业的快速发展，电能质量技术在我国快速发展，我国电能质量技术人员在借鉴、吸收国外先进标准的同时，目前已经能够主导IEEE、IEC等标准化组织中电能质量相关标准的编制，从而将我国的先进经验推广到世界。