电能质量_ppt课件

1、电能质量与提高技术 西安科技大学电控学院傅周兴教授.主要内容绪论电能质量的概念及分类稳态电能质量暂态电能质量电能质量的污染治理电能质量检测器.1. 绪 论1.1 电能及特点： 电能：是一种特殊的商品,既具有以商品方式向用户出卖的性质,又具有为千百万用户效力的公用事业性质。 特点：不能储存,是发、供、用电同时完成并由用电的多少来决议发电与供电的多少。因此,对用户延续不断供电是电能质量的一个重要标志。.1.2 电能的开展.1.3 电能质量问题产生的缘由 电力负荷构成的变化大量谐波注入电网.1.4 电能质量问题的处理 1) 详细问题详细分析 2) 搞好电能质量涉及电力企业各个部门(例如调配、实验、规

2、划设计、用电管理、生技等等)需求用户内部相关部门的配合。 3) 总体上需求建立一套监视管理体系,并有配套的规范和相关的产业作支持。.2. 电能质量的概念及分类2.1 电能质量的定义电能质量供电质量电压质量供电可靠性 IEEE(国际电工委员会)定义：合格的电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统适宜该设备正常任务 .3技术方面来定义：导致用电设备缺点的或者不能正常任务的电压、电流、或频率的偏向，其内容包括频率偏向、电压偏向、电压动摇及闪变、三相不平衡、暂时或暂态过电压、波形畸变、电压暂将与短时间中断以及供电延续性.2.2 电能质量的分类类型稳态电能质量暂态电能质量定义电力系统稳态运行方式

3、下所具有的电能质量参数 电网遭受外来干扰侵袭及内部故障、操作所带来的系统冲击问题 衡量指标电压/频率偏差三相不平衡度、谐波电压波动与闪变电压脉冲、电压跌落、电压瞬时中断影响范围较广，程度深范围较小，后果严重研究现状起步早标准体系完善实用的监测装置起步晚标准体系不健全研究处于仿真阶段.3. 稳态电能质量3.1 性能目的 电压偏向 频率偏向 三相不平衡度 谐波 电压动摇与闪变.3.1.1 电压偏向 1、概念：电压偏向即为实践供电电压与额定供电电压之间的差值。2、范畴：该问题属于基波无功的范畴 3、影响要素：无功功率缺乏、无功补偿过量、传输间隔过长、电力负荷过重和过轻等 ,其中无功功率缺乏是呵斥电压

4、偏向的主要缘由。.4、相关规范电能质量电力系统电压允许偏向Quality of electric energy supplyPermissible deviation of voltage for power system.1)、主题内容与适用范围 本规范规定了供电电压允许偏向。指定本规范的目的，是使供电电压质量得到根本保证，以获得良好的社会经济效益。 本规范适用于交流50Hz电力系统在正常运转条件下，供电电压对额定电压的偏向。 本规范不适用于瞬态和非正常运转情况。 注：1 本规范中额定电压为系统额定电压。 2 正常运转条件是指电力系统中一切元件都按预定工况运转2)、援用规范 GB 156 额

5、定电压.3)、供电电压允许偏向 a. 35kV以及以上供电电压正、负偏向的绝对值之和不超越额定电压的10%。 注：如供电电压上下偏向同号均为正或负时，按较大的偏向绝对值作为衡量根据。 b. 10kV及以下三相供电电压允许偏向为7%。 c. 220V单相供电电压允许偏向为额定电压+7%、-10%。 注：1 用电设备额定工况的电压允许偏向仍由各自规范规定，例如旋转电机按 GB 755 规定。 2 对电压有特殊要求的用户，供电电压允许偏向由供用电协议确定。.5、电力系统电压调整1中枢点调压2发电机调压3变压器调压4改动电网无功功率分布调压.3.1.2 频率偏向1、概念：电力系统内的实践频率与标称频率

6、50Hz之间的偏向 2、范畴：该问题属于基波有功问题 3、影响要素：负荷的动摇 ,主要包括变化周期在 10 s3 min的负荷脉动和变化非常缓慢的继续变动分量且带有周期规律的负荷。 .电能质量电力系统频率允许偏向Quality of electric energy supplyPermissible deviation of frequency for power system4、相关规范.1)、主题内容与适用范围 本规范规定了电力系统频率允许偏向值及其丈量仪表的根本要求。 本规范适用于正常运转下标称频率为50Hz的电力系统。 本规范不适用于电气设备的频率允许偏向。2)、术语 a 频率偏向 f

7、requency deviation 系统频率的实践值与标称值之差。 b 频率变动 frequency variation 频率变化过程中相邻极值频率之差。 c 冲击负荷 impact load 消费(或运转)过程中周期性或非周期性地从电网中取用快速变动功率的负荷.3)、频率偏向允许值 a. 电力系统正常频率偏向允许值为0.2Hz。当系统容量较小时偏向值可以放宽到0.5Hz。 b. 用户冲击负荷引起的系统频率变动普通不得超0.2Hz， 根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的平安、稳定运转以及正常供电。4)、丈量仪表 用于频率偏向目的评定的丈量

8、，须器具有统计功能的数字式自动记录仪表，其绝对误差不大于0.01Hz.5、频率偏向对电力系统的影响 1系统低频运转对水电厂的影响； 2系统低频运转对火电厂的影响； 3系统低频运转对负荷的影响； 4电力系统高频运转时的危害。 a.电力系统的运转频率高于额定值，但 不超出运转允许上限的工况； b.电力系统频率超出正常运转上限的工况。.6、电力系统的频率调整 1频率的一次调整； 2频率的二次调整； 3调频厂的选择。.3.1.3 三相不平衡度1、概念理想的三相交流电力系统中 ,三相电压应有一样的幅值 ,且相位角互差 2/3。这样的系统叫做三相平衡 (或对称 )系统。但是在实际中 ,由于各种要素 ,电力

9、系统并不是完全平衡的。2、影响要素：.事故性不平衡：是由于三相系统中某一相 (或两相 )出现缺点所致 ,例如一相或两相断线或者单相接地缺点等。 正常性不平衡：是由于系统三相元件或负荷不对称引起的。.3、相关规范电能质量三相电压允许不平衡度Quality of electric energy supplyAdmissible three-phase voltage unbalance factor. 1主题内容与适用范围 本规范规定了三相电压不平衡度的允许值及其计算、丈量和取值方法。 本规范适用于交流额定频率为50Hz电力系统正常运转方式下由于负序分量而引起的公共衔接点的电压不平衡。 2术语 a

10、.不平衡度 unbalance factor 指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。. b.正序分量 positive-sequence component 将不平衡的三相系统的电量按对称分量分解后，其正序对称系统中的分量。 c.负序分量 negative-sequence component 将不平衡的三相系统的电量按对称分量分解后，其负序对称系统中的分量。 d.公共衔接点 point of common coupling 电力系统中一个以上用户的衔接处。.4、三相不平衡的危害 1引起旋转电机的附加发热和振动，危及其平安运转和正常出力； 2引起

11、以负序分量为启动原件的多种保护发生误动作特别是电网存在谐波时，会严重要挟着电网平安运转。 3电压不平衡使发电机容量利用率下降； .4变压器的三相负荷不平衡，不仅会引起负荷较大的一相过热，并且也会呵斥附加损耗。 5对于通讯系统，电力三相不平衡，会影响正常的通讯质量。.5、三相不平衡的改善措施 1将不对称负荷分散接到不同的供电点，以减小集中衔接呵斥的不平衡度超标问题； 2使不对称负荷合理的分配到各项，尽量使其平衡化。 3将不对称负荷接到更高电压级以上供电，以使衔接点的短路容量足够大.3.1.4 谐波1、概念 国际上公认的谐波定义为: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倍。由于谐

12、波的频率是基波频率的整数倍 ,也常称它为高次谐波。 国际电工规范 ( IEC 555 - 2, 1982)、CIGRE的文献 (任务组报告 36 - 05)中对谐波也都有明确的定义 :谐波分量为周期量的傅里叶级数中 1的 n次分量。对谐波次数 n的定义那么为:以谐波频率和基波频率之比表达的整数。 IEEE规范5191981中的定义为 :谐波为一周期波或量的正弦波分量 ,其频率为基波频率的整数倍。.2、性质： (1) 谐波次数 n必需是正整数 电力系统的额定频率为 50 Hz,那么其基波为50 Hz,2次谐波为 100 Hz, 3 次谐波为 150 Hz。n 不能为非整数 ,因此也不能有非整数次

13、谐波。 (2) 谐波和暂态景象的区别 通常以为谐波景象的波形坚持不变 ,而暂态景象那么在每周的波形都发生变化或有衰减景象等。根据傅里叶级数.3、范畴：该问题属于非线性负荷用电特性问题。 4、影响要素：电网中非线性负荷的介入、电网的构造参数、运转方式，特别是储能设备的配置等因数也是影响谐波问题严重的重要缘由。 5、谐波的产生： a. 变压器和电抗器呵斥的谐波 . 在电弧熄灭过程中 ,电弧的电压与经过的电流有关。电流增大 ,电阻以更快的速度降低 ,这使得电弧的伏安特性呈现明显的非线性。即使在电弧中经过正弦波形的电流时 ,电弧电压的波形也不是正弦波形的。这样就产生了高次谐波。气体放电灯电弧焊设备电弧

14、炉b. 电弧的非线性伏安特性呵斥的高次谐波.c. 整流、换流安装 整流、换流安装在变换电力的任务过程中 ,使得从电力系统输入的电压、电流之间失去了比例关系 ,导致了负荷电流波形的非正弦。d. 家用电器 家用电器所产生的谐波电流可以从低压系统馈入电网。普通家用电器所产生的高次谐波电流含量如表2 所示。.6、谐波的危害 谐波对电力系统或并联的负载产生种种危害 ,危害的程度 取决于 谐波量的大小、现场条件等要素。1谐波对电网的危害电网内的谐振景象添加网络损耗2 谐波对低压电器的危害 谐波电流的流入会导致整个设备过热。它能升高设备的温度 ,降低绝缘寿命 ,而在加热过程中又影响整个设备。以下描画一些低压

15、用电设备受谐波的影响。.电阻电感负荷 显著缩短灯泡寿命弧光灯 显著缩短寿命电动机 谐波对电动机的主要影响是引起附加损耗 ,其次是产活力械振动、噪声调和波过电压。整流安装及其负荷 谐波使电压偏向复杂化，导致运转误差。.对信息机的影响 对信息机数据的传输、处置带来严重的影响 ,特别是运算速度快的计算时机产生误动作 ,使正常的工作程序遭到破坏 ,直到损伤信息机的半导体器件。.、电力系统谐波的抑制 1减少谐波源的谐波含量； 2在电容器回路串接电抗器； 3安装交流滤波器； 4采用有源滤波器； 5加大供电系统容量和合理选择供电电压； 6采用相数倍增法。.、相关规范电能质量 公用电网谐波Quality of

16、 electric energy supplyHarmonics in public supply network.1主要内容与适用范围 本规范规定了公用电网谐波的允许值及其测试方法。 本规范适用于交流额定频率为50Hz，标称电压110kV及以下的公用电网。 标称电压为220kV的公用电网可参照110kV执行。 本规范不适用于暂态景象和短时间谐波。2援用规范 GB 156 额定电压.3术语 a.基波分量 fundamental(component) 对周期性交流量进展傅立叶级数分解，得到的频率与工频一样的分量。 b.谐波分量 harmonics(component) 对周期性交流量进展傅立叶级

17、数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。. c.谐波次数h harmonics order谐波频率与基波频率的整数比。 d.谐波含量电压或电流 harmonics content(for voltage or current)从周期性交流量中减去基波分量后所得的量。 e.谐波含有率 harmonics ratio (HR)周期性交流量中含有的第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比用百分数表示。. f. 总谐波畸变率 total harmonic distortion (THD) 周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比用百分数表示 g. 谐波源 harmon

18、ic source 向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。 h. 短时间谐波 short duration harmonics 冲击继续的时间不超越2s，而且两次冲击之间的间隔时间不小于30s的电流所含有的谐涉及其引起的谐波电压。.电网标称电压kV 电压总谐波畸变率%各次谐波电压含有率，%奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.84、谐波电压限制.5、谐波电流允许值5.1 公共衔接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量方均根值不应超越表见下页中规定的允许值。 注:220kV基准短路容量取2000MVA。5.2

19、 同一公共衔接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进展分配。 6、丈量 .标准电压kV基准短路容量MVA谐波次数及谐波电流允许值,A234567891011121314151617181920212223240.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.5610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.610100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.

20、02.85.42.62.92.34.527125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.36650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.4110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.0.3.1.5 电压动摇与闪变1、概念 电压动摇为一系列电压变动或延续的电压偏向。 电压动摇值为电压均方根值的两个极值 Uma

21、x和 Umin 之差U,常以额定电压 UN的百分数表示其相对百分值 。 闪变一词是闪烁的广义描画 ,它可了解为人对白炽灯明暗变化的觉得 ,包括电压动摇对电工设备的影响和危害。但不能以电压动摇来替代闪变 。2、范畴该问题属于无功冲击问题 .3、影响要素(1) 供电电压动摇的幅值、频度和波形。(2) 照明安装。与白炽灯的功率和额定电压等有关。(3) 人对闪变的客观视感。由于人们视感的差别 ,需对察看者的闪变视感作抽样调查。4、危害 (1) 照明灯光闪烁引起人的视觉不适和疲劳 ,进而影响视力。 (2) 电视机画面亮度变化、图像垂直和程度摆动刺激人的眼睛和大脑。 .(3) 电动机转速不均匀 ,不仅危害

22、电机、电器正常运行和寿命 ,而且影响产质量量。(4) 电子仪器、电子计算机、自动控制设备等不能正常任务。(5) 影响对电压动摇较敏感的工艺或实验结果 ,照实验时示波器波形跳动、大功率稳流管的电流不稳定 ,导致实验无法进展。.5、相关目的电能质量电压允许动摇和闪变Quality of electric energy supplyAdmissible voltage fluctuation and flicker.1、主题内容与适用范围 本规范规定了电压动摇和闪变的允许值及测试方法。指定本规范的目的，是使电力系统中具有冲击性功率的负荷对供电电压质量的影响控制在合理的范围内，以获得良好的社会经济效益

23、。 本规范适用于交流50Hz电力系统正常运转方式下，公共供电点电压的快速变化以及由此能够引起人眼对灯闪明显觉得的场所。2、援用规范 GB 156 额定电压 注：本规范中额定电压为系统额定电压。. 3、术语1) 公共供电点 point of common coupling(of Twoor more loads)电力系统中一个以上用户的连接处 2) 冲击性功率的负荷 fast-speed varying load消费或运转过程中周期性地从供电网中取用快速变动功率的负荷。 3) 电压调幅波 voltage fluctuation waveform 工频50Hz电压幅值包络线的波形。4) 电压动摇值

24、 magnitude of a voltage fluctuation 电压调幅波中相邻两个极值电压均方根之差，以额定电压的百分数表示。 .5) 闪变 flicker 人眼对灯闪的客观觉得。 6) 闪变视感度系数 human sensitivity factorto flicker 人眼对不同频率的电压动摇而引起灯闪的敏感程度。7) 闪变电压限值 throshold voltage of flicker irritability 引起闪变刺激性程度的电压动摇值。 8) 等效闪变值 equivalent 10Hz flicker 电压调幅波中不同频率的正弦波分量的均方根值等效为10Hz值的一分钟

25、平均值，以额定电压的百分数表示。.电压变化频度F the number of voltagechanges occurring per unit of time F 单位时间内电压变化的次数电压由大到小或由小到大各算一次变化。统计F的时段冲击性负荷一个周期；电压变化的速度应不低于每秒0.2%，低于此速度的电压变化不统计在变化次数中；同一方向的变化，如间隔时间一次变化终了到下次变化开场的时间段不大于30ms，那么算一次变化。.4、电压动摇和闪变的允许值 电力系统公共供电点,由冲击性功率负荷产生的电压动摇允许值见表。额定电压，kV电压波动允许值 Vt，%10及以下2.535-1102220及以上1

26、.6.电力系统公共供电点,由冲击性功率负荷产生的闪变电压值应满足V10或Vt的允许值。应用场合V10允许值 ，%对照明要求较高的白炽灯负荷0.4（推荐值）一般性照明负荷0.6（推荐值）.电力系统公共供电点,由冲击性功率负荷产生的闪变电压值应满足V10或Vt的允许值。应用场合V10允许值 ，%对照明要求较高的白炽灯负荷0.4（推荐值）一般性照明负荷0.6（推荐值）.四、暂态电能质量 配电网中非线性负荷对电网的电能质量构成了严重的要挟；配电网中如计算机等用电设备对系统干扰更加敏感，它们对电能质量提出了高可靠性和高可控性的要求.4.1暂态电能质量的概念及特征 暂态电能质量问题主要包括脉冲型的暂态电能

27、质量问题和振荡型的暂态电能质量问题 1脉冲型暂态电能质量问题 电压、电流或两者在稳态情况下开展忽然、非工频且一方向正或负极性性质的变化，例如雷击电流脉冲暂态过程呵斥的电能质量问题。 2振荡型暂态电能质量问题 电压、电流或两者在稳态情况下发生忽然、非工频且正级性和负极性两方面的变化.暂态电能质量扰动特性.4.2暂态电能质量的衡量目的 电压暂降Voltage Sags 电压暂升Voltage Swell 电压中断Voltage Interruptions 电压缺口Voltage Notches 电压尖峰 Voltage Spikes) 短时谐波( Short-Duration Harmonics

28、) 振荡暂态( Oscillatory Transients ) 电压动摇Voltage Fluctuations.4.2.1电压暂降1、概念 在工频情况下电压或电流的有效值效降低至0.9p.u0.1p.u，且继续时间在0.5 个周波到1min.2、产生缘由 系统缺点、启动重负荷或大容量的电动机3、分 类 电压骤降按继续时间可以分为瞬时、即时和暂时，其三个特征量是幅值变化、继续时间与相位挪动.4.2.2电压暂升 1、概念 在工频情况下电压或电流的有效值升高至1.1p.u1.8p.u.，且继续时间在0.5 个周波到1min。.2、影响要素 系统缺点例如单相对地缺点情况下的非缺点相电压、或对大容量

29、电容器充电。.4.2.3电压中断 1、概念 供电电压或负荷电流降低到0.1p.u以下，且继续时间不超越1min。 .2、产生缘由 系统缺点、设备缺点、控制误动、电压骤降开展成中断如变电所重合闸。.4.2.4电压缺口 1、概念 继续时间小于0.5个周期的周期性电压扰动。2、产生缘由 主要是电力电子安装由一相换至另一相时，参与换相的电路瞬时短路呵斥的。.4.2.5 电压尖峰1.概念：电压尖峰是电压暂态的一种，其表现与电压缺口类似，只是极性相反。 2、产生缘由 主要是电力电子安装由一相换至另一相时，参与换相的电路瞬时短路呵斥的。.4.2.6 短时谐波 1、概念 谐波是指含有基频整数倍频率分量的正弦电

30、压，短时谐波继续时间在几个周期到1 min之间，一般频率和幅值坚持不变。 .2、产生缘由 通常是由整流器等电力电子设备以及具有非线性特性的用电负荷引起的.4.2.7 震荡暂态概念震荡暂态是指电压在其稳态时的一种突发的、高频的高于基频瞬时值双极性化，其继续时间较短，普通在几个周期之内。 产生缘由通常由电容器组等的投切所引起 .概念：多种扰动同时发生的情况如含谐波的电压暂升、含谐波的电压暂降、含谐波的电压中断、含谐波的震荡暂态、含震荡的电压暂升等等，那么是多种扰动线性叠加的结果。特性兼顾多种扰动的特性。 4.2. 复合扰动.含谐波的电压暂升信号 .4.3基于D- FACTS 技术的改善方法 D-

31、FACTS 技术，即配电网中的FACTS 技术，亦称为用户电力技术简称CP 技术，其中心是电力电子、微处置及控制技术在配电系统中的运用，是提高综合暂态电能质量的一种经济、有效的方法。 该技术以IGBT、IGCT 等器件为根底的三相电压源是各种CP 控制器的主要组成部分，具有更快的开关频率，因此具有很快的呼应特性，可完美地处理暂态电能质量问题。.4.3.1动态电压恢复器 1、原理 动态电压调理器DVR是串联在线路上的，DVR 经过串联变压器在馈线上以电压叠加的方式注入配电系统，用于消除对负荷侧的不利影响。DVR 运用低耗的IGBT 或IGCT 等固态可关断器件，其表示图如下。.DVR表示图.2、

32、适用范围 当系统电压出现忽然下降或上升时，DVR能快速反响，经过串联变压器向系统注入3 个与系统同频的单向交流电压分量，其幅值为正常电压与缺点电压之差.4.3.2 静止无功发生器D-STATCOM 1、原理 采用GTO或IGBT、IGCT构成的自换相变流器，它把逆变器电路看成是一个产生基波调和波电压的交流电压源，控制补偿器基波电压大小与相位可改动基波无功电流的大小与相位。当逆变器基波电压比交流电源电压高时，逆变器就会产生一个超前容性无功电流。反之，当逆变器基波电压比交电源电压低时，那么会产生一个滞后感性无功电流，故俗称其为“无功发生器SVG。. 2、适用场所 调理电压和系统功率要素，用于动态非

33、线性负载，如电弧炉等 除了对电压动摇与电压闪变有明显的抑制效果外，其对电压暂降、骤升与电压中断均具有良好的补偿作用。.4.3.3固态断路器SSCB1、原理 利用了晶闸管动作速度快和无触点的特 点，实现组合开关的快速无电弧投切。在稳态导经过 程中，它又充分利用了电气触点接触电阻 小的优点，不仅提高了效率，而且省去了 复杂的散热安装。2、适用场所 可有效抑制电网电压的跌落和大缺点电 流带来的一系列危险后果. 用GTO 去除非常大的缺点电流是不经济的，所以，SSCB 在配电系统中的配置需求与常规的机械断路配合运用，以节约投资。 SSCB表示图.4.3.4一致电能质量控制器UPQC 1、原理 UPQC

34、 的主电路由一串联逆变器和一并联逆变器组成，两者经过电容耦合，并联逆变器采用PWM电流控制技术，进展非线性负载谐波电流及无功补偿，并起调理电容直流电压作用。串联逆变器采用PWM电压控制技术，经过控制其输出电压到达抑制电源电压谐波，减少电源电压动摇对敏感负荷的影响。.2、特点 该安装综合了串联和并联补偿器的优点，是一种综合电能质量补偿器，能处理绝大多数的短时与暂态电能质量问题。.4.3.5超导磁能SMES1、原理 将电网交流电源转换成直流后，利用超导线圈以磁能的方式储存起来，在需求时，再将储存的磁能转变为电能送回电网，其前往效率极高，可达90%95%。2、特点 SMES 经过大功率电力电子设备和电网衔接，呼应速度极快，能顺应高电能质量的要求。.3、适用场所 SMES 可分为大型、中