C供电系统的电能质量与无功补偿PPT课件

1、第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-1)(6-1)一、电能质量概述一、电能质量概述 电能质量是指电气设备正常运行所需要的电气电能质量是指电气设备正常运行所需要的电气特性，任何导致用电设备故障或不能正常工作的电特性，任何导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差都属于电能质量问题。压、电流或频率的偏差都属于电能质量问题。 理想的电能质量：理想的电能质量： 系统频率恒为额定频率；三相电压波形是三相系统频率恒为额定频率；三相电压波形是三相对称的、幅值恒为额定电压的正弦波形；三相电流对称的、幅值恒为额定电压的正弦波形；三相电流波形是三相对称的正弦

2、波形；供电不间断。波形是三相对称的正弦波形；供电不间断。 任何与理想电能质量的偏差都属于电能质量扰动。任何与理想电能质量的偏差都属于电能质量扰动。第1页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-2)(6-2)F 电能质量扰动的分类：电能质量扰动的分类：暂态扰动暂态扰动 通常指持续时间不超过通常指持续时间不超过3 3个周波的个周波的 扰动。分为脉冲型和振荡型两种。扰动。分为脉冲型和振荡型两种。短期电压变化短期电压变化 电压跌落、电压突升和短暂断电。电压跌落、电压突升和短暂断电。长期电压变化长期电压变化 电压幅值长期偏离其额定值；包电压幅值长期偏离其

3、额定值；包 括电压偏差和持续断电。括电压偏差和持续断电。 电压波动电压波动 电压幅值周期性下降和上升。电压幅值周期性下降和上升。第2页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-3)(6-3)波形畸变波形畸变 包括电力谐波、电压缺口、直流偏置和包括电力谐波、电压缺口、直流偏置和 宽带噪音；宽带噪音；三相不平衡三相不平衡 供电电源的三相电压不对称或负荷三供电电源的三相电压不对称或负荷三 相电流不对称，即三相幅值不等或相相电流不对称，即三相幅值不等或相 角差不等于角差不等于1201200 0。频率变化频率变化 基波频率偏离其额定频率，包括频率偏基波频率

4、偏离其额定频率，包括频率偏 差和频率波动，典型的频率波动周期为差和频率波动，典型的频率波动周期为 10s10s之内。之内。第3页/共94页 电能质量扰动是客观存在的，它严重干扰着用电设电能质量扰动是客观存在的，它严重干扰着用电设备尤其是信息处理设备的正常运行。因此，一方面应该备尤其是信息处理设备的正常运行。因此，一方面应该规定电网的电能质量扰动允许值，另一方面，用电设备规定电网的电能质量扰动允许值，另一方面，用电设备也应该具有一定的电能质量扰动耐受容限。也应该具有一定的电能质量扰动耐受容限。 影响电压质量的主要因素影响电压质量的主要因素：负荷无功功率或无功功率变化量。负荷无功功率或无功功率变化

5、量。电网短路容量或电网等效电抗。负荷无功功率或无功电网短路容量或电网等效电抗。负荷无功功率或无功 变化量越大，对电压质量的影响越大；电网短路容量变化量越大，对电压质量的影响越大；电网短路容量 越大，则负荷变化对电网电压质量的影响越小。越大，则负荷变化对电网电压质量的影响越小。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-4)(6-4)第4页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-5)(6-5) 我国已颁布的电能质量国家标准：我国已颁布的电能质量国家标准： GB 12325-1990GB 12325-1990电能

6、质量电能质量 供电电压允许偏差供电电压允许偏差 GB/T 14549-1993GB/T 14549-1993电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波 GB/T 15543-1995GB/T 15543-1995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/T 15945-1995GB/T 15945-1995电能质量电能质量 电力系统频率允许偏差电力系统频率允许偏差 GB 12326-2000GB 12326-2000电能质量电能质量 电压波动和闪变电压波动和闪变 GB/T 18481-2001GB/T 18481-2001电能质量电能质量 暂时过电压和瞬态过电压暂时过电

7、压和瞬态过电压 第5页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-6)(6-6) 本章主要讨论的电能质量问题：本章主要讨论的电能质量问题：电压偏差及调节；电压偏差及调节；电压波动和闪变及其抑制；电压波动和闪变及其抑制；电力谐波及其抑制；电力谐波及其抑制；供电系统的三相不平衡；供电系统的三相不平衡；供电系统的无功功率补偿；供电系统的无功功率补偿；第6页/共94页 二、电压偏差及其调节二、电压偏差及其调节 1 1、电压偏差及其限值、电压偏差及其限值 电压偏差是指电网由于电力负荷的变化或运行方式的电压偏差是指电网由于电力负荷的变化或运行方式的改变，使系统

8、中某点的实际电压偏离额定电压。偏离的幅改变，使系统中某点的实际电压偏离额定电压。偏离的幅度定义为电压偏差。度定义为电压偏差。%100%NNUUUU第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-7)(6-7)电压偏差表示为：电压偏差表示为：产生电压偏差的根本原因产生电压偏差的根本原因系统中的电压损失系统中的电压损失第7页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-8)(6-8) 国标规定，供电部门与用户的产权分界处国标规定，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点的最大允许电或供用电协议规定的电能计量点

9、的最大允许电压偏差应不超过：压偏差应不超过： U UN N35kV35kV 电压正、负偏差绝对值之和为电压正、负偏差绝对值之和为1010 U UN N10kV10kV 7 7 220V220V单相供电电压单相供电电压 +7+7，-10-10第8页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-9)(6-9)2 2、变压器对电压偏差的影响、变压器对电压偏差的影响 变压器分接头对电压偏差的影响变压器分接头对电压偏差的影响 降压变压器的一次侧，根据容量的不同都设有若干个降压变压器的一次侧，根据容量的不同都设有若干个 分接头。普通变压器只能在不带电的情况下改换

10、分分接头。普通变压器只能在不带电的情况下改换分接接 头，对每一台变压器在投入运行前都应该选择一个头，对每一台变压器在投入运行前都应该选择一个合合 适的分接头。适的分接头。kVKT5 .10%5 . 2235kVKT4 . 0%5 . 210如：如：第9页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-10)(6-10)变压器参数表示符号变压器参数表示符号taptap 变压器的分接头位置；变压器的分接头位置； U Uf f 变压器一次侧的分接头电压；变压器一次侧的分接头电压； U UT1 T1 变压器一次侧额定电压；变压器一次侧额定电压； U UT2 T

11、2 变压器二次侧空载额定电压（零分接头和一次侧额定电压变压器二次侧空载额定电压（零分接头和一次侧额定电压 的条件下）；的条件下）； U U20 20 变压器二次侧空载输出电压（实际分接头和一次侧实际电变压器二次侧空载输出电压（实际分接头和一次侧实际电 压的条件下）；压的条件下）； U U1 1 变压器一次侧实际输入电压；变压器一次侧实际输入电压； U U2 2 变压器二次侧实际输出电压。变压器二次侧实际输出电压。 第10页/共94页 变压器的分接头电压和二次侧空载输出电压分别可变压器的分接头电压和二次侧空载输出电压分别可 表示为：表示为： 1Tf%1UtapUfT2120UUUU显然，当同一进

12、线电压接在不同的分接头时，二次电压显然，当同一进线电压接在不同的分接头时，二次电压对电网额定电压的偏差量则不同。对电网额定电压的偏差量则不同。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-11)(6-11)第11页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-12)(6-12) 当在变压器一次侧分接头上所加电压为当在变压器一次侧分接头上所加电压为U1时，单纯由变时，单纯由变压器分接头调整而引入的电压偏差压器分接头调整而引入的电压偏差Uf%为：为：%100%2NTTTUQXPRU%UUUU%UUU%UNfTNNf100

13、11002212220 变压器中的电压损失变压器中的电压损失第12页/共94页变压器引起的电压偏差变压器引起的电压偏差 考虑变压器的电压损失和分接头调整后，变压器考虑变压器的电压损失和分接头调整后，变压器 一次侧与一次侧与二次侧电压之间的关系为：二次侧电压之间的关系为： 可得由变压器本身所产生的总的电压偏差量：可得由变压器本身所产生的总的电压偏差量： )(T1f202UUUUU%TfTUUU第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-13)(6-13)第13页/共94页3 3、电压偏差的计算、电压偏差的计算第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量

14、与无功补偿与无功补偿 (6-14)(6-14)如图所示，设电源母线上如图所示，设电源母线上的电压偏差量为的电压偏差量为 U UA A% %，线，线路路l1 1的电压损失为的电压损失为 U Ul1 1% %，变压器引起的电压偏差量变压器引起的电压偏差量为为 U UT T% %，低压线路，低压线路l2 2的电的电压损失为压损失为 U Ul2 2% %，第14页/共94页则则B B、C C、D D各点的电压偏差分别为：各点的电压偏差分别为：%1ABlUUU%T1ACUUUUl%2T1ADllUUUUU%EUUU第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-15)(6

15、-15)将上述概念推广到任一供电系统，如果由供电电源到将上述概念推广到任一供电系统，如果由供电电源到某指定地点有多级多压或装有调压设备，则指定地点某指定地点有多级多压或装有调压设备，则指定地点的电压偏差可由下式计算的电压偏差可由下式计算第15页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-16)(6-16)4 4、电压偏差的调节、电压偏差的调节 调节电压的目的是要在正常运行条件下，保持供电调节电压的目的是要在正常运行条件下，保持供电系统中各用电设备的端电压偏差不超过规定值。系统中各用电设备的端电压偏差不超过规定值。 电压调节的方式电压调节的方式通常选

16、择电网的通常选择电网的电压中枢点电压中枢点（发电厂、区域变电所或发电厂、区域变电所或 用户总降压变电所用户总降压变电所）作为电压调节点，对其电压进行）作为电压调节点，对其电压进行 监视和调节。监视和调节。中枢点调压方式有中枢点调压方式有常调压常调压和和逆调压逆调压两种。两种。 常调压常调压 无论负荷怎样变化，维持中枢点电压恒定。无论负荷怎样变化，维持中枢点电压恒定。 逆调压逆调压 最大负荷时，升高最大负荷时，升高中枢点中枢点电压；电压； 最小负荷时，降低最小负荷时，降低中枢点中枢点电压。电压。第16页/共94页电压调节的方法电压调节的方法 对于用户供电系统，电压偏差调节主要从降低线路对于用户供

17、电系统，电压偏差调节主要从降低线路 电压损失和调整变压器分接头两方面入手。电压损失和调整变压器分接头两方面入手。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-17)(6-17) 合理设计供电系统，减小线路电压损失合理设计供电系统，减小线路电压损失高压深入负荷中心供电；高压深入负荷中心供电；配电变压器分散设置到用电中心；配电变压器分散设置到用电中心；按允许电压损失选择导线截面；按允许电压损失选择导线截面；用电缆替代架空线路；用电缆替代架空线路；设置无功补偿装置等。设置无功补偿装置等。第17页/共94页.alTNTfUUU%UUUmax221maxmax112 2

18、）合理选择变压器的分接头）合理选择变压器的分接头 变压器的分接头电压应满足下列条件：变压器的分接头电压应满足下列条件：最大负荷时最大负荷时最小负荷时最小负荷时根据上述要求，应就近选取标称的分接头。根据上述要求，应就近选取标称的分接头。.alTNTfUUU%UUUmin221minmin12第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-18)(6-18)221fffUUU设计中取设计中取选取最接近的标称分接头电压。选取最接近的标称分接头电压。第18页/共94页 例例6-1 某变电所装设一台某变电所装设一台10MVA10MVA变压器，变压器变比为变压器，变压器变比

19、为 K KT T=110=110 2 2 。在最大负荷下，高压侧进线。在最大负荷下，高压侧进线 电压为电压为112kV112kV，变压器折算至高压侧的电压损失为，变压器折算至高压侧的电压损失为； 在最小负荷下，高压侧进线电压为在最小负荷下，高压侧进线电压为115kV115kV，变压器折算，变压器折算 至高压侧的电压损失为至高压侧的电压损失为。要求变电所低压母线的。要求变电所低压母线的 电压偏差为额定电压电压偏差为额定电压6kV6kV的：最大负荷时的：最大负荷时0 0，最小负荷，最小负荷 时。试合理选择该变压器的分接头。时。试合理选择该变压器的分接头。 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的

20、电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-19)(6-19)第19页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-20)(6-20)kV0 . 66%01,%63. 5%,kV112al.max2maxTmax1UUUkV45. 66%5 . 71,%81. 2%,kV115al.min2minTmin1UUUkV5 .11445. 66 . 6110%81. 21152fUkV4 .1160 . 66 . 6110%63. 51121fU解：解：最大负荷时最大负荷时最小负荷时最小负荷时 确定分接头电压确定分接头电压kV45.11525 .1144 .1

21、16221fffUUU第20页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-21)(6-21)结论：选取结论：选取+5+5分接头，分接头电压为分接头，分接头电压为。则：则：%95. 411011045.115%tap校验：校验：最大负荷时：最大负荷时：%0%58.10%10066635. 6%635. 65 .1156 . 6)110%36. 5112(max2max2UkVU第21页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-22)(6-22)最小负荷时：最小负荷时：%5 . 7%58. 6%10066

22、395. 6%395. 65 .1156 . 6)110%81. 2115(min2min2UkVU故选择故选择5 5的分接头电压，在最大负荷时，变电所低的分接头电压，在最大负荷时，变电所低压母线的电压偏差不低于压母线的电压偏差不低于0 0；在最小负荷时，变电；在最小负荷时，变电所低压母线的电压偏差不高于所低压母线的电压偏差不高于7 7；因此，满足调压；因此，满足调压要求。要求。第22页/共94页三、三、 电压波动和闪变及其抑制电压波动和闪变及其抑制 1 1、定义、定义 电压波动电压波动：电网电压幅值（或半周波方均根值）：电网电压幅值（或半周波方均根值） 的连续快速变化。的连续快速变化。 将电

23、网电压每半周波的方均根值按时间序列排列，将电网电压每半周波的方均根值按时间序列排列， 其包络线即为电压波动波形其包络线即为电压波动波形; ; 电压波动波形上相邻两个极值之间的变化过程称为电压波动波形上相邻两个极值之间的变化过程称为 一次电压变动一次电压变动; ; 电压变动的电压变化率应不低于每秒电压变动的电压变化率应不低于每秒; ; 当电压向同一方向变动时，若本次变动结束到下一当电压向同一方向变动时，若本次变动结束到下一 次变动开始的时间不大于次变动开始的时间不大于30ms30ms，只算作一次变化，只算作一次变化。 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6

24、-23)(6-23)第23页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-24)(6-24)nt t1 1t t2 2和和t t2 2t t3 3各为一次电压变动各为一次电压变动; ;nt t6 6t t7 7间的电压变化间的电压变化( )( )不计为电压变动；不计为电压变动；nt t4 4t t5 5间的电压同方向变化间隔小于间的电压同方向变化间隔小于30ms,30ms,计为一次变动。计为一次变动。%2 . 0dtdu第24页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-25)(6-25) 电压变动幅度电

25、压变动幅度d d 用各次电压变化量与电网额定电用各次电压变化量与电网额定电压之比来表示。即：压之比来表示。即：%100NminmaxUUUd电压变动频度电压变动频度r r 是指单位时间（是指单位时间（1h 1h 或或1min1min）内电）内电压变动的次数。电压从高到低或从低回到高的变化，压变动的次数。电压从高到低或从低回到高的变化，各算一次电压变动。因此，对于周期性的电压波动各算一次电压变动。因此，对于周期性的电压波动而言，电压变动频度是电压波动频率的而言，电压变动频度是电压波动频率的2 2倍。倍。电压波动用电压波动用电压变动幅度电压变动幅度d d和和变动频度变动频度r r来综合衡量。来综合

26、衡量。第25页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-26)(6-26)电压波动是由波动负荷的剧烈变化引起的电压波动是由波动负荷的剧烈变化引起的。大容量负。大容量负荷的剧烈变化在供电系统阻抗上引起电压损失的变荷的剧烈变化在供电系统阻抗上引起电压损失的变化，从而引起各级电网电压水平的快速变化。设供化，从而引起各级电网电压水平的快速变化。设供电系统中某一评价点的电力负荷由电系统中某一评价点的电力负荷由 (P+jQ)(P+jQ)变化为变化为(P+(P+ P)+j(Q+P)+j(Q+ Q)Q)，则负荷变化在该点引起的电压变，则负荷变化在该点引起的电压变

27、动值为：动值为： 结论：结论：在冲击性负荷下，电压变动值与负荷的无在冲击性负荷下，电压变动值与负荷的无功功率变化量成正比，与电网的短路容量成反比。功功率变化量成正比，与电网的短路容量成反比。%100k2NSQUQXPRd第26页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-27)(6-27)XUQRXPUQXPRdN22N%100k2NSQUQXPRd证明证明: :XUQXUQRXPUQXPRdNN222N( (由于冲击性负荷由于冲击性负荷 PPQ)Q)( (设设U UN N=U=Uj j) )kkjjjjjjjjNSSXSXIUIUXUXXUXU)

28、3(22233(R(R、X X电源至评价点的电阻电源至评价点的电阻、电抗电抗) )第27页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-28)(6-28)由于电压波动是用户中的波动负荷从电网取用快由于电压波动是用户中的波动负荷从电网取用快 速变动的功率而引起的速变动的功率而引起的（典型的波动负荷有炼钢电弧（典型的波动负荷有炼钢电弧 炉、轧机、电弧焊机等）炉、轧机、电弧焊机等）。根据负荷的变化特征，电。根据负荷的变化特征，电 压波动可分为：压波动可分为：电压变动频繁且具有一定规律的周期性电压波动，电压变动频繁且具有一定规律的周期性电压波动， 如电力电子

29、装置供电的轧钢设备产生的电压波动。如电力电子装置供电的轧钢设备产生的电压波动。电压变动频繁且无规律的随机性电压波动，如炼电压变动频繁且无规律的随机性电压波动，如炼 钢用交流电弧炉产生的电压波动。钢用交流电弧炉产生的电压波动。偶发性的电压波动，如电动机起动时冲击电流引偶发性的电压波动，如电动机起动时冲击电流引 起的电压波动。起的电压波动。 第28页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-29)(6-29)电压波动的允许值电压波动的允许值n实测条件采用负荷的最大无功变化量和电网的最小短路容量。实测条件采用负荷的最大无功变化量和电网的最小短路容量。n

30、实测值的实测值的9595概率大值与限值比较；概率大值与限值比较；第29页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-30)(6-30) 电压闪变电压闪变: : 照明用白炽灯对电压波动特别敏感，电压照明用白炽灯对电压波动特别敏感，电压 波动使灯光闪烁，刺激眼睛，干扰人们的正常工作，波动使灯光闪烁，刺激眼睛，干扰人们的正常工作， 电压波动的这种效应称为电压闪变。电压波动的这种效应称为电压闪变。2 2、电压波动和闪变的估算、电压波动和闪变的估算 波动负荷引起的电压波动和闪变通常以波动负荷引起的电压波动和闪变通常以实测结果实测结果 作为评价的依据作为评价的

31、依据。但在设计的初始阶段，电压波动和。但在设计的初始阶段，电压波动和 闪变可按下述方法估算。闪变可按下述方法估算。第30页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-31)(6-31)1 1电压波动的估算电压波动的估算 根据波动负荷的功率变化量估算出电压变动值。根据波动负荷的功率变化量估算出电压变动值。 %100%100%100k2NSQUQXPRUUdN2 2周期性矩形（或阶跃）电压波动的闪变估算周期性矩形（或阶跃）电压波动的闪变估算 对于周期性等间隔的矩形（或阶跃）电压波动，对于周期性等间隔的矩形（或阶跃）电压波动，当已知电压变动值当已知电压变

32、动值d d和电压变动频度和电压变动频度r r时，首先按照时，首先按照r r查出与单位闪变曲线（查出与单位闪变曲线（P Pstst=1=1）相对应的电压变动）相对应的电压变动d dlimlim，则相应的短时电压闪变则相应的短时电压闪变PstPst可估算如下：可估算如下：第31页/共94页limstddP 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-32)(6-32)周期性矩形波（或阶跃波）电压波动的单位闪变曲线周期性矩形波（或阶跃波）电压波动的单位闪变曲线第32页/共94页3非周期性阶跃电压波动的闪变估算非周期性阶跃电压波动的闪变估算 对于非周期性阶跃电压波动

33、对于非周期性阶跃电压波动 (要求相邻两次电压变要求相邻两次电压变动动之间的时间间隔不小于之间的时间间隔不小于1s1s)，首先求出最严重的，首先求出最严重的10min10min测评测评时段内每一次电压变动时段内每一次电压变动d d所对应的闪变时间所对应的闪变时间tf ，然后计，然后计算算该该10min10min时段内各次闪变时间之和，则求出该时段内的时段内各次闪变时间之和，则求出该时段内的短短时电压闪变值。时电压闪变值。 )(323sd.tf第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-33)(6-33)3600fsttP第33页/共94页例例6-26-2 某阶

34、跃波动负荷在某阶跃波动负荷在10min10min工作周期内，在公共连工作周期内，在公共连接点产生了接点产生了1212次的电压变动，次的电压变动，3030次的变动和次的变动和100100次的变动，试估算该负荷引起的电压闪变水平。次的变动，试估算该负荷引起的电压闪变水平。 解：解： 每种电压变动的闪变时间为每种电压变动的闪变时间为 对应于对应于d d4.8%4.8%，得，得t tf f 3 3 对应于对应于d d1.7%1.7%，得，得t tf f 3 3 对应于对应于d d0.9%0.9%，得，得t tf f 3 3 总闪变时间为：总闪变时间为： 短时电压闪变值为：短时电压闪变值为： s3562

35、7 . 11003 .11304 .25412ft8 . 1600356260033fsttP第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-34)(6-34)第34页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-35)(6-35)4电动机起动引起的电压波动的估算电动机起动引起的电压波动的估算 大容量电动机起动时，会在配电母线上引起短时的大容量电动机起动时，会在配电母线上引起短时的电压波动，只要该波动不危及供电安全并能保证电动机电压波动，只要该波动不危及供电安全并能保证电动机正常起动，可以允许电机配电母线上有比较大的电

36、压波正常起动，可以允许电机配电母线上有比较大的电压波动值。电动机起动时配电母线上的电压应满足动值。电动机起动时配电母线上的电压应满足: : 1) 1)一般情况下，电动机频繁起动时不应低于母线额定一般情况下，电动机频繁起动时不应低于母线额定电压的电压的9090，电动机非频繁起动时；不宜低于额定电，电动机非频繁起动时；不宜低于额定电压压的的8585。 2)2)配电母线上未接照明负荷或其它对电压下降较敏感配电母线上未接照明负荷或其它对电压下降较敏感的设备且电动机非频繁起动时，不应低于母线额定电压的设备且电动机非频繁起动时，不应低于母线额定电压的的8080。第35页/共94页第六章第六章 供电系统的电

37、能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-36)(6-36)电动机起动时引起的电压波动估算电动机起动时引起的电压波动估算系统如图所示：系统如图所示：选取母线额定电压为基选取母线额定电压为基准电压，则电动机起动准电压，则电动机起动前母线电压标幺值为：前母线电压标幺值为：NBBUUU0第36页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-307)(6-307)若设电源电压在电动机起动前后保持不变，则电源若设电源电压在电动机起动前后保持不变，则电源电压标幺值表示为：电压标幺值表示为：kBLBNkBLBSSQUUXQUU020在电动机起动瞬间，电

38、动机回路等效电抗为在电动机起动瞬间，电动机回路等效电抗为X Xstst, ,则则电动机起动时配电母线电压标幺值为：电动机起动时配电母线电压标幺值为：LstkBkBSLstkBLstSBQSSSUXXXXXUU/第37页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-38)(6-38)式中：式中：TNkkkBNkBSuSXUS.2%11LRMstNstSSXstUS111.2LRNLRXUS2MMMNMstMstPKScos.)coscos333(.2.2.2.2.MNMstMMNMMMNMNMstMNNMstMNNMstNMstPkUUPkUUIUUS

39、UX第38页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-39)(6-39)故电动机起动时，电动机端电压为：故电动机起动时，电动机端电压为：MststBLRMstMstBMSSUXXXUU.电动机起动时，配电母线上电压波动（电压突降）为：电动机起动时，配电母线上电压波动（电压突降）为：%100)1 (%.BBMUd分析表明：分析表明：电动机起动时，电动机前串的电抗值越大，电动机起动时，电动机前串的电抗值越大，配电母线电压波动越小；但电动机端电压越低。即串配电母线电压波动越小；但电动机端电压越低。即串电抗器可以减小电压波动，但电动机端电压降低，起电抗器

40、可以减小电压波动，但电动机端电压降低，起动转矩也相应降低。动转矩也相应降低。（电抗器值合理选择）（电抗器值合理选择）第39页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-40)(6-40)例例1 1：一台：一台2500kW2500kW同步电动机，采用变压器同步电动机，采用变压器电动机组方式起动，电动机组方式起动，如如 图所示。已知图所示。已知10kV10kV母线短路容量为母线短路容量为81MVA,81MVA,试求电动机起动时试求电动机起动时电电 动机的端电压。动机的端电压。第40页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补

41、偿与无功补偿 (6-41)(6-41)10BU解：设电动机起动前解：设电动机起动前10kV10kV母线电压为额定值，即：母线电压为额定值，即：var36. 36 . 06 . 5sinMSQLLMVAPkSMMMNMstMst4 .2683. 08 . 05 . 27cos.TNNTLRSUuXX.2100%MVASuXUSTNLRNLR2 .582 . 35 . 5100%100.2MVASSSLRMstst2 .182 .5814 .2611111.041. 18136. 310kBLBSSQUU第41页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (

42、6-42)(6-42)822. 0041. 136. 32 .188181SLstkBkBBUQSSSU57. 0822. 04 .262 .18.BMststMUSSU结论：该电动机起动时，母线电压为额定电压的结论：该电动机起动时，母线电压为额定电压的， 加在电动机端子上的电压仅为额定电压的加在电动机端子上的电压仅为额定电压的5757。电动机前串接的变压器为隔离变压器，目的是抑制电动机的起电动机前串接的变压器为隔离变压器，目的是抑制电动机的起动电流对电网的影响，若不串变压器，则有：动电流对电网的影响，若不串变压器，则有：76. 0041. 136. 34 .268181.SLMstkBkBB

43、UQSSSU即：即：母线电压为额定电压的母线电压为额定电压的7676。第42页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-43)(6-43)例例2 2：某高压电动机供电系统如图所示，设电动机起动前母线电压为额定值，：某高压电动机供电系统如图所示，设电动机起动前母线电压为额定值， 要求电动机起动时要求电动机起动时6kV6kV母线电压水平不得低于额定电压的母线电压水平不得低于额定电压的8585，试求：，试求： 若电动机全压起动，母线电压水平能否满足要求？若电动机全压起动，母线电压水平能否满足要求？ 若采用串联电若采用串联电 抗器降压起动方式，试选择满足

44、母线电压要求条件下的电抗器电抗抗器降压起动方式，试选择满足母线电压要求条件下的电抗器电抗值。值。第43页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-44)(6-44)解：依题意有解：依题意有MVASkB40MVACOSPKSMMNMMstMst3 . 98 . 084. 025. 15.10BU(1) (1) 全压起动时全压起动时MVASSMstst3 . 9.025. 140110KBLBSSQUU815. 0025. 113 . 94040SLstKBKBBUQSSSU全压起动不满足母线电压水平要求。全压起动不满足母线电压水平要求。第44页/共

45、94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-45)(6-45)（2 2）串联电抗器降压起动）串联电抗器降压起动85. 0025. 114040stSLstKBKBBSUQSSSU由由求得求得MVASst24. 7采用串联电抗器后，电动机起动时，电机端电压为：采用串联电抗器后，电动机起动时，电机端电压为：LRMstNstNstSSUXUS11.221 . 13 . 9642. 7622.222MstNstNLRNLRSUSUSUX1 . 1LRX66. 085. 03 . 924. 7BstMstMUSSUkVkVUM96. 3666. 0第45页/共9

46、4页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-46)(6-46)电动机直接起动容量估算电动机直接起动容量估算 设电动机直接起动时母线电压为额定值，即：设电动机直接起动时母线电压为额定值，即：10BU由于此时由于此时0LRXMststSS.则电动机起动瞬间母线电压波动值为：则电动机起动瞬间母线电压波动值为：LMstkBMstkBLBLMstkBkBSLMstkBkBBBMQSSSSQUQSSSUQSSSUd.0.%100)(1 %1001 %100)1 (%第46页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-47

47、)(6-47) 若近似认为供电电源为无穷大功率电源，配电变压器容量为若近似认为供电电源为无穷大功率电源，配电变压器容量为S S，变压器阻抗电压百分数为变压器阻抗电压百分数为u uk k% %，并设配电母线上其它负荷的无功功率，并设配电母线上其它负荷的无功功率为变压器额定容量的为变压器额定容量的6060（Q QL L),),则电动机起动瞬间母线电压波则电动机起动瞬间母线电压波动值为：动值为：TNMstTNkMstLMstkBMstBMSSSuSQSSSd.6 . 0%100 依上式可求出，在配电母线电压波动值约束条件下的直接起动依上式可求出，在配电母线电压波动值约束条件下的直接起动电动机容量电动

48、机容量P P和配电变压器容量和配电变压器容量S S之间的关系。即：之间的关系。即：TNkBMBMMMMNMstMstSuddPkS.)6 . 0%100(1cosTNMstMMkBMBMMNSkuddP.)cos)(6 . 0%100(1参阅参阅P P169表表6 64 4第47页/共94页5 5、减小电压波动和闪变的措施、减小电压波动和闪变的措施第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-48)(6-48)n提高供电系统短路容量提高供电系统短路容量(1)(1)提高供电电压。提高供电电压。(2)(2)采用双回线路并联供电。采用双回线路并联供电。(3)(3)采

49、用线路串联补偿，降低输电线路电抗，采用线路串联补偿，降低输电线路电抗，或动态补偿线路压降。或动态补偿线路压降。n减小波动负荷的无功功率变化量减小波动负荷的无功功率变化量(1)(1)改善工艺，减小负荷波动。改善工艺，减小负荷波动。(2)(2)改变波动负荷供电回路参数（如改变波动负荷供电回路参数（如串电抗器等）。串电抗器等）。(3)(3)采用动态无功功率补偿装置采用动态无功功率补偿装置（SVCSVC）。）。第48页/共94页 图示为图示为TCRTCR型型SVCSVC主回路及其工作原理图。设负荷无功功率变化量为主回路及其工作原理图。设负荷无功功率变化量为Q QL L, ,利利用晶闸管的相位控制用晶闸

50、管的相位控制TCRTCR的无功功率的无功功率Q QLRLR对应对应Q QL L相反的变化量，使（相反的变化量，使（Q QLRLR+ +Q QL L) )为为一恒定的感性无功，电容器支路产生的容性无功一恒定的感性无功，电容器支路产生的容性无功Q QC C与（与（Q QLRLR+ +Q QL L) )相互补偿，从而相互补偿，从而使系统的无功功率使系统的无功功率Q QS S基本保持恒定。基本保持恒定。TCRTCR型静止无功补偿器的主电路结构和调节原理型静止无功补偿器的主电路结构和调节原理 a)a)主电路结构主电路结构 b)TCRb)TCR无功电流调节原理示意图无功电流调节原理示意图第六章第六章 供电

51、系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-49)(6-49)第49页/共94页四、电力谐波及其抑制四、电力谐波及其抑制 1.1.谐波基础谐波基础1 1）谐波定义）谐波定义 国际上现在公认的国际上现在公认的谐波定义谐波定义为为: :谐波是一个周期电气量的正弦波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数倍分量，其频率为基波频率的整数倍。 在供电系统中，除整数次谐波外，还存在有谐间波。谐间波是指那些在供电系统中，除整数次谐波外，还存在有谐间波。谐间波是指那些频率不是基波频率整数倍的谐波分量。在电力系统谐波中，谐间波的成分较频率不是基波频率整数倍的谐波分量。在电力系统

52、谐波中，谐间波的成分较小。小。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-50)(6-50)第50页/共94页2 2）谐波发生源）谐波发生源 具有铁磁饱和特性的设备（变压器、电抗器）；具有铁磁饱和特性的设备（变压器、电抗器）； 具有电弧特性的设备（交流电弧炉、弧焊设备）；具有电弧特性的设备（交流电弧炉、弧焊设备）； 各种电力电子设备（变流装置、电力机车、家用电器）；各种电力电子设备（变流装置、电力机车、家用电器）；电力系统：电力系统：包含的能产生谐波电流的非线性元件主要是变包含的能产生谐波电流的非线性元件主要是变 压器的空载电流，交直流换流站的可控硅元件，压

53、器的空载电流，交直流换流站的可控硅元件， 可控硅控制的电容器、电抗器组等。可控硅控制的电容器、电抗器组等。电力负荷：电力负荷：电力系统谐波电力系统谐波更主要的来源是各种非线性负荷更主要的来源是各种非线性负荷 用户用户。对于谐波电流含量只决定于其本身的特。对于谐波电流含量只决定于其本身的特 性和工况，基本上与电力系统参数无关的谐波性和工况，基本上与电力系统参数无关的谐波 源，可看作谐波恒流源。源，可看作谐波恒流源。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-51)(6-51)P172、173表表65、66、67第51页/共94页3 3）谐波危害）谐波危害 产生

54、谐波附加损耗，使设备过热以及谐波过电压加速设备绝缘产生谐波附加损耗，使设备过热以及谐波过电压加速设备绝缘老化等老化等 并联电容器与系统等效电抗可能在某次谐波附近发生并联谐并联电容器与系统等效电抗可能在某次谐波附近发生并联谐振，导致谐波电压和谐波电流的严重放大振，导致谐波电压和谐波电流的严重放大 引起继电保护和自动装置误动作引起继电保护和自动装置误动作影响电能计量精度影响电能计量精度 影响通信质量影响通信质量第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-52)(6-52)第52页/共94页2 2谐波的评价计算与限值谐波的评价计算与限值1 1）评价计算）评价计算（

55、1 1）单次谐波含有率）单次谐波含有率 h h 次谐波含有率定义为第次谐波含有率定义为第h h 次谐波分量方均根值与基波分量次谐波分量方均根值与基波分量方均根值之比，即：方均根值之比，即：（2 2）总谐波畸变率）总谐波畸变率 总谐波畸变率则定义为谐波含量与基波分量方均根值之比，总谐波畸变率则定义为谐波含量与基波分量方均根值之比，即：即：%100%1001221HUUUUTHDhhu%1001UUHRUhh%1001IIHRIhh%100%100121HIIIITHDhhi第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-53)(6-53)第53页/共94页第六章第

56、六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-54)(6-54)2 2）谐波限值）谐波限值 （P P175175表表6-86-8）l各级电网电压下的谐波电压限值各级电网电压下的谐波电压限值第54页/共94页第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-55)(6-55) 各级电网电压下用户注入到公共连接点的谐波电流允许值各级电网电压下用户注入到公共连接点的谐波电流允许值标准电压 kV基准短路容量 MVA 谐波次数及谐波电流允许值（A）23456789101112131415160.38 107862396226441921162813

57、2411129.7 6 10043342134142411118.5167.1136.16.85.3 10 100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.2 35 25015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.9 110 750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.5 当电网公共连接点的实际最小短路容量当电网公共连接点的实际最小短路容量S Sk与表中的基准短路容量与表中的基准短路容量S Sj不同时，实际不同时，实际允许注入电网的谐波电流限制应按下式修正。允许注入电网的

58、谐波电流限制应按下式修正。jjkhISSI第55页/共94页3. 3. 供电系统谐波分析计算供电系统谐波分析计算1 1）供电系统各元件谐波等效模型）供电系统各元件谐波等效模型 供电系统各元件谐波等效模型是谐波分析的基础和关键，供电系统各元件谐波等效模型是谐波分析的基础和关键，在在分析计算中，通常近似认为：分析计算中，通常近似认为： 式中式中: : X X、X Xh h分别为元件基波和分别为元件基波和h h次谐波感抗；次谐波感抗； X XC C、X XC Ch h分别为元件基波和分别为元件基波和h h次谐波容抗；次谐波容抗； R R、R Rh h 分别为元件基波和分别为元件基波和h h次谐波电阻

59、；次谐波电阻；RhRhXXhXXhChhC第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-56)(6-56)第56页/共94页（1 1）系统谐波阻抗）系统谐波阻抗 式中：式中：Sk系统对该点的短路容量，系统对该点的短路容量，UN网络额定电压，网络额定电压，Xs1基波电抗。基波电抗。（2 2） 供电线路供电线路（3 3）变压器）变压器( (双绕组）双绕组）（4 4）并联电容器）并联电容器（5 5）电抗器）电抗器（6 6）电力负荷）电力负荷: :第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-57)(6-57)kNsshSUhhXX2

60、1lhxhXXllh01CNTCChQUhXhX2111NTNTkTThSUuhhXX21100%LRNLRNLRNLRLRLRhIUUXhhXX.2.13100%cNLLhQUhhXX21第57页/共94页2 2）系统等效电路及其谐波分布分析）系统等效电路及其谐波分布分析 将供电系统各元件的等效模型按系统联接关系逐一替将供电系统各元件的等效模型按系统联接关系逐一替换，即可得系统等效电路，供电系统在基波和换，即可得系统等效电路，供电系统在基波和h h次谐波下次谐波下的等效电路的一般结构如图所示：的等效电路的一般结构如图所示： 供电系统等效电路一般结构供电系统等效电路一般结构a)a)基波等效电路