供电技术-第6章-供电系统的电能质量课件

1、现代供电技术第六章 供电系统的电能质量 6-1 电能质量的基本概念 6-2 电压偏差及其调节 6-3 电压波动和闪变 6-4 电压暂降与短时中断 6-5 电力谐波 6-6 供电系统的三相不平衡内容提要2/933/93电能质量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压、电流或频率的偏差都属于电能质量问题。三相电力系统理想的电能质量：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。6-1 电能质量的基本概念4/93 根据扰动的频谱特征、持续时间和幅值

2、变化，通常将电能质量扰动划分为如下几个类型： 暂态扰动 持续时间不超过3个周波的扰动。分为脉冲型和振荡型两种。 短期电压变化 电压跌落、电压突升和短暂断电。持续半个周波1min。 长期电压变化 电压幅值长期偏离其额定值，包括电压偏差和持续断电。持续1min以上。 电能质量扰动的分类6-1 电能质量的基本概念5/93 电压波动 电压幅值周期性下降和上升。波形畸变 电力谐波、电压缺口、直流偏置和宽带噪音。三相不平衡 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角差不等于120。频率变化 基波频率偏离其额定频率，包括频率偏差和频率波动，典型的频率波动周期为10s之内。6-1 电能

3、质量的基本概念我国已颁布的电能质量国家标准： GB 12325-1990电能质量 供电电压允许偏差 GB/T 14549-1993电能质量 公用电网谐波 GB/T 15543-1995电能质量 三相电压允许不平衡度 GB/T 15945-1995电能质量 电力系统频率允许偏差 GB 12326-2000电能质量 电压波动和闪变 GB/T 18481-2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压 6/936-1 电能质量的基本概念美国信息技术工业协会ITIC电压容限曲线 电压落在包络线内阴影部分，合格的，否则不合格。 4种典型的电压扰动，包括电压跌落、电压突升、尖峰脉冲和断电。允许出现20ms以内的

4、短时断电。允许出现持续1ms但幅值不超过200的电压尖峰脉冲。7/936-1 电能质量的基本概念电压质量是电能质量的核心。电压扰动主要由负荷电流扰动在电网阻抗上的压降引起。 8/936-1 电能质量的基本概念9/93高压供电系统而言，XR, 电压损失为：影响电压质量的主要因素有： 负荷无功功率或无功功率变化量； 电网短路容量或电网等效电抗并联无功补偿可以减小负荷无功功率或负荷无功变化量线路串联补偿则可以降低电网感抗，提高系统短路容量6-1 电能质量的基本概念 6-1 电能质量的基本概念 6-2 电压偏差及其调节 6-3 电压波动和闪变 6-4 电压暂降与短时中断 6-5 电力谐波 6-6 供电

5、系统的三相不平衡内容提要10/9311/93电压偏差电网电压偏离电网标称电压的程度 （原因：系统运行方式的改变，或用户负荷的变化。）电压偏差定义： 式中 U%电网上某点的电压偏差百分数； U该点的实际电压； UN电网的标称电压。一、电压偏差及其限值6-2 电压偏差及其调节12/9335kV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：7；220V单相供电电压：+7，-10。 影响电压偏差的因素线路和变压器中的电压损失；变压器的分接头调整。6-2 电压偏差及其调节13/93二、 变压器对电压偏差的影响 变压器对电压偏差的影响包括负载电流在变压器等值阻抗上的电压损失和

6、变压器实际电压比（或分接头选择）两部分。式中 P、Q变压器有功功率和无功功率； RT、XT变压器等效电阻和电抗 （1）变压器中的电压损失：6-2 电压偏差及其调节14/93配电变压器一次侧，根据容量的不同都设有若干个分接头。小容量变压器一般设有0和5三个分接头大容量变压器则设有0、2.5、5五个分接头注：普通变压器只能在不带电的情况下改换分接头，投入运行前应选择合适的分接头。（2） 变压器分接头对电压偏差的影响6-2 电压偏差及其调节15/93式中：tap变压器的分接头位置； Uf 变压器一次侧的分接头电压； UT1变压器的一次侧标称电压，即零分接头位置所对应的分接头电压； UT2变压器的二次

7、侧标称电压（零分接头、一次侧为额定电压、二次侧空载）； U1变压器一次侧实际输入电压； U2变压器二次侧实际输出电压。变压器分接头电压：变压器实际电压比：6-2 电压偏差及其调节16/93 设变压器一次侧实际输入电压为U1，变压器中的电压损失为UT%，则二次侧实际输出电压U2为（3）变压器引起的电压偏差变压器二次侧的电压偏差为6-2 电压偏差及其调节17/93简化整理:其中式中 U1变压器一次侧实际输入电压； U2变压器二次侧实际输出电压； UN1变压器一次侧电网标称电压; UN2变压器二次侧电网标称电压。(*)变压器分接头所引起的电压升变压器中的电压损失6-2 电压偏差及其调节18/93设供

8、电电源母线上的电压偏差量为UA%，高压线路l1的电压损失为Ul1%，变压器引起的电压偏差量为UT%，低压线路l2的电压损失为Ul2%，则B、C、D各点的电压偏差分别为 三.供电系统电压偏差的计算B点：C点：D点：则任一供电系统，指定地点的电压偏差为：6-2 电压偏差及其调节19/93调节电压目的: 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。 四. 电压偏差的调节 1. 电压调节的方式 地区内负荷较大的发电厂或区域变电所作为电压中枢点； 本用户总降压变电所作为电压中枢点。(1) 电压调节的地点6-2 电压偏差及其调节20/93常调压：不管负荷怎样变动，都要保持中枢点的电

9、压偏差为恒定值。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，是中枢点常用的调压方式。 (2) 中枢点电压调节的方式电压偏差调节示意图a)系统图 b)常调压方式 c)逆调压方式6-2 电压偏差及其调节21/93合理设计供电系统高压深入负荷中心供电；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；设置无功补偿装置等。2. 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电压损失和调整变压器分接头两方面入手。（1）减小线路电压损失6-2 电压偏差及其调节22/93在最小负荷时：在最大负荷时： （2）合理选择变压器的分接头若U2maxU2max.al，U2min

10、U2min.al，则：最大负荷时： 最小负荷时：变压器的分接头电压满足：6-2 电压偏差及其调节23/93（3）合理设置电容器串并联补偿装置 降低供电系统的电压损失途径： 一是减小线路和变压器的等值串联感抗，二是减小流过线路和变压器中的无功功率。 无功补偿具有减小系统无功功率的作用，可以降低线路和变压器中的电压损失，间接达到调整电压偏差的目的。 若以电压偏差调整为目的，设装设补偿电容器后欲将线路末端电压提高U，按下式估算所需补偿容量：6-2 电压偏差及其调节24/93 例6-1 某变电所装设一台10MVA变压器，其电压比为11022.56.6kV。在最大负荷下，高压侧电压为112kV，变压器中

11、电压损失为5.63；在最小负荷下，高压侧电压为115kV，变压器中电压损失为2.81。要求变电所低压母线的电压偏差为额定电压6kV的：最大负荷时0，最小负荷时+7.5。试选择变压器的分接头。 解：最大负荷时：最小负荷时： 6-2 电压偏差及其调节25/93确定分接头电压：则：结论：选取+5分接头，分接头电压为115.5kV。6-2 电压偏差及其调节 6-1 电能质量的基本概念 6-2 电压偏差及其调节 6-3 电压波动和闪变 6-4 电压暂降与短时中断 6-5 电力谐波 6-6 供电系统的三相不平衡内容提要26/9327/93电压波动电网电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速变化。电压闪变 电

12、压波动使灯光闪烁，刺激眼睛，干扰人们的正常工作, 这种效应称为电压闪变。一. 电压波动电压波动波形将电网电压每半周波的方均根值按时间序列排列所形成的包络线。电压变动电压波动波形上相邻两个极值之间的变化过程，t1t2，t2t3。电压变动的电压变化速率低于每秒0.2时当作电压偏差，t6t7。不同方向的若干次变动，如间隔时间小于30ms，只算作一次变动。1、电压波动及其评价指标（1）电压波动波形6-3 电压波动和闪变电压波动统计示意图28/93a. 电压变动值d各次电压变化量与电网额定电压之比 式中：Umax本次电压变动的峰点电压； Umin本次电压变动的谷点电压； UN电网额定电压（2）电压波动的

13、评价指标b. 压变动频度r单位时间（1h或1min）内电压变动的次数电压从高到低的变化和从低回到高的变化，各算一次电压变动。对周期性的电压波动，电压变动频度是电压波动频率的2倍。6-3 电压波动和闪变29/93电压波动主要是由用户中的波动负荷从电网取用快速变动的功率而引起的。 根据负荷的变化特征，电压波动可分为：电压变动频繁且具有一定规律的周期性电压波动（电力电子装置供电的轧钢设备）。电压变动频繁且无规律的随机性电压波动（炼钢用交流电弧炉）。偶发性的电压波动（电动机起动）。 （3）电压波动的类型6-3 电压波动和闪变30/932、电压波动的限值r/h-1d（%）35kV及以下35kV以上r14

14、31r103*2.5*10r10021.5100r10001.251电压波动限值6-3 电压波动和闪变31/93估算出波动负荷的功率变化量后，按下式估算电压变动值。 式中： Q评价点处无功功率的变化量(Mvar)； Sk评价点的电网的三相短路容量(MVA)；结论：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。波动负荷引起的电压波动和闪变应以实测结果作为评价的依据。设计的初始阶段，估算电压波动和闪变水平，判断是否对电压波动进行抑制。3、电压波动的估算6-3 电压波动和闪变32/93电压闪变电网电压波动时，使由该电网供电的照明灯光发生闪烁，进而引起人们视觉不适和情

15、绪烦燥，影响正常生产和生活。二、电压闪变1电压闪变及其评价指标IEC闪变视感度曲线 右图为IEC视感度曲线，反应了不同频率正弦电压波动所引起的灯光闪烁在人眼脑中产生的主观感觉的相对强弱。 Kf视感度系数，在同等程度电压闪变条件下，频率为f 的正弦电压波动归算为8.8Hz的正弦电压波动时的幅值归算系数。6-3 电压波动和闪变33/93IEC闪变仪的原理模型我国采用国际电工委员会(IEC)的电压闪变评价标准。（1） 对输入电压信号进行调理，经过平方解调器得到电压波动信号；（2）波动信号经过带通加权滤波器和平方一阶低通滤波器处理后，反映了人眼对由电压波动在白炽灯上引起的照度变化的敏感程度，并模拟了灯

16、眼脑环节的暂态非线性响应和记忆效应，框4的输出信号S(t)反映了电压闪变的瞬时水平，称作瞬时电压闪变；（3）通过在线统计评价环节（框5）对瞬时电压闪变进行统计处理，得到衡量电压闪变大小的统计评价指标。6-3 电压波动和闪变34/93瞬时电压闪变曲线及其分级计时 将连续变化的电压信号S(t) 划分为若干个等级，以周期T=10min对S(t)进行一次统计。PkS(t)在第k等级下的概率，即S(t)在第k等级下出现的时间Tk与统计周期之比。6-3 电压波动和闪变35/93瞬时电压闪变的统计处理a) S(t)的概率分布 b) S(t)的累积概率曲线短时（10min）电压闪变值Pst长时（2h）电压闪变

17、值PltP0.1、P1、P3、P10、P50分别为累积概率等于0.1、1、3、10、50时的瞬时闪变S(t)值；Pst.j2小时内第j个短时闪变值。6-3 电压波动和闪变2电压闪变的限值GBl23262008：闪变限值分为电力系统公共连接点的总限值和某波动负荷用户在电网公共连接点单独引起的闪变限值。系统额定电压等级UN 110kVUN 110kVPlt1.00.8（1）公共连接点的闪变总限值各级电压下的电压闪变限值36/936-3 电压波动和闪变37/93（2）用户在公共连接点单独引起的闪变限值r/min-1k = (S/Sk)max100%r2000.1%满足下列条件之一，可不经闪变核算允许

18、接入电网： Plt0.25 35kV以上：(S/Sk)max0.1%。 35kV及以下满足上表要求。中低压用户波动负荷可直接接入电网的条件注：S为波动负荷视在功率的变化，Sk为公共连接点的短路容量。6-3 电压波动和闪变38/933电压闪变的估算（1）周期性矩形（或阶跃） 电压波动的闪变估算周期性矩形波（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对应数据短时电压闪变Pst6-3 电压波动和闪变39/93 （2）非周期性阶跃电压波动的闪变估算最严重的10min测评时段内每次电压变动d所对应的闪变时间：该10min时段内短时电压闪变值：例6-2 某阶跃波动负荷在

19、10min工作周期内，在公共连接点产生了12次4.8的电压变动，30次1.7的变动和100次0.9的变动，试估算该负荷引起的电压闪变水平。 解 依题意，该电压波动属于不规则的阶跃波形。每种电压变动的闪变时间为 对应于d4.8%，得tf=2.34.83=254.4s 对应于d1.7%，得tf=2.31.73=11.3s 对应于d0.9%，得tf=2.30.93=1.7s 总闪变时间为： 短时电压闪变值：6-3 电压波动和闪变40/93三、电弧炉引起的电压波动和闪变的估算交流炼钢电弧炉是引起电网随机性电压波动和闪变的波动负荷。 电弧炉供电系统简图R电弧炉供电系统的等效电阻，X系统的等效电抗R 电弧

20、等效电阻。 由于XR，且电弧炉在熔化期电弧电阻r变化范围可达0，因而电弧炉在熔化期无功功率变化量巨大，产生严重的电压波动和闪变。6-3 电压波动和闪变41/93电弧炉供电系统等效电路和功率圆图电弧炉供电系统等效电路 电弧炉运行的功率圆图 忽略电弧炉供电系统等效电阻R的情况下，随着电弧电阻r从0（电极短路）变化到（电极开路），电弧炉的视在功率沿着半圆轨迹从D点移动到O点。 电弧炉在三相电极短路时的功率Sd：式中 SN.F 电弧炉变压器额定容量(MVA)；Sk 电弧炉变压器一次侧系统三相短路容量(MVA)； UF% 电弧炉变压器阻抗电压百分数（含短网电抗器）。6-3 电压波动和闪变42/93设A点

21、为电弧炉熔化期的额定工作点，相应的功率因数角为N，B点为三相电极短路时（计及电弧炉供电系统等效电阻）的工作点，相应的阻抗角为d，则电弧炉在熔化期发生的最大无功功率变化量为： 电弧炉运行的功率圆图 电弧炉在电弧炉变压器一次侧配电母线上产生的最大电压波动值为 国家标准推荐，电弧炉引起的长时电压闪变可按下式估计： 式中，Klt的取值与电弧炉的类型有关：交流电弧炉一般取0.48，直流电弧炉取0.3。6-3 电压波动和闪变43/93五、减小电压波动和闪变的措施四、电动机起动引起的电压波动的估算提高供电系统短路容量和减小波动负荷的无功功率变化量提高系统短路容量的方法：（1）提高供电电压。（2）采用双回线路

22、并联供电。（3）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。 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正常起动，可以允许电动机配电母线上有比较大的电压波动值。 电动机启动引起的电压波动的估算方法和电动机直接启动容量的估算方法参阅供电技术（第四版）。6-3 电压波动和闪变44/93减小负荷无功功率变化量的方法：1）改进操作过程和运行工艺，减小负荷波动。2）改变波动负荷供电回路参数，如串联电抗器等。3）采用动态无功功率补偿装置，如静止无功补偿器（SVC） 和静止无功发生器（SVG）等。 静止无功补偿器（Static Var Compen

23、sator，SVC）： 一种基于电力电子技术的无功功率快速连续调节装置。 电力系统用SVC主要用于稳定系统电压和阻尼系统振荡， 工业用SVC主要在于动态补偿负荷无功、抑制电压波动和闪变以及平衡三相不对称负荷。 对于抑制电压波动和闪变的SVC，其补偿容量可按下式确定：式中 Qmax 负荷无功功率的最大变动量； dlim 允许补偿后的最大电压变动； Sk SVC配电母线处的供电系统三相短路容量。6-3 电压波动和闪变45/93 SVC的原理结构如下图（a），其核心是晶闸管可控电抗器TCR。 利用晶闸管相位控制，可以连续调节电抗器支路在一个工频周期中的接通时间，实现了补偿无功功率的动态连续调节。 T

24、CR常与固定电容器支路并联，构成双向无功补偿装置。a）主电路结构b）TCR无功电流调节原理示意图TCR型静止无功补偿装置的主电路结构和无功调节原理 图b为TCR无功电流调节原理图，可以看出，调节晶闸管的触发角可以连续调节无功补偿电流的大小，而且晶闸管触发角的控制范围为90180。6-3 电压波动和闪变 TCR支路电流是周期性的非正弦波，即TCR在系统中会产生一定的谐波干扰。对TCR电流波形进行傅里叶变换，可以得到TCR基波无功电流与触发角的关系，如下式所示：式中 晶闸管在半个基波周期的导通角，=2(-)， 为晶闸管的触发角； BTCR TCR的等效基波电纳。 TCR支路相当于一个连续可调的电抗

25、器，控制晶闸管的触发角就可以调节TCR的等效基波电纳。 三相TCR支路的每一相晶闸管的触发角都单独可控，因此，TCR与FC混合而成的SVC具有平衡三相不对称负荷的能力。设BFC表示FC的基波电纳，则SVC的等效基波电纳为46/936-3 电压波动和闪变 右图SVC的伏安特性曲线中， 180和90的不可控区间： TCR呈现出固定电容器或固定电抗器的特性。 晶闸管不导通（180）时： SVC只有电容器组工作，特性如OA； 晶闸管全导通（90）时： 电抗器特性为OD，合成特性如OC。 在可控区段，根据母线电压的高低，控制触发角自动调节补偿电纳或补偿电流的性质和大小，使SVC呈现出期望的补偿特性如AB

26、。 当UUref 时，SVC吸收感性无功，使系统电压U下降； 当UUref 时，SVC发出容性无功，使系统电压上升。SVC的伏安特性线段AB的斜率调差率SVC的缺点：产生较大的谐波，且补偿容量受到电源电压的影响。47/936-3 电压波动和闪变6-1 电能质量的基本概念6-2 电压偏差及其调节6-3 电压波动和闪变6-4 电压暂降与短时中断6-5 电力谐波6-6 供电系统的三相不平衡内容提要48/93电压暂降的的特征参数 供电系统的电压暂态变化包括电压骤升、电压暂降和短时中断，其起因都与系统故障或大容量负荷投切有关。1持续时间t 一次电压暂降从开始到结束所延续的时间，从时间尺度上反映了电压暂降

27、的严重程度。 电压骤升工频条件下，电压方均根值上升到额定电压的(1.11.8)倍、持续时间为0.5周波到1min的电压变动现象。 起因：单相接地故障、大容量负荷切除或大容量电容器组投入。 电压暂降供电电压方均根值突然下降至标称电压的10%90%，并在短暂持续10ms1min后恢复正常的现象。 起因：单相接地故障、大容量负荷切除或大容量电容器组投入。6-4 电压暂降与短时中断49/932残余电压Ures 一次电压暂降期间测到的电压方均根值的最小值，从电压幅值上反映了电压暂降的最严重程度。3发生频次 电压暂降事件发生次数的平均值，称作SARFI指标，它反映了特定时间内某系统或某测点发生电压暂降的频

28、度。NX 电压暂降监测时间段内残余电压小于X%的电压暂降的发生次数；DT 电压暂降监测时间段内的总天数；D 指标计算周期天数，可取为30或365，但要求D DT。50/936-4 电压暂降与短时中断二、电压暂降的来源及危害参数1 电压暂降的来源 系统故障、绝缘子污秽闪络、线路放电、配电变压器通电、感应电机启动、电容器投入电网等。 2. 电压暂降的危害1）会引起交流接触器脱扣，导致用电设备失去电力。2）会引起欠电压保护或失压脱扣器跳闸，导致供电线路失去电力。3）对某些精密机械加工设备，其电压欠压保护功能会在电压暂降时自动跳闸，退出工作。4）造成计算机类信息设备工作不稳定或操作异常。51/936-

29、4 电压暂降与短时中断三、电压暂降的监测与评估1 电压暂降的监测 对供电系统中的某点或某些点的电压方均根值进行实时监测。 2. 电压暂降的评估评估指标：系统平均方均根值变动频率指标，简称SARFI指标。（1）单一测点用户的评估（2）多测点区域电网的评估Ni第i次电压暂降事件中遭受残余电压小于X%的用户数；NT所有测点供电的用户总数。52/936-4 电压暂降与短时中断四、抑制电压暂降的措施1、强化管理，避免或减少故障的发生。2、采用故障限流器，缩短故障清除时间。3、改变供电方式，降低电压暂降的严重程度： （ 1）对敏感负荷采用多电源供电，并利用静止开关在允许时间之内实现快速切换。 （2）利用母

30、线分段限制同一段母线上的馈线数。 （3）将电压敏感设备与其他故障多发线路分开，必要时在故障多发线路上安装限流电抗器，增加敏感设备与故障点间的电气距离。 （4）对多个由变频器供电的拖动类敏感设备，采用多变频器共直流母线的供电方式。4、提高供用电设备对电压暂降的耐受能力。5、加设电压暂降抑制设备。53/936-4 电压暂降与短时中断6-1 电能质量的基本概念6-2 电压偏差及其调节6-3 电压波动和闪变6-4 电压暂降与短时中断6-5 电力谐波6-6 供电系统的三相不平衡内容提要54/93谐波基础知识 周期为T的非正弦周期波形 ，可按照傅里叶级数分解为直流分量和不同频率的正弦交流分量之和，即其中直

31、流分量 基波分量最低频率(h=1)的正弦分量，频率为1，幅值为A1 谐波分量除基波分量外的其余正弦交流分量，频率为h1， 幅值为Ah。1定义6-5 电力谐波55/93 工程实践中，通常用波形的频谱结构图来表示谐波其对应的频域数学表达式：a)方波波形 b)方波频谱结构图每一谐波分量以谐波幅值对基波幅值的相对值的分贝数来表示56/936-5 电力谐波 三相谐波分量的相序 对于三相对称的非正弦电压或电流而言，（3n-2）次谐波为正序，（3n-1）次谐波为负序，（3n）次谐波为零序，其中n为正整数。 零序谐波称为3倍次谐波，仅存在于三相四线制系统。 频率不是基波频率整数倍的谐波分量，主要来自变频调速装

32、置、交流电弧炉、点焊机等，产生闪变、导致滤波器谐振、干扰通信等，逐渐受到关注。 间谐波57/936-5 电力谐波2谐波发生源第一类为电力系统中的发电机和变压器第二类谐波源主要为电力用户中的非线性用电设备:整流装置、交流电弧炉、家用电器及办公自动化设备3谐波危害 在电网设备中产生谐波附加损耗，使设备过热以及加速绝缘老化。 配电系统并联电容器时可能发生并联谐振，导致谐波电压和谐波电流的严重放大，影响供电系统的安全运行。 引起继电保护和自动装置误动作。 对电能计量精度有影响。58/936-5 电力谐波二. 谐波的评价计算及其限值1谐波的评价计算 供电系统中谐波的严重程度用单次谐波含有率和总谐波畸变率

33、表示HRUh 第h次谐波电压含有率；Uh 第h次谐波电压方均根值；U1 基波电压方均根值； HRIh 第h次谐波电流含有率； Ih 第h次谐波电流方均根值； I1 基波电流方均根值。谐波分量 从原畸变波形中去除基波分量后的剩余部分。谐波含量 谐波分量在一个工频周期中的方均根值。谐波电压含量UH和谐波电流含量IH59/936-5 电力谐波总电压（电流）方均根值与基波分量方均根值和谐波含量之间满足：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60/936-5 电力谐波2谐波限值电网标称电压/kV电压总谐波畸变率(%)各次谐波电压含有率(%)奇次偶次O.385.04.02.064.03.21.

34、610353.O2.41.266661102.O1.6O.8公用电网谐波电压(相电压)限值（对供电公司要求）61/936-5 电力谐波注入公共连接点的谐波电流允许值（对电力用户要求）标准电压kV基准短路容量MVA谐波次数及谐波电流允许值/A23456789101112131415161718192021222324250.381078622962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.810100262013208.

35、5156.46.85.19.34.37.93.74I3.26.02.85.42.62.92.34.52.147125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.56650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.6110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.962/936-5 电力谐波三. 谐波分

36、析计算 内容： （1） 预测系统各点谐波电压和各条线路谐波电流的分布情况， （2）分析采取谐波抑制装置和无功补偿电容器后对系统谐波分布改善的情况或影响的程度。 方法： （1）谐波潮流分析法： 较复杂，适用于具有多个谐波源的大型电力系统的谐波分布分析。 （2） 稳态分析法：将供电系统进行简化处理，得出其等效电路，采用一般的电路稳态分析方法来逐次分析各次谐波的分布63/936-5 电力谐波1. 供电系统各元件谐波等效模型式中 X、Xh分别为元件基波和h次谐波感抗；XC、 XC h分别为元件基波和h次谐波容抗；R、 R h 分别为元件基波和h次谐波电阻；（1）供电电源 通常认为供电电源为正弦波电压源

37、，等效为一个基波电流源与电源内电抗的并联。式中 UN 供电电源额定电压(kV)； Sk 供电电源三相短路容量(MVA)。a)供电电源64/936-5 电力谐波（2）供电线路 由于用户供电线路较短，可以忽略线路对地分布电容（3）变压器 用户供电系统中的变压器容量相对较小，可略去变压器励磁电抗不计。b) 供电线路等效基波电阻和电抗：c) 变压器等效基波电阻和电抗：（4）并联电容器 并联电容器用理想电容器来表示其等效基波容抗为式中 QC并联电容器的额定容量(Mvar)。d) 电容器65/936-5 电力谐波（5）电抗器：以理想电感来表示，其等效基波电抗为（6）电力负荷 按等效电阻和等效电抗的并联来考

38、虑，感性负荷等效基波阻抗计算如下：e)电抗器f)电力负荷 （7）谐波源 通常用各次谐波电流源的并联来表示 g)谐波源式中 1基波角频率； L 电抗器电感量。式中 Pc、Qc 电力负荷的计算负荷。66/936-5 电力谐波 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。 分析h次谐波的分布时，各元件应以h次谐波频率下的电路结构和参数代入。供电系统在基波和h次谐波下的等效电路：a)基波等效电路 b)谐波等效电路经典电路分析方法求出各支路h次谐波电流和各节点h次谐波电压对多个独立谐波源叠加原理2.系统等效电路及其谐波分布分析谐波电路稳态分析法67/936-5 电力谐波68/9

39、3例6-5 已知某供电系统结构和参数如图6-21a所示。试求QC2投入前后整流装置注入节点C的5次谐波电流IC（5）和节点C处5次谐波电压UC（5）。6-5 电力谐波69/93解 根据供电系统简图作等效电路如图6-21b所示，所有元件的阻抗均折算到10kV侧。其中，负荷（P1+jQ1）和（P2+jQ2）忽略不计。（1）计算各元件5次谐波等效阻抗 1)供电电源 2)1#变压器 6-5 电力谐波70/93 3) 线路 4) 2#变压器 6-5 电力谐波71/93 5) 1# 电容器 6) 2#电容器 7) 整流装置 6-5 电力谐波72/93 （2）2#电容器投入前UC（5）和IC（5） 根据等效

40、电路和元件参数，可列写节点电压方程如下：解此方程，得由等效电路显然可知： IC(5)=I5 即 UC(5)=35.4V，IC(5)=2.0A6-5 电力谐波73/93 （3）2#电容器投入后UC（5）和IC（5）： 当2# 电容器投入后，在上述导纳矩阵中，节点D自导纳由1/(2.6+j21.8)变为1/(2.6+j21.8)+(-1)/(j50)，其余不变。 解节点电压矩阵方程，可得 即 UC(5)=112.0V，IC(5)=6.3A。 上述计算结果表明，当0.4kV母线上并联电容器投入后，使得由整流装置引起的10kV母线上的5次谐波电压和注入10kV系统的5次谐波电流值增大到原来的3倍多，这

41、种现象称为电容器对谐波的放大作用。6-5 电力谐波四.并联电容器对谐波的放大作用1.电容器对谐波的放大作用 74/93整流装置供电系统简图L 系统等效电感，R 系统等效电阻，C 无功补偿电容，Ih 谐波源注入的h次谐波电流。由等效电路可得 令 电容器对谐波是否具有放大作用，取决于系数Kh的大小。 Kh与的关系如右图所示。电容器对落在0cr区间内的所有谐波分量均有放大作用，尤其是对r附近的谐波会有显著放大。Kh与的关系6-5 电力谐波75/93通常，供电系统等效电阻较电抗小许多，为简化分析，略去电阻R不计。Kh在r处达到最大值的条件为若将系统等效电感L用系统短路容量Sk来表示，将电容C用电容器的

42、容量QC来表示，则上式可改写为令Kh=1，并忽略系统等效电阻R，可求出临界频率cr为考虑到供电系统电阻R的实际存在，实际谐振频率r和临界频率cr比计算结果小。6-5 电力谐波2. 谐波放大的防止与消除76/93 通过选择电抗值使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感性，则可消除谐波放大现象。 串联电抗器防止谐波放大 为避免谐波放大，串联电抗器的电感量L应满足：于是 式中 XLR串联电抗器等效基波电抗； XC 并联电容器组等效基波容抗； hmin谐波源最低次谐波的次数。于是 6-5 电力谐波77/93考虑到电抗器和电容器的制造误差，通常取：或 式中，kLR: 串联电抗器的电抗率。 对于6脉波整流装

43、置，hmin=5，则可取kLR = 5%6%，对于含有三次谐波的供电系统，可取kLR = 12%13%。 6-5 电力谐波78/93 并联电容器回路串接电抗器后，电容器端电压、电容器回路电流以及电容器回路向负荷提供的无功功率均放大了约（1 +kLR）倍。因此，应适当提高电容器的额定电压，确保并联电容器能够长期安全运行。 在含有谐波的供电系统中，装设并联电容器时应注意：1) 无功补偿用并联电容器组投入运行会引起系统谐波电流和谐波电压的放大。因此，电容器支路应串联防谐电抗器，以防止发生谐波放大现象。2) 当供电系统存在谐波时，即使电容器组对谐波无放大作用，电容器也会因谐波的存在而出现过电流和过电压

44、。应合理选择电容器参数。6-5 电力谐波五.谐波的抑制方法 p脉波整流装置仅产生h=mp1的各次特征谐波(m为正整数)电流，且h次特征谐波电流值为基波电流值的1/h。因此，增加整流装置的相数可消除较低次谐波电流，显著降低总谐波畸变率。1. 增加整流装置的脉波数 PWM整流器既可改善交流输入电流的波形，也可提高装置的功率因数，使cos=1，其交流输入电流接近正弦波，所含谐波次数高，含量小，方便滤除。 2. 采用PWM整流器 3.改变供电系统的运行方式保持三相系统平衡。合理布局无功补偿装置，避免电容器对谐波的放大作用。79/936-5 电力谐波4. 设置电力滤波器串联型：串联于电网和谐波源负荷之间

45、，阻隔谐波电流 并联型：与谐波源负荷并联，为负荷中的谐波电流提供并联旁路支路， 减小注入电网中的谐波电流。电压型谐波源电流型谐波源无源滤波器：RLC无源元件组成，调谐原理有源滤波器：电压源逆变器组成, 对消原理、单调谐滤波器 高通滤波器无源电力谐波滤波装置=多组单调谐滤波器+一组高通滤波器单调谐滤波器 h单调谐滤波器期望滤除的谐波次数；1系统基波频率 h次谐波下谐振，总阻抗最小，h次谐波源电流通过小电阻 R分流，滤波效果最好。无源滤波器基波频率下呈容性，可兼作基波无功补偿装置80/936-5 电力谐波6-1 电能质量的基本概念6-2 电压偏差及其调节6-3 电压波动和闪变6-4 电压暂降与短时中断6-5 电力谐波6-6 供电系统的三相不平衡内容提要81/9382/93一、三相不平衡的概念与危害 1、概念 三相正弦系统中，当三相相量间幅值不等或相位差不为120时，称三相不对称或三相不平衡。 三相负荷不对称 供电系统三相不平衡。 三相不对称电压（电流）=正序分量+负序分量+零序分量 2、危害 对电气设备的影响： （1）对感应电动机 负序电压产生反向转矩 降低了电动机有用输出转矩。 负序电流 负序