LINAX PQ3000通過METAS電能質量分析儀的認證

高質量的電能對於(yu) 設備和電網平順運作是必須的。電力的擾動是通過電能質量分析儀(yi) 來監測的。METAS完成了其初個(ge) 針對商業(ye) 化電能質量分析儀(yi) 的認證，這是一款由瑞士Camille Bauer公司開發的設備：電能質量分析儀(yi) LINAX PQ3000。。這項新服務是建立在過去這些年發展起來的對於(yu) 複雜信號的生發、抓取和分析的專(zhuan) 業(ye) 知識基礎上的。

Jean-Pierre Braun 和 Charles Ané

從(cong) 愛迪生和特斯拉對於(yu) 交直流的分歧開始，電能的輸送一直是以交流(AC)的形式來進行。在這樣的係統中，電壓和電流是50Hz或60Hz的正弦波。這樣的選擇是根源於(yu) 產(chan) 生電力所使用的感應發電機。電流也是正弦的，因為(wei) 大多數傳(chuan) 統的負載，如燈具、加熱裝置和電動機，主要都是線性負載。

什麽(me) 是電能質量?

20世紀70年代隨著晶閘管和三極管等電力電子設備的出現，發展處理現代控製係統，諸如調光器、電機驅動器等，這些控製係統可顯著提高運行效率和靈活性。弊處是這類負載是非線性的，會(hui) 產(chan) 生非正弦電流。這導致了電力係統中諧波汙染的增加，進而增加係統損耗。在80年代開始普及的計算機和基於(yu) 微處理器的係統設備對於(yu) 電力係統中的擾動更加敏感。負載對於(yu) 擾動的敏感度和發射出的擾動共同構成了電能質量的概念。光伏發電的出現和發展進一步加劇了高頻擾動的問題。

1: 電能質量是電網和其中負載順暢運行的重要因素

電能質量分析儀(yi) 標準化

與(yu) 其它電磁兼容問題一樣，必須限製設備電能質量擾動的產(chan) 生，同時必須降低與(yu) 電力係統相連的設備對於(yu) 擾動的敏感度。圖2說明了電磁兼容性的基本原則。

2: 電磁兼容原則: 限製電能質量擾動發射的同時降低連接到電力係統中設備的敏感度

對於(yu) 每種類型擾動的發射和抵抗能力設定限值，從(cong) 而建立兼容性水平評價(jia) 體(ti) 係。兼容性水平需要基於(yu) 經濟性和技術兩(liang) 方麵權衡考慮。為(wei) 了實現標準化，電能質量是對DC~9KHz這一低頻範圍擾動的描述，頻率範圍計劃延申到150KHz範圍。IEC 委員會(hui) SC 77A負責這類標準的製定。

除了設定擾動發射和敏感度(抗擾性)的限值外，對於(yu) 這些擾動的測量方法也必須標準化。在90年代後期之前，一些擾動的測量沒有標準化的方法。這導致使用不同製造商生產(chan) 的設備測量出的結果不一致。現在，一係列標準在電能質量的測量中被普遍采用，大部分電能質量分析儀(yi) 都符合這些標準。

然而，測量方式的高度標準化並沒有實現不同電能質量分析儀(yi) 的測量結果高度一致。在某些情況下，基於(yu) 上述測量標準的不同儀(yi) 器並沒有產(chan) 生可比較的結果。這就要求製定額外的標準來定義(yi) 儀(yi) 器級別，並對這些儀(yi) 器的測量方法進行標準化。

電能質量分析儀(yi) 相關(guan) 的標準是：

■ IEC 61000-4-30:

Testing and measurement techniques Power quality measurement methods

該標準定義(yi) 了電能質量分析儀(yi) 該如何進行上述各種擾動的測量。定義(yi) 了兩(liang) 個(ge) 級別的電能質量分析儀(yi) : A 和S。前者適用於(yu) 需要連續測量或需要使用兩(liang) 台及以上儀(yi) 器進行同步測量的情況，例如電力訴訟。後者對於(yu) 信號數據處理的要求較低，適用於(yu) 電能質量評估和調查。

■ IEC 61000-4-15:

Testing and measurement techniques

Flickermeter – Functional and design specifications

該標準定義(yi) 了如何測量閃變。閃變或許是電能質量測量中複雜的，它是基於(yu) 這樣一個(ge) 模型，將60W的白熾燈置於(yu) 電壓波動中，燈光照度的變化引起的人眼主觀視覺的變化。

■ IEC 61000-4-7:

Testing and measurement techniques

General guide on harmonics and interharmonics mea- surements and instrumentation, for power supply sys- tems and equipment connected thereto

該標準定義(yi) 了電力係統中諧波的測量方法。該方法基於(yu) FFT分析，並對相鄰諧波子值進行grouping，以降低數值波動帶來的影響。該方法也用於(yu) 簡諧波的測量。

■ EN 50160:

Voltage characteristics of public distribution systems

該標準規定了低壓、中壓、高壓網絡中可接受的各類電能質量擾動限值。實際值是根據上述三種標準測量而得。該標準適用於(yu) 整個(ge) 歐洲，且在訴訟中常被引用。

IEC 62586-1: Power quality measurement in power supply sys- tems – Part 1: Power quality instruments

IEC 62586-2: Power quality measurement in power supply sys- tems – Part 2: Functional tests and uncertainty requirements

正是基於(yu) 這兩(liang) 個(ge) 標準，METAS執行對電能質量分析儀(yi) 的認證。

METAS 電能質量相關(guan) 設施設備

為(wei) 了進行測試、校驗和認證，首先必須要有單相/三相電壓和電流波形發生器，並且可以添加各種電能質量擾動。此外，信號源必須能夠生成IEC 62586-2標準要求的各種測試模式。並且，所有產(chan) 生的信號必須可以溯源到SI。測試係統必須采集和存儲(chu) 電能質量分析儀(yi) 產(chan) 生的大量數據。實際上，這些儀(yi) 器以不同的時間間隔，即10個(ge) 周期、150個(ge) 周期、10分鍾和2小時，以無間隙的方式連續測量擾動。並且，對每一相(電壓和電流)都要進行測量。由於(yu) 當前沒有標準來定義(yi) 這些數據的格式，以此必須為(wei) 每個(ge) 儀(yi) 器編製特定的數據讀出表。為(wei) 了產(chan) 生波形，三相校準源Fluke 6105A與(yu) METAS開發的相量測量單元(PMU)校準源一起使用。前者主要用於(yu) 與(yu) 時間沒有已知關(guan) 係的信號，而後者用於(yu) UTC同步波形和無法用Fluke校準源生成的測試信號。雖然測試標準並沒有嚴(yan) 格要求，但是一些幹擾對UTC的同步極大地有助於(yu) 了諸如跌落之類事件的測試。

與(yu) 普通功率測量相反，電能質量測量不是與(yu) 參考儀(yi) 器進行比較，而是與(yu) 參數已被表征的信號進行比較。6105A校準源的可追溯性是在另一個(ge) METAS項目的框架內(nei) 建立的。6105A校準儀(yi) 的校準工作非常容易，它提供了一個(ge) 時鍾，其頻率是基頻的整數倍。這使得使用3458A萬(wan) 用表對波形進行同步采樣變得可行。針對每個(ge) 擾動，用特定的算法對采樣值進行處理。圖5顯示了Fluke校準器的校準設置。

3: 為(wei) 了產(chan) 生波形，三相校準源Fluke 6105A與(yu) METAS開發的相量測量單元(PMU)校準源聯合使用

5: 電能質量測量不是與(yu) 參考儀(yi) 器進行比較，而是與(yu) 參數已被表征的信號進行比較

電能質量分析儀(yi) 認證流程

圖6顯示的是Camille Bauer製造的型號為(wei) PQ3000的三相(電壓和電流)電能質量分析儀(yi) ，它適用於(yu) 50Hz和60Hz係統。該儀(yi) 器是IEC 61000-4-30標準規定的*電能質量分析儀(yi) 。當數據通過以太網導出時，可以通過web瀏覽器直接查看數據和波形。為(wei) 了數據讀取並將之保存到文件中，開發了一種特殊的讀出軟件，該軟件可以同時讀出兩(liang) 個(ge) 儀(yi) 器的數值。圖7顯示了完整的測試設置。

 6: Camille Bauer PQ3000: 三相(電壓和電流) 電能質量分析儀(yi) ，適用於(yu) 50Hz 和 60Hz電力係統

7: 依據IEC 62586-2標準，對電能質量分析儀(yi) 的認證必須通過150多個(ge) 單獨的測試

PQ3000在230V/50Hz和120V/60Hz下均按標準IEC 62586-2進行了認證測試。這意味著對於(yu) 每一相電壓和電流進行了超過150項獨立的測試。隻有所有測試都成功通過，才會(hui) 發出標準符合性證書(shu) 。第三方獨立認證是電能質量分析儀(yi) 用戶的十項要求之一。

隨著該項目的完成，METAS已經成為(wei) 少數幾個(ge) 能夠*認證電能質量分析儀(yi) 的實驗室之一。未來的計劃包括認證過程的*自動化，這與(yu) 幾年前完成的計費表的中間認證的自動化類似。這與(yu) 實驗室電能和功率的戰略相一致，發展新的測量專(zhuan) 業(ye) 知識，並將其轉化為(wei) 具有成本效益的服務

高質量的電能對於(yu) 設備和電網平順運作是必須的。電力的擾動是通過電能質量分析儀(yi) 來監測的。METAS完成了其初個(ge) 針對商業(ye) 化電能質量分析儀(yi) 的認證，這是一款由瑞士Camille Bauer公司開發的設備：電能質量分析儀(yi) LINAX PQ3000。。這項新服務是建立在過去這些年發展起來的對於(yu) 複雜信號的生發、抓取和分析的專(zhuan) 業(ye) 知識基礎上的。