电能质量及其控制基本技术概述ppt课件

1、电能质量及其控制.本讲提纲电能质量的根本概念1系统中电能质量实例2电能质量的预防维护3问与答4.您遇到过以下问题吗？停电白炽灯闪烁设备停运大量电力干扰信号精细仪器受损电能质量不合格导致的！.1.1 什么是电能质量 电能质量是指优质供电，合格电能质量的概念是指提供应敏感设备的电力和相应的接地系统是适宜该设备正常任务的。电能质量 = 频率 + 供电质量供电质量 = 供电可靠性 + 电压质量 电能质量问题又以各种稳态的或暂态的电磁景象表现出来，根据电磁景象的继续时间，电压幅值变化和典型频谱分量。 .将电压质量作为评价电能质量的一个重要目的，围绕电压幅值、继续变化时间、频谱分量来评价。1.1 什么是电

2、能质量 .电能质量的IEEE定义：导致用电设备缺点或不能正常任务的电压、电流或频率偏向，其内容涉及频率偏向、电压偏向、电磁暂态、供电可靠性、波形失真、三相不平衡以及电压动摇、闪变等。可见电能质量的概念非常广泛，对电能质量的认识正在进一步加深。1.1 什么是电能质量 .80年代以来，电力电子安装的整流器及变频安装、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷的迅速开展。针对一些典型的工业用户经过安装无源滤波器、SVCStatic Var Compensator，静止无功补偿器等安装，进展谐波甚至谐波、电压动摇、三相不平衡及功率因数的综合治理与补偿。 1.2 对电能质量认识过程 .90年代以来，计算机、

3、信息技术迅速开展，对电能质量的要求越来越高。电压凹陷Sag、Dip问题曾经成为当前电能质量中最突出的问题。1.2 对电能质量认识过程 相关行业发生单次暂降呵斥的经济损失数量级图.必需注重电能质量的几个缘由：1、计算机系统的控制设备和电子安装等对电能质量非常敏感；2、负荷构造的变化使半导体、晶闸管、变频调整、电弧炉、铁路电气化、家用电器等非线性用电设备或安装增多；3、在电力市场运营方式下，电力企业销售的不仅是电力本身，而且包括电能质量和相关的附加效力。1.3 改善电能质量的意义.电能质量关系到国民经济的总体效益。 从技术角度讲，提供优质电能质量是由供用电双方共同保证的。 提高电能质量是实现电力可

4、继续开展的重要根底。 提高电能质量有许多任务要做。 1.3 改善电能质量的意义.授课提纲电能质量的根本概念1系统中电能质量实例2电能质量的预防维护3问与答4.案例11、2021年2月24日,甘肃中电酒泉风电公司桥西第一风电场35B开关间隔C相电缆头缺点绝缘击穿，呵斥三相短路，导致包括桥西第一风电场在内的10座风电场中274台风电机组因无低压穿越才干在系统电压暂降时脱网。风机脱网后，风电场无功补偿安装不具备自动投切功能，系统无功过剩，电压迅速升高，引起300台风电机组电压维护动作。事故过程中还有24台风机因频率越限维护动作。本次事故脱网风电机组598台，损失出力840.43MW，占事故前酒泉地域

5、风电出力的54.4，呵斥西北电网主网频率由事故前的50.034Hz降至最低49.854Hz。.事件的产生与危害阶段1阶段 2阶段3有功缺乏频率偏向系统解体.平安本卷须知1、电气设备及其衔接部件隐患的排查治理；2、并网运转风电场应满足接入系统的技术规定，风电机组必需具备低电压穿越才干，不具备低电压穿越才干的要尽快制定真实可行的低电压穿越才干改造方案；3、无功容量配置和参数整定应满足系统电压调理需求；4、开展涉网维护定值电压、频率维护的核对和备案任务，指点风电场按电网要求进展涉网维护定值整定。.频率的含义：交流电在1s内正弦参量交变的次数，单位为赫兹Hz。当系统在遭到某种缘由的干扰而失去平衡的过程

6、中，频率的有效性便难以维系。交流电的频率是和发电机转速直接对应的电频率： f=pn/60式中 p发电机极对数 n机组每分钟转数频率偏向的实际知识.电力系统的标称频率交流电力系统的标称频率有50Hz和60Hz两种。我国采用50Hz。50Hz和60Hz频率的系统假设要并联运转，需经过背靠背直流换流站或变频机组转换频率。发电机组和用电设备铭牌上均有标称频率，即标明该设备应在该频率的电力系统中运用。频率偏向的实际知识.系统频率&机组频率&负荷频率电力系统稳定运转时，全系统频率一样。实践系统每时每刻都在变动，实践上“系统频率是指与该系统中起着关键作用的大容量机组的转速相对应的电频率。在系统动态过程中，机

7、组频率取决于本身原动机能量输入和其他机组同步力矩对它的牵制及负荷的分布。和其他节点的频率差别，在系统失步过程中尤为明显，危害也很大。负荷节点频率实践上取决于系统内各电源等值电动势相对运动，传送到该节点的电压向量在时间轴上的运动轨迹。.频率偏向对电力系统的影响电力系统低频率运转的影响1对发电厂的影响蒸汽驱使的火电厂锅炉给力泵出力随转速减低而减小，发电机出力下降。普通燃气轮机组运转在额定转速附近，总是出力的减低近似地与速度减低成正比低频率运转导致效率下降。对于核燃料汽轮发电机组，允许运转频率在较宽的范围内变动，有较强的接受低频率的才干但对于水电厂而言，在电力系统及其负荷允许的低频率运转范围内，不受

8、限制。.频率偏向对电力系统的影响电力系统低频率运转的影响2对负荷的影响电力系统中大量的负荷是由电动机驱使的，计及负荷阻力特性后，供电频率对电动机同步和异步的影响，才是对负荷实践影响。到本世纪7080年代，电动机调速的根本性变革，eg：经过快递检测电流实现PWM控制的变频技术，以及具有很强抗干扰才干的变构造控制系统等。根本上消除电动机转速受电源频率偏离的影响。.频率偏向对电力系统的影响电力系统低频率运转的影响3对输配电系统的影响变压器：假设频率偏离规范值，变压器的铁芯损耗、漏磁通和噪声的影响，与相反方向的电压偏离导致的影响类似。配电变压器的激磁电流随运转频率的下降而非线性添加，在地域内无功补偿缺

9、乏或调压措施不完善时，导致地域电压下降。电容器：运转频率下降时，电容器的无功出力和额定电流将直接按频率的降低成比例地下降。.频率偏向对电力系统的影响电力系统低频率运转的影响3对输配电系统的影响线路串联补偿用电容器：假设运转频率下降，那么线路感抗随之下降的同时，增大了电容器的容抗，导致线路补偿度的添加，使线路传输才干得到提高。无功补偿用并联电抗器：其感抗随频率的降低而线性地下降，同时导致无功电流的添加。.电力系统频率的控制方法频率瞬时偏向的调整当系统中负荷发生微小变化时，发电机组调整器可自动调理，利用发动机组调速器有差特性调频，称为“一次调理。当电力系统负荷有较大和较长时间变化，改动调速器的任务

10、点增减发电机组出力以坚持系统频率，称为“二次调整，又可经运转人员手动操作或依托自动安装完成，称为手动调频和自动调频。.电力系统频率异常的控制在电力系统中普通采取以下措施，防止频率的异常：1、系统保有负荷备用和事故备用容量；电力供应缺乏时，必需事先限制一部分用户负荷，除使发电出力与负荷平衡外，留有裕度。2、调度所或变电所直接控制用户负荷安装，并备有事故拉闸序列表。3、系统内安装按频率降低自动减负荷安装和能够被解列而功率过剩的地域装设按频率升高切除发电机等安装。.案例2在家里出现白炽灯不断闪烁的时候.闪变觉察和瞬时闪变视觉度电压动摇对计算机和控制设备不需求特别关怀，由于其容量小并且可以在相对耗资不

11、大的条件下加设抗干扰设备。日光灯和电视机等设备对电压动摇的敏感度远远低于白炽灯，而几乎一切建筑的照明都装有大量的白炽灯，假设电压动摇的大小缺乏以引起白炽灯闪变Flick，那么可以一定不会使电视机和日光灯等工况异常。因此，白炽灯的工况可以作为判别电压动摇值能否可以接受的根据。.闪变的主要决议要素供电电压动摇的幅值、频率和波形；照明安装，以白炽灯的照度动摇影响最大，而且与白炽灯的瓦数和额定电压等有关；人对闪变的客观视感。由于人们视感的差别，需求察看者的闪变视觉感作抽样调查。.电压动摇和闪变的发生和危害电压动摇普通由动摇负荷所引起的，主要动摇性负荷有：1、炼钢电弧炉；2、电动机频繁启动的负荷，如轧钢

12、机和绞车3、间歇通电的负荷，如电阻焊机和电弧焊机危害有：1、电照明灯光闪烁，引起人的视觉疲劳；2、电机屏幕图像失真、摆动翻腾和亮度变化3、电动机转速不均匀，影响产质量量甚至损坏4、电子计算机、监测和控制设备任务不正常。.闪变的评定与改善措施一、评定：1、当发生闪变干扰的动摇负荷尤其留意电弧炉存在时，首先思索用闪变仪测出闪变值；2、对不同设备导致的闪变值做出预测。规划出供电系统可以接受闪变干扰负荷容量，并选择适宜的公共供电点进展补救。二、改善措施1、动摇性负荷补偿的技术措施2、静止无功补偿器SVC.案例31、微波炉启动导致电脑重启2、系统中一旦出现了缺点或变压器激磁或感应电机启动，在它附近的母线

13、上的电压幅值迅速下降，甚至短时供电中断景象。.3、川内某电业局，2021年实测结果在出现短时中断时记录的数据出现了超越规范十几倍的短路电流.案例分析：1、回想当天能否有树枝掉落、生长，导致相间缺点情况；2、排查周边的用户有没有冲击性负荷，或者大容量电机；3、确定出现短时中断的缘由并作出现场调查；4、提出合理的改善建议，整治该电压暂降、中断问题。.改善措施：1、经常修缮树枝，清扫线路所经过道路的清洁度；2、在经常出现雷暴的露天和高危地点，加装避雷器，减少雷暴呵斥的短路影响；3、组织营销部门积极走访用户，搜集用户的大型用电设备，并作出记录和一致的管理。.电压暂降的实际分析电压暂降：又称电压跌落，是

14、指电压幅值有效值的暂时下降，随后又恢复正常特征。电压暂降在电力系统的频繁出现将引起许多电能质量问题。最近十几年来，由于敏感负荷的添加，由电压暂降呵斥的经济损失也迅速添加。 .电压暂降主要由起始时间、暂降幅值和继续时间界定。IEEE定义暂降幅值在10%90%之间，IEC定义的幅值为1%90%，继续时间在0.5个周期我国10ms1分钟。典型的电压暂降事件继续时间在0.530个周期，暂降深度取决于间隔缺点点的位置和电网构造。 .影响电压暂降涉及大量随机要素：1短路类型。2缺点位置。3维护安装性能。4大气层放电。5冲击性负荷启动的不确定性。.短期中断的实际分析短时电压中断Interruption：指短

15、期3秒以内电压值下降到额定值的10%以下的一种异常景象。电压暂降影响大中小电压中断影响大精加工、化工、塑料制造印刷、造纸、玻璃、汽车制造冶金、水泥交通运输、食品生产、电弧炉小轧钢、铝加工金属加工、工业煤气、化纤电解、粉碎机械.电压暂降和短时中断的控制方法 电压中断和暂降主要是在系统内发生的，由负荷用电引起的电压暂降和电压中断占少数。因此控制电压凹陷和电压中断先应从系统内寻求缓解其影响的措施，然后再根据实践需求安装专门的控制设备。 .1、不延续电源UPSUPS安装串联接入供电线路，在正常供电中，经过UPS的交流-直流-交流变换PWM1-PWM2向负荷供电。由于经过交流到直流的转换，消除了电压动摇

16、的影响。在电压暂降期间由电网交流电源Us平稳挪动到安装DG供电而处理电压稳定问题，效率到达了9297%.2、动态电压恢复器DVRDVR串联接入要补偿的支路。当系统电压正常时，DVR不输出电压VDVR=0,这时Vload=Vs，负荷由系统供电；当系统出现暂降缺点时，Vs比正常运转时减低V。DVR检测到这一变化时，经过控制算法提供相应的控制量，使脉宽调制的逆变器输出一个对应补偿分量，VDVR= -V。这样，敏感负荷端电压，维持缺点前电压不变。DVR补偿原理表示图.定制电力技术3、基于UPQC类型的QCC普通优质特级电压偏差AAA电压暂降BBA电压上升BBA功率因数CCA闪变CCA电压中断BAA不平

17、衡CCA谐波CCAA：完全补偿B：部分补偿C：不补偿.案例4当接入某些负荷后，电容器发生爆炸事故或投入不了？当电力变压器毁坏或感应电机过热时？某些大型工业负荷投运后，电容器出现严重过负荷，噪音异常，个别电容器投运不久就发生鼓肚景象？这是什么缘由？我们应该怎样办？.缘由分析：1、谐振过电压2、高次谐波电流的放大作用，危害及其严重.实践中谐波整治步骤谐波的治理：1、改动整流变压器接线，使谐波电流含量较高的 5、7 次谐波被根本消除，当然需求添加平衡电抗器。与此同时，需求核算改后变压器容量能否可以满足负荷要求，如容量不存在问题，改动变压器一次绕组接线不失为一种较好的方案。2、取消高压侧普通并联电容器

18、，由于其对整流安装的导通情况产生影响并对高次谐波电流产生放大作用，其危害太大，需求撤除以消除其影响.3、装设滤波安装。需求根据整流安装产生的高次谐波次数及高次谐波电流值和无功功率平衡等条件确定。4、滤波器在设计中需求思索：1系统阻抗高频阻抗及其变化范围2谐波源产生的谐波量3谐波限制规范.谐波的产生在理想的交流供电系统中，三相交流电压是平衡的，其均方根值和频率都应该是恒量，电压和电流的波形为纯粹弦的。电压为正弦波形的瞬时值表达式可以写成：式中 为电压的均方根值，电压的幅值为 为初相角； ， 和T：分别为角频率、工频频率和周期。 电力谐波的实际知识.在电路中线性无源元件上电流和电压的关系是线性关系

19、。实际上任何周期性波形都可分解成傅里叶级数，称为谐波分析或频域分析。谐波分析是计算周期性畸变波形的基波调和波的幅值和相角的根本方法。 用一组正弦波叠加来近似表示方波.国际上公认的谐波含义为：“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。因此谐波次数必需为整数。实践上的畸变波形所含各次谐波分量的幅值，是时变的、不规那么的，而且还能够是随机变化的。国际大电网会议任务组建议，在丈量和计算各次谐波时，该当给出它在3秒内平均的均方根值。这样，便可以对暂态景象调和波加以区别。 .谐波源分类系统中主要的谐波源可以分为两大类：1传统的非线性设备，包括变压器、旋转电机、电弧设备等。2现代电力电子

20、非线性设备，包括运用电力电子开关或晶闸管的控制设备。的整流器、逆变器、变频器和高压直流输电的变流器等。 .谐波的危害 谐波的危害主要经过谐波环境下的热效应、谐波畸变后的过电压以及信号干扰表现出来。大致可包含为1谐振放大引起的过电压过电流引起设备缺点或损坏；2旋转电机、变压器、电缆附加谐波损耗发热、引起缺点甚至损坏；3电容器因谐波电流过载、谐波过电压击穿、谐波下的介质损耗添加而发热缩短寿命；对继电维护、自动安装、丈量设备和通讯电路的干扰问题。 .谐波的丈量 国际规范61000-5-7提出对各类谐波测试仪器的要求，包括频域仪器和时域仪器。谐波特征确定了仪表的类型和丈量方法。根据IEC 6100-5

21、-7, 谐波分类如下:(1)准稳态(quasi-stationary)谐波，即变化缓慢的一类谐波，如恒定负载的整流安装、调光灯等产生的谐波。2动摇flactuating谐波，如电机变频调速与换相、电子调理类家电所产生的谐波3快速变化rapidly changing谐波，如冲击性非线性负荷电弧炉、电力机车等产生的谐波。.谐波国标限值的根本要求 公用电网谐波电压限值 电网标称电压(kV)电压总谐波畸变率(%)各次谐波电压含有率(%)电网标称电压(%)电压总谐波畸变率(%)各次谐波电压含有率(%)奇次偶次奇次偶次0.385.04.02.0353.02.41.264.03.21.666101102.0

22、1.60.8.电力谐波的治理方法 谐波问题的处理方法可分为预防性和补救性两类。预防性方法是在电气设备的设计与制造的过程中采取措施来减小谐波的产生。如：1整流安装中采用移相与相位抵消来减小谐波2特别设计变压器、旋转电机构造，改动变压器的接线方式，合理设计补偿电容器的串联电抗器；补救性的处理方法是采用附加的谐波治理设备或改动系统构造来减小系统已有的谐波。如1采用馈线重构或改动电容器组安装位置来抑制谐振；(2)运用滤波器。 .案例5发电机发生不对称运转；转子的附加损耗及发热附加力矩及振动变压器不对称运转；继电维护和自动安装的误动作；对计算机系统进展干扰；输电线路损耗的添加。一个稳态、继续产生危害的过

23、程.检测判别：以发电机为例，需求丈量电机电流。假设电机载荷平衡：从每相获得的电流大体一样如下所测，差别低于百分之十。假设失衡，那么能够是电机内部缘由如定子绝缘恶化，或者是电压失衡呵斥的。三相不平衡.根本概念所谓对称的m相系统，是指各相电量电动势、电压或电流大小相等而彼此之间的相位移均等于 。多相系统又可分为平衡与不平衡的，前者功率瞬时值与时间无关，而后者功率瞬时值随时间而变。可以证明，相数 的对称系一致定是平衡的。三相不平衡的实际知识.一个多相系统的不对称性并不阐明它一定是不平衡的。单相系统可算是不平衡系统的典型例子，其功率在 和 之间动摇，其中P代表系统的有功功率。.不平衡度的计算在三相三线

24、制供电系统中，三相相量大小相等、频率一样、相位依次相差120度时，称为三相对称，否那么称为三相不对称，此时，三相相量中有正序分量和负序分量。我们把负序分量有效值与正序分量有效值之比称为不对称度或不平衡度，用符号 表示，即电压不平衡度 电流不平衡度.根据电工原理，任何不对称的三相相量均可用对称分量法分解为三组对称的正序、负序和零序分量，在三相三线制中，假设三相为 那么正序分量负序分量零序分量式中 旋转算子显然，要用这公式计算正负序分量，必需测出各相量的大小及相位，运算繁琐。.三相不平衡的干扰负荷1、电气化铁路2、交流电弧炉.改善三相不平衡的措施可采用下面的处理方案：1、将不对称负荷分散接到不同的供电点，以减小集中衔接所呵斥的不平衡度超标问题；2、使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化；3、将不对称负荷衔接到更高电压等级上供电，以使其衔接点的短路容量足够大例如：对于单相负荷，短路容量大于50倍负荷容量时，就能保证衔接点的电压不平衡