隨著分布式電源和柔性電力技術(shù)的發(fā)展、智能電網(wǎng)概念的提出，電源特性、電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷類型及其構(gòu)成正在發(fā)生著巨大變化。新能源多處接入主干網(wǎng)和分布式電源接入配電網(wǎng)，使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)由被動(dòng)的受端變?yōu)橛性聪到y(tǒng)，功率由單向轉(zhuǎn)為雙向流動(dòng)。

電力消耗形式的多樣性，使得電力電子技術(shù)廣泛使用，非線性設(shè)備比重增加，系統(tǒng)非線性越發(fā)明顯。單相電源和單相負(fù)荷的增加使得不平衡問(wèn)題更加突出。各類負(fù)荷對(duì)電力品質(zhì)越發(fā)敏感，對(duì)質(zhì)量和可靠性要求進(jìn)一步提高。因此，在新一代電力系統(tǒng)中，電能質(zhì)量面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、評(píng)估與控制顯得尤為重要。

目前，對(duì)電壓質(zhì)量的研究較多，其相關(guān)內(nèi)容無(wú)論是從監(jiān)測(cè)對(duì)象、擾動(dòng)類型，還是從評(píng)估方法上都相對(duì)完善，已形成體系，并逐步標(biāo)準(zhǔn)化，而現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，僅僅關(guān)注電壓質(zhì)量難以滿足對(duì)電能質(zhì)量的評(píng)估與控制要求，原因在于：

1）傳統(tǒng)基于強(qiáng)系統(tǒng)的假設(shè)條件不再普遍滿足，典型電流擾動(dòng)負(fù)荷影響更加突出；而在弱系統(tǒng)中，電流質(zhì)量擾動(dòng)的影響尤為明顯，需要予以關(guān)注。

2）電壓擾動(dòng)對(duì)某一區(qū)域負(fù)荷的影響只需要針對(duì)該區(qū)域的PCC點(diǎn)電壓質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估即可；而對(duì)于電流擾動(dòng)，需要考慮到區(qū)域內(nèi)各個(gè)關(guān)鍵擾動(dòng)源支路，其作用與影響機(jī)理相對(duì)于電壓擾動(dòng)更為復(fù)雜，難以實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)與評(píng)估手段。

3）電能質(zhì)量是由供電電壓質(zhì)量和負(fù)荷汲取的電流質(zhì)量綜合作用的結(jié)果，單獨(dú)考慮電壓質(zhì)量或電流質(zhì)量，并不能反映擾動(dòng)的整體水平，而且難以將系統(tǒng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)的擾動(dòng)水平分離。當(dāng)考慮雙向潮流時(shí)，傳統(tǒng)系統(tǒng)和負(fù)荷的概念還需要重新定義。

4）電流有效做功部分所占比例決定了系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行效率，對(duì)電流質(zhì)量進(jìn)行合理評(píng)估也是電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性分析的前提。

5）對(duì)電力擾動(dòng)源支路或其集總支路上的電流質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)估是電流質(zhì)量治理的前提，有害電流分量的提取是電能質(zhì)量治理裝置控制的基礎(chǔ)。

任何電力擾動(dòng)的產(chǎn)生都需要能量的支撐，其傳播必然表現(xiàn)為擾動(dòng)功率的流動(dòng)。對(duì)電能傳輸效率的評(píng)估，必然要對(duì)電能消耗與計(jì)量進(jìn)行深入分析。

對(duì)電源和負(fù)荷的諧波發(fā)射水平進(jìn)行責(zé)任劃分需對(duì)諧波潮流進(jìn)行分析計(jì)算。因此，電流質(zhì)量評(píng)估依賴于對(duì)電路功率特性的理解與分析，并將電流擾動(dòng)的物理現(xiàn)象與其功率分量相結(jié)合。由此可見(jiàn)，在非正弦和不對(duì)稱條件下的三相或單相電力系統(tǒng)中，電流質(zhì)量的評(píng)估需要以科學(xué)合理的功率理論為基礎(chǔ)。

選擇適合于電流質(zhì)量評(píng)估的功率理論需要從以下角度全面觀察：

1）使用條件。所選擇的功率理論應(yīng)對(duì)單相系統(tǒng)和三相系統(tǒng)、正弦和非正弦等電路條件同時(shí)適用。

2）能準(zhǔn)確描述電流的質(zhì)量特性。所定義的功率分量能夠與電力擾動(dòng)物理現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)，而并不僅僅是數(shù)學(xué)上的描述。

3）定義方式。所定義的功率分量中應(yīng)有電流分量一一對(duì)應(yīng)。

4）具有應(yīng)用可操作性。所定義的功率或電流分量應(yīng)能易于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，并為電流質(zhì)量治理措施提供關(guān)鍵的信息。

文獻(xiàn)[20-21]對(duì)代表性功率理論作了詳細(xì)論述，其中，F(xiàn)BD理論、電流物理分量（Current Physical Components, CPC）理論、IEEE1459定義能夠全面描述電能質(zhì)量現(xiàn)象，且基本適用于各種條件。然而，IEEE1459并未定義相關(guān)的電流分量，不利于評(píng)估指標(biāo)的建立；CPC理論是在FBD理論基礎(chǔ)上的改進(jìn)方法，對(duì)應(yīng)不同的物理現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電流的正交分解，能夠很好地對(duì)各電流物理現(xiàn)象進(jìn)行描述，但CPC理論只適用于電壓對(duì)稱的情況，同時(shí)需要對(duì)電壓和電流各頻次下的各分量進(jìn)行逐一分解，計(jì)算量大，實(shí)際應(yīng)用困難。

據(jù)此，本文在原有CPC理論的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的電流物理分量理論。該方法適用于各種系統(tǒng)條件，并能夠全面地針對(duì)電流做功效率、不平衡及諧波等物理現(xiàn)象進(jìn)行量化。

圖1 基于時(shí)序化監(jiān)測(cè)的電流質(zhì)量評(píng)估框架及流程

圖2 物理實(shí)驗(yàn)原理

結(jié)論

本文首先分析了電流質(zhì)量評(píng)估的關(guān)鍵問(wèn)題與理論基礎(chǔ)問(wèn)題，然后在CPC理論基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)踐需求，對(duì)電流物理分量分解進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了一種全面的電流質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)及方法。結(jié)論如下：

1）改進(jìn)的以基波為主導(dǎo)的電流物理分量分解適用于電源和/或負(fù)荷存在畸變/不對(duì)稱情況，且計(jì)算簡(jiǎn)單，在電力擾動(dòng)的評(píng)估中，突出了關(guān)鍵信息量。

2）由于各電流物理分量滿足正交關(guān)系，因此其余電流既可進(jìn)行集總有源補(bǔ)償，又可挑選關(guān)注分量進(jìn)行補(bǔ)償，為裝置參數(shù)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

3）電流質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)包括技術(shù)限制性指標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。前者可對(duì)應(yīng)電壓質(zhì)量的限值約束，評(píng)估諧波/間諧波電流、三相不平衡負(fù)序電流等電流質(zhì)量擾動(dòng)；后者能夠從運(yùn)行效率、基波無(wú)功容占比和基波零序電流占有率指標(biāo)來(lái)衡量系統(tǒng)或設(shè)備的運(yùn)行效率和容量利用率。

4）基于功率潮流方向提出的電源主導(dǎo)或負(fù)荷主導(dǎo)的諧波電流分量、基波負(fù)序電流分量及其技術(shù)限制性指標(biāo)，諧波電流損耗分責(zé)比和不平衡電流損耗分責(zé)比等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)從不同角度區(qū)分各擾動(dòng)的主導(dǎo)責(zé)任。

物理實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用案例驗(yàn)證了所提出方法的可行性和有效性，本研究豐富了現(xiàn)代電能質(zhì)量評(píng)估體系。當(dāng)然，準(zhǔn)確的相位測(cè)量是基于功率潮流方向判斷主導(dǎo)責(zé)任的基礎(chǔ)，在電源與負(fù)荷同時(shí)存在畸變或不對(duì)稱時(shí)，主導(dǎo)電流分量還不能實(shí)現(xiàn)具體的責(zé)任分?jǐn)偅罄m(xù)有必要進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究。