第十章电能质量的提高

1、 第十章第十章 电能质量的提高电能质量的提高第一节第一节 概述概述第二节第二节 电压偏差及其调节电压偏差及其调节 （重点）第三节第三节 电压波动和闪变及其抑制电压波动和闪变及其抑制 （难点）第四节第四节 高次谐波及其抑制高次谐波及其抑制第五节第五节 供电系统的三相不平衡供电系统的三相不平衡第一节第一节 概述概述 一、衡量电能质量的指标及标准一、衡量电能质量的指标及标准 自自1990年以来，我国相继发布的五项电能质量国家标准：年以来，我国相继发布的五项电能质量国家标准： gb12325-1990电能质量电能质量 供电电压允许偏差供电电压允许偏差 gb12326-2000电能质量电能质量 电压波动

2、和闪变电压波动和闪变 gb/t14549-1993电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波 gb/t15543- 1995电能质量电能质量 三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度 gb/t15945-1995电能质量电能质量 电力系统频率容许偏差电力系统频率容许偏差 电能质量的问题有五个比较大的方面：电能质量的问题有五个比较大的方面：频率频率、电压偏差电压偏差、电压波动电压波动、高次谐波高次谐波和和三相不平衡三相不平衡（三相系统）（三相系统） 除此之外还包括供电可靠性、操作容易、维护费用低和能除此之外还包括供电可靠性、操作容易、维护费用低和能源使用合理等。源使用合理等。二、电力系统的频率调

3、整二、电力系统的频率调整 我国电力系统的额定频率为我国电力系统的额定频率为50hz，频率的允许偏差规定频率的允许偏差规定为：电网装机容量在为：电网装机容量在300万万kw及以上的，为及以上的，为0.2 hz；电网装电网装机容量在机容量在300万万kw以下的，为以下的，为0.5hz。 如果电力系统发生短路故障，或用电负荷突然大幅度增加如果电力系统发生短路故障，或用电负荷突然大幅度增加时，电网频率将显著降低，致使电力系统不能正常运行，这时时，电网频率将显著降低，致使电力系统不能正常运行，这时候也可以通过设置候也可以通过设置低频减负低频减负装置来使电力系统的频率得到有效装置来使电力系统的频率得到有效

4、的恢复。的恢复。 电力系统频率的变化主要是由有功负荷变化引起的。电力系统频率的变化主要是由有功负荷变化引起的。 系统负荷变化有三种情况。系统负荷变化有三种情况。第二节第二节 电压偏差及其调节电压偏差及其调节 一、电压偏差的含义一、电压偏差的含义 renn%100uuuu201n2n201nff2nf2n%100(1) 100u uuu uuuuu u由于变压器分接头选择而引入的电压偏差量可按下式进行计算：由于变压器分接头选择而引入的电压偏差量可按下式进行计算： 电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差对额定电压的电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差对额定电压的百分数，即百分数，即 产生电压偏差

5、的主要原因是正常的负荷电流或故障电流在产生电压偏差的主要原因是正常的负荷电流或故障电流在系统各元件上流过时所产生的电压损失所引起的。系统各元件上流过时所产生的电压损失所引起的。 实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成不良影响。实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成不良影响。 二、变压器对电压偏差的影响二、变压器对电压偏差的影响 uf（1f）u1n 续上页续上页变压器中的电压损失按式计算：变压器中的电压损失按式计算： ttt2n%10prqxuu22nt2n%100uuuu 当变压器一次侧分接头所加电压为额定电压时当变压器一次侧分接头所加电压为额定电压时, ,由变压器本由变压器本身所

6、产生的总电压偏差量为身所产生的总电压偏差量为 变压器负载时二次侧电压为：变压器负载时二次侧电压为： 20t21n2nf%100uuuuuu20t1n2nf2n%1001100uuuuuu201ntf2n(1) 100%u uuu uft%uugua%ul1%ut%ul2%ud%ua%u%abcd6420-4-6-2三、电压偏差的计算三、电压偏差的计算ul1%ut%ul2%ud%指定地点指定地点e e的电压偏差可由下式计算的电压偏差可由下式计算: : e%uuu 四、电压偏差的调节四、电压偏差的调节 gb12325-1990电能质量电能质量 供电电压允许偏差中规定，供电电压允许偏差中规定，供电部

7、门与用户的产权分界处或供用电协议规定的电能计量的供电部门与用户的产权分界处或供用电协议规定的电能计量的最大允许电压偏差应不超过：最大允许电压偏差应不超过： 35kv及以上供电电压：电压正、负偏差绝对值之和为及以上供电电压：电压正、负偏差绝对值之和为10%； 10kv及以下三相供电电压：及以下三相供电电压：7%； 220v单相供电电压：单相供电电压：+7%，-10%。 （一）电压调节的方式（一）电压调节的方式 对中枢点的电压进行监视和调节。对中枢点的电压进行监视和调节。 中枢点调压方式：中枢点调压方式：n常调压：不管中枢点的负荷怎样变动，都要保持中枢点的电压偏常调压：不管中枢点的负荷怎样变动，都

8、要保持中枢点的电压偏 差为恒定值；差为恒定值；n逆调压：在最大负荷时，升高母线电压，在最小负荷时，降低母逆调压：在最大负荷时，升高母线电压，在最小负荷时，降低母 线电压。线电压。续上页续上页（二）电压调节的方法（二）电压调节的方法 对于电力用户的对于电力用户的供配电系统，电压偏供配电系统，电压偏差调节主要以下两方差调节主要以下两方面入手。面入手。1. 减小线路电压损失减小线路电压损失 2. 合理选择变压器的分接头合理选择变压器的分接头合理地减少系统的阻抗，合理地减少系统的阻抗，减少系统的变压级数；减少系统的变压级数；尽量保持系统三相平衡；尽量保持系统三相平衡；使高压线路深入负荷中心；使高压线路

9、深入负荷中心；采用多回路并联供电；采用多回路并联供电；设置无功补偿装置等。设置无功补偿装置等。 0.38kv21ul2%=6610kv5.5ul1%=14a)最大负荷时最小负荷时ut%=3+8.5+10.5= +10-1= +9= +10-3uf%-ut%0最大负荷最小负荷-6= +7+1.5-7b)uf%-ut%10+7426-2u%-40-8-68+7108+1.5-6+3.50+9+7-5.5-70420-4-2-6u%c)-86第三节第三节 电压波动和闪变及其抑制电压波动和闪变及其抑制 电压波动是指电压在系统电网中作快速短时的变化。电电压波动是指电压在系统电网中作快速短时的变化。电压波

10、动值，以用户公共供电点的相邻最大与最小电压方均根值压波动值，以用户公共供电点的相邻最大与最小电压方均根值之差对电网额定电压之差对电网额定电压un的百分值表示，即的百分值表示，即 电压波动是由于负荷急剧变动的冲击负荷所引起。影响电压波动是由于负荷急剧变动的冲击负荷所引起。影响电气设备的正常工作。电气设备的正常工作。 maxminn%100tuuuu一、电压波动和闪变的基本概念一、电压波动和闪变的基本概念 闪变是指人眼对灯闪的主观感觉。引起灯光（照度）闪闪变是指人眼对灯闪的主观感觉。引起灯光（照度）闪变的波动电压，称为闪变电压。变的波动电压，称为闪变电压。 二、电压波动值的估算二、电压波动值的估算

11、 1）对于平衡的三相负荷，可按下式计算：）对于平衡的三相负荷，可按下式计算： tk%100sus式中，式中，s为负荷容量的变化量；为负荷容量的变化量；sk为公共连接点的短路容量。为公共连接点的短路容量。 2）当已知三相负荷的有功和无功功率变化量）当已知三相负荷的有功和无功功率变化量p和和q时，时，则可按下式计算：则可按下式计算： t2n%100rpxquu 式中，式中，r、x分别为电网的等值电阻和电抗。分别为电网的等值电阻和电抗。 3）在高压电网中，由于）在高压电网中，由于xr ，因此可按下式计算：，因此可按下式计算： tk%100qus三、电压波动和闪变的抑制三、电压波动和闪变的抑制 抑制电

12、压波动和闪变的主要措施有：抑制电压波动和闪变的主要措施有：采用合理的接线方式采用合理的接线方式，对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用线或专用变压器供电；对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用线或专用变压器供电；提高供电电压提高供电电压；减少电压损失减少电压损失；增大供电容量增大供电容量；减少系统阻抗减少系统阻抗；增加系统的短路容量增加系统的短路容量等方法，对抑制电网的电压波动和闪变能等方法，对抑制电网的电压波动和闪变能起到良好的作用。在系统运行时，也可以在电压波动严重时减起到良好的作用。在系统运行时，也可以在电压波动严重时减少、甚至切除引起电压波动的负荷。少、甚至切除引起电压波动的负荷。 另外为了减

13、少无功功率冲击引起的电压闪变，国内外普遍另外为了减少无功功率冲击引起的电压闪变，国内外普遍采用一种采用一种静止无功功率补偿装置静止无功功率补偿装置（svc）进行无功功率补偿。进行无功功率补偿。这种装置在调节的快速性、功能的多样性、工作的可靠性、投这种装置在调节的快速性、功能的多样性、工作的可靠性、投资和运行费用的经济性等方面具有显著的优点。资和运行费用的经济性等方面具有显著的优点。 静止无功补偿器由特殊电抗器和电容器组成，有的是两者静止无功补偿器由特殊电抗器和电容器组成，有的是两者之一为可控的，有的是两者都是可控的，是一种并联联接的无之一为可控的，有的是两者都是可控的，是一种并联联接的无功功率

14、发生器和吸收器。近年来，电力系统中主要应用的静止功功率发生器和吸收器。近年来，电力系统中主要应用的静止补偿器有自饱和电抗器型（简记为补偿器有自饱和电抗器型（简记为sr）和可控硅控制电抗器型和可控硅控制电抗器型(简记为简记为tcr)两种。两种。第四节第四节 高次谐波及其抑制高次谐波及其抑制 一、高次谐波的产生与危害一、高次谐波的产生与危害 谐波对几乎所有连接于电网的电气设备都有损害，主要谐波对几乎所有连接于电网的电气设备都有损害，主要表现为产生谐波损耗，使设备过热以及谐波过电压、加速设表现为产生谐波损耗，使设备过热以及谐波过电压、加速设备绝缘老化等。谐波对继电保护、电能计量精度等也有影响备绝缘老

15、化等。谐波对继电保护、电能计量精度等也有影响 、谐波还对通信质量有影响。谐波还对通信质量有影响。 谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数，也称为高次谐波。率的整倍数，也称为高次谐波。 系统中的主要谐波源可分为两大类：含半导体非线性系统中的主要谐波源可分为两大类：含半导体非线性元件的谐波源；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。元件的谐波源；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。 如在系统和用户中存在谐波干扰，将会使系统中的如在系统和用户中存在谐波干扰，将会使系统中的电压和电压和电流发生畸变电流发生畸变。供电系统中的谐波源主要是谐波电流源，

16、谐波。供电系统中的谐波源主要是谐波电流源，谐波电流通过电网将在电网阻抗上产生谐波电压降，从而导致谐波电流通过电网将在电网阻抗上产生谐波电压降，从而导致谐波电压的产生。电压的产生。二二 谐波的评价估算谐波的评价估算 第第h次谐波电压含有量和第次谐波电压含有量和第h次谐波电流含有率按下式计算：次谐波电流含有率按下式计算： hh1100%uhruuhh1100%ihrii 谐波电压总含量谐波电压总含量uh和谐波电流总含量和谐波电流总含量ih按下式计算：按下式计算： 式中，式中，uh为第为第h次谐波电压（方均根值）；次谐波电压（方均根值）； u1为基波电压（方为基波电压（方均根值）；均根值）； ih第

17、第h次谐波电流（方均根值）；次谐波电流（方均根值）；i1为基波电流（方为基波电流（方均根值）。均根值）。 2hhh 2()uu2hhh 2()ii 电压总谐波畸变率电压总谐波畸变率thdu和电流总谐波畸变率和电流总谐波畸变率thdi按下式按下式计算：计算： hu1100%uthduhi1100%ithdi 谐波电压限值及谐波电流允许值的规定值可参考谐波电压限值及谐波电流允许值的规定值可参考gb/t14549-1993电能质量电能质量 公用电网谐波。公用电网谐波。三、并联电容器对谐波的放大作用三、并联电容器对谐波的放大作用 在供电系统中，并联电容器作为无功补偿设备已得到了广在供电系统中，并联电容

18、器作为无功补偿设备已得到了广泛的应用。系统中的电容器，一方面由于其泛的应用。系统中的电容器，一方面由于其谐波阻抗小谐波阻抗小，系统，系统高次谐波电压会在其中产生明显的高次谐波电流，使电容器过高次谐波电压会在其中产生明显的高次谐波电流，使电容器过热，严重影响其使用寿命；同时电容器的切入使用也可能引起热，严重影响其使用寿命；同时电容器的切入使用也可能引起系统谐波严重放大。系统谐波严重放大。 在含有谐波的供电系统中，应注意适当在含有谐波的供电系统中，应注意适当选择其电容器的参数，防止其出现过电流和选择其电容器的参数，防止其出现过电流和过电压，同时兼顾无功补偿的要求和消除谐过电压，同时兼顾无功补偿的要

19、求和消除谐波放大，可在电容器支路波放大，可在电容器支路串联电抗器串联电抗器，通过，通过选择电抗器值使电容器回路在最低次谐波频选择电抗器值使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感性如图所示。率下呈现出感性如图所示。cltlr2min(1.31.5)cxxh 对于整流装置，对于整流装置，hmin=5，可取，可取xlr=(56)% xc ， 对 于 含 有 三 次 谐 波 的 系 统 ， 可 取对 于 含 有 三 次 谐 波 的 系 统 ， 可 取xlr=(1213)% xc 。 四、高次谐波的抑制四、高次谐波的抑制高次谐波的抑制方法：高次谐波的抑制方法： 1 1增加整流装置的相数增加整流装置的相数2

20、 2装设无源电力谐波滤波器装设无源电力谐波滤波器 无源电力谐波滤波器由电力电容器，电抗器和电阻器按一无源电力谐波滤波器由电力电容器，电抗器和电阻器按一定方式连接而成。定方式连接而成。 r(a)c2r3rlc(c)(b)l2r2(d)rl1c1rlcc(e)(f)lrc2c1lc2rc1二二阶阶高高通通滤滤波波器器 单单调调谐谐滤滤波波器器 双双调调谐谐滤滤波波器器 一一阶阶高高通通滤滤波波器器 三三阶阶高高通通滤滤波波器器 c c形形高高通通滤滤波波器器 续上页续上页3 3装设有源电力滤波器装设有源电力滤波器 isgiflil系统电源有源滤波器负荷谐波源apffs(d)(c)(b)(a)hlt

21、tttiiii 有源电力滤波器分并联型有源电力滤波器分并联型和串联型两种，实际应用中多和串联型两种，实际应用中多为并联型。为并联型。 并联型有源电力滤波器是并联型有源电力滤波器是一种向电网注入补偿谐波电流，一种向电网注入补偿谐波电流，以抵消负荷所产生的谐波电流以抵消负荷所产生的谐波电流的滤波装置，其主要电路由静的滤波装置，其主要电路由静态功率变流器（逆变器）构成，态功率变流器（逆变器）构成，故具有半导体功率变流器的高故具有半导体功率变流器的高可控性和快速响应性。可控性和快速响应性。 谐波电流的补偿谐波电流的补偿 第五节第五节 供电系统的三相不平衡供电系统的三相不平衡 在三相供电系统中，当电流和

22、电压的三相相量间幅值不在三相供电系统中，当电流和电压的三相相量间幅值不等或相位差不为等或相位差不为1200时，则三相电流和电压不平衡。时，则三相电流和电压不平衡。 三相不平衡对供用电设备将带来危害。三相不平衡对供用电设备将带来危害。 三相不平衡程度通常用不平衡系数表示。三相不平衡程度通常用不平衡系数表示。 供电系统的三相不平衡主要是由三相负荷不对称所引起的。供电系统的三相不平衡主要是由三相负荷不对称所引起的。电流和电压不平衡现象电流和电压不平衡现象有短时的（一相不对称短路，断线等），有短时的（一相不对称短路，断线等），也有持续的（一相非对称运行方式；以及非对称负荷等）。也有持续的（一相非对称运

23、行方式；以及非对称负荷等）。2u1%100uu2i1%100ii式中，式中，u%、 i%表示电压及电流的不平衡系数；表示电压及电流的不平衡系数；u1、u2和和i1、i2表示正、负序电压和正、负序电流。表示正、负序电压和正、负序电流。本章小结本章小结 随着现代工业技术发展，电能质量问题越来越受到人们的重视。随着现代工业技术发展，电能质量问题越来越受到人们的重视。 本章首先概述电能质量的主要指标、标准及系统频率的调整本章首先概述电能质量的主要指标、标准及系统频率的调整 ；然后分；然后分别讨论了电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波以及三相不平衡等电压质量别讨论了电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波以及三相不平衡等电压质量问题。问题。 本章重点：本章重点：电压偏差及其调节、高次谐波及其抑制。