电能质量分析与控制cf

1、电能质量分析与控制电能质量分析与控制目录目录n电能质量概述电能质量概述n传统电能质量分析与改善措施传统电能质量分析与改善措施n电压波动与闪变电压波动与闪变第一章第一章 电能质量概论电能质量概论 电能既是一种经济实用、清洁方便且容易电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又是一种由电传输、控制和转换的能源形式，又是一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。保证质量的特殊产品。第一节第一节 概述概述 人们首先把电力系统运行中人们首先把电力系统运行中电压和和频率偏离偏离标称值的多少作为检验电能质量的主要指标。标

2、称值的多少作为检验电能质量的主要指标。 如何深入理解现代电能质量问题，如何把提高电如何深入理解现代电能质量问题，如何把提高电能质量与增强竞争意识、电力市场占有率联系起能质量与增强竞争意识、电力市场占有率联系起来，如何从技术、经济和运行管理等方面加大力来，如何从技术、经济和运行管理等方面加大力度，保证优质供电，以最小程度减少对现代工业度，保证优质供电，以最小程度减少对现代工业企业和重要电力用户的影响，既是电力用户需求企业和重要电力用户的影响，既是电力用户需求和电力系统运行给我们提出的新任务，也是信息和电力系统运行给我们提出的新任务，也是信息时代给我们提出的新挑战。时代给我们提出的新挑战。一、供电

3、系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系 1. 1.电能质量的基本要求电能质量的基本要求 为保证电能安全经济地输送、分配和使用，为保证电能安全经济地输送、分配和使用，理想供电系统的运行应具有如下基本特性：理想供电系统的运行应具有如下基本特性： （1 1）以）以单一恒定的电网标称频率单一恒定的电网标称频率（50Hz50Hz或或60Hz60Hz，我国采用，我国采用50Hz50Hz）、规定的若干电）、规定的若干电压等级（如配电系统一般为压等级（如配电系统一般为110kV, 35kV, 110kV, 35kV, 10kV,380V/220V10kV,380V/220V）和以正弦函数波形

4、变化的）和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并且这些运行参数不受交流电向用户供电，并且这些运行参数不受用电负荷特性的影响。用电负荷特性的影响。 （2 2）始终保持）始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡三相交流电压和负荷电流的平衡。用电设备汲取电能应当保证最大传输效率，即达用电设备汲取电能应当保证最大传输效率，即达到单位功率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。到单位功率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。 （3 3）电能的）电能的供应充足供应充足，即向电力用户的供电不，即向电力用户的供电不中断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并中断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并且每时每刻系统中的功率供

5、需都是平衡的。且每时每刻系统中的功率供需都是平衡的。 一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系 上述理想供电系统的基本上述理想供电系统的基本特性构成了供电运行对电特性构成了供电运行对电能质量的基本要求，如果能质量的基本要求，如果将其概括描述可如图将其概括描述可如图1-11-1所所示。示。 上图中三个基本集合的交上图中三个基本集合的交集之内确定了合格电能质集之内确定了合格电能质量的指标要求，是我们将量的指标要求，是我们将要阐述的供电系统电能质要阐述的供电系统电能质量的三个基本要素。图量的三个基本要素。图1-1

6、1-1示意性地表明，这三项质示意性地表明，这三项质量指标相互间存在着紧密量指标相互间存在着紧密的依存和制约关系。的依存和制约关系。一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系 2. 2.电能质量的特征电能质量的特征 电能，或称之为电产品，除了具有其他工业产品电能，或称之为电产品，除了具有其他工业产品的基本特征之外，由于其产品形式单一，而且其的基本特征之外，由于其产品形式单一，而且其生产、输送与消耗的全过程独具特色，因此在引生产、输送与消耗的全过程独具特色，因此在引起电能质量问题的原因上、在劣质电能的影响与起电能质量问题的原因上、在劣质电能的影响与评价等方面与一般产品的质量问

7、题不同，具有以评价等方面与一般产品的质量问题不同，具有以下显著特点：下显著特点：一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系（1 1）电力系统的电能质量始终处在）电力系统的电能质量始终处在动态变化动态变化中。中。（2 2）电力系统是一个整体）电力系统是一个整体, ,其电能质量状况相互影响。其电能质量状况相互影响。电能不易储存，其生产、输送、分配和转换直至消电能不易储存，其生产、输送、分配和转换直至消耗几乎是同时进行的。耗几乎是同时进行的。（3 3）电能质量扰动具有潜在危害性与广泛传播性。）电能质量扰动具有潜在危害性与广泛传播性。（4 4）有些情况下用户是保证电能质量的主体部

8、分。）有些情况下用户是保证电能质量的主体部分。（5 5）对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常）对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常困难。困难。 （6 6）控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。）控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 随着时代进步与科技的飞速发展，现代电网与随着时代进步与科技的飞速发展，现代电网与负荷构成出现了新的变化趋势，由此带来的电负荷构成出现了新的变化趋势，由此带来的电能质量问题越来越引起电力部门和电力用户的能质量问题越来越引起电力部门和电力用户的高度重视。电网与负荷构成出现的变化趋势主高度重

9、视。电网与负荷构成出现的变化趋势主要表现在：要表现在： 二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求（1 1）电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行）电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行的安全稳定性和可靠性要求不断提高。的安全稳定性和可靠性要求不断提高。（2 2）在保证电力系统一定的自然垄断特性的条）在保证电力系统一定的自然垄断特性的条件下，引进竞争机制，实施电力市场化营运，件下，引进竞争机制，实施电力市场化营运，强化环境保护意识与提高信息管理水平已经势强化环境保护意识与提高信息管理水平已经势在必行。在必行。（3 3）当代电力系统与计算机技术和通信技术的）当代电力系统与计算机

10、技术和通信技术的结合更加紧密，采用高新技术（如结合更加紧密，采用高新技术（如TCSCTCSC、FACTSFACTS、HVDCHVDC、Cus-PowCus-Pow）以提高电力传输）以提高电力传输能力能力二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 和实现配电自动化的趋势方兴未艾。和实现配电自动化的趋势方兴未艾。 （4 4）电力用户为满足其对产品的个性化、）电力用户为满足其对产品的个性化、多样性生产的需求，从最大经济利益出发，多样性生产的需求，从最大经济利益出发，在大功率冲击性、非线性负荷容量迅速增长在大功率冲击性、非线性负荷容量迅速增长的同时，更大规模地采用科技含量高的器件

11、、的同时，更大规模地采用科技含量高的器件、设备与技术。设备与技术。 二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 负荷敏感度：是指负荷对电能质量问题的敏感程负荷敏感度：是指负荷对电能质量问题的敏感程度，即提供给负荷的电能质量不良时负荷能承受度，即提供给负荷的电能质量不良时负荷能承受干扰仍正常工作的能力。干扰仍正常工作的能力。 一般可将负荷分为三类：普通负荷（一般可将负荷分为三类：普通负荷（Common Common LoadLoad）、敏感负荷（）、敏感负荷（Sensitive LoadSensitive Load）和重要（要求）和重要（要求严格的）负荷（严格的）负荷（Cr

12、itical LoadCritical Load）。）。二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 电力系统的各个部分都是相互联系的，使用电电力系统的各个部分都是相互联系的，使用电双方的相互影响越来越紧密。因此，综合协调处双方的相互影响越来越紧密。因此，综合协调处理电能质量问题至关重要。另外需要注意到，由理电能质量问题至关重要。另外需要注意到，由于看问题的角度不同，在导致电能质量下降的原于看问题的角度不同，在导致电能质量下降的原因与责任上，供用电双方往往存在很大的分歧。因与责任上，供用电双方往往存在很大的分歧。 美国乔治动力公司曾组织和实施了一项对电力美国乔治动力公司曾组

13、织和实施了一项对电力部门和电力用户关于电能质量问题起因的调查，部门和电力用户关于电能质量问题起因的调查，其结果如图其结果如图1-21-2所示。据分析，虽然对电力市场的所示。据分析，虽然对电力市场的质量调查还存在分类方法上的不同，但是调查报质量调查还存在分类方法上的不同，但是调查报告清楚地表明，电力公司和电力用户对引发电能告清楚地表明，电力公司和电力用户对引发电能质量问题的原因的看法往往有很大的分歧，尽管质量问题的原因的看法往往有很大的分歧，尽管双方都把双方都把2/32/3的事件起因归咎于自然因素（如雷电的事件起因归咎于自然因素（如雷电等），但用户仍然认为电力部门在这方面的责任等），但用户仍然认

14、为电力部门在这方面的责任要比自我测评结果大得多。要比自我测评结果大得多。二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 综上所述，现代电力系统结构与负荷构成的综上所述，现代电力系统结构与负荷构成的变化是工业生产不断发展的必然结果，有利于电变化是工业生产不断发展的必然结果，有利于电力用户提高生产率和获得更大的经济效益；同时力用户提高生产率和获得更大的经济效益；同时通过采用高效的电力负荷设备，大量节约电能和通过采用高效的电力负荷设备，大量节约电能和延缓用电的需求，从而节省电力建设所需的大量延缓用电的需求，从而节省电力

15、建设所需的大量投资。投资。三、改善电能质量的意义三、改善电能质量的意义 电能作为人们广泛使用的能源，电能作为人们广泛使用的能源，其应用程度是其应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一。一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一。时至今日，电力工业面向市场经济，引进竞争机时至今日，电力工业面向市场经济，引进竞争机制，以求最小成本与最大效益，电能质量的优劣制，以求最小成本与最大效益，电能质量的优劣已经成为电力系统运行与管理水平高低的重要标已经成为电力系统运行与管理水平高低的重要标志，控制和改善电能质量也是保证电力系统自身志，控制和改善电能质量也是保证电力系统自身可持续发展的必要条件。可持续

16、发展的必要条件。第二节第二节 电能质量概念、定义及分类电能质量概念、定义及分类 电能质量术语电能质量术语: :国际电气电子工程室师协会（国际电气电子工程室师协会（IEEEIEEE）标准化协调委员会已正式通过采用标准化协调委员会已正式通过采用“Power Quality”Power Quality”（电能质量）（电能质量）术语的决定。我国国家标准中已正术语的决定。我国国家标准中已正式更名采用国际通用的英文名称。式更名采用国际通用的英文名称。一一 基本概念与定义基本概念与定义 电能质量：电能质量： 从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。 电力部门可能把电能质量

17、定义为电力部门可能把电能质量定义为电压、频率的合电压、频率的合格率格率以及以及连续供电连续供电的年小时数，并且用统计数字的年小时数，并且用统计数字来说明电力系统是安全可靠运行的。来说明电力系统是安全可靠运行的。 电力用户则可能把电能质量简单定义为是否向设电力用户则可能把电能质量简单定义为是否向设备提供了电力。备提供了电力。一一 基本概念与定义基本概念与定义 从工程实用角度出发，将电能质量概念进一步具从工程实用角度出发，将电能质量概念进一步具体分解并给出解释。体分解并给出解释。 电压质量电压质量。 给出实际电压与理想电压间的偏差，给出实际电压与理想电压间的偏差，以反映供电部门向用户分配的电力是否

18、合格。电以反映供电部门向用户分配的电力是否合格。电压质量通常包括压质量通常包括电压偏差、电压频率偏差、电压电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降（暂升）与中断、电压谐波、电压陷波、欠暂降（暂升）与中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压电压、过电压等。等。一一 基本概念与定义基本概念与定义 电流质量。电流质量。 电流质量与电压质量密切相关。电流电流质量与电压质量密切相关。电流质量包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位质量包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前或滞后、噪声等。超前或滞后、噪声等。 供电质量。供电质量

19、。 它包括技术含义（电压质量和供电可它包括技术含义（电压质量和供电可靠性）和非技术含义（供电部门对用户投诉与抱靠性）和非技术含义（供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等）两部分。怨的反应速度和电力价目的透明度等）两部分。 用电质量用电质量 。 它包括电流质量和非技术含义等，它包括电流质量和非技术含义等，如用户是否按时，如数缴纳电费等。如用户是否按时，如数缴纳电费等。二二 电能质量的分类电能质量的分类1. 1.电能质量的基本分类电能质量的基本分类 对于电能质量现象可以根据不同基础来分类。对于电能质量现象可以根据不同基础来分类。以下介绍了近几年国际上在电能质量现象分类和以下介绍了近

20、几年国际上在电能质量现象分类和特性描述等方面取得的研究成果。其中，在国际特性描述等方面取得的研究成果。其中，在国际电工界有影响的电工界有影响的IECIEC以电磁现象及互干扰的途径和以电磁现象及互干扰的途径和频率特性为基础，引出了广义的电磁扰动的基本频率特性为基础，引出了广义的电磁扰动的基本想象分类，如表想象分类，如表1-11-1所示。所示。二二 电能质量的分类电能质量的分类 表表1-2给出了给出了IEEE制定的电力系统电磁现象的特制定的电力系统电磁现象的特性参数及分类。它为我们提供了一个清晰描述电性参数及分类。它为我们提供了一个清晰描述电能质量及电磁干扰现象的实用工具。能质量及电磁干扰现象的实

21、用工具。2. 2.变化型和事件型分类变化型和事件型分类 按照电能质量扰动现象的两个重要表现特征按照电能质量扰动现象的两个重要表现特征变化的连续性和事件的突发性为基础分成两类。变化的连续性和事件的突发性为基础分成两类。连续型连续型 （连续出现）（连续出现）事件型事件型 （突然发生）（突然发生）图图1-31-3、图、图1-41-4所示为供电电压幅值的概率密度函数曲所示为供电电压幅值的概率密度函数曲线和概率分布函数曲线。线和概率分布函数曲线。第三节第三节 电能质量现象描述电能质量现象描述 本节中我们重点对表本节中我们重点对表1-21-2中的七类现象作进一步描中的七类现象作进一步描述，以便读者对电能质

22、量涵盖的内容有一个整体述，以便读者对电能质量涵盖的内容有一个整体的了解。的了解。一、瞬变现象一、瞬变现象 关于瞬变现象，关于瞬变现象，IEEEStd100-1992电气与电气与电子标准术语词典电子标准术语词典有一个含义更宽、描述更简有一个含义更宽、描述更简单的定义：单的定义：变量的部分变化，且从一种稳态状态变量的部分变化，且从一种稳态状态过渡到另一种稳定状态的过程中该变化逐渐消失过渡到另一种稳定状态的过程中该变化逐渐消失的现象。的现象。瞬变现象的两种普遍类型瞬变现象的两种普遍类型冲击和振荡冲击和振荡1. 1.冲击性瞬变现象冲击性瞬变现象冲击性瞬变是一种在冲击性瞬变是一种在稳态条件下，电压、稳态

23、条件下，电压、电流非工频的、单极电流非工频的、单极性的突然变化现象。性的突然变化现象。最常见引发其的原因最常见引发其的原因 是雷电。如图是雷电。如图1-5 示。示。2. 振荡瞬变现象振荡瞬变现象 振荡瞬变是一种在稳态条件下，电压、电流的非振荡瞬变是一种在稳态条件下，电压、电流的非工频、有正负极性的突然变化现象。常用频谱成工频、有正负极性的突然变化现象。常用频谱成分、持续时间、和幅值大小来描述其特性。其频分、持续时间、和幅值大小来描述其特性。其频谱分为高、中、低频，如表谱分为高、中、低频，如表1-21-2所示。所示。高频振荡现象高频振荡现象中频振荡现象中频振荡现象低频振荡现象低频振荡现象 图图1

24、-61-6为背靠背电容器增能引起的几千赫电流振荡为背靠背电容器增能引起的几千赫电流振荡波形。波形。 低频振荡现象出现在辅低频振荡现象出现在辅助输配电系统，最常见的助输配电系统，最常见的是电容器组冲能。电压振是电容器组冲能。电压振荡频率为荡频率为300900赫，赫，峰值可达到峰值可达到2.0p.u.。一般。一般其典型值为其典型值为1.31.5p.u.，持续时间在持续时间在0.53周波，周波，具体情况要根据系统的阻具体情况要根据系统的阻尼程度来确定（参见图尼程度来确定（参见图1-7）。）。 主频低于主频低于300赫的振荡赫的振荡在配电系统中也时有在配电系统中也时有发生，通常是由铁磁发生，通常是由铁

25、磁谐振和变压器增能引谐振和变压器增能引起的，如图起的，如图1-8所示。所示。二、二、 短时间电压变动短时间电压变动 包括包括电压暂降电压暂降和和短时间电压中断短时间电压中断现象。现象。 造成电压变动的主要原因是系统故障、大容量负造成电压变动的主要原因是系统故障、大容量负荷启动或电网松散连接的间歇性负荷运作。根据荷启动或电网松散连接的间歇性负荷运作。根据所在系统条件和故障位置的不同，可能引起暂时所在系统条件和故障位置的不同，可能引起暂时过电压或电压跌落，甚至使电压完全损失。过电压或电压跌落，甚至使电压完全损失。二、二、 短时间电压变动短时间电压变动1. 1.电压中断电压中断 当电压降到当电压降到

26、0.1p.u.0.1p.u.以下，且持续时间不超过以下，且持续时间不超过1min1min时，时，则认为出现了电压中断现象。造成电压中断的现则认为出现了电压中断现象。造成电压中断的现象。造成电压中断的原因可能是可能是系统故障、象。造成电压中断的原因可能是可能是系统故障、用电设备故障或控制失灵等。用电设备故障或控制失灵等。 电压中断往往是以其幅值总是低于额定值百分数电压中断往往是以其幅值总是低于额定值百分数的持续时间来量度的。的持续时间来量度的。 对于有些由于系统故对于有些由于系统故障造成的电压中断，障造成的电压中断，在其出现之前，既在在其出现之前，既在故障发生至保护动作故障发生至保护动作期间，可

27、能先出现电期间，可能先出现电压暂降，之后进入短压暂降，之后进入短期中断，如图期中断，如图1-9（a）所示。所示。2. 2.电压暂降电压暂降“暂降暂降”是指工频条件均发根值减小到是指工频条件均发根值减小到0.10.9p.u.0.10.9p.u.之之间、持续时间为间、持续时间为0.50.5周波至周波至1min1min的短时间电压变动的短时间电压变动现象。现象。暂降和骤降可以互相替换暂降和骤降可以互相替换图图1-101-10为发生短路故障引起的单相电压暂降的变化波为发生短路故障引起的单相电压暂降的变化波形。形。 图图1-111-11为大型电机启为大型电机启动对电压的影响。动对电压的影响。 在启动期间

28、，感应在启动期间，感应电机将汲取电机将汲取6-106-10倍的倍的额定电流。额定电流。3. 3.电压暂升电压暂升“暂升暂升”的含义是指在工频的含义是指在工频条件下，电压均方根值上条件下，电压均方根值上升到升到1.11.11.8p.u.1.8p.u.之间、持之间、持续时间为续时间为0.50.5周波到周波到1min1min的的电压变动现象。例如，当电压变动现象。例如，当单相对地发生故障，非故单相对地发生故障，非故障相的电压可能会短时上障相的电压可能会短时上升。图升。图1 11212给出可该情况给出可该情况下引起的电压暂升的波形。下引起的电压暂升的波形。三三 长时间电压变动长时间电压变动 长时间电压

29、变动是指，在工频条件下电压均方根长时间电压变动是指，在工频条件下电压均方根值偏离额定值，并且持续时间超过值偏离额定值，并且持续时间超过1min的电压变的电压变动现象。动现象。 长时间电压变动可能时过电压也可能欠电压。长时间电压变动可能时过电压也可能欠电压。 过电压过电压 欠电压欠电压 持续中断持续中断四四 电压不平衡电压不平衡 电压不平衡，时常定义为与三相电压（或电流）电压不平衡，时常定义为与三相电压（或电流）的平均值的最大偏差，并且用该偏差与平均值的的平均值的最大偏差，并且用该偏差与平均值的百分比表示。电压不平衡也可利用对称分量法来百分比表示。电压不平衡也可利用对称分量法来定义，即用幅负序或

30、零序分量与正序分量的百分定义，即用幅负序或零序分量与正序分量的百分比加以衡量。图比加以衡量。图113给出了采用上述两种比值给出了采用上述两种比值表示的某一民用溃电网一周内电压不平衡趋势。表示的某一民用溃电网一周内电压不平衡趋势。五五 波形畸变波形畸变 波形畸变，是指电压或电流波形偏离稳态工频正波形畸变，是指电压或电流波形偏离稳态工频正弦波形的现象，可以用偏移频谱描述其特征。波弦波形的现象，可以用偏移频谱描述其特征。波形畸变有五种主要类型，即直流偏置、谐波、间形畸变有五种主要类型，即直流偏置、谐波、间谐波、陷波、噪声。谐波、陷波、噪声。 谐波畸变水平的描述方法，通常用具有各次谐波谐波畸变水平的描

31、述方法，通常用具有各次谐波分量幅值和和相位角的频谱表示。图分量幅值和和相位角的频谱表示。图114给出给出了典型变速驱动输入电流波形和频谱图。了典型变速驱动输入电流波形和频谱图。 图图1 11515给出了连续直流式三相换流器的电压陷波给出了连续直流式三相换流器的电压陷波例子。例子。 六六 电压波动电压波动 电压波动是指电压包络线有电压波动是指电压包络线有规则的变化或一系列规则的变化或一系列随机电压变动随机电压变动。通常，其幅值并未超过。通常，其幅值并未超过ANSI C84.11995电力系统与设备电压等级电力系统与设备电压等级规定规定的的0.91.1p.u.范围。范围。IEC1000331994

32、低压供电系统电压波形和闪变限值（额定电流低压供电系统电压波形和闪变限值（额定电流0Q0时，则时，则意味着母线意味着母线2 2的无功功率不足，需要从系统吸收无功功的无功功率不足，需要从系统吸收无功功率率Q Q。XR2PR QXUU三、电压偏差产生的原因三、电压偏差产生的原因由式（由式（3-103-10）可知）可知20QXUU211UUUU211UUUU20QXUU三、电压偏差产生的原因三、电压偏差产生的原因无功功率不平衡越严重，电压偏差越大。无功功率不平衡越严重，电压偏差越大。电压偏差为负；电压偏差为负；电压偏差为正。电压偏差为正。 供配电网络结构的不合理也能导致电压偏差供配电网络结构的不合理也

33、能导致电压偏差。供配电线路输送距离过长，输送容量过大，导致供配电线路输送距离过长，输送容量过大，导致截面过小等因素都会加大线路的电压损失，从而截面过小等因素都会加大线路的电压损失，从而产生电压偏差。从此，我国对不同电压等级的供产生电压偏差。从此，我国对不同电压等级的供配线路规定了合理的输送距离和输送容量，见表配线路规定了合理的输送距离和输送容量，见表 3-1 3-1 。三、电压偏差产生的原因三、电压偏差产生的原因表表3-1 3-1 线路的输送距离和输送容量线路的输送距离和输送容量四、电压偏差过大的危害四、电压偏差过大的危害 电压偏差过大对广大用电设备以及电网的安电压偏差过大对广大用电设备以及电

34、网的安全稳定和经济运行都会产生极大的危害。全稳定和经济运行都会产生极大的危害。 1 1、对用电设备的危害、对用电设备的危害 所有用户的用电设备都是按照设备的额定电压进所有用户的用电设备都是按照设备的额定电压进行设计和制造的。当电压偏离额定电压较大时，行设计和制造的。当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能恶化，不仅运行效率低，很用电设备的运行性能恶化，不仅运行效率低，很可能会由于过电压或过电流而损坏。可能会由于过电压或过电流而损坏。 2 2、对电网的危害、对电网的危害 输电线路的输送功率受功率稳定极限的限制，输电线路的输送功率受功率稳定极限的限制，而线路的静态稳定功率极限近似与线路的电压平

35、而线路的静态稳定功率极限近似与线路的电压平方成正比。方成正比。 系统运行电压偏低时系统运行电压偏低时 缺乏无功电源时缺乏无功电源时 频率稳定和电压稳定破坏时频率稳定和电压稳定破坏时 系统运行电压过高系统运行电压过高造成系统解列导致电压崩溃也会威胁系统的安全运行给生产生活到来损失四、电压偏差过大的危害四、电压偏差过大的危害五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施 电力系统分布广，节点数目多。系统运行时，电力系统分布广，节点数目多。系统运行时，电压随节点位置、负荷水平不断发生变化。可以电压随节点位置、负荷水平不断发生变化。可以说，电压水平的控制既有局域性，又有全局性；说，电压水平的控制既有局域

36、性，又有全局性；既于网络规划有关，又与运行控制密不可分。保既于网络规划有关，又与运行控制密不可分。保证电力系统各节点电压正常水平的充分必要条件证电力系统各节点电压正常水平的充分必要条件是系统具备是系统具备充足的无功功率电源，充足的无功功率电源，同时采取同时采取必要必要的调压手段的调压手段。 现以图现以图3-23-2为例，说明各种调压措施所依据的基为例，说明各种调压措施所依据的基本原理。本原理。 为简化起见，忽略系统各元件的对地电容，网络为简化起见，忽略系统各元件的对地电容，网络阻抗已归算至高压侧。阻抗已归算至高压侧。 五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施负荷接入点电压可表示为负荷接入点

37、电压可表示为 (3-11)(3-11) 式中式中 归算至高压侧网络的电压损失归算至高压侧网络的电压损失kVkV； 高压侧网络标称电压，高压侧网络标称电压，kVkV。UNU112211()()LssNPR QXUU kUU kkUk五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施 公式（公式（3-113-11）表明）表明: :改变以下各量即可调整负荷接入改变以下各量即可调整负荷接入节点的电压节点的电压U UL L。 （1 1）改变系统无功功率的分布；）改变系统无功功率的分布； （2 2）改变发电机端电压）改变发电机端电压U US S； （3 3）改变变压器

38、变比）改变变压器变比K K1 1，K K2 2。 （4 4）改变输电网络的参数）改变输电网络的参数X X。 下面从电力系统无功功率电源和调压手段两方面对下面从电力系统无功功率电源和调压手段两方面对电压偏差的改善措施作详细的介绍。电压偏差的改善措施作详细的介绍。121()LsNPRQXUU kUk（一）配置充足的无功功率电源（一）配置充足的无功功率电源 电力系统中的无功功率损耗很大一部分是线路电力系统中的无功功率损耗很大一部分是线路和变压器中的无功功率损耗。由于高压线路和变压和变压器中的无功功率损耗。由于高压线路和变压器的等值电抗远大于等值电阻，变压器的无功损耗器的等值电抗远大于等值电阻，变压器

39、的无功损耗也比有功损耗大得多，从而导致整个系统的无功损也比有功损耗大得多，从而导致整个系统的无功损耗远大于有功损耗。耗远大于有功损耗。 系统运行时仅靠发电机提供的无功功率远远不系统运行时仅靠发电机提供的无功功率远远不能满足系统对无功功率的需要，因此必须装设大量能满足系统对无功功率的需要，因此必须装设大量的无功补偿设备。的无功补偿设备。 电力系统的无功功率电源有同步发电机，同步电力系统的无功功率电源有同步发电机，同步调相机，电容器，电抗器和静止无功补偿装置调相机，电容器，电抗器和静止无功补偿装置（SVCSVC）等。）等。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施 1 1、同步发电机、同步发电机

40、 发电机是电力系统中唯一的有功功率电源，发电机是电力系统中唯一的有功功率电源，同时也是最基本的无功功率电源。发电机调节无同时也是最基本的无功功率电源。发电机调节无功功率的速度快且不需要额外投资，所以充分利功功率的速度快且不需要额外投资，所以充分利用发电机改善系统无功功率的平衡是一种十分经用发电机改善系统无功功率的平衡是一种十分经济实用的调节手段，其缺点是调节能力不大。济实用的调节手段，其缺点是调节能力不大。 五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施2 2、同步调相机、同步调相机 同步调相机实质上是不带机械负载的同步电同步调相机实质上是不带机械负载的同步电 动动机。改变同步调相机的励磁，可以

41、使同步调相机机。改变同步调相机的励磁，可以使同步调相机 工作在过励磁或欠励磁状态，从而发出或吸收无功工作在过励磁或欠励磁状态，从而发出或吸收无功功率。它是最早采用的无功调节设备之一。功率。它是最早采用的无功调节设备之一。 同步调相机的优点：有电压支撑的作用、可迅速提同步调相机的优点：有电压支撑的作用、可迅速提高无功功率、可吸收多余的无功功率。高无功功率、可吸收多余的无功功率。 缺点：本身设备的有功功率损耗大、维护复杂、投缺点：本身设备的有功功率损耗大、维护复杂、投资大。所以它不是主要的无功功率调节设备。资大。所以它不是主要的无功功率调节设备。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施3 3、

42、电容器、电容器 作为无功功率补偿用的电容器以并联的方式接作为无功功率补偿用的电容器以并联的方式接入系统，其接线方式如图入系统，其接线方式如图3-33-3所示。所示。 电容器只能输出无功功率。其产生无功功率的大电容器只能输出无功功率。其产生无功功率的大小可表示成小可表示成 (3-12)(3-12) 式中，式中， 为电力系统角频率；为电力系统角频率；C C为电容器的电容值。为电容器的电容值。22CQCU五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施 电容器具有有功功率损耗小、设计简单、容量电容器具有有功功率损耗小、设计简单、容量组合灵活、安全可靠、运行维护方便、投资省等组合灵活、安全可靠、运行维护方

43、便、投资省等优优点点。所以长期以来电容器一直是电力系统优先采用。所以长期以来电容器一直是电力系统优先采用的无功功率补偿设备。但当系统电压下降时，会导的无功功率补偿设备。但当系统电压下降时，会导致电压进一步降低；当系统电压偏高时，系统电压致电压进一步降低；当系统电压偏高时，系统电压进一步升高。这种正反馈的电压调节特性不利于系进一步升高。这种正反馈的电压调节特性不利于系统电压的稳定，这是电容器调压的统电压的稳定，这是电容器调压的缺点缺点。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施 此外，这种调压是不连续的。常规电容器采用分此外，这种调压是不连续的。常规电容器采用分组投切的形式，每投入或切除一组电

44、容器，可分别使组投切的形式，每投入或切除一组电容器，可分别使系统电压跳变式升高或降低。因此，应综合考虑系统系统电压跳变式升高或降低。因此，应综合考虑系统容量、电压等级、负荷大小等因素，合理地选择电容容量、电压等级、负荷大小等因素，合理地选择电容器的分组数及每组容量。器的分组数及每组容量。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施4 4、电抗器、电抗器 线路的分布电容所产生的无功功率，与电压的线路的分布电容所产生的无功功率，与电压的平方成正比，同时与线路的长度成正比。因此，长平方成正比，同时与线路的长度成正比。因此，长距离、高电压等级的线路产生的充电功率不容忽视。距离、高电压等级的线路产生的充

45、电功率不容忽视。图图3-43-4是线路是线路 形等值电路。形等值电路。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施 图中电容代表线路的分布电容，每个电容的电纳图中电容代表线路的分布电容，每个电容的电纳为整个线路等效电纳为整个线路等效电纳B B的一半，即为的一半，即为 。每个电。每个电容产生的充电功率为线路总充电功率容产生的充电功率为线路总充电功率 的一半，即等的一半，即等于于 。当线路轻载或空载运行时，线路电。当线路轻载或空载运行时，线路电抗抗X X中的无功损耗中的无功损耗 很小，其数值可能等于或很小，其数值可能等于或小于线路的充电功率。这种情况下线路总的无功损耗小于线路的充电功率。这种情况下

46、线路总的无功损耗 为零，甚至变负。为零，甚至变负。22BC22222CQBCUU23XQI XXCQQQCQ五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施n高压线路在轻载时，将会存在大量过剩的充电功高压线路在轻载时，将会存在大量过剩的充电功率，从而使电压升高。从表率，从而使电压升高。从表3-23-2可见，高压线路轻可见，高压线路轻载时电压搜升高现象十分严重，其升高幅度已经载时电压搜升高现象十分严重，其升高幅度已经大大超出了国家的有关规定。这对系统的安全运大大超出了国家的有关规定。这对系统的安全运行和用户的正常生产构成了极大的威胁行和用户的正常生产构成了极大的威胁。五、改善电压偏差的措施五、改善电

47、压偏差的措施5 5、静止无功补偿装置和静止无功发生装置、静止无功补偿装置和静止无功发生装置 基于电力电子半控器件无功补偿装置（基于电力电子半控器件无功补偿装置（SVCSVC）和基于电力电子全控器件的静止无功发生装置和基于电力电子全控器件的静止无功发生装置（SVGSVG）具有动态无功功率补偿特性。与同步调相）具有动态无功功率补偿特性。与同步调相机一样，它们既可以向系统输出无功功率，也可吸机一样，它们既可以向系统输出无功功率，也可吸收系统的无功功率。其动态特性好，调压速度快，收系统的无功功率。其动态特性好，调压速度快，调压平滑，而且可实现分相无功补偿，有功功率损调压平滑，而且可实现分相无功补偿，有

48、功功率损耗也比较小。由于他们由静止开关元件构成，所以耗也比较小。由于他们由静止开关元件构成，所以运行维护方便、可靠性较高。但这类设备价格普遍运行维护方便、可靠性较高。但这类设备价格普遍较高，运行经验较欠缺。较高，运行经验较欠缺。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施（二）系统调压手段（二）系统调压手段 电力系统是个庞大的系统，其中的负荷难以计电力系统是个庞大的系统，其中的负荷难以计数，无法对其中每个节点的电压进行监视和调整。数，无法对其中每个节点的电压进行监视和调整。通常的做法是选择一些通常的做法是选择一些关键性的母线关键性的母线作为电压监视作为电压监视点。如果将这些母线的电压偏差控制在

49、允许范围内，点。如果将这些母线的电压偏差控制在允许范围内，系统中的其他节点的电压及负荷电压就能基本满足系统中的其他节点的电压及负荷电压就能基本满足要求。这些电压监视点称为要求。这些电压监视点称为电压中枢点电压中枢点。一般选择。一般选择系统内系统内装机容量较大的发电厂高压母线装机容量较大的发电厂高压母线，容量较大容量较大的变电所低压母线的变电所低压母线，以及，以及有大量地方负荷的发电机有大量地方负荷的发电机母线作为电压中枢点母线作为电压中枢点。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施1 1、电压偏差的调整方式、电压偏差的调整方式n中枢点的调压方式分为三种：中枢点的调压方式分为三种： 逆调压逆

50、调压 顺调压顺调压 恒调压恒调压目前中枢点常用的调压方式是目前中枢点常用的调压方式是逆调压逆调压。2 2、电压偏差的调整手段、电压偏差的调整手段n用发电机调压：调节自动调节励磁装置用发电机调压：调节自动调节励磁装置n改变变压器变比调压：即调节变比改变变压器变比调压：即调节变比K K (3-13) (3-13) 普通电力变压器除分接头外，还有普通电力变压器除分接头外，还有2-42-4个附加分接个附加分接头。通过选择分接头，可使变压器的变比发生改变。头。通过选择分接头，可使变压器的变比发生改变。2211NUkNUn改变线路参数调压改变线路参数调压 1 1）采用分裂导线。）采用分裂导线。2 2）串联

51、电容器。接线图见图）串联电容器。接线图见图3-6.3-6.根据公式根据公式3-103-10线路的电压损失为：线路的电压损失为：22()LCLPR Q XXPR QXUUU串联电容补偿线路电抗的程度可用补偿度串联电容补偿线路电抗的程度可用补偿度KcKc来表示：来表示： (3-14)(3-14) 式中式中 X XL L 线路电抗，线路电抗， ； X XC C 线路串联电容容抗，线路串联电容容抗， 。 叫过补偿，整个线路的等值阻抗呈现容性；叫过补偿，整个线路的等值阻抗呈现容性； 叫欠补偿，整个线路的等值阻抗呈现感性；叫欠补偿，整个线路的等值阻抗呈现感性； 叫完全补偿，整个线路的等值阻抗呈现阻性；叫完

52、全补偿，整个线路的等值阻抗呈现阻性；1cK ,LLXCCLXKX1,CCX1cK 1cK 与装设并联电容器相比，串联电容器补偿法的调与装设并联电容器相比，串联电容器补偿法的调压效果显著，特别适合于电压波动频繁、负荷功率因压效果显著，特别适合于电压波动频繁、负荷功率因数低的场合。数低的场合。 但采用串联电容也会带来一些新问题。但采用串联电容也会带来一些新问题。 串联电容与感应电动机有可能发生共振。串联电容与感应电动机有可能发生共振。 串联电容与变压器也可能发生共振串联电容与变压器也可能发生共振。六、电压偏差的监测与考核六、电压偏差的监测与考核 电压偏差的监测与考核是评价电力系统电压质量电压偏差的

53、监测与考核是评价电力系统电压质量的重要方法，其结果也是修定无功功率和电压曲线、的重要方法，其结果也是修定无功功率和电压曲线、制定电网规划和技术改造计划的依据。制定电网规划和技术改造计划的依据。 电压监测点的设置原则是：电压监测点的设置原则是： （1 1）与主网（）与主网（220KV220KV及以上电力系统）直接连接的发及以上电力系统）直接连接的发电厂高压母线。电厂高压母线。 （2 2）各级调度）各级调度“界面界面”处的处的330KV330KV及以上变电所的一、及以上变电所的一、二次母线，二次母线，220KV220KV变电所的二次母线或一次母线。变电所的二次母线或一次母线。（3 3）所有变电所的

54、）所有变电所的10KV10KV母线。母线。（4 4）具有一定代表性的用户电压监测点宜采用这样的）具有一定代表性的用户电压监测点宜采用这样的选取原则：选取原则： 所有所有110KV110KV及以上供电的用户；及以上供电的用户； 所有所有35KV35KV专线供电的用户；专线供电的用户； 其他其他35KV35KV用户和用户和10KV10KV用户；用户； 低压低压0.4KV0.4KV用户用户。 电压监测的方法是在电压监测点安装具有自动记电压监测的方法是在电压监测点安装具有自动记录和统计功能的录和统计功能的“电压监测仪电压监测仪”。它能直接监测电压。它能直接监测电压的偏差，并能统计电压合格率和电压超限率

55、。的偏差，并能统计电压合格率和电压超限率。 (3-15) (3-16)=100% = 1-100%电 压 合 格 时 间电 压 超 限 时 间电 压 合 格 率（）电 压 监 测 总 时 间电 压 监 测 总 时 间=100%电压超限时间电压超限时间电压监测总时间 我国电力行业对电压偏差的考核是指各供电企业我国电力行业对电压偏差的考核是指各供电企业的以下五类指标是否满足供电企业安全文明生产达的以下五类指标是否满足供电企业安全文明生产达标和创一流标准。标和创一流标准。（1 1）A A类电压合格率类电压合格率城市变电所城市变电所1010母线电压母线电压合格率；合格率；（2 2）B B 类电压合格率

56、类电压合格率110KV110KV及以上供电或及以上供电或3535（6363）KVKV专线供电用户的电压合格率；专线供电用户的电压合格率；（3 3）C C类电压合格率类电压合格率其他高压用户的电压合格率其他高压用户的电压合格率（4 4）D D类电压合格率类电压合格率0.4KV0.4KV用户的电压合格率比；用户的电压合格率比；（5 5）供电综合电压合格率计算式为）供电综合电压合格率计算式为 (3-17)(3-17) 式中、和分别代表、和类式中、和分别代表、和类电压合格率。电压合格率。B+C+D=0.5A+0.53供电电压合格率（）表表3-4 3-4 我国某大城市电网我国某大城市电网20022002

57、年供电电压合格率统计表年供电电压合格率统计表第三节第三节 电力系统频率偏差电力系统频率偏差 频率是电能质量最重要的指标之一。系统负荷频率是电能质量最重要的指标之一。系统负荷特别是特别是发电厂厂用电负荷发电厂厂用电负荷对频率的要求非常严格。对频率的要求非常严格。要保证用户和发电厂的正常运行就必须严格控制系要保证用户和发电厂的正常运行就必须严格控制系统频率，使系统的频率偏差控制在允许的范围内。统频率，使系统的频率偏差控制在允许的范围内。允许频率偏差的大小不仅体现了电力系统运行管理允许频率偏差的大小不仅体现了电力系统运行管理水平的高低，同时反映了一个国家工业发达的程度。水平的高低，同时反映了一个国家

58、工业发达的程度。一、频率偏差的定义一、频率偏差的定义 根据工学理论，正弦量在单位时间内交变的次数根据工学理论，正弦量在单位时间内交变的次数称为频率，用称为频率，用f f表示，单位为表示，单位为HzHz。交变一次所需的时。交变一次所需的时间称为周期，用间称为周期，用T T表示，单位为表示，单位为s s。频率和周期互为倒。频率和周期互为倒数，即数，即 f=1/T f=1/T （3-183-18） 交流电力系统是以单一恒定的标称频率、规定的交流电力系统是以单一恒定的标称频率、规定的几种电压等级和以正弦函数波形变化的交流电向用户几种电压等级和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电。交流电力系统的标称频率

59、分为供电。交流电力系统的标称频率分为50Hz50Hz和和60Hz60Hz两两种，我国采用种，我国采用50Hz50Hz标称频率（工频）。标称频率（工频）。 不同标称频率的系统要实现互联，必须通过变不同标称频率的系统要实现互联，必须通过变频调速装置才能实现并网。频调速装置才能实现并网。 一个常蓄结合式抽水蓄能电站的原理接线图如图一个常蓄结合式抽水蓄能电站的原理接线图如图3-73-7所示。图中，所示。图中，G G代表常规发电机组，其额定频率代表常规发电机组，其额定频率为为50Hz50Hz；G/MG/M代表抽水蓄能机组，其工作频率为代表抽水蓄能机组，其工作频率为30-30-80Hz80Hz。一、频率偏

60、差的定义一、频率偏差的定义图图3-73-7常蓄结合式抽水蓄能电站的原理接线常蓄结合式抽水蓄能电站的原理接线 电力系统在电力系统在正常运行条件正常运行条件下，系统频率的实际值与下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频率偏差，用公示表示为标称值之差称为系统的频率偏差，用公示表示为 （3-193-19）式中式中 频率偏差，频率偏差，HzHz； f fre re 实际频率，实际频率，HzHz； f fN N 系统标称频率，系统标称频率，HzHz。 频率偏差属于频率变化范畴。电力系统的频率变频率偏差属于频率变化范畴。电力系统的频率变化是指基波频率偏离规定正常值的现象。化是指基波频率偏离规定正常值的现