电能质量分析与控制汇编

1、电能质量分析与控制（主要内容）1 电能质量概论2 电能质量的数学分析方法3 传统电能质量分析与改进措施4 电压波动与闪变5 波形畸变与电力谐波6 电压暂降与短时间中断7 电能质量控制技术10/10/202211电能质量概论1.1 概述电能质量问题的由来随电力工业诞生而存在的一个传统问题。电压、频率。 上世纪八十年代后期：+波形。现代用电负荷结构发生了质的变化。电力电子技术广泛应用，家用电器普及，炼钢电弧炉的发展等，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性引起电能质量的恶化。计算机的普及、IT产业的发展、微电子控制技术应用导致对电能质量要求越来越高。10/10/202221.1概述如：12周波供

2、电电压暂降，就可能破坏半导体生产线，导致上百万美元损失。据统计美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。 2005年由国际铜业协会（中国）主持的一次“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”中，调查了32个行业，共92个企业中有49个企业，因电能质量问题，在经济上损失2.53.5亿元（人民币），每个企业年经济损失约10万100万（人民币）（其中有四家年损失1000万元以上）。 因此，电能质量问题日渐成为电力部门和许多用户所关心的一个重要问题，已成为当前电气工程领域的前沿课题。 10/10/202231.1概述导致电能质量下降的原因和责任-供用电双方往往存在很大的分歧：下图美国乔治动力公

3、司调查结果10/10/202241.2电能质量定义和分类一、电能质量定义 电能质量可以定义为（Power Quality)：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，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性等。电压质量：电压、频率偏差、不平衡、波动等电流质量：电流谐波、间谐波等供电质量：电压质量、供电可靠性等用电质量：电流质量 后两项包括技术含义和非技术含义 10/10/202251.2电能质量定义和分类二、电能质量分类IEC给出的基本电磁干扰现象分类：表1.110/10/20226IEEE制定电力系

4、统电磁现象特性参数及分类10/10/202271.3电能质量现象描述一、瞬变现象 1、冲击瞬变：电流或电压出现的非工频、单极性的突然变化。其特性通常用幅值、上升和衰减时间表示。10/10/202281.3电能质量现象描述2、振荡瞬变：电流或电压出现的非工频、但有正负极性的突然变化。其特性通常用振荡频率、持续时间和幅值大小来表示。其频谱又分为低频、中频和高频。10/10/202291.3电能质量现象描述二、短时间电压变动 指瞬时、暂时和短时的电压中断、暂降、暂升现象。划分方法和特征指标见书表1-2所示。产生原因：电力系统故障和大容量负荷突然投切等。 1、电压中断10/10/2022101.3电能

5、质量现象描述2、电压暂降 工频电压的均方根值下降到0.10.9pu范围内、持续时间为0.5个工频周期1分钟的电压短期下降。 10/10/2022111.3电能质量现象描述3、电压暂升定义为工频下电压均方根值的突然上升，持续半个周波到1min. 典型的幅值范围为1.11.8pu。三、长时间电压变动 指持续时间超过1min的间断、过电压和欠电压。 产生原因：电力系统负荷变化、开关操作等。 1）过电压 指电压有效值升高超过1.11.2pu，时间大于1min现象。 原因：大负荷切除时系统不能及时调整。 2）欠电压 指有效值降到0.9pu以下，时间大于1min现象。 原因：大负荷投入、电容器切除、过负荷

6、等。 3）持续间断 供电电压为零，持续时间超过1min的现象。 原因：系统故障引起。10/10/2022121.3电能质量现象描述四、三相电压不平衡 指三相电压平均值的最大偏差。 用偏差与平均值的百分比，或用负序、零序与正序的百分比来表示。 原因：三相负荷不平衡、断相、单相负荷过大等。 五、波形畸变 电压或电流波形偏离正弦波的现象。包括： 1）直流偏置：交流系统出现直流电压、电流的现象。 2）谐波：系统出现工频整数倍电压、电流的现象。 3）间谐波：系统出现非整数倍工频电压、电流现象。 4）陷波：电力电子装置换相出现的电压扰动现象。 5）噪声：指频谱低于200KHz的有害干扰信号（混叠在电力系统

7、相线、中性线或信号线）。10/10/2022131.3电能质量现象描述六、电压波动 指电压变化的包洛线或随机电压变动。 闪变：电流大小快速变化引起的电压波动。闪变术语来自电压波动对照明的视觉影响。电压波动是电磁现象 ，闪变是电压波动对某些用电负荷造成的有害影响。标准将两个术语合在一起讨论。 10/10/2022141.3电能质量现象描述七、工频变化 指电力系统频率偏离规定正常值的现象。 原因：电力系统大面积故障甩负荷、大电机解列等。 大系统承受负荷变化能力强，频率波动小。 工频变化现象主要出现在小系统中。10/10/2022151.3电能质量现象描述常见电能质量干扰现象图形解释10/10/20

8、22161.4电能质量标准简介一、电能质量标准的作用和内容 电能质量标准是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障用户正常用电的基本技术规范，是实施电能质量监督管理，推广电能质量控制技术，维护供用电双方合法权益的法律依据。 电能质量标准主要内容如下： 1）规定标称环境：即规定环境条件和变化范围。 2）定义技术名词：使其有通用的规范“语言”。 3）量化技术指标：量化是核心内容。 4）推荐统一的测量与评估方法： 标准是科研成果的体现，新标准需长期、深入研究。10/10/2022171.4电能质量标准简介二、电能质量国家标准简介1.供电电压允许偏差（GB 123251990）2.电压波动和闪变（GB

9、 123262000）3.公用电网谐波（GB/T 145491993）4.三相电压允许不平衡度（GB/T 155431995）5.电力系统频率允许偏差（GB/T 159451995）6.暂时过电压和瞬态过电压（GB/T 184812001）10/10/2022181.4电能质量标准简介10/10/2022191.4电能质量标准简介10/10/2022202电能质量的数学分析方法2.1 概述 电能质量的数学分析方法主要对电能质量现象进行研究，测量分析、以及控制装置研制。分析算法主要分三种：时域分析：利用各种时域仿真程序研究电能质量扰动现象。如暂态程序EMTP、EMTDC等，电路仿真程序MATLA

10、B、PSPICE等。分别分析暂态现象和电子控制电路，时域分析是应用最广泛的一种分析方法。频域分析：主要用于谐波频谱、谐波潮流的分析。数学变换：用傅氏变换、矢量变换、小波变换和神经网络等数学方法分析电能质量问题。重点介绍傅氏变换、矢量变换（瞬时无功功率理论）。10/10/2022212电能质量的数学分析方法2.1傅里叶变换一、非正弦周期信号分解为傅里叶级数周期性电压和电流等信号都可以用一个周期函数表示为傅里叶级数的三角级数形式为其中10/10/2022222电能质量的数学分析方法电力系统的非正弦量的对称性可使傅里叶级数简化：奇对称、偶对称、镜对称、双对称10/10/2022232电能质量的数学分

11、析方法傅里叶级数的离散化(DFT)举例（作业）：对该电压信号用离散化傅里叶级数编程求各次谐波含量（该算法延迟时间？）10/10/2022242电能质量的数学分析方法二、连续傅里叶变换设f(t)为一连续非周期时间信号，满足狄里赫利条件，那么，f(t)的傅里叶变换存在，并定义为 ：反变换为F()是的连续函数，称为信号f(t)的频谱密度函数，或简称频谱，它又可进一步分成实部和虚部、幅度谱和相位谱。10/10/2022252电能质量的数学分析方法三、离散傅里叶变换 为了实现连续傅立叶变换，需要用到数值积分。实际应用时需要进行离散化。给定实的或复的离散时间序列：x0,x1,xN-1设该序列绝对可和，则反

12、变换为上式又可表示为 （2-13）10/10/2022262电能质量的数学分析方法矩阵形式：w-按基本角度 逆时针旋转的单位旋转向量例如N=8DFT 是最基本、最常用的运算方式，但 DFT计算时间长、速度慢，难以“实时”计算。10/10/2022272电能质量的数学分析方法四、采样定理和频谱混叠现象 由离散傅里叶变换式（2-13）系数的共轭对称性和周期性，可以看出，幅频特性是与纵坐标轴对称的，且为周期性的偶函数。采样定理：采样频率fs至少是原信号最高频率fc的2倍以上，即fs2fc，采样才能正确地表述原信号的信息。通常将最高频率的2倍频率2fc称为奈魁斯特频率。当采样频率低于奈魁斯特频率(fs

13、2fc)时，原信号中高于fs2的频谱分量将会在低于fs2的频率中再现，即会出现频谱的混叠，会使频谱分析出现误差。 10/10/2022282电能质量的数学分析方法防止频谱混叠方法： 加带宽为fS /2的低通滤波器，滤去 fS /2以上信号分量。 提高采样速率。五、快速傅立叶变换(FFT) 快速傅里叶变换算法最早于1965年提出，巧妙地利用W因子的周期性和对称性，导出的高效快速算法，FFT使N点DFT的乘法计算量由N的平方次降为 次。以N=1024为例，计算量降为5120次，仅为原来的488，数字信号处理的里程碑。 常用基2FFT算法蝶形运算：六、傅里叶变换的特点及其应用1、傅里叶变换的特点 傅

14、里叶谱反映的是信号的统计特性。从其表达式中也可以看出，它是整个时间域内的积分，没有局部化分析信号的功能，完全不具备时域信息。 10/10/2022292电能质量的数学分析方法 在电能质量分析领域中，傅里叶变换得到了广泛应用。但是，在运用FFT时，必须满足以下条件： 满足采样定理的要求，即采样频率必须是最高信号频率的2倍以上； 被分析的波形必须是稳态的、随时间周期变化的。当采样频率或信号不能满足上述条件时，利用FFT分析就会产生“频谱混叠”和“频谱泄漏”现象，给分析带来误差。 对于一些非平稳信号，例如电能质量领域中的电压暂降等问题，不适合用傅里叶变换来进行分析（可采用小波变换）。 10/10/2

15、022302电能质量的数学分析方法2、快速傅里叶变换的应用 FFT在谐波分析仪、电能质量分析仪（离线）、电能质量在线监测装置中的应用： 同时采集u、I信号，通过FFT分析给出各次谐波幅值、相角、功率等。10/10/2022312电能质量的数学分析方法第三节 小波变换简介 小波变换的一个重要特点是能表征函数的奇异性。目前，国内外已有许多学者开始应用小波变换对电能质量若干问题进行研究，其应用主要集中在对电能质量扰动进行检测和定位、电能质量扰动信号数据压缩、电能质量扰动识别以及暂态电能质量扰动建模与分析等方面。 10/10/2022322电能质量的数学分析方法第四节 矢量变换与瞬时无功功率理论 矢量

16、变换有多种形式，可分为 变换、dq变换以及120变换等。 变换和120变换属于定子坐标系变换，而dq变换属于转子坐标系变换。本节将在矢量变换的基础上介绍瞬时无功功率理论。一、矢量变换 变换反变换：10/10/2022332电能质量的数学分析方法二、瞬时无功功率理论 1瞬时有功功率和瞬时无功功率瞬时有功功率和瞬时无功功率为： 10/10/2022342电能质量的数学分析方法可得出p，q对于三相电压、电流的表达式： 可以看出，三相电路瞬时有功功率就是三相电路的瞬时功率。 2、瞬时有功电流和瞬时无功电流定义 三相电路瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq分别为矢量i在矢量u及其法线上的投影，即10/10

17、/2022352电能质量的数学分析方法瞬时有功电流的分量： 瞬时有功电流的分量:瞬时无功电流的分量:瞬时无功电流的分量:10/10/2022362电能质量的数学分析方法3瞬时无功功率理论和传统功率理论比较 传统意义上的有功功率、无功功率等是在平均值基础上定义的，而瞬时无功功率理论中的概念，都是在瞬时值的基础上定义的。瞬时无功功率理论中的概念，在形式上和传统理论非常相似，可以看成是传统理论的推广和延伸。三相正弦波：得：10/10/2022372电能质量的数学分析方法最终得： 可见在三相电压和电流均为正弦波时，p、q为常数，且其值和按传统理论算出的有功功率p和无功功率q完全相同。 三、瞬时无功功率

18、理论的应用 三相电路瞬时无功功率理论，首先在谐波和无功电流的实时检测方面得到了成功的应用。目前，有源电力滤波器中，基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测方法应用最多。傅里叶分析的方法来检测谐波和无功电流-需要一个周波的延迟，实时性不好。（？）10/10/2022382电能质量的数学分析方法基于瞬时无功功率理论的方法，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得出检测结果； 检测谐波电流时，因被检测对象电流中谐波的构成和滤波器不同，会有不同的延时，但延时最多不超过一个电源周波。（最典型的谐波源三相桥整流器，延时约为16周波）。 可见，该方法具有很好的实时性。 以三相电路瞬时无功功率理论为基础，并以计

19、算p、q或ip、iq为出发点即可得出三相电路谐波和无功电流检测的两种方法： 分别称之为p、q运算方式和ip、iq运算方式。10/10/2022392电能质量的数学分析方法(1)p、q运算方式 (2) 运算方式 10/10/2022402电能质量的数学分析方法 该运算方式电压不参与运算，选取 和 参与运算，畸变电压造成的误差不存在。10/10/2022413传统电能质量分析与改善措施 3.1 概述 20世纪70 年代以前，电力系统中使用电子计算机进行控制的设备和电子装置的数量不多，非线形负荷和冲击性负荷占系统负荷的比例很小，电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡和供电可靠性构成了传统电能质量的主要内

20、容。 电力系统中的电气设备是按额定电压和额定频率设计、制造的设备的运行性能最优、效率最高，反之，- 本章主要内容： 电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡和供电可靠性的概念、产生的原因、相关的国家标准以及改善这些电能质量指标的常规方法。 10/10/2022423传统电能质量分析与改善措施3.2 供电电压偏差一、 电压偏差的定义电压变动-电压的均方根值偏离额定值的现象称为电压变动，电压偏差-仅仅针对电力系统正常运行状态而言。电力系统在正常运行方式下，机组或负荷的投切所引起的系统电压偏差并不大，其绝对值不大于标称电压的10%。电压偏差强调的是实际电压偏离系统标称电压的数值，与偏差持续的时间无关。过电

21、压和欠电压-既可能出现在电力系统正常运行方式，也可能出现在电力系统非正常运行方式，如故障状态等。过电压和欠电压强调实际电压严重偏离标称电压，分别为高于标称电压的110 %和维持在标称电压的10 % 90% ，并且持续时间超过1min 。10/10/2022433传统电能质量分析与改善措施二 、电压偏差的限值 35kv及以上供电电压的正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%。如供电电压上下偏差同号时（均为正或负），按较大的偏差绝对值作为衡量依据。 20kv及以上三相供电电压允许偏差为标称电压的 7%。 220v单相供电电压允许偏差为标称电压的+7%、-10%。三、电压偏差产生的原因系统无功功

22、率不平衡是引起系统电压偏离标称值的根本原因。电力系统的无功功率平衡是指：在系统运行中的任何时刻，无功电源供给的无功功率与系统需求的无功功率相等。系统无功功率不平衡意味着将有大量的无功功率流经供电线路和变压器。 10/10/2022443传统电能质量分析与改善措施图3-1(a)是当不计线路分布电容影响时一条供电线路的等值电路。在110kv及以上电压等级的输电线路中， ， 母线的无功功率只要不平衡，无论出现无功不足还是过剩，均会导致母线的电压偏离标称电压。无功功率不平衡越严重，电压偏差越大。10/10/2022453传统电能质量分析与改善措施四、 电压偏差过大的危害 1、对用电设备的危害系统中大量

23、使用的异步电动机，其电磁转矩与电压的平方成正比。 白炽灯设备、家用电器的使用效率和寿命。2、对电网的危害影响频率稳定：线路的静态功率极限近似与线路的电压平方成正比、系统运行电压偏低，输电线路的功率极限大幅度降低，可能产生系统频率不稳定现象，甚至导致电力系统频率崩溃，造成系统解列。 影响电压稳定：如果电力系统缺乏无供电源，可能产生系统电压不稳定现象，导致电压崩溃。影响系统的经济运行：系统电压偏低将使电网的有功损耗、无功功率损耗以及电压损失大大增加；系统电压偏高，超高压电网的电晕损耗加大。 10/10/2022463传统电能质量分析与改善措施五、改善电压偏差的措施保证电力系统各节点电压在正常水平的

24、充分必要条件: 系统具备充足的无功功率电源，同时采取必要的调压手段。（一）配置充足的无功电源 1、同步发电机 发电机不仅能发出无功功率，同时也能吸收无功功率。 发电机调节无功功率的速度快且不需要额外的投资，其缺点是调节能力不大。发电机的进相运行增大了系统静态不稳定的风险。静稳极限同时，进相运行使发电机的端部发热加剧，对发电机的安全运行构成潜在威胁。同步发电机进相运行多用于超高压系统轻载运行时吸收系统多余无功功率，抑制系统电压升高。10/10/2022473传统电能质量分析与改善措施2.同步调相机3.并联电容器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 电容器具有有功损耗小（约为额定容

25、量的0.3%0.5%）、设计简单、容量组合灵活、安全可靠、运行维护方便、投资省等优点。电容器调压的缺点：正反馈的电压调节特性不利于系统电压的稳定，此外，这种调压是不连续的。 4.电抗器图3-4等值电路，每个电容产生的充电功率为线路总充电功率的一半，即等于 10/10/2022483传统电能质量分析与改善措施当线路轻载或空载运行时，线路电抗中的无功损耗 很小，其数值可能等于或小于线路的充电功率。当线路电抗上消耗的无功功率与线路充电功率相等时 ， 为零，此时线路传输的有功功率称为线路的自然功率。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。作为吸收容性无功功率的主要设备，电抗器一般

26、并联接入220kv以上电压等级的电网。 5.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的静止无功补偿装置（Static Var CompensatorSVC）和基于电力电子全控器件的静止无功发生装置（Static Var GenerationSVG）具有动态无功功率补偿特性。10/10/2022493传统电能质量分析与改善措施静止无功补偿装置(SVC)10/10/2022503传统电能质量分析与改善措施优点：它们既可向系统输出无功功率，也可吸收系统得无功功率。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，有功功率损耗也比较小。由于它们由静止开关元件构成，所以运行维护

27、方便、可靠性高。缺点：设备价格普遍较高，运行经验较欠缺（第七章介绍）。 （二）系统调压手段 对电力系统电压偏差的监视与调整就是监视与调整系统的电压中枢点电压。电压中枢点：将这些母线的电压偏差控制在允许范围内，系统中其他节点的电压及负荷电压就能基本满足要求。-装机容量较大的发电厂高压母线，容量较大的变电所低压母线，以及有大量地方负荷的发电机母线。10/10/2022513传统电能质量分析与改善措施1. 电压偏差的调整方式中枢点的调压方式有三种，即逆调压、顺调压和恒调压。逆调压：在最大负荷时，提高中枢点电压以补偿线路上增加的电压损失，最小负荷时降低中枢点电压以防止受端电压过高的电压调整方式。 顺调

28、压：在最大负荷时适当降低中枢点电压，最小负荷时适当加大中枢点电压的电压调整方式。 恒调压：又称常调压，是指无论负荷如何变动，中枢点电压基本保持不变的电压调整方式。 目前中枢点常用的调压方式是逆调压。 2.电压偏差的调整手段（1）用发电机调压。简单、经济、作用有限。采用逆调压方式。 10/10/2022523传统电能质量分析与改善措施（2）改变变压器变比调压。 目前，有载调压变压器已经在电力系统中得到广泛的应用，成为保证电压质量的主要手段。 装设有载调压变压器的前提是系统无功功率电源充足（无功电源缺额较大时，系统电压水平偏低。用有载调压变压器调压，使变压器二次侧的电压抬高。则无功缺额全部转嫁到主

29、网上，使主电网电压严重下降。这种情况极有可能引发电压崩溃事故。）(3)改变线路参数调压。 1)采用分裂导线。 2)串联电容器。 1过补偿、=1完全补偿。 10/10/2022533传统电能质量分析与改善措施六、电压偏差的监测与考核安装“电压监测仪” -直接监测电压的偏差，统计电压合格率和电压超限率。电压监测点的设置原则：设置足够数量并具有一定代表性的电压监测点。 10/10/2022543传统电能质量分析与改善措施3.3电力系统频率偏差一、频率偏差定义：二、频率偏差限值： 我国电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz。当系统容量较小时，频率偏差值可以放宽到0.5Hz。 三、频率偏差产生的原因：

30、系统有功功率不平衡（发电机与负荷间 ）是产生频率偏差的根本原因。四、频率偏差过大的危害：1.系统频率偏差过大对用电负荷的危害：(1)产品质量没有保障。 (2)降低劳动生产率。 (3)使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。 10/10/2022553传统电能质量分析与改善措施2.系统频率偏差大对电力系统的危害(1)降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃。 (2)汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳和断裂 。(3)频率偏差大使感应电能表的计量误差加大、 电容器的无功出力降低、系统电压水平降低，给系统电压调整带来困难。五、电力系统频率调整和控制1、电力系统频率调整频率的

31、一次调整： 频率的二次调整： 满足以下条件的发电厂（机组）宜选作调频厂(机组)：(1)足够的可调容量和调整范围；(2)机组调整速度快；(3)调频输出的功率满足系统安全稳定要求，同时经济性能好。10/10/2022563传统电能质量分析与改善措施在枯水季节，电力系统一般选择水电厂作为主调频厂，效率较低的汽轮发电机组担任辅助调频机组；在丰水季节，一般水轮发电机组以额定功率发电，选择中温中压凝气式汽轮发电机组作为主调频机组，高温高压凝气式汽轮发电机组作为辅助调频机组。 抽水蓄能机组是理想的调频机组，常配合核电机组使用。抽水蓄能机组除担任系统调频任务外，还起到系统“削峰填谷”、调相以及事故备用的作用。

32、 频率的二次调整：可经运行人员手动操作或依靠自动装置来完成，分别称为手动调频和自动调频。自动调频是通过装在调频厂和调度所的自动发电控制（Automatic Generation Control AGC）装置实现的 10/10/2022573传统电能质量分析与改善措施2.电力系统频率控制 电力系统在非正常运行方式下（故障后系统失去大量电源，或系统解列等），系统频率会出现异常，严重偏离额定频率。系统频率异常时一般采取频率控制措施：（1）电力系统应当具有足够的负荷备用和事故备用容量。 （2）自动低频减载装置-在系统内安装按频率降低自动减负荷装置。 自动高频切机装置-可能被解列而导致功率过剩的地区装设

33、按频率升高自动切除发电机装置。10/10/2022583传统电能质量分析与改善措施3.4电压三相不平衡一、三相对称与三相不平衡的概念设三相系统的电流和电压分别为三相系统可分为对称三相系统和不对称三相系统。对称三相系统是指三相电量（电动势、电压或电流）数值相等、频率相同、相位互差 的系统。不同时满足这三个条件的三相系统是不对称三相系统。 三相系统的对称性还表现为：在任意时刻，三相电量的瞬时值之和为零，用数学公式表示就是 10/10/2022593传统电能质量分析与改善措施三相系统又可分为平衡三相系统和不平衡三相系统。在任意时刻，三相瞬时总功率与时间无关，这样的系统称为平衡三相系统；在任意时刻，三

34、相瞬时总功率是时间的函数，这样的系统称为不平衡三相系统。 一般说来，它不等于零。对于对称三相系统， 该式说明对称三相系统在任意时刻的总瞬时功率是常数，也就是说对称三相系统一定也是平衡三相系统。对于三相系统，系统的不对称直接导致不平衡，所以不对称三相系统和不平衡三相系统在使用上不作严格区分。 10/10/2022603传统电能质量分析与改善措施二、三相不平衡度的定义电力系统在正常运行方式下，电量的负序分量均方根值与正序分量均方根值之比定义为该电量的三相不平衡度，用符号 表示，即工程上为了估算某个不对称负荷在公共接地点上造成的三相电压不平衡度，可用以下公式进行近似计算 负荷电流的负序分量，A； 公

35、共连接点的线电压均方根值，kV； 公共连接点的三相短路容量，MVA。10/10/2022613传统电能质量分析与改善措施三、三相不平衡度的限值国标：公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%；接于公共连接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3%。四、三相不平衡产生的原因电力系统三相不平衡可以分为事故性不平衡和正常性不平衡两大类。电力系统在正常运行方式下，供电环节的不平衡或用电环节的不平衡都将导致电力系统三相不平衡。供电系统的不平衡主要来自于供电线路的不平衡。用的环节的不平衡是指系统中三相负荷不对称所引起的系统三相不平衡。三相负荷不对称是系统三相不平衡的最主要因素

36、-是单相大容量负荷（如电气化铁路、电弧炉和电焊机等）在三相系统中的容量和电气位置分别不合理。10/10/2022623传统电能质量分析与改善措施五、三相不平衡的危害电压、电流中含大量负序分量。 （1）感应电动机：产生制动转矩 。（2）变压器：容量得不到充分利用。（3）换流器：换流器将产生较大的非特征谐波。（4）继电保护和自动装置误动： （5）线损增加：（6）计算机：零电位漂移对计算机产生电噪声干扰。六、改善三相不平衡的措施（1）将不对称负荷合理分布于三相中，使各相负荷尽可能平衡。（2）将不对称负荷分散接于不同供电点。 10/10/2022633传统电能质量分析与改善措施（3）将不对称负荷分散接

37、入高一级电压供电。 （4）将不对称负荷采用单独的变压器供电。 （5）采用特殊接线方式的平衡变压器供电。电气化铁路单相V，V结线 、斯科特（Scott）结线等。（6）加装三相平衡装置。 3.5供电中断与供电可靠性供电中断长时间供电中断（1/5min）一、供电可靠性常用指标1供电可靠性主要指标(1)供电可靠率 10/10/2022643传统电能质量分析与改善措施(2)用户平均停电时间 (3)用户平均停电次数 (4)用户平均故障停电次数 2.供电可靠性参考指标(1)用户平均故障停电时间 (2)故障停电平均持续时间。(3)平均停电用户数。 (4)故障停电平均用户数 10/10/2022653传统电能质

38、量分析与改善措施10/10/2022663传统电能质量分析与改善措施供电中断分类（1）、预安排供电中断: 计划供电中断-检修、施工、用户申请供电中断 临时供电中断-临时检修、施工、用户临时申请供电中断 限电系统电源不足、供电系统限电（2）、故障供电中断 预安排供电中断导致的用户停产或减产现象并不严重，故障供电中断对用户和供电系统的影响很大，造成的经济损失难以估量。本节所指的供电中断以及产生的原因、危害和改善措施主要针对故障供电中断而言。10/10/2022673传统电能质量分析与改善措施二、供电中断的危害电力系统供电中断将使全系统的有功功率和无功功率的平衡遭到破坏，系统频率及电压严重偏离正常值

39、，甚至可能导致频率崩溃和电压崩溃。电力系统供电中断对国民经济其他行业产生重大影响，导致生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，从而给国民经济带来严重损失。 三、供电中断产生的原因以及提高供电可靠性的措施电力系统故障是产生供电中断的最主要原因。造成系统故障最直接的原因分别是： 设备质量缺陷引起的占32%，人员误操作引起的占17%，自然灾害引起的占16.6%，继电保护误动作引起的占13.2%，运行管理水平低引起的占21.2%。 相应（5条）提高可靠性措施：10/10/2022683传统电能质量分析与改善措施其它有利于改善系统的供电可靠性措施：(1)加强系统的网架结构，合理分布电源及无功功率补偿

40、设备，提高系统的抗扰动能力。(2)采用自动化程度很高的系统，装设分散协调控制装置等都是重要的技术措施。(3)各负荷的供电方式，应根据负荷对供电可靠性的要求和地区供电条件确定。一级负荷：应由两个独立电源供电。 二级负荷：应由两回线路供电 三级负荷：对供电方式无要求。10/10/2022694电压波动与闪变4.1 基本概念一、均方根值电压的变动特性电压变动：凡不保持电压均方根值恒定不变的现象，或者说，实际电压偏离系统标称电压的现象。电压均方根值： 其离散计算公式： “均方根值电压” 要与“瞬时值电压”区分：电压瞬时值的改变可以用以下表达式描述 均方根值电压变动特性U（t），简称电压特性，是指沿基波

41、半个周期及其整数倍求取的电压均方根值随时间变化的函数关系。 10/10/2022704电压波动与闪变图41（a）中电动机启动结束后的稳态电压均方根值与额定电压之间的差 为稳态电压变动值。启动过程中相邻两点极值电压之差 为动态电压变动值。10/10/2022714电压波动与闪变在电能质量标准中，通常以标称电压的相对百分数来表示电压变动值，即相对稳态电压变动值相对动态电压变动值 相对最大电压变动值二、典型电压变动现象 1.电压偏差 （欠电压与过电压）10/10/2022724电压波动与闪变 2.电压波动 3.电压暂降与暂升 4.短时间电压中断 5.长时间电压中断 4.2电压波动 一、电压波动的含义

42、电压波动（Voltage Flactuation）：电压均方根值一系列相对快速变动或连续改变的现象，其变化周期大于工频周期。配电系统运行中，这种电压波动现象有可能多次出现，变化过程可能是规则的、不规则的，亦或是随机的。 10/10/2022734电压波动与闪变导致原因举例：(a)单一阻性负荷投切；(b)多重负荷投切；(c)非线性电阻负荷运行；(d)随机的功率波动负荷运行。10/10/2022744电压波动与闪变为分析方便且又不失一般性，常抽象地将恒定不变的工频电压看作载波，将波动电压看作调幅波。仅含单一频率的调幅波对工频载波的调制，调制波解析式的一般表达式为： 若调幅波电压为单一频率的正弦波形

43、，则有： 10/10/2022754电压波动与闪变电压变动频度r单位时间内电压变动的次数（单位：时间的倒数）。国家电能质量标准规定：电压由大到小或由小到大的变化各算一次变动。同一方向的若干次变动，如果变动间隔时间小于30ms，则算一次变动。 （图4-4（b）所示的l0Hz正弦调幅波电压波形曲线，其电压波动值为调幅波的峰谷差值，变动频度为20 次/s ）连续电压波动的频度为调幅波基波频率的2倍，常用的关系式为 次/s 或 次/mis 10/10/2022764电压波动与闪变 二、波动性负荷对电压特性的影响引起电压波动的主要原因：功率冲击性波动负荷（频繁发生且持续时间较长的电压波动 ）其它：短路故

44、障或开关操作，或者是无功功率补偿装置、大型整流设备的投切。波动性负荷可分为两大类型：（1）电压按一定规律周期变动的负荷（由于频繁启动和间歇通电引起）。例如，轧钢机和绞车、电动机、电焊机等。（2）连续的不规则的随机电压变动的负荷。例如，炼钢电弧炉等。10/10/2022774电压波动与闪变电压波动值的简化计算方法：考虑三相平衡负荷，用户侧供电电压波动量近似表达式：供电母线相对电压波动值d的计算公式： 电压波动值与负荷的无功功率变动量Q成正比，与公共连接点的短路容量成反比。它从物理意义上反映了供电电压发生变动的根本原因。10/10/2022784电压波动与闪变在工程实际应用中，可进一步利用简化计算

45、结果对将要连接到供电系统中的波动性负荷对公共连接点（PCC）的电压反作用进行预测估算。具体方法如下： PCC处的短路容量计算公式：假定系统阻抗电压降相对于系统标称电压很小时，供电电流变化量也可用接入的负荷容量（视在功率）的变化量来表示，可以写出： 10/10/2022794电压波动与闪变三、电压波动限值 在波动性负荷中，以电弧炉引起的电压波动最为严重。多数国家在制定的电压波动与闪变标准中的条款通常是针对电弧炉负荷设定的。表中公共连接点标称电压等级划分为：（1）低压（LV）： ；（2）中压（MV）： ；（3）高压（HV）： 。 10/10/2022804电压波动与闪变对于随机性不规则的电压波动，

46、国标中规定电压波动的限值为：（1）HV： ；（2）MV： ；（3）LV： 。4.3 闪变（Voltage Flicker） 一、基本概念与定义 电光源的电压波动造成灯光照度不稳定的人眼视感反应称为闪变。换言之，闪变反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视感产生的影响。白炽灯的光功率与电源电压的平方成正比，所以受电压波动影响最大。通常选白炽灯光照设备受影响的程度作为判断电压波动是否能被接受的依据。 10/10/2022814电压波动与闪变闪变的主要决定因素：供电电压波动的幅值、频度和波形（频谱分布）照明装置类型人对闪变的主观视感 1、闪变觉察率F 依据IEC推荐的实验条件，采用不同波形、频率、幅值的调

47、幅波并以工频电压为载波向工频230V、60W白炽灯供电照明，闪变觉察率为 式中 A没有觉察的人数；B略有觉察的人数；C有明显觉察的人数；D难以忍受的人数。10/10/2022824电压波动与闪变闪变觉察率超过50，则说明半数以上的实验观察者对电压波动有明显的或难以忍受的视觉反映。 2、瞬时闪变视感度S（t） 为反映人的瞬时闪变感觉水平，用闪变强弱的瞬时值随时间变化来描述，即瞬时闪变视感度S（t）。它是电压波动的频度、波形、大小等综合作用的结果，其随时间变化的曲线是对闪变评估衡量的依据。通常规定闪变觉察率F50%为瞬时闪变视感度的衡量单位，对应的称之为S（t）1觉察单位。若s（t）1觉察单位，说

48、明实验观察者中有更多的人对灯光闪烁有明显感觉，则规定为对应闪变不允许水平。 10/10/2022834电压波动与闪变 3、视感度频率特性系数K（f）（1）闪变的一般觉察频率范围：125Hz； （2）闪变的最大觉察频率范围：0.0535Hz（其上下限值称为截止频率，上限值又称为停闪频率，即高于这一频率的闪变人眼是感觉不到的）；（3）闪变的敏感频率范围：612Hz；（4）闪变的最大敏感频率：8 .8Hz。视感度频率特性系数K（f）显然在此条件下，对应闪变的最大敏感频率8.8Hz有电压波动值d最小值，所以有 10/10/2022844电压波动与闪变图4-8给出了在正弦电压波动条件下，由试验数据描绘出

49、的视感度系数的频率特性曲线。它反映了不同频率正弦电压波动所引起的灯光闪烁在人眼和大脑中产生的主观感觉相对强弱的程度。 10/10/2022854电压波动与闪变10/10/2022864电压波动与闪变4.波形因数R（f） 不同波形的电压波动引起的闪变反映也是不同的。通过对相同频率的两种不同波形（例如，正弦调幅波和矩形调幅波）的电压波动做比较，可以计算出波形因数R（f）1，即在相同频率下，矩形电压波动（非正弦波形）比正弦电压波动对闪变的影响更严重。（表4-2） 10/10/2022874电压波动与闪变二、闪变视觉系统模型 基本思路：通过对电压波动的响应特性、人眼的感光反映能力和大脑的记忆存储效应的

50、近似数学描述，从而得到人的视觉系统模型，即所谓闪变的灯-眼-脑反应链传递函数。一个已知的视感度频率特性系数K（f），可用拉普拉斯变换复变量s表示成传递函数K（s）的形式，并且多采用幅频特性。具体：由已知正弦波调制电压的视感度频率特性系数K（f）及其对应表4-2中的数据，作出灯-眼-脑反应链的对数频率特性曲线。用5条直线和渐近线对该曲线逼近描述，或者说用5个典型控制环节的对数幅频特性之和表示（推导过程略）。 式中的系数分别为K1.74802，2 4.05981，129.15494，222.27979，321.22535，4221.9 10/10/2022884电压波动与闪变4.4闪变的评估方法

51、一、电压波动与闪变的起因和危害起因：一方面是由于各种类型的大功率波动性负荷投运引起的；另一方面也会由于配电线路短时间承载过重。危害：（1）照明灯光闪烁，影响人的视觉；（2）电视机画面不稳定； （3）电动机的转速不稳定； （4）对电压波动较敏感的工艺过程或试验结果产生不良影响；（5）导致电子仪器和设备、计算机系统、自动控制生产线以及办公自动化设备等工作不正常，或受到损坏。（6）导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱，致使电力电子换流器换相失败等。 10/10/2022894电压波动与闪变 二、闪变水平评估与干扰限制值 1、短时间闪变水平值(10min) 图4-11所示为某一观察时间段，如取

52、l0min内等间隔采样时间为测算到的15000个数据所描述的瞬时闪变视感度S（t）变化曲线。图中给出第7级（1.21.4p.u.）统计计算示例 概率分布 10/10/2022904电压波动与闪变依次对其他9级S（t）进行统计计算，可给出概率分布直方图，如图4-12所示。对图4-12概率分布直方图进行累加计算，可以得到图4-13所示的累积概率函数（CPF）图形。 10/10/2022914电压波动与闪变用5个概率分布 测定值计算出短时（10min）闪变平滑估计值 表示实际检测到的短时间闪变水平严重度。其近似计算公式为式中，k0.1=0.0314，k1 =0.0525，k3=0.0657，k10=

53、0.28， k500.08。 式（4-31）中5个测定值p0.1、p1、p3、p10、p50分别为10min内超过01、1、3、10%和50%时间比的概率分布水平10/10/2022924电压波动与闪变2、长时间闪变水平值长时间闪变的统计时间需在1h以上，国标中规定为2h。在2h或更长时间测得并作出的累计概率统计曲线（CPF）中，将瞬时闪变视感度不超过99 %概率的短时间闪变值 （用符号 表示）或超过1%时间的 值（用符号 表示）作为长时间闪变水平值 ，即UIC/IEC标准：规定对于已顺序测得的N个l0min短时间闪变值 （k=1, 2, 3,，N）数据，长时间闪变值可由这N个 的立方和求根得

54、到： 10/10/2022934电压波动与闪变 3、闪变干扰限制值GB/T12326-2008电压波动和闪变(2000修订版）：1）闪变限值中去掉了Pst，只保留Plt 2）各级电压闪变限值Plt ：110kv及以下：1 110kv以上：0.810/10/2022944电压波动与闪变4.5电弧炉用电特性分析 由于电弧炉炼钢在技术经济上的优越性，工业生产采用交流电弧炉已日益增多，单台容量也不断增大，因此电弧炉对供电系统的干扰也愈加突出-交流电弧炉是供电系统各类功率波动性负荷中对电压特性影响最大的负荷。其不利影响主要包括有功功率和无功功率冲击性快速变化引起的电压波动和闪变，电弧电阻的非线性导致的电

55、力谐波畸变，以及三相负荷不对称带来的供电系统动态不平衡干扰等。 普通交流电弧炉的冶炼周期约为38h，通常电弧炉的供电电压为110kV或35kV，经特殊设计的电弧炉变压器供电，二次侧电极间电压的典型值在100600V之间。电弧炉的电流控制是通过电弧炉变压器高压侧绕组分接头的切换和电极的升降来实现的。电弧炉所消耗无功功率大，并且无功功率变化量也很大，在电极短路时功率因数约为0.10.2，在额定运行时约为0.70.85。 10/10/2022954电压波动与闪变电弧炉的运行周期包括三个阶段：熔化期、氧化期和还原期。 (1)熔化期的主要任务是使炉料迅速熔化。熔化期约为0.52h，但在此期间消耗的电能占

56、一个投运周期总耗电量的60% 70%。 (2)氧化期的主要任务是脱磷及去气、去夹杂。 (3)还原期的主要任务和操作是脱氧、脱硫、调整温度和调整成分。图4-21给出了电弧炉负荷运行周期示意图(是一种间歇式冲击功率负荷). 10/10/2022964电压波动与闪变4.6电压波动和闪变的测量目前国际上有代表性的三种原理类型的闪变测量仪器:日本的闪变仪英国的ERA电弧炉闪变测量仪IEC和UIE推荐的闪变仪。 IEC闪变测量方法 一、电压波动的同步检测法调制波解析式的一般表达式为 若调幅波电压为单一频率的正弦波形，则 10/10/2022974电压波动与闪变式中，m称为调制指数， m1。按照同步检测方法

57、，可将调制波电压自乘求平方，得到 10/10/2022984电压波动与闪变如果利用0.0535 Hz的带通滤波器滤除其中的直流分量和工频及以上频率的分量，并且考虑到，由于实际上的调制指数m1，因此，滤波后便可实现解调，获得近似加权的调幅波电压：已知相对电压变动值为 ，并且假定调幅波为正弦函数波形，则有可以得到用相对电压变动d参量表示的表达式 以上各函数的变化波形，可参见图4-28（b）所示的仿真波形。 10/10/2022994电压波动与闪变10/10/20221004电压波动与闪变 二、IEC闪变测量环节分析 图4-28（a）我国国家标准在参考了IEC标准后推荐采用的闪变仪简化原理框图。图4

58、-28 （a）给出的闪变测量环节总体上可分为三部分： 第一部分为电压输人适配调整，由图中框1组成，两个主要部分，即一个输人电压适配器和一个自检信号发生器。第二部分模拟视觉系统模型，即灯-眼-脑反应链的频率响应特性，主要由图中框2、框3和框4组成；框2模拟灯的作用和特性。通过平方解调器分离出与调幅波幅值成比例的电压波动量。该量反映了灯照度变化与电压波动的关系，可采用被测信号自乘求平方来实现。 框3模拟人眼的视觉频率选择特性。它由两个级连滤波器，即带通滤波器和视感度加权滤波器，以及一个测量范围选择器构成。 10/10/20221014电压波动与闪变其中，带通滤波器 (通频带为0.0535Hz)的功

59、能是消除平方解调后电压信号中的直流分量和载波倍频分量。具体设计时，采用一阶高通滤波器抑制直流分量，并采用截止频率为35Hz的6阶巴特沃斯低通滤波器滤除载波工频成分及其以上的频率分量。所谓视感度加权滤波器就是觉察率为50的闪变视感度一频率特性的具体实现。即按照幅频特性对视感度频率范围内的调幅波信号分别取不同的加权系数（如对应8 .8Hz调幅波信号，其增益为1，而其他频率信号的加权系数都小于1）。 K（s）乘积的第一项对应二阶带通滤波器，第二项为有一个零点和两个极点的补偿环节，分别为 10/10/20221024电压波动与闪变其中测量范围选择器的作用是为了提高测量灵敏度而设置的。框4模拟人脑神经对

60、视觉反映的非线性和记忆效应，由平方和积分滤波两个环节组成。其中，平方器模拟了人眼-脑觉察过程的非线性，而具有积分功能的一阶低通滤波器起着平滑平均作用，模拟人脑的存储记忆效应。框4的输出为瞬时闪变视感度S（t），即视觉对灯闪的瞬时感觉水平。第三部分为测量到的瞬时闪变视感度的统计分析，由框5组成。 框5为在线统计分析结果输出级。利用数字信号处理器，对框4输出的瞬时闪变水平进行大量的概率统计计算和记录。并且按照第3节介绍的累积概率函数CPF作统计评估，最后给出实测计算得到的 和 10/10/20221034电压波动与闪变图4-29所示是对上述各个环节的总结，并且可以作为基于MATLAB工具软件的闪变