【導讀】隨(sui)著(zhe)工(gong)業(ye)環(huan)境(jing)中(zhong)各(ge)種(zhong)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)聯(lian)程(cheng)度(du)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，以(yi)及(ji)物(wu)聯(lian)網(wang)部(bu)署(shu)的(de)加(jia)速(su)，來(lai)自(zi)分(fen)布(bu)式(shi)設(she)備(bei)的(de)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)信(xin)息(xi)將(jiang)以(yi)新(xin)的(de)方(fang)式(shi)加(jia)以(yi)收(shou)集(ji)和(he)利(li)用(yong)。例(li)如(ru)，利(li)益(yi)相(xiang)關(guan)方(fang)可(ke)以(yi)分(fen)析(xi)曆(li)史(shi)趨(qu)勢(shi)，實(shi)現(xian)對(dui)緊(jin)急(ji)問(wen)題(ti)的(de)及(ji)早(zao)檢(jian)測(ce)。在(zai)一(yi)個(ge)網(wang)絡(luo)之(zhi)內(nei)
，利(li)用(yong)多(duo)個(ge)節(jie)點(dian)的(de)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)可(ke)以(yi)識(shi)別(bie)並(bing)隔(ge)離(li)擾(rao)動(dong)。機(ji)器(qi)診(zhen)斷(duan)的(de)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)、預防性維護和問題負載的隔離，均是減少工藝中斷、提高設備壽命和增加正常運行時間的新途徑。

簡介

根據電力研究院 (EPRI) 最近發布的研究報告，由於電力問題，包括電源波動和電壓擾動，美國大型工業設施每年損失超過1000億(yi)美(mei)元(yuan)。家(jia)裏(li)的(de)電(dian)燈(deng)閃(shan)爍(shuo)不(bu)定(ding)會(hui)令(ling)人(ren)煩(fan)惱(nao)。而(er)在(zai)工(gong)廠(chang)裏(li)，電(dian)力(li)不(bu)穩(wen)定(ding)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)昂(ang)貴(gui)的(de)設(she)備(bei)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)，甚(shen)至(zhi)過(guo)早(zao)報(bao)廢(fei)。細(xi)微(wei)的(de)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)事(shi)件(jian)常(chang)常(chang)越(yue)過(guo)傳(chuan)統(tong)保(bao)護(hu)網(wang)絡(luo)而(er)不(bu)被(bei)察(cha)覺(jiao)，造(zao)成(cheng)設(she)備(bei)性(xing)能(neng)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)推(tui)移(yi)而(er)降(jiang)低(di)。此(ci)外(wai)，許(xu)多(duo)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)擾(rao)動(dong)的(de)來(lai)源(yuan)是(shi)多(duo)個(ge)負(fu)載(zai)連(lian)接(jie)到(dao)同(tong)一(yi)網(wang)絡(luo)
，引(yin)起(qi)擾(rao)動(dong)穿(chuan)越(yue)鄰(lin)近(jin)設(she)施(shi)和(he)建(jian)築(zhu)物(wu)。為(wei)了(le)克(ke)服(fu)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)挑(tiao)戰(zhan)
，有(you)必(bi)要(yao)監(jian)控(kong)輸(shu)入(ru)以(yi)及(ji)負(fu)載(zai)產(chan)生(sheng)的(de)擾(rao)動(dong)。電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)監(jian)控(kong)可(ke)為(wei)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)適(shi)當(dang)的(de)保(bao)護(hu)
，並(bing)且(qie)幫(bang)助(zhu)確(que)定(ding)合(he)適(shi)的(de)管(guan)控(kong)技(ji)術(shu)來(lai)提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)。

如果利益相關方充分利用這些技術，其昂貴的基礎設施將受益於幹淨的電源並獲得更長的使用壽命。

電源質量指的是提供給用電客戶的電力的各種變化情況，涉及接線問題、接地問題、開關瞬變

、fuzaibianhuahexieboshengcheng。mouxieqingkuangxia

，dianyuanzhiliangzaogaodezhuangkuangkenengweibeifaxian，danshihuisunhaiangguideshebei。zaiouzhou，dianwangyunyingshangtigongdedianlizhiliangyouguojiadianwangguifanheouzhoubiaozhun(EN 50160) 中規定的基準參數來定義。當電源電壓失真時，設備獲得的是非正弦電流，這可能引發過熱、故gu障zhang和he過guo早zao老lao化hua等deng技ji術shu問wen題ti。非fei正zheng弦xian電dian流liu還hai會hui在zai變bian壓ya器qi和he饋kui線xian電dian纜lan等deng網wang絡luo設she備bei上shang引yin起qi熱re和he絕jue緣yuan應ying力li。電dian源yuan質zhi量liang不bu良liang會hui導dao致zhi設she備bei停ting機ji
，維wei修xiu作zuo業ye增zeng加jia，使shi用yong壽shou命ming縮suo短duan，最zui終zhong產chan生sheng經jing濟ji損sun失shi。本ben文wen將jiang從cong工gong業ye設she備bei的de視shi角jiao分fen析xi電dian源yuan質zhi量liang不bu良liang的de影ying響xiang，並bing說shuo明ming如ru何he使shi機ji器qi保bao持chi較jiao佳jia運yun行xing狀zhuang態tai。

圖1. 電源質量問題的不同原因：a) 美國；b) 歐洲。

電源質量擾動源於何處？

圖1a是電力研究院在全美24家電廠針對配電質量展開的研究總結。大部分(85%)電源質量事故源於電源突降或突升


、諧波和接線以 及接 地問題。圖1b顯示了歐洲電源質量調研的結果。據估計

，在歐 盟25個國家中，電源質量問題造成的經濟損失每年超過1560億美元（1500億歐元）。zaigongyehuanjingzhong，qidonghetingzhizhongfuzaikenengdaozhidianyatujianghetusheng，shiwangluodianyachaochubiaozhungongzuotiaojian。dabufenshebeidoushishejiweizaiyidinggongzuotiaojianyineigongzuo，jiaochangshijiandedianyatujianghetushenghuiyinqitingjihegongyizhongduan。zaidangjinshangyeqihouxia，xuduogongsidouzaikaolvanzhuanghuoyijinganzhuangbendichanshengdezaishengnengyuan，lirutaiyangnenghefenglifadian。henduoqingkuangxia，fenbushidianlilaiyuanshidedianqisheshixuyaokaiguanmoshidianyuan。suizhedianlidianzihekaiguandianyuanshiyongdezengjia，xiebojiangchengweigongyeshebeigengchangjiandedianyuanzhiliangwentilaiyuan。cileidianyuankejiangxiebozhurudianxianbingjiangdidianyuanzhiliang，congeryingxiangrenhelianjiedaogongdianwangluodedongxi，baokuobianyaqihedianlan。dangwangluozujianguozaishi
，shebeiguanlizhechangchangkeguancedaodaxiebodianliudeyingxiang。mouxieqingkuangxia，wangluozujiandezongsunhaozengjia0.1%至0.5%便可能觸發保護器件。導致電源質量不良的其他一些因素包括：各相差分負載、接線和接地方案不當、負載相互作用、EMI/EMC和大無功網絡的切換。

圖2. 不同失真效應下網絡電流和電壓的可視化。

電源質量標準

為了應對並管理電源質量
，必須找到可靠的監控和報告方法。行業製定的一些重要標準有IEC 61000-4-30 A類和S類、IEC61000-4-7諧波測量和針對閃變的IEC61000-4-15。大(da)多(duo)數(shu)電(dian)力(li)公(gong)司(si)已(yi)采(cai)納(na)這(zhe)些(xie)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)標(biao)準(zhun)來(lai)製(zhi)定(ding)和(he)實(shi)施(shi)規(gui)章(zhang)製(zhi)度(du)。某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，如(ru)果(guo)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)標(biao)準(zhun)不(bu)符(fu)合(he)規(gui)範(fan)，電(dian)力(li)公(gong)司(si)可(ke)能(neng)會(hui)懲(cheng)罰(fa)客(ke)戶(hu)。工(gong)業(ye)標(biao)準(zhun)不(bu)僅(jin)就(jiu)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)建(jian)立(li)共(gong)識(shi)
，而(er)且(qie)讓(rang)用(yong)戶(hu)確(que)信(xin)他(ta)們(men)有(you)精(jing)確(que)的(de)數(shu)據(ju)來(lai)解(jie)決(jue)相(xiang)關(guan)問(wen)題(ti)。在(zai)電(dian)力(li)網(wang)絡(luo)中(zhong)
，電(dian)壓(ya)突(tu)降(jiang)
、突升、閃變、標稱額定值變化和諧波所致失真，全都包含關於網絡健康狀況的重要信息。高測量精度是提供可靠且可重複結果的關鍵。

應用電源質量監控以改善電網和機器狀態

利(li)用(yong)現(xian)代(dai)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)器(qi)件(jian)提(ti)供(gong)的(de)信(xin)息(xi)可(ke)以(yi)標(biao)定(ding)整(zheng)體(ti)係(xi)統(tong)的(de)基(ji)準(zhun)性(xing)能(neng)
，幫(bang)助(zhu)開(kai)展(zhan)預(yu)防(fang)性(xing)維(wei)護(hu)
，監(jian)控(kong)趨(qu)勢(shi)和(he)狀(zhuang)態(tai)，評(ping)估(gu)網(wang)絡(luo)性(xing)能(neng)及(ji)其(qi)對(dui)工(gong)藝(yi)設(she)備(bei)的(de)敏(min)感(gan)性(xing)，減(jian)少(shao)電(dian)費(fei)。可(ke)以(yi)在(zai)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)上(shang)安(an)裝(zhuang)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)監(jian)控(kong)網(wang)絡(luo)，將(jiang)其(qi)原(yuan)始(shi)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)聚(ju)合(he)起(qi)來(lai)便(bian)可(ke)進(jin)行(xing)相(xiang)關(guan)性(xing)分(fen)析(xi)，幫(bang)助(zhu)確(que)定(ding)擾(rao)動(dong)源(yuan)。電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)監(jian)控(kong)器(qi)還(hai)可(ke)以(yi)是(shi)嵌(qian)入(ru)式(shi)設(she)備(bei)設(she)計(ji)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)，實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)和(he)更(geng)精(jing)密(mi)的(de)控(kong)製(zhi)。捕(bu)捉(zhuo)機(ji)器(qi)獨(du)有(you)的(de)電(dian)氣(qi)特(te)征(zheng)可(ke)以(yi)了(le)解(jie)整(zheng)體(ti)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)。從(cong)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)和(he)診(zhen)斷(duan)得(de)出(chu)的(de)結(jie)論(lun)可(ke)以(yi)為(wei)下(xia)一(yi)代(dai)保(bao)護(hu)算(suan)法(fa)和(he)產(chan)品(pin)的(de)設(she)計(ji)提(ti)供(gong)可(ke)靠(kao)的(de)信(xin)息(xi)
，提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)。

如ru果guo設she備bei已yi部bu署shu在zai工gong廠chang環huan境jing中zhong，則ze利li用yong電dian源yuan質zhi量liang曲qu線xian可ke以yi確que定ding較jiao佳jia管guan控kong技ji術shu。例li如ru，印yin度du一yi座zuo工gong業ye設she施shi的de電dian源yuan質zhi量liang曲qu線xian揭jie示shi電dian壓ya和he電dian流liu波bo形xing存cun在zai嚴yan重zhong失shi真zhen。經jing過guo充chong分fen分fen析xi後hou，工gong廠chang中zhong安an裝zhuang了le混hun合he功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng係xi統tong。利li用yong新xin的de校xiao正zheng係xi統tong，功gong率lv因yin數shu從cong–0.5變為+0.9
，THD改善50%。

現代化電源質量分析儀

guoqu
，shejigaojingdudianyuanzhiliangfenxiyixuyaojiaogaodejishunengli，bingqiechangchangshejishiyongfenliqijianhekaifadingzhidianyuanzhiliangceliangsuanfa。xinxingdianyuanzhiliangmoniqianduan (AFE) 集成了低漂移總增益的高性能ADC和DSP內核。分立式設計方法和編寫定製算法意味著複雜度和成本會很高，而集成式AFE消除了這種弊端。

集成AFE計算並提供電源質量參數，例如突降
、突升、均方根、相序誤差和功率因數值。它還從輸入信號獲得線路頻率諧波成分。ADI公司已開發出一款世界領先的電源質量監控前端，稱為ADE9000。它消除了大部分的計算複雜性
，並簡化了實施電源質量監控係統所需的時間和精力。

圖3. 來自電源質量監控器的信息和報告。

圖4. 高集成度、三相電能和電源質量監控IC ADE9000的功能框圖。

圖5. 典型電源質量監控係統信號鏈。

IEC 61000-4-30預先認證的電能質量監測解決方案

zunxundiannengzhiliangbiaozhunbingfeiyishi
，yaoshixianbingbaochiyouhuaxingneng，womenbixujiyucileizhinandefanweifenxiceliangjieguo
，bingquerencanshudeyouxiaoxing。yaoquebaoxingnengdadaoyaoqiudeshuizhun，qingyuedu《電能質量監測第1部分：符合標準的電能質量測量的重要性》，了解此類標準重要的原因、進行標準比較以及在用例中應用標準的方式。

為減少與EMC認證相關的挑戰並加快上市，設計人員可以采用 ADE9000電能質量前端解決方案的S類預認證版本ADE9430
，減少設計電能質量監測儀表所需的工程資源，降低係統設計或架構的認證難度。文章《電能質量監測第2部分：符合標準的電能質量儀表的設計考慮因素》深入介紹如何采用具有適當認證測量的電能質量監測解決方案。多通道同步采樣ADC也可用於支持A類電能質量參數。

大數據分析成為可能
，推動實現更高的能源智能

隨(sui)著(zhe)工(gong)業(ye)環(huan)境(jing)中(zhong)各(ge)種(zhong)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)聯(lian)程(cheng)度(du)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，以(yi)及(ji)物(wu)聯(lian)網(wang)部(bu)署(shu)的(de)加(jia)速(su)，來(lai)自(zi)分(fen)布(bu)式(shi)設(she)備(bei)的(de)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)信(xin)息(xi)將(jiang)以(yi)新(xin)的(de)方(fang)式(shi)加(jia)以(yi)收(shou)集(ji)和(he)利(li)用(yong)。例(li)如(ru)
，利(li)益(yi)相(xiang)關(guan)方(fang)可(ke)以(yi)分(fen)析(xi)曆(li)史(shi)趨(qu)勢(shi)
，實(shi)現(xian)對(dui)緊(jin)急(ji)問(wen)題(ti)的(de)及(ji)早(zao)檢(jian)測(ce)。在(zai)一(yi)個(ge)網(wang)絡(luo)之(zhi)內(nei)，利(li)用(yong)多(duo)個(ge)節(jie)點(dian)的(de)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)可(ke)以(yi)識(shi)別(bie)並(bing)隔(ge)離(li)擾(rao)動(dong)。機(ji)器(qi)診(zhen)斷(duan)的(de)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)、預防性維護和問題負載的隔離，均是減少工藝中斷、提高設備壽命和增加正常運行時間的新途徑。

結語

全球能源總需求預計每年增長約5%。電網連接設備的規模和複雜度將不斷提高

，電源質量擾動隨之增加。現代商業對幹淨
、可靠、永(yong)遠(yuan)在(zai)線(xian)的(de)電(dian)能(neng)的(de)依(yi)賴(lai)性(xing)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)。通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)新(xin)一(yi)代(dai)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)監(jian)控(kong)技(ji)術(shu)，工(gong)業(ye)設(she)備(bei)所(suo)有(you)者(zhe)可(ke)以(yi)預(yu)期(qi)機(ji)器(qi)設(she)備(bei)過(guo)早(zao)失(shi)效(xiao)或(huo)磨(mo)損(sun)的(de)情(qing)況(kuang)會(hui)減(jian)少(shao)，幹(gan)淨(jing)的(de)電(dian)源(yuan)將(jiang)帶(dai)來(lai)巨(ju)大(da)好(hao)處(chu)。

（來源：ADI公司
，作者：Niranjan Chandrappa
，產品應用工程師
，Swarnab Banerjee
，係統工程經理）

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