電能質量對設備和電網的平穩運行至關重要。用電能質量分析儀監測電能質量干擾。METAS公司最近完成了 其在瑞士開發的首個商業電能質量分析儀的認證，該電能質量分析儀由Camille Bauer AG公司開發。這項新的服務是建立在過去幾年發展起來的對復雜信號的產生、采集和分析的專業知識之上的。

自從托馬斯.愛迪生和尼古拉.特斯拉持久的辯論以來，電能一直以交流電的形式輸送。在這種系統中，電壓和電流波形是正弦的，頻率為50Hz或60Hz。這種波形的選擇源于使用感應發電機產生電力。電流也是正弦的，因為大多數情況是傳統的負載，如燈、加熱設備和電機，都是準線性負載。

什么是電能質量?

1：電能質量是影響電網及其負荷正常運行的重要因素。

70年代電力電子器件如晶閘管的出現，導致了現代控制系統的發展，如調光器、電機驅動等，在效率和靈活性方面 都有了顯著的提高。缺點是這些負載是非線性的，消耗的是非正弦電流。這導致電力系統中諧波污染的不斷增加， 增加了系統損耗。在20世紀80年代，計算機和基于微處理 器的系統的激增使得現代負載對電力系統中存在的擾動更 加敏感。負荷靈敏度和擾動發射同時增加的問題催生 了“電能質量”這一術語。光伏發電的普及進一步加劇了高頻擾動的產生問題。

2：電磁兼容原理：必須限制電能質量擾動的發射，同時必須降低與電力系統相連的設備的敏感度。

電能質量標準化

與其他電磁兼容問題一樣，必須限制電能質量干擾的發射，同時必須降低與電力系統相連的設備的敏感度。圖2 說明了電磁兼容性的基本原理。 該原理依賴于為每種類型的干擾建立一個用于協調發射和抗擾度限值的兼容級別。兼容性級別基于經濟和技術權衡。為了標準化的目的，電能質量被視為直流電（DC）至 9kHz范圍內的低頻干擾，并計劃將此范圍擴展至 150kHz。IEC委員會SC 7AA負責各種標準。 除了設置發射和敏感度限值外，還必須對各種干擾的測量 方法進行標準化。在90年代末之前，一些干擾沒有標準化 的測量方法。這導致在比較使用不同制造商的儀器進行的測量時出現分歧。如今，一套標準通常被用來測量電能質量擾動，大多數電能質量分析儀都符合這些標準。 然而，測量方法的標準化并沒有導致電能質量分析儀的統一標準化實施。在某些情況下，基于上述標準的不同工具沒 有產生可比的結果。這迫使我們制定了額外的標準來定義電能質量分析儀器的類別和標準化的測試方法。

電力系統中存在的主要電能質量干擾有：

供電電壓變化 電力系統的每個部分設定一個標稱電壓值。然而，由于線路阻抗和負載波動引起的電壓降，實際供電電壓不斷變化。

電力系統頻率變化 當電力系統的額定頻率設定為標稱值時，實際頻率圍繞該值波動， 反映了發電和能耗之間的瞬時失配。

閃變 電力系統中的電壓波動可以影響燈的亮度。這種光線的波動會造 成視覺不穩定的印象。

電壓驟降 電壓幅度暫時降低到規定的閾值以下，持續半個周期到6 0 秒。

電壓驟升 電壓幅度暫時性增加超過規定閾值并持續半個周期到60秒。

電壓中斷 電源中斷持續半秒到三分鐘。它們可能導致關閉或損壞敏感設備或系統。

三相不平衡 在三相系統中，當每個相位的有效電壓和/或相位之間的相位角不相等時發生。它們會使電動機產生反向轉矩。

諧波 頻率為基頻整數倍的電壓或電流的分量。

間諧波 頻率不是基頻整數倍的電壓或電流分量。

電力線發信 電力線發信用于更改配電網中使用的電表的費率。頻率設置在50 赫茲到 60 赫茲之間，通常設置在基頻的兩個諧波之間。電源信號可以刺激配電網中存在的諧振。

快速電壓變化 快速電壓變化通常發生在大負載連接到電力系統或變壓器抽頭變化期間。電壓的快速變化會導致照明設備的可見變化。

電能質量相關的標準是：

IEC 61000-4-30:

測試和測量技術——電能質量測量方法

本標準規定了電能質量分析儀應如何測量先前描述的 各種電能質量擾動。它定義了兩類儀器：A和S。前 者用于需要測量連續性或需要兩個或多個儀器進行時 間同步測量時，例如在訴訟情況下。后者在處理方面 要求較低，用于調查或電能質量評估。

IEC 61000-4-15:

測試和測量技術——閃變測量裝置的功能和設計規范

本標準規定了如何測量閃變。閃變可能是復雜的電能質量測量，因為它基于一個模型，該模型包括60w 白熾燈在電壓波動下的行為、人眼的帶通響應以及人 眼對光調制的視覺靈敏度的Rashbass模型。

IEC 61000-4-7:

測試和測量技術——供電系統及其連接設備的諧波和間諧波測量和儀表的一般指南

本標準規定了電力系統諧波的測量。該方法基于FFT 分析，但對相鄰的取樣使用分組方法，以最小化震級波動的影響。該方法也被用于最小化諧波測量中的泄漏效應。 

EN 50160: 公用配電系統電壓特性

 本標準規定了低、中、高壓電網電能質量擾動的可接受限值。實際值用前三個標準中描述的方法測量。本標準在整個歐洲使用，通常在訴訟中提及。

這就需要對這些產品進行認證。以下標準現用于電能質量 分析儀的認證：

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

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

正是通過這兩個標準，METAS進行了電能分析的認證。符合這些要求可確保符合電能質量測量標準。

METAS電能質量認證基礎設施

為了測試、校準或認證電能質量分析儀，必須能夠產生單 相或三相電壓和電流波形，其中可以添加各種電能質量擾 動。此外，電源必須能夠產生標準IEC 62586-2要求的各種 測試模式。此外，所有生成的信號必須可追蹤到SI。測試 系統必須采集和存儲電能質量分析儀產生的大量數據。實際上，這些儀器在不同的時間間隔，即超過10個周 期、150個周期、10分鐘和2小時，以無間隙的方式連續測量電能質量干擾。更重要的是，所有這些測量都是在所有相位（電壓和電流）上進行的。由于目前沒有標準規定這些數據的格式，因此必須為每個特定儀器定制數據讀出裝置。為了產生波形，使用三相校準儀與METAS開發的相量測量單元 （PMU）校準儀一起使用。前者主要用于與時間沒有已知關系的信號，而后者則用于UTC同步波形和不能用校準器產生的測試信號。

與普通功率測量相反，電能質量測量不是與參考儀器進行比較，而是與參數已確定的信號進行比較。校準器的可追 溯性是在另一個METAS項目的框架內建立的。校準器的校準通過提供頻率是基頻整數倍的時鐘而大大方便。這允許 用萬用表同步采樣波形。對于每一個干擾，樣本都由一個 特定的算法進行處理。圖5顯示了校準器的校準設置。

3:對于波形生成，三相校準器與由METAS開發的相量測量單元 （PMU）校準器一起使用。

4：電能質量測量值不與參考儀器進行比較，而是與參數已被表征的信號進行比較。

PQ電能質量認證流程

5：Camille Bauer PQ3000: 三相（電壓和電流）電能質量分析儀 50赫茲和60赫茲系統。

圖5顯示了 Camille Bauer PQ3000三相（電壓和電流）電能質量分析儀。儀器設計用于50赫茲和60赫茲系統。該儀器是一個a級電能質量分析儀，符合標準IEC 61000-4-30的規定。當數據通過以太網端口導出時，可通過網絡瀏覽器直接配置儀器。為了在文件中提取和保存數據，開發了一種特殊的讀出軟件。該軟件允許同時讀取兩臺儀器。圖6顯示 了完整的測試設置。

根據標準IEC 62586-2對PQ3000進行了230V/50HZ和 120V/60HZ的測試。這表示一套150多個獨立的測試，必須 應用于所有階段。所有測試成功通過后，將頒發合格證書。電能質量分析儀的用戶往往需要獨立認證。

隨著該項目的完成，METAS已經成為少數能夠完全認證電能質量分析儀的實驗室之一。未來的計劃包括認證過程的 完全自動化。這將類似于幾年前完成的收入表中級認證的 自動化。這與實驗室開發新的測量專業知識并將其轉化為 具有成本效益的服務的電能和電力戰略是一致的。

6：根據標準IEC 62586-2，電能質量分析儀的認證必須通過150多項單獨的試驗。

METAS為電能質量分析儀提供的服務包括：