大家都知道数字经济的关键是算力，算力的关键是数据中心，那数据中心的基石又是什么？答案是“电”。不管人工智能也好，数字经济也罢，都离不开电。我们很多人都关心“空气质量、食品质量”，但是我们都忽略了，其实电也是有质量之分的。

一、电能质量问题的定义

  电能质量包括电压质量、电流质量、供电质量、用电质量。IEEE第22标准委员会定义了如下相关电能质量问题：

 电压跌落：电压或电流的有效值减少到额定值的0.1-0.9，持续时间为0．5个周期至1分钟，系统频率仍为标称值。

 电压中断：在一定的时间范围内线路单相或多相失去电压(低于额定值的0．1)。 按持续时间长短，分为瞬时断电（0．5周期至3秒）、暂时断电（3秒至60秒）和持续断电（大于60秒）。

 谐波和间谐波：频率为电源基波频率整数倍的正弦电压或电流称为谐波，含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流则为间谐波。谐波是电力系统和电力负荷设备的非线性特性造成的。问谐波主要是由感应电机、静止变频器、周波变频器和电弧设备产生的。间谐波会使照明装置引发视觉闪变。

 电压波动(闪变)：电压波动是电压幅值在正常的变化范围内(额定值的 90％-110％)有规律或随机的变化，电压波动会产生6—14Hz左右的照明闪烁，此种现象称为闪变。电压波动和闪变主要由工业负荷造成的，如电焊接机、轧钢厂以及电弧炉等。闪变是人们对照明波动的主观感受，是衡量电压波动时对用电设备的影响的一个重要而有效的指标。

 除此之外，还有其余的电能质量问题，比如电压不对称，三相不平衡，过电压、欠电压等。

  二、电能质量问题的危害 

电能质量的下降不仅会影响供电系统的正常安全供电，同时也会给用电系统带来各种各样的危害，直接影响着人身安全和经济效率，因此电能质量问题有着较严重的后果，具体表现在：

 1、电压的波动和闪变

 会造成用电设备工作不稳定，由于电压发生波动，使电压幅值超出容许范围。另外由于电弧炉炼钢运行时造成的电压波动，将会使旋转电机产生附加损耗，会降低电机的工作效率和寿命。

 2、电压的短时中断

 典型的瞬态电压偏差，通常是由于雷电、强风等外界环境影响引起的，也有可能是内部设备或控制装置误动作。基于计算机、微处理器控制的各种精密仪器和设备的大量使用，对供电质量的敏感程度不断增加。IBM公司的市场调查表明，48．5％的计算机数据丢失是由于电能质量引起的。

 3、谐波的危害

（1）谐波增加了公用电网的附加输电损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率；

 （2）谐波会使电气仪表的测量结果不正确；

 （3）谐波会影响甚至严重影响用电设备的正常工作，比如谐波对电机产生附加转矩，导致不希望的机械震动、噪声，还会引入附加铜损、铁损，以及过电压，导致局部过热，绝缘老化，缩短设备使用寿命；

（4）谐波会导致继电保护和自动装置等保护设备的误动作；

 （5）谐波会对邻近的通信系统造成明显的干扰，降低通信质量。当谐波频率与系统的固有频率相等时，会产生并联谐振，使谐波放大几倍，甚至几十倍。

4、无功功率

 无功功率主要是降低了发电设备和输电设备的使用效率，增加了设备的容量，同时设备及线路损耗也会增加。无功功率还会使线路和变压器的电压降增大。如果是冲击性无功负载，还会使电网电压产生剧烈波动，严重影响供电质量。典型的现象有时钟自动复位，计算机死机，可编程控制器工作异常，通信系统工作不正常，中线过热电容器，过热损坏电机，损耗增大出力降低，仪表计量不准，继电保护和自动装置误动作，设备绝缘老化，加速线损和变压器损耗。

 5、三相不平衡

（1）使旋转电机产生附加发热和振动，对安全运行和正常出力有很大的影响：

 （2）使半导体变流设备产生附加的谐波电流(非特征谐波)；

 （3）引起以负序分量为启动组件的多种保护发生误动作(特别是当电网中同时存在谐波时)，会对电力系统的安全运行产生严重威胁；

 （4）在低压配电线路中，会影响计算机正常工作，引起照明电灯寿命缩短（电压过高）或照度不足（电压过低）以及电视机的损坏等；

 （5）三相不平衡同样会使电网损耗增加；对于通信设备，会增大对其的干扰，影响正常通信质量。

  三、如何提升电能质量

1、谐波治理

治理谐波可分为预防和补救两方面：预防性治理是指在设备的制造和设计过程中充分考虑到其对电网的谐波注入效应，采取措施最大限度的减少谐波的产生。补救性治理是指设备投入运行后安装附加的谐波治理设备来抵消减少系统中已有的谐波。

预防谐波方法：

（1）采用多脉波数的整流器

利用变压器绕组的不同接线方式形成的多脉波数整流器，可通过相位抵消或者相位多重化来减少谐波的产生

（2）改变变压器的连接方式

将绕组三角型连接可以阻断零序3次谐波

（3）采取减少谐波磁势的旋转电机设计

改善磁极的急靴外型或励磁绕组的分布范围、采用Y型接线方式消除电动势中的3次谐波、采用短距绕组和分布绕组来削弱谐波电势。

谐波补救性方法：

（1）无源滤波器PPF

由电容器和电抗器串联构成，并将参赛设定为对某个特定频率形成谐振，将其并联在非线性负荷接入电网的位置来吸收其产生的谐波

（2）有源滤波器APF

其结构相对复杂，主要包括控制部分和逆变器，理论上可以针对任意频率范围内的谐波进行补偿，而不仅仅是对某一特定频率的谐波，并彻底恢复工频的正弦波形，但价格昂贵。

 （3）混合型有源滤波器HAPF，是PPF 和APF的结合，有相当有价值的使用方案，不仅具有APF高效的补偿能力，又有相同容量下APF无法比拟的价格优势。

2、电压波动与闪变的治理

电压的波动和闪变主要由冲击性负荷产生，抛开设备的性能方面，我们可以从提高电网供电能力和安装补偿设备来的控制电压波动和闪变。

提高供电能力措施

（1）提高供电电压等级

（2）架设特殊大型负荷群的专用线路

（3）在敏感负荷附近采用分散发电技术

安装补偿设备

 （1）静止无功补偿器SVC。

其中较为简单的有晶闸管投切电容器，用晶闸管组成无触点的电力电子开关快速投切电容器组，来实现容性无功功率的调节。其关键技术是在电容器电流过零时的瞬间切除

（2）静止无功发生器SVG。

静止无功发生器具有连续调节，调节范围大、响应速度快、控制精度高、运行可靠等优点，是目前性能最好的动态无功补偿装置。

SVG是指由自换相的电力电子桥式整流器来进行动态无功补偿的装置，具有自整流充电能力，SVG实际上是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，形成可以产生超前相位或者滞后相位电流的逆变器。

与TCR型SVC装置不同的是SVG的电压调节范围不受电网参考电压的影响，效应速度快。

3、电压中断和骤降的补救措施

短时间的电压中断可通过不间断电源UPS来给负荷供电，UPS需要储能装置，通常采用蓄电池。在电压中断时，UPS可提供几十分钟到几小时不等的不间断供电，其时间长短由电池容量大小决定。UPS的成本较高，通常只在容量不大的重要负荷上使用。

当系统发生电压骤降故障时，电压迅速跌落，此时需要反映速度极快的补偿装置。动态电压调节器DVR能在毫秒级内将电压跌落补偿至正常值，保证负荷不受电压跌落的影响。