电能质量的概念

1、什么是电能质量？电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频 率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、 相位对称且互差120。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变， 加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生 了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量含义， 从不同角度理解通常包括：（1）电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的 概念。这个定义能包括大

2、多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设 备对电网电能质量的影响和污染。（2）电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定 频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助 于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。（3）供电质量：其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电 企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。（4）用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义 务，也包括电力用户是

3、否按期、如数交纳电费等。目前针对电能质量问题研究的主要内容有哪些？目前，研究和解决电能质量问题已成为电力发展的当务之急。主要研究课题包括：（1）研究谐波对电网电能质量污染的影响并采取相应的对策。由于钢铁等金属熔炼企业的发展， 化工行业整流设备的增加，大功率晶闸管整流装置及电力电子器件的开发应用，使公用电网的谐波影 响日趋严重，电源的波形产生了严重的畸变，影响了电网安全可靠运行。（2）研究谐波对电力计量装置的影响并采取相应的措施。由于波形畸变，使电力计量的准确度 与精确度到影响，致使计量误差，产生附加的功率损耗，造成不必要的经济损失。（3）研究电能质量污染对高新技术企业的影响并采取相应的技术手段

4、。由于计算机系统和基于 微电子技术控制的自动化生产流水线以及新兴的IT产业、微电子芯片制造企业等，对电能质量的要 求和敏感程度比一般电力设备要高得多，任何暂态和瞬态的电能质量问题都可能造成设备的损坏或运 行异常，影响正常的生产，给电力用户造成经济损失。（4）加强电能质量控装置的研制。电能质量控制装置的基本功能即使要在任何条件，甚至是极 为恶劣的供电条件下改善电能质量，保证供电电压、电流的稳定、可靠，在谐波干扰产生的瞬间能立 即将其抑制或消除。我国对电网的电能质量制定了哪些国家标准？（1）GB 12325-1990供电电压允许偏差。（2）GB/T 14549-1993公用电网谐波。（3）GT/T

5、 15543-1995三相电压允许不平衡度。（4）GB/T 15945-1995电力系统频率允许偏差。（5） GB 12326-2000电压允许波动和闪变。该标准是在GB 12326-1990电冶允许波 动和闪变的基础上，参考了国际电工委员会IEC电磁兼容IEC6100-3-7等文件和标准修订后重新颁 布实施的。（6）GB/T 18481-2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压。国际电工委员会IEC对电能质量是怎样分类的？国际电工委员会IEC从电磁兼容及相互干扰的角度考虑，对引起电磁干扰的基本现象进行了分 类，见表1 1。表1 1IEC对电能质量根据电磁干扰现象的分类方式序号电磁干扰现象对应

6、电能质量产生的影响因素1传导型低频现象谐波、间谐波；载波干扰；电压波动；电压跌落和间断；电压不对称工频偏差；感应低频电压；交流电网中的直流分量2辐射型低频现象工频电磁场3传导型高频现象感应连续波电压或电流；单方向瞬变；振荡性瞬变4辐射性高频现象磁场；电场；电磁场；连续波；瞬变5静电放电现象6核电磁脉冲国际电力电子工程师协会IEEE对电能质量问题是怎样分类的？国际电力电子工程师协会IEEE根据电压扰动的频谱特征、持续时间、幅值变化等将其进行了细 分，并对供电系统典型的电磁干扰现象进行了特征分类，为准确地区分电压暂态现象提供了依据，见 表 12。表12IEEE电力系统电磁现象的特性与分类种类频谱成

7、分持续时间电压幅值电磁瞬态冲击上升沿5ns1ms振荡低频5kHz0.350ms04p.u.中频5500kHz20s08p.u.高频0.55MHz5ps04p.u.短时电压变动瞬时中断0.530周波0.1p.u.跌落0.530周波0.1p.u.0.9p.u.升高0.530周波1.1p.u.1.8p.u.暂时中断30周波3s0.1p.u.跌落30周波3s0.1p.u.0.9p.u.升高30周波3s1.1p.u.1.4p.u.短时中断3s1min1ms0.0p.u.欠电压1ms0.8p.u.0.9p.u.过电压1ms1.1p.u.1.2p.u.电压不平衡稳态0.5%2%波形畸变直流偏移稳态0%0.1

8、%谐波0100th稳态0%20%间谐波06kHz稳态0%2%陷波稳态噪声宽带稳态0%1%电压波动25Hz间歇0.1%7%工频变化2）谐波治理谐波治理就是在谐波源处安装滤波器，就近吸收谐波源产生的谐波电流，现在广泛采用的 滤波器为无源滤波器，另外有利用时域补偿原理的有源滤波器，这种滤波器的优点是能做到适 时补偿，且不增加电网的容性元件，但造价较高。无源滤波装置，吸收高次谐波，而所有滤波 支路对基波呈现容性，正好满足无功补偿要求，不必另装并联电容器补偿装置，这种方法经济、 简便，国内外广泛采用。滤波器的种类。滤波器大致分为以下六种类型，如图：600）this.width=600 border=0（

9、a）单调谐波滤波器；（b）双调谐滤波器；（c）一阶高通滤波器；（d）二阶高通滤波器；（e）三阶高通滤波器；（f） “c”式高通滤波器。单调谐滤波器通频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型。双调谐滤波器可替代两个单调谐滤波器，只有一个电抗器（ L1）承受全部冲击电压，但接 线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。一阶高通滤波器因基波损耗大，一般不采用。二阶高通滤波器通频带很宽，滤波效果好，既可调谐振点，又可调谐曲线锐度，并可防意 外共振与放大，因此也有以二阶宽通带做低次滤波器。三阶高通滤波器一般用电孤炉滤波。“C”式高通滤波器，用于电孤炉滤波，对二次谐波特别有效。编辑本段国内

10、对谐波污染的治理几种方法目前常用的谐波治理的方法无外乎有二种，无源滤波和有源滤波。下面就谈谈这二种方法 的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。无源谐波滤除装置无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成LC串联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这3次谐波的目的。其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振频率设定得不好，会与系统产 生谐振。现在，市场上流通较多的采取的滤波方法就是这一种，主要是因为低成本，用户容易 接受。虽滤波的效果较差，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部门对无功的要求就行了。 由于其低成本，市场的需求也

11、就大，一般而言，低压0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。由于我国的中小企业大多数是私有的，业主 对谐波的危害认识不足，一般不愿意拿出大量的经费来治理谐波，而有的企业由于谐波的含量 太大，常规的无功补偿不能凑效，供电部门对无功的要求又是十分严格的，达不到就要罚款。 因此，业主不得不要求滤波。因而，其市场的前景可观，经济效益也就可观了。有源谐波滤除装置有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功 功率范围内，滤波效果是百分之百的。它主要是由电力电子元件组成电路，使之产生一个和系 统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的

12、谐波电流与系统中的谐波电流抵消。但由于受到电力 电子元件耐压，额定电流的发展限制，成本极高，其制作也较之无源滤波装置复杂得多，成本 也就高得多了。其主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统，尤其是写字楼的供电系统， 工厂的计算机控制供电系统。对单台的装置而言，其利润是可观的，但用户一般不愿意用有源 滤波，对于谐波的含量，不必滤得太干净，只要不危害其他用电器也就可以了。无源滤波器的分类及技术含量无源滤波器也称为LC滤波器，可分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器，实际 应用中常采用几组单调谐滤波器和几组高通滤波器组成一个滤波装置，单调谐滤波器也叫单调谐滤波回路，其主要由控制器、电容器、电抗器

13、和投切开关以及其控制回路和保护回路组成。 无论高压和低压，都是一样的。由于单调谐滤波器使用的元件少，成本也较低，因此，极为受 欢迎，应用也就较广泛了。高压滤波器和低压滤波器的区别，主要是使用的元器件的耐压不同， 其所承受的电流也不同，要求的安全距离也就不同了，其设计和制造的难易程度也就有极大的 区别了。 滤除谐波的多少视每一个工程的实际情况而不同，一般为系统原含有谐波量的20%50%不等。也可视工程的具体情况，多设几组滤波器，滤波效果达到原有谐波含量的70%以上，但这要在保护回路上多下功夫，其保护回路也就相对复杂一点了。总之，滤波的最后结果 是要使系统的谐波含量满足国家标准的要求或用户对谐波的

14、要求为止。我们知道，电容器对无 功功率进行补偿，我们在滤波回路当中也使用了电容器，它在谐波频率上的作用是滤波，但在 基波频率上的作用则是无功补偿，因此，滤波电容器在基波频率上是起到无功补偿的作用的。低压LC滤波器的主要电压等级为400V、660V、1000V几种，这主要视用户的电压等级 不同而不同。滤除的电流大小也要视所要滤除谐波的系统的谐波电流大小而定。高压滤波一般 是指6KV、10 KV、35 KV电压等级而言，一般而言，主要滤波在 6 KV、10 KV系统。低压补偿滤波装置简介低压滤波补偿装置的设计，要遵循国家的相关规定。一般而言，低压滤波补偿装置采用柜 式安装。滤波装置的设计和效果的评

15、估，主要是看效果是否真正滤除了谐波，是否遵循了国家 关于谐波的标准。每一个柜壳可以安装 25路不等，视具体情况而定。高压滤波补偿装置简介高压滤波补偿装置可以采用柜式安装，也可以采用框架式安装。用滤波电容器、滤波电抗 器组成LC单调谐滤波回路，针对某次谐波进行滤除，电抗器可以是铁心的，视应用的功率大 小，电抗器还可以使用空心电抗器。因是高压，必须满足国家对于高压装置的相关规定.编辑本段谐波的危害1、由于谐波不经治理是无法自然消除的，因此大量谐波电压电流在电网中游荡并积累叠 加导致线路损耗增加、电力设备过热，从而加大了电力运行成本，增加了电费的支出。2、谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅

16、导致变压器、电容器等电气设备的 磁滞及涡流损耗增加，而且使绝缘材料承受的电应力增大。谐波电流能使变压器的铜耗增加， 所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热，噪声增大，从而加速绝缘老化，大大缩短了 变压器、电动机的使用寿命，降低供电可靠性，极有可能在生产过程中造成断电的严重后果。3、电网中含有大量的谐波源（变频或整流设备）以及电力电容器、变压器、电缆、电动 机等负荷，这些电气设备处于经常的变动之中，极易构成串联或并联的谐振条件。当电网参数 配合不利时，在一定的频率下，形成谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电力系统的安全运 行，如不加以治理极易引发输配电事故的发生。4、对旋转的发电机、电动机，

17、由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁芯中 产生附加损耗，从而降低发输电及用电设备的效率，更为严重的是谐波振荡容易使汽轮发电机 产生震荡力矩，可能引起机械共振，造成汽轮机叶片扭曲及产生疲劳循环，导致设备无法正常 工作。5、继电保护自动装置对于保证电网的安全运行具有十分重要的作用。但是，由于谐波的 大量存在，易使电网的各类保护及自动装置产生误动或拒动，特别在广泛应用的微机保护、综 合自动化装置中表现突出，引起区域（厂内）电网瓦解，造成大面积停电等恶性事故。6、 另外，电网谐波将使测量仪表、计量装置产生误差，达不到正确指示及计量（计量仪表 的误差主要反映在电能表上）。断路器开断谐波含量较高

18、的电流时，断路器的遮断能力将大大 降低，造成电孤重燃，发生短路，甚至断路器爆炸。7、由于谐振波的长期存在，电机等设备运行增大了振动，使生产误差加大，降低产品的加工 精度，降低产品质量。8、当输电线路与通讯线路平行或相距较近时，由于两者之间存在静电感应和电磁感应， 形成电场耦合和磁场耦合，谐波分量将在通讯系统内产生声频干扰，从而降低信号的传输质量， 破坏信号的正常传输，不仅影响通话的清晰度，严重时将威胁通讯设备及人身安全。供电可靠性供电可靠性是指供电系统持续供电的能力，是考核供电系统 电能质量的重要指标，反映了电力工业对国民经 济电能需求的满足程度，已经成为衡量一个国家经济发达程度的标准之一；供电可靠性可以用如下一系列指标 加以衡量：供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数、用户平均故障停电次数；我国供电可靠率目 前一般城市地区达到了 3个9 （即99.9%）以上，用户年平均停电时间 3.5小时；重要城市中心地区达到了 4个9 （即99.99%）以上，用户年平均停电时间 53分钟。在电力系统设备发生故障时，衡量能使由该故障设备供电的用户供电障碍尽量减