电能质量分析与控制

1、电能质量分析与控制目录电能质量量概述传统电能能质量分分析与改改善措施施电压波动动与闪变变第一章电电能质质量概论论电能既是是一种经经济实用用、清洁洁方便且且容易传传输、控控制和转转换的能能源形式式，又是是一种由由电力部部门向电电力用户户提供，并由供供、用双双方共同同保证质质量的特特殊产品品。第一节概概述人们首先先把电力力系统运运行中电压和频率偏离标称称值的多多少作为为检验电电能质量量的主要要指标。如何深入入理解现现代电能能质量问问题，如如何把提提高电能能质量与与增强竞竞争意识识、电力力市场占占有率联联系起来来，如何何从技术术、经济济和运行行管理等等方面加加大力度度，保证证优质供供电，以以最小程程

2、度减少少对现代代工业企企业和重重要电力力用户的的影响，既是电电力用户户需求和和电力系系统运行行给我们们提出的的新任务务，也是是信息时时代给我我们提出出的新挑挑战。一、供电电系统运运行与电电能质量量的关系系1.电能质量量的基本本要求为保证电电能安全全经济地地输送、分配和和使用，理想供供电系统统的运行行应具有有如下基基本特性性：（1）以单一恒定定的电网网标称频频率（50Hz或60Hz，我国采采用50Hz）、规定定的若干干电压等等级（如如配电系系统一般般为110kV,35kV,10kV,380V/220V）和以正正弦函数数波形变变化的交交流电向向用户供供电，并并且这些些运行参参数不受受用电负负荷特性

3、性的影响响。 （2）始终保保持三相交流流电压和和负荷电电流的平平衡。用电设设备汲取取电能应应当保证证最大传传输效率率，即达达到单位位功率因因数，同同时各用用电负荷荷之间互互不干扰扰。（3）电能的的供应充足足，即向电电力用户户的供电电不中断断，始终终保证电电气设备备的正常常工作与与运转，并且每每时每刻刻系统中中的功率率供需都都是平衡衡的。一、供电电系统运运行与电电能质量量的关系系一、供电电系统运运行与电电能质量量的关系系上述理想想供电系系统的基基本特性性构成了了供电运运行对电电能质量量的基本本要求，如果将将其概括括描述可可如图1-1所示。上图中三三个基本本集合的的交集之之内确定定了合格格电能质质

4、量的指指标要求求，是我我们将要要阐述的的供电系系统电能能质量的的三个基基本要素素。图1-1示意性地地表明，这三项项质量指指标相互互间存在在着紧密密的依存存和制约约关系。一、供电电系统运运行与电电能质量量的关系系2.电能质量量的特征征电能，或或称之为为电产品品，除了了具有其其他工业业产品的的基本特特征之外外，由于于其产品品形式单单一，而而且其生生产、输输送与消消耗的全全过程独独具特色色，因此此在引起起电能质质量问题题的原因因上、在在劣质电电能的影影响与评评价等方方面与一一般产品品的质量量问题不不同，具具有以下下显著特特点：一、供电电系统运运行与电电能质量量的关系系（1）电力系系统的电电能质量量始

5、终处处在动态变化化中。（2）电力系系统是一一个整体体,其电能质质量状况况相互影影响。电电能不易易储存，其生产产、输送送、分配配和转换换直至消消耗几乎乎是同时时进行的的。（3）电能质质量扰动动具有潜潜在危害害性与广广泛传播播性。（4）有些情情况下用用户是保保证电能能质量的的主体部部分。（5）对电力力系统的的电能质质量指标标进行综综合评估估非常困困难。（6）控制和和管理电电力系统统电能质质量是一一项系统统工程。二、当代代电力系系统对电电能质量量的要求求随着时代代进步与与科技的的飞速发发展，现现代电网网与负荷荷构成出出现了新新的变化化趋势，由此带带来的电电能质量量问题越越来越引引起电力力部门和和电力

6、用用户的高高度重视视。电网网与负荷荷构成出出现的变变化趋势势主要表表现在：二、当代代电力系系统对电电能质量量的要求求（1）电力系系统扩张张与联网网逐渐形形成，系系统运行行的安全全稳定性性和可靠靠性要求求不断提提高。（2）在保证证电力系系统一定定的自然然垄断特特性的条条件下，引进竞竞争机制制，实施施电力市市场化营营运，强强化环境境保护意意识与提提高信息息管理水水平已经经势在必必行。（3）当代电电力系统统与计算算机技术术和通信信技术的的结合更更加紧密密，采用用高新技技术（如如TCSC、FACTS、HVDC、Cus-Pow）以提高高电力传传输能力力二、当代代电力系系统对电电能质量量的要求求和实现配配

7、电自动动化的趋趋势方兴兴未艾。（4）电力用用户为满满足其对对产品的的个性化化、多样样性生产产的需求求，从最最大经济济利益出出发，在在大功率率冲击性性、非线线性负荷荷容量迅迅速增长长的同时时，更大大规模地地采用科科技含量量高的器器件、设设备与技技术。 二、当代代电力系系统对电电能质量量的要求求负荷敏感感度：是是指负荷荷对电能能质量问问题的敏敏感程度度，即提提供给负负荷的电电能质量量不良时时负荷能能承受干干扰仍正正常工作作的能力力。 一般可将将负荷分分为三类类：普通通负荷（CommonLoad）、敏感感负荷（SensitiveLoad）和重要要（要求求严格的的）负荷荷（CriticalLoad）。

8、二、当代代电力系系统对电电能质量量的要求求电力系统统的各个个部分都都是相互互联系的的，使用用电双方方的相互互影响越越来越紧紧密。因因此，综综合协调调处理电电能质量量问题至至关重要要。另外外需要注注意到，由于看看问题的的角度不不同，在在导致电电能质量量下降的的原因与与责任上上，供用用电双方方往往存存在很大大的分歧歧。美国乔治治动力公公司曾组组织和实实施了一一项对电电力部门门和电力力用户关关于电能能质量问问题起因因的调查查，其结结果如图图1-2所示。据据分析，虽然对对电力市市场的质质量调查查还存在在分类方方法上的的不同，但是调调查报告告清楚地地表明，电力公公司和电电力用户户对引发发电能质质量问题题

9、的原因因的看法法往往有有很大的的分歧，尽管双双方都把把2/3的事件起起因归咎咎于自然然因素（如雷电电等），但用户户仍然认认为电力力部门在在这方面面的责任任要比自自我测评评结果大大得多。二、当代代电力系系统对电电能质量量的要求求二、当代代电力系系统对电电能质量量的要求求综上所述述，现代代电力系系统结构构与负荷荷构成的的变化是是工业生生产不断断发展的的必然结结果，有有利于电电力用户户提高生生产率和和获得更更大的经经济效益益；同时时通过采采用高效效的电力力负荷设设备，大大量节约约电能和和延缓用用电的需需求，从从而节省省电力建建设所需需的大量量投资。三、改善善电能质质量的意意义电能作为为人们广广泛使用

10、用的能源源，其应用程程度是一一个国家家发展水水平和综综合国力力的主要要标志之之一。时至今日日，电力力工业面面向市场场经济，引进竞竞争机制制，以求求最小成成本与最最大效益益，电能能质量的的优劣已已经成为为电力系系统运行行与管理理水平高高低的重重要标志志，控制制和改善善电能质质量也是是保证电电力系统统自身可可持续发发展的必必要条件件。第二节电电能质质量概念念、定义义及分类类 电能质量量术语:国际电气气电子工工程室师师协会（IEEE）标准化化协调委委员会已已正式通通过采用用“PowerQuality”（电能质质量）术语的决决定。我我国国家家标准中中已正式式更名采采用国际际通用的的英文名名称。一 基本

11、本概念与与定义电能质量量：从普遍意意义上讲讲，电能能质量是是指优质质供电。电力部门门可能把把电能质质量定义义为电压、频频率的合合格率以及连续供电电的年小时时数，并并且用统统计数字字来说明明电力系系统是安安全可靠靠运行的的。电力用户户则可能能把电能能质量简简单定义义为是否否向设备备提供了了电力。一 基本本概念与与定义从工程实实用角度度出发，将电能能质量概概念进一一步具体体分解并并给出解解释。电压质量量。 给出出实际电电压与理理想电压压间的偏偏差，以以反映供供电部门门向用户户分配的的电力是是否合格格。电压压质量通通常包括括电压偏差差、电压压频率偏偏差、电电压不平平衡、电电压瞬变变现象、电压波波动与

12、闪闪变、电电压暂降降（暂升升）与中中断、电电压谐波波、电压压陷波、欠电压压、过电电压等。一 基本本概念与与定义电流质量量。电流质量量与电压压质量密密切相关关。电流流质量包包括电流流谐波、间谐波波或次谐谐波、电电流相位位超前或或滞后、噪声等等。供电质量量。它包括技技术含义义（电压压质量和和供电可可靠性）和非技技术含义义（供电电部门对对用户投投诉与抱抱怨的反反应速度度和电力力价目的的透明度度等）两两部分。用电质量量。 它包包括电流流质量和和非技术术含义等等，如用用户是否否按时，如数缴缴纳电费费等。二 电能能质量的的分类1.电能质量量的基本本分类对于电能能质量现现象可以以根据不不同基础础来分类类。以

13、下下介绍了了近几年年国际上上在电能能质量现现象分类类和特性性描述等等方面取取得的研研究成果果。其中中，在国国际电工工界有影影响的IEC以电磁现现象及互互干扰的的途径和和频率特特性为基基础，引引出了广广义的电电磁扰动动的基本本想象分分类，如如表1-1所示。二 电能能质量的的分类 表1-2给出了IEEE制定的电电力系统统电磁现现象的特特性参数数及分类类。它为为我们提提供了一一个清晰晰描述电电能质量量及电磁磁干扰现现象的实实用工具具。2.变化型和和事件型型分类按照电能能质量扰扰动现象象的两个个重要表表现特征征变化的连连续性和和事件的的突发性性为基础础分成两两类。连续型（连连续出现现）事件型（突突然发

14、生生）图1-3、图1-4所示为供供电电压压幅值的的概率密密度函数数曲线和和概率分分布函数数曲线。第三节电电能质质量现象象描述本节中我我们重点点对表1-2中的七类类现象作作进一步步描述，以便读读者对电电能质量量涵盖的的内容有有一个整整体的了了解。一、瞬变变现象关于瞬变变现象，IEEEStd100-1992电气与电电子标准准术语词词典有一个含含义更宽宽、描述述更简单单的定义义：变量的部部分变化化，且从从一种稳稳态状态态过渡到到另一种种稳定状状态的过过程中该该变化逐逐渐消失失的现象象。瞬变现象象的两种种普遍类类型冲击和振振荡1.冲击性瞬瞬变现象象冲击性瞬瞬变是一一种在稳稳态条件件下，电电压、电电流非

15、工工频的、单极性性的突然然变化现现象。最常见引引发其的的原因是雷电。如图1-5示。2.振荡瞬变变现象振荡瞬变变是一种种在稳态态条件下下，电压压、电流流的非工工频、有有正负极极性的突突然变化化现象。常用频频谱成分分、持续续时间、和幅值值大小来来描述其其特性。其频谱谱分为高高、中、低频，如表1-2所示。高频振荡荡现象中频振荡荡现象低频振荡荡现象图1-6为背靠背背电容器器增能引引起的几几千赫电电流振荡荡波形。 低频振荡荡现象出出现在辅辅助输配配电系统统，最常常见的是是电容器器组冲能能。电压压振荡频频率为300900赫，峰值值可达到到2.0p.u.。一般其其典型值值为1.31.5p.u.，持续时时间在

16、0.53周波，具具体情况况要根据据系统的的阻尼程程度来确确定（参参见图1-7）。 主频低于于300赫的振荡荡在配电电系统中中也时有有发生，通常是是由铁磁磁谐振和和变压器器增能引引起的，如图1-8所示。二、短短时间电电压变动动包括电压暂降降和短时间电电压中断断现象。造成电压压变动的的主要原原因是系系统故障障、大容容量负荷荷启动或或电网松松散连接接的间歇歇性负荷荷运作。根据所所在系统统条件和和故障位位置的不不同，可可能引起起暂时过过电压或或电压跌跌落，甚甚至使电电压完全全损失。二、短短时间电电压变动动1.电压中断断当电压降降到0.1p.u.以下，且且持续时时间不超超过1min时，则认认为出现现了电

17、压压中断现现象。造造成电压压中断的的现象。造成电电压中断断的原因因可能是是可能是是系统故故障、用用电设备备故障或或控制失失灵等。电压中断断往往是是以其幅幅值总是是低于额额定值百百分数的的持续时时间来量量度的。对于有些些由于系系统故障障造成的的电压中中断，在在其出现现之前，既在故故障发生生至保护护动作期期间，可可能先出出现电压压暂降，之后进进入短期期中断，如图1-9（a）所示。2.电压暂降降“暂降”是指工工频条件件均发根根值减小小到0.10.9p.u.之间、持持续时间间为0.5周波至1min的短时间间电压变变动现象象。暂降和骤骤降可以以互相替替换图1-10为发生短短路故障障引起的的单相电电压暂降

18、降的变化化波形。图1-11为大型电电机启动动对电压压的影响响。在启动期期间，感感应电机机将汲取取6-10倍的额定定电流。3.电压暂升升“暂升”的含义义是指在在工频条条件下，电压均均方根值值上升到到1.11.8p.u.之间、持持续时间间为0.5周波到1min的电压变变动现象象。例如如，当单单相对地地发生故故障，非非故障相相的电压压可能会会短时上上升。图图112给出可该该情况下下引起的的电压暂暂升的波波形。三 长时时间电压压变动长时间电电压变动动是指，在工频频条件下下电压均均方根值值偏离额额定值，并且持持续时间间超过1min的电压变变动现象象。长时间电电压变动动可能时时过电压压也可能能欠电压压。过

19、电压欠电压持续中断断四 电压压不平衡衡 电压不平平衡，时时常定义义为与三三相电压压（或电电流）的的平均值值的最大大偏差，并且用用该偏差差与平均均值的百百分比表表示。电电压不平平衡也可可利用对对称分量量法来定定义，即即用幅负负序或零零序分量量与正序序分量的的百分比比加以衡衡量。图图113给出了采采用上述述两种比比值表示示的某一一民用溃溃电网一一周内电电压不平平衡趋势势。五 波形形畸变波形畸变变，是指指电压或或电流波波形偏离离稳态工工频正弦弦波形的的现象，可以用用偏移频频谱描述述其特征征。波形形畸变有有五种主主要类型型，即直直流偏置置、谐波波、间谐谐波、陷陷波、噪噪声。谐波畸变变水平的的描述方方法

20、，通通常用具具有各次次谐波分分量幅值值和和相相位角的的频谱表表示。图图114给出了典典型变速速驱动输输入电流流波形和和频谱图图。图115给出了连连续直流流式三相相换流器器的电压压陷波例例子。六 电压压波动 电压波动动是指电电压包络络线有规则的变变化或一一系列随随机电压压变动。通常，其幅值值并未超超过ANSI C84.11995电力系统统与设备备电压等等级规定的0.91.1p.u.范围。IEC1000331994低压供电电系统电电压波形形和闪变变限值（额定电电流0时，则意意味着母母线2的无功功功率不足足，需要要从系统统吸收无无功功率率Q。三、电压压偏差产产生的原原因由式（3-10）可知三、电压压

21、偏差产产生的原原因无功功率率不平衡衡越严重重，电压压偏差越越大。电压偏差差为负；电压偏差差为正。供配电网网络结构构的不合合理也能能导致电电压偏差差。供配电电线路输输送距离离过长，输送容容量过大大，导致致截面过过小等因因素都会会加大线线路的电电压损失失，从而而产生电电压偏差差。从此此，我国国对不同同电压等等级的供供配线路路规定了了合理的的输送距距离和输输送容量量，见表表3-1。三、电压压偏差产产生的原原因表3-1线路的输输送距离离和输送送容量四、电压压偏差过过大的危危害电压偏差差过大对对广大用用电设备备以及电电网的安安全稳定定和经济济运行都都会产生生极大的的危害。1、对用电电设备的的危害所有用户

22、户的用电电设备都都是按照照设备的的额定电电压进行行设计和和制造的的。当电电压偏离离额定电电压较大大时，用用电设备备的运行行性能恶恶化，不不仅运行行效率低低，很可可能会由由于过电电压或过过电流而而损坏。2、对电网网的危害害输电线路路的输送送功率受受功率稳稳定极限限的限制制，而线线路的静静态稳定定功率极极限近似似与线路路的电压压平方成成正比。系统运行行电压偏偏低时缺乏无功功电源时时频率稳定定和电压压稳定破破坏时系统运行行电压过过高造成系统统解列导致电压压崩溃也会威胁胁系统的的安全运运行给生产生生活到来来损失四、电压压偏差过过大的危危害五、改善善电压偏偏差的措措施电力系统统分布广广，节点点数目多多。

23、系统统运行时时，电压压随节点点位置、负荷水水平不断断发生变变化。可可以说，电压水水平的控控制既有有局域性性，又有有全局性性；既于于网络规规划有关关，又与与运行控控制密不不可分。保证电电力系统统各节点点电压正正常水平平的充分分必要条条件是系系统具备备充足的无无功功率率电源，同时采取取必要的调调压手段段。现以图3-2为例，说说明各种种调压措措施所依依据的基基本原理理。为简化起起见，忽忽略系统统各元件件的对地地电容，网络阻阻抗已归归算至高高压侧。五、改善善电压偏偏差的措措施负荷接入入点电压压可表示示为(3-11)式中归算至高高压侧网网络的电电压损失失kV；高压侧网网络标称称电压，kV。五、改善善电压

24、偏偏差的措措施五、改善善电压偏偏差的措措施公式（3-11）表明:改变以下下各量即即可调整整负荷接接入节点点的电压压UL。（1）改变系统统无功功功率的分分布；（2）改变发发电机端端电压US；（3）改变变压压器变比比K1，K2。（4）改变输电电网络的的参数X。下面从电电力系统统无功功功率电源源和调压压手段两两方面对对电压偏偏差的改改善措施施作详细细的介绍绍。（一）配配置充足足的无功功功率电电源电力系统统中的无无功功率率损耗很很大一部部分是线线路和变变压器中中的无功功功率损损耗。由由于高压压线路和和变压器器的等值值电抗远远大于等等值电阻阻，变压压器的无无功损耗耗也比有有功损耗耗大得多多，从而而导致整

25、整个系统统的无功功损耗远远大于有有功损耗耗。系统运行行时仅靠靠发电机机提供的的无功功功率远远远不能满满足系统统对无功功功率的的需要，因此必必须装设设大量的的无功补补偿设备备。电力系统统的无功功功率电电源有同同步发电电机，同同步调相相机，电电容器，电抗器器和静止止无功补补偿装置置（SVC）等。五、改善善电压偏偏差的措措施1、同步发发电机发电机是是电力系系统中唯唯一的有有功功率率电源，同时也也是最基基本的无无功功率率电源。发电机机调节无无功功率率的速度度快且不不需要额额外投资资，所以以充分利利用发电电机改善善系统无无功功率率的平衡衡是一种种十分经经济实用用的调节节手段，其缺点点是调节节能力不不大。

26、五、改善善电压偏偏差的措措施2、同步调调相机同步调相相机实质质上是不不带机械械负载的的同步电电 动机机。改变变同步调调相机的的励磁，可以使使同步调调相机工工作在在过励磁磁或欠励励磁状态态，从而而发出或或吸收无无功功率率。它是是最早采采用的无无功调节节设备之之一。同同步步调相机机的优点点：有电电压支撑撑的作用用、可迅迅速提高高无功功功率、可可吸收多多余的无无功功率率。缺点：本本身设备备的有功功功率损损耗大、维护复复杂、投投资大。所以它它不是主主要的无无功功率率调节设设备。五、改善善电压偏偏差的措措施3、电容器器作为无功功功率补补偿用的的电容器器以并联联的方式式接入系系统，其其接线方方式如图图3-

27、3所示。电容器只只能输出出无功功功率。其其产生无无功功率率的大小小可表示示成(3-12)式中，为为电电力系统统角频率率；C为电容器器的电容容值。五、改善善电压偏偏差的措措施电容器具具有有功功功率损损耗小、设计简简单、容容量组合合灵活、安全可可靠、运运行维护护方便、投资省省等优点。所以长长期以来来电容器器一直是是电力系系统优先先采用的的无功功功率补偿偿设备。但当系系统电压压下降时时，会导导致电压压进一步步降低；当系统统电压偏偏高时，系统电电压进一一步升高高。这种种正反馈馈的电压压调节特特性不利利于系统统电压的的稳定，这是电电容器调调压的缺点。五、改善善电压偏偏差的措措施此外，这这种调压压是不连连

28、续的。常规电电容器采采用分组组投切的的形式，每投入入或切除除一组电电容器，可分别别使系统统电压跳跳变式升升高或降降低。因因此，应应综合考考虑系统统容量、电压等等级、负负荷大小小等因素素，合理理地选择择电容器器的分组组数及每每组容量量。五、改善善电压偏偏差的措措施4、电抗器器线路的分分布电容容所产生生的无功功功率，与电压压的平方方成正比比，同时时与线路路的长度度成正比比。因此此，长距距离、高高电压等等级的线线路产生生的充电电功率不不容忽视视。图3-4是线路形形等等值电路路。五、改善善电压偏偏差的措措施图中电容容代表线线路的分分布电容容，每个个电容的的电纳为为整个线线路等效效电纳B的一半，即为。每

29、每个电容容产生的的充电功功率为线线路总充充电功率率的的一一半，即即等于。当当线路轻轻载或空空载运行行时，线线路电抗抗X中的无功功损耗很很小，其数值值可能等等于或小小于线路路的充电电功率。这种情情况下线线路总的的无功损损耗为零，甚甚至变负负。五、改善善电压偏偏差的措措施高压线路路在轻载载时，将将会存在在大量过过剩的充充电功率率，从而而使电压压升高。从表3-2可见，高高压线路路轻载时时电压搜搜升高现现象十分分严重，其升高高幅度已已经大大大超出了了国家的的有关规规定。这这对系统统的安全全运行和和用户的的正常生生产构成成了极大大的威胁胁。五、改善善电压偏偏差的措措施5、静止无无功补偿偿装置和和静止无无

30、功发生生装置基于电力力电子半半控器件件无功补补偿装置置（SVC）和基于电电力电子子全控器器件的静静止无功功发生装装置（SVG）具有动态态无功功功率补偿偿特性。与同步步调相机机一样，它们既既可以向向系统输输出无功功功率，也可吸吸收系统统的无功功功率。其动态态特性好好，调压压速度快快，调压压平滑，而且可可实现分分相无功功补偿，有功功功率损耗耗也比较较小。由由于他们们由静止止开关元元件构成成，所以以运行维维护方便便、可靠靠性较高高。但这这类设备备价格普普遍较高高，运行行经验较较欠缺。五、改善善电压偏偏差的措措施（二）系系统调压压手段电力系统统是个庞庞大的系系统，其其中的负负荷难以以计数，无法对对其中

31、每每个节点点的电压压进行监监视和调调整。通通常的做做法是选选择一些些关键性的的母线作为电压压监视点点。如果果将这些些母线的的电压偏偏差控制制在允许许范围内内，系统统中的其其他节点点的电压压及负荷荷电压就就能基本本满足要要求。这这些电压压监视点点称为电压中枢枢点。一般选选择系统统内装机容量量较大的的发电厂厂高压母母线，容量较大大的变电电所低压压母线，以及有大量地地方负荷荷的发电电机母线线作为电电压中枢枢点。五、改善善电压偏偏差的措措施1、电压偏偏差的调调整方式式中枢点的的调压方方式分为为三种：逆调压顺调压恒调压目前中枢枢点常用用的调压压方式是是逆调压。2、电压偏偏差的调调整手段段用发电机机调压：

32、调节自自动调节节励磁装装置改变变压压器变比比调压：即调节节变比K(3-13)普通电力力变压器器除分接接头外，还有2-4个附加分分接头。通过选选择分接接头，可可使变压压器的变变比发生生改变。改变线路路参数调调压1）采用分分裂导线线。2）串联电电容器。接线图图见图3-6.根据公式式3-10线路的电电压损失失为：串联电容容补偿线线路电抗抗的程度度可用补补偿度Kc来表示：(3-14)式中XL线路电抗抗，；XC线路串联联电容容容抗，。叫过补偿偿，整个个线路的的等值阻阻抗呈现现容性；叫欠补偿偿，整个个线路的的等值阻阻抗呈现现感性；叫完全补补偿，整整个线路路的等值值阻抗呈呈现阻性性；与装设并并联电容容器相比

33、比，串联联电容器器补偿法法的调压压效果显显著，特特别适合合于电压压波动频频繁、负负荷功率率因数低低的场合合。但采用串串联电容容也会带带来一些些新问题题。串联电容容与感应应电动机机有可能能发生共共振。串联电容容与变压压器也可可能发生生共振。六、电压压偏差的的监测与与考核电压偏差差的监测测与考核核是评价价电力系系统电压压质量的的重要方方法，其其结果也也是修定定无功功功率和电电压曲线线、制定定电网规规划和技技术改造造计划的的依据。电压监测测点的设设置原则则是：（1）与主网网（220KV及以上电电力系统统）直接接连接的的发电厂厂高压母母线。（2）各级调调度“界界面”处处的330KV及以上变变电所的的一

34、、二二次母线线，220KV变电所的的二次母母线或一一次母线线。（3）所有变变电所的的10KV母线。（4）具有一一定代表表性的用用户电压压监测点点宜采用用这样的的选取原原则：所有110KV及以上供供电的用用户；所有35KV专线供电电的用户户；其他35KV用户和10KV用户；低压0.4KV用户。电压监测测的方法法是在电电压监测测点安装装具有自自动记录录和统计计功能的的“电压压监测仪仪”。它它能直接接监测电电压的偏偏差，并并能统计计电压合合格率和和电压超超限率。(3-15)(3-16)我国电力力行业对对电压偏偏差的考考核是指指各供电电企业的的以下五五类指标标是否满满足供电电企业安安全文明明生产达达标

35、和创创一流标标准。（1）A类电压合合格率城市变电电所10母线线电压合合格率；（2）B类电压合合格率110KV及以上供供电或35（63）KV专线供电电用户的的电压合合格率；（3）C类电压合合格率其他高压压用户的的电压合合格率（4）D类电压合合格率0.4KV用户的电电压合格格率比；（5）供电综综合电压压合格率率计算式式为(3-17)式中、和分分别代表表、和和类电电压合格格率。表3-4我国某大大城市电电网2002年供电电电压合格格率统计计表第三节电电力系系统频率率偏差频率是电电能质量量最重要要的指标标之一。系统负负荷特别别是发电厂厂厂用电负负荷对频率的的要求非非常严格格。要保保证用户户和发电电厂的正

36、正常运行行就必须须严格控控制系统统频率，使系统统的频率率偏差控控制在允允许的范范围内。允许频频率偏差差的大小小不仅体体现了电电力系统统运行管管理水平平的高低低，同时时反映了了一个国国家工业业发达的的程度。一、频率率偏差的的定义根据工学学理论，正弦量量在单位位时间内内交变的的次数称称为频率率，用f表示，单单位为Hz。交变一次次所需的的时间称称为周期期，用T表示，单单位为s。频率和周周期互为为倒数，即f=1/T（3-18）交流电力力系统是是以单一一恒定的的标称频频率、规规定的几几种电压压等级和和以正弦弦函数波波形变化化的交流流电向用用户供电电。交流流电力系系统的标标称频率率分为50Hz和60Hz两

37、种，我我国采用用50Hz标称频率率（工频频）。不同标称称频率的的系统要要实现互互联，必必须通过过变频调调速装置置才能实实现并网网。一个常蓄蓄结合式式抽水蓄蓄能电站站的原理理接线图图如图3-7所示。图图中，G代表常规规发电机机组，其其额定频频率为50Hz；G/M代表抽水水蓄能机机组，其其工作频频率为30-80Hz。一、频率率偏差的的定义图3-7常蓄结合合式抽水水蓄能电电站的原原理接线线电力系统统在正常运行行条件下，系统统频率的的实际值值与标称称值之差差称为系系统的频频率偏差差，用公公示表示示为（3-19）式中频率偏差差，Hz；fre实际频率率，Hz；fN系统标称称频率，Hz。频率偏差差属于频频率

38、变化化范畴。电力系系统的频频率变化化是指基基波频率率偏离规规定正常常值的现现象。一、频率率偏差的的定义二、频率率偏差限限值我国国家家标准GB/T15945-1995电能质量量电电力系统统频率允允许偏差差规定：系统正常常频率偏偏差允许许值为0.2Hz。系统容量量较小时时，可放放宽到0.5Hz。用户冲击击负荷引引起的系系统频率率变动一一般不得得超过0.2Hz一些经济济发达国国家允许许的系统统频率偏偏差为0.1Hz。日本为0.08Hz。预计经济济发达国国家的系系统频率率允许偏偏差将达达到0.05Hz三、频率率偏差产产生的原原因当系统负负荷功率率总需求求(包括电能能传输环环节的损损耗)与系统电电源的总

39、总供给相相平衡时时，才能能维持所所以发电电机组转转速的恒恒定。但但是，电电力系统统中的负负荷以及及发电机机组的出出力随时时都在变变化。当当发电机机与负荷荷间出现现有功功功率不平平衡时，系统频频率就会会产生变变动，出出现频率率偏差。系统频率率上升，频率偏偏差为正正；反之之亦成立立。只有有在发电电机的总总输出有有功功率率等于系系统负荷荷对有功功功率总总需求的的时候，频率偏偏差为零零。系统有功功功率不不平衡是产生频频率偏差差的根本原因因四、频率率偏差的的危害1.系统频率率偏差过过大对用用电负荷荷的危害害（1）产品质质量没有有保障。（工业业企业）（2）降低劳劳动生产产率。（影响所所传动机机械的出出力）

40、（3）使电子子设备不不能正常常工作，甚至停停止运行行。2.系统频率率偏差过过大对电电力系统统的危害害（1）降低发发电机组组效率，引起频频率或电电压崩溃溃。（2）汽轮机机在低频频下运行行时易产产生叶片片共振，造成叶叶片疲劳劳损伤和和断裂。（3）处于低低频率电电力系统统中的异异步电动动机和变变压器其其主磁通通会增加加，励磁磁电流会会随之增增加，系系统所需需无功功功率大为为增加，导致系系统电压压水平降降低，造造成调压压困难。（4）无功补补偿用电电容器的的补偿容容量与频频率成正正比。（5）频率偏偏差大使使感应式式电能表表的计量量误差加加大。四、频率率偏差的的危害五、电力力系统频频率调整整和控制制电力系

41、统统在正常常运行方方式下，通过改改变发电电机的输输出功率率使系统统的频率率变动保保持在允允许偏差差范围内内的过程程，称为为频率调整整。分为：一次调调整、二二次调整整。一次调整整： 利用用发电机机组的调调速器，针对变变化幅度度小(0.1%0.5%)，变动周周期短(10s)的频率偏偏差。二次调整整： 利用用发电机机组的调调频器，针对变变化幅度度大(0.5%1.5%)，变动周周期长长(10s30s)的频率偏偏差。自动发电电控制装装的调频频方式主主要分为为三类：恒定频率率控制（FFC）恒交换功功率控制制（FTC）联络线功功率频率率偏差控控制（TBC）2.电力系统统频率控控制电力系统统在以下下情况下下可

42、能出出现频率率异常：（1）故障后后系统失失去大量量电源，或系统统解列（2）气候变变化或意意外灾害害使负荷荷发生突突变（3）在电力力供应不不足的系系统中缺缺乏有效效的控制制负荷手手段。五、电力力系统频频率调整整和控制制（4）高峰和和低峰负负荷期间间，发电电机出力力的增减减速度与与负荷的的增减速速度不一一致。（5）大型冲冲击负荷荷造成的的频率波波动。系统频率率异常时时一般采采取以下下频率控控制措施施：（1）应具备备足够的的负荷备备用和事事故备用用容量；（2）在调度度所或变变电所装装设直接接控制用用户负荷荷的装置置（3）在系统统内安装装自动切切除发电电机等。五、电力力系统频频率调整整和控制制频率调整

43、整和电压压调整的的差异：（1）全系统统频率相相同，而而系统中中各节点点的电压压却不同同（2）系统频频率质量量主要由由系统有有功功率率平衡状状况决定定，而系系统电压压质量则则主要由由系统无无功功率率平衡状状况决定定。（3）调整频频率只有有改变发发电机组组原动机机功率这这一唯一一的措施施，而调调整电压压的措施施却很多多。五、电力力系统频频率调整整和控制制第四节电电压三三相不平平衡一、三相相对称与与三相不不平衡的的概念设三相系系统的电电流和电电压分别别为（3-20）（3-21）三相系统统可分为为对称三三相系统统和不对对称三相相系统。对称三三相系统统是指三三相电量量数值相等等、频率率相同、相位互互差1

44、20度的系统。不同时时满足这这三个条条件的三三相系统统是不对对称三相相系统。第四节电电压三三相不平平衡换言之，式（3-20）和（3-21）所表示示的系统统如果同同时满足足以下条条件(3-22）（3-23）那么该系系统是对对称的，反之则则是不对对称的。第四节电电压三三相不平平衡将式（3-22）、（3-23）代人式式（3-20）和（3-21）同时选选取A相电流为为参考量量，记及及A相电压超超前于电电流电电角角度，即即令，则对称称三相系系统可表表示为（3-24）（3-25）第四节电电压三三相不平平衡三相系统统的对称称性还表表现为：在任意时时刻，三三相电量量的瞬时时值之和和为零，用数学学公式表表示就（

45、3-26）和（3-27）三相系统统又可分分为平衡衡三相系系统和不不平衡三三相系统统。在任任意时刻刻，三相相瞬时总总功率与与时间无无关，这这样的系系统称为为平衡三相相系统；在任意意时刻，三相瞬瞬时总功功率是时时间的函函数，这这样的系系统称为为不平衡衡三相系系统。第四节电电压三三相不平平衡根据电工工理论，系统在在某一时时间t吸收的总总瞬时功功率为三三相瞬时时功率之之和，每每一相的的瞬时功功率为同同一时刻刻同相电电压和电电流的乘乘积，即即（3-28）式中总瞬时功功率，MVA.PA、PB、PCA、B、C三相瞬时时功率，MVA。第四节电电压三三相不平平衡将式（3-20）和（3-21）代人式式（3-28）

46、，经整整理后得得（3-28）上式中第第二个方方括号与与时间有有关，一一般来说说，它不不等于零零。对于于对称三三相系统统，将式式（3-22）和（3-23）代入（3-28），并计计及得（3-29）第四节电电压三三相不平平衡式（3-29）说明对对称三相相系统在在任意时时刻的总总瞬时功功率是常常数，也也就是说说对称三三相系统统一定也是平衡衡三相系系统。对对于三相相系统，系统的的不对称称直接导导致不平平衡，所所以不对对称三相相系统和和不平衡衡三相系系统在使使用上不不作严格格区分。三相电压压不平衡衡度是电电能质量量的重要要指标之之一。二、三相相不平衡衡度的定定义根据对称称分量法法，三相相系统中中的电量量可

47、分解解为正序序分量、负序分分量和零零序分量量三个对对称分量量。电力力系统在在正常运运行方式式下，电电量的负负序分量量均方根根值与正正序分量量均方根根值之比比定义为为该电量量的三相相不平衡衡度，用用符号表表示，即即（3-30）（3-31）式中三相电压压不平衡衡度和三三相电流流不平衡衡度电压正序序、负序序分量均均方根值值，；电流正序序、负序序分量均均方根值值，。由式（3-30）和（3-31）可见，要计算算三相系系统的不不平衡度度，必须须首先计计算三相相系统的的正序和和负序分分量。但但在实际际工作中中，往往往只知道道三相电电量的数数值。在在不含零零序分量量的三相相系统中中，只要要知道三三相电量量a、

48、b、c，即可由下下式求出出三相不不平衡度度：二、三相相不平衡衡度的定定义工程上为为了估算算某个不不对称负负荷的公公共连接接点上造造成的三三相电压压不平衡衡度，可可用公式式（3-33）进行近近似计算算。二、三相相不平衡衡度的定定义（3-32）式中(3-33)式中负荷电流流的负序序分量，A；公共连接接点的线线电压均均方根值值，KV；公共连接接点的三三相短路路容量，MVA。式（3-33）只能用用于距离离发电厂厂以及大大型电机机电气距距离较远远的公共共连接点点处三相相电压不不平衡度度的近似似计算。二、三相相不平衡衡度的定定义在三相对对称系统统中，由由于在某某一相上上增设了了单相负负荷而引引起的三三相电

49、压压不平衡衡度也可可按下式式估算（3-34）式中单相负荷荷容量，MVA；计算点的的三相短短路容量量，MVA。二、三相相不平衡衡度的定定义三、三相相不平衡衡度的限限值我国国家家标准GB/T 15543-1995电能质量量 三相相电压允允许不平平衡度规定：电电力系统统公共连连接点正正常电压压不平衡衡度允许许值为2%，短时不不得超过过4%；接于公公共连接接点的每每个用户户，引起起该点正正常电压压不平衡衡度允许许值一般般为1.3%。四、三相相不平衡衡产生的的原因电力系统统三相不不平衡可可以分为为事故性不平衡和和正常性不平衡两大类。事故性性不平衡衡由系统统中各种种非对称称性故障障引起。电力系统统在正常常

50、运行方方式下，供电环环节的不不平衡或或用电环环节的不不平衡都都将导致致电力系系统三相相不平衡衡。而供电系系统的不不平衡主主要来自自于供电电线路的的不平衡衡。五、三相相不平衡衡的危害害系统处于于三相不不平衡运运行时，其电压压、电流流中含大大量负序序分量。由于负负序分量量的存在在，三相相不平衡衡对电气气设备产产生不良良影响，具体表表现如下下：（1）感应电电动机。（2）变压器器。（3）换流器器（图3-8）。（4）继电保保护和自自动装置置。（5）线损。（6）计算机机。六、改善善三相不不平衡的的措施P1=5MW，减小系统统三相不不平衡的的常用方方法有如如下几种种：（1）将不对称称负荷合合理分布布于三相相

51、中，使使各相负负荷尽可可能平衡衡。设5个容量不不等的单单相负荷荷分别是是P1=5MW，S2=15+j7MVA，S3=10+j2MVA，S4=20+j9MVA和S5=25+j8MVA。采用图3-9（a）的接线方方式时，三相负负荷的有有功功率率均为25MVA，A、B两相的无无功功率率同是9Mvar，与C相8Mvar的无功功功率相差差不大。在图3-9（b）中，A相负荷为为20+j7MVA，B相负荷为为30j11MVA，C相负荷为25j8MVA。显然，采采用图3-9（a）所示的负负荷分配配方式采采用图3-9（b）所示的负负荷分配配方式更更有利于于系统三三相平衡衡。六、改善善三相不不平衡的的措施P1=5

52、MW，S2=15+j7MVA，S3=10+j2MVA，S4=20+j9MVA, S5=25+j8MVA。（2）将不对对称负荷荷分散接接于不同同的供电电点，减减小集中中连接造造成的不不平衡度度过大。（3）将不对对称负荷荷接于高高一级电电压供电电。（4）将不对对称负荷荷采用单单独的变变压器供供电。（5）采用特特殊接线线的平衡衡变压器器供电。（6）加装三三相平衡衡装置。实现三相相平衡的的原理如如图3-10所示。设设ab间接有单单相用电电负载，见图3-10（a），其导纳。首先先在该负负载上并并联电纳纳，使ab相等效负负载呈电电阻性，其等效效导纳。六、改善善三相不不平衡的的措施然后在bc间接入容容性电纳

53、纳，在ca间接入感感性电纳纳，如图3-10（b）所示。六、改善善三相不不平衡的的措施此时各相相电流为为可见，三三相负荷荷达到平平衡。六、改善善三相不不平衡的的措施例3-1额定电压压为380V的3台单相负负荷，其其参数如如下：负荷1：7.6KVA，负荷2：7.6KVA，负荷3：7.6KVA，试求方式式1的接线时时的三相相电流不不平衡度度。六、改善善三相不不平衡的的措施例3-1额定电压压为380V的3台单相负负荷，其其参数如如下：负荷1：7.6KVA，负荷2：7.6KVA，负荷3：7.6KVA，试求不同同接线方方式时的的三相电电流不平平衡度。解：3个单相负负荷共有有6种不同的的接线方方式，如如表3

54、-5所示。以以方式1为例，计计算。方式1的接线示示意图见见图3-11。 六、改善善三相不不平衡的的措施3个负荷的的等效阻阻抗分别别为：六、改善善三相不不平衡的的措施设为为参考考相量，即令，则每个负荷荷上流过过的额定定电流为为根据基尔尔霍夫电电流定律律，线电电流为由对称分分量法可可求出线线电流中中正、负负序分量量分别为为其中，。于是，三三相电流流不平衡衡度为同理，可可计算出出其余5种接线方方式下的的，见见表3-5可以看出出，采用用方式5的接线方方式时，最最小。表3-56种不同接接线方式式下的第五节供供电中中断与中中断可靠靠性一、供电电可靠性性的常用用指标供电系统统供电可可靠性用用一系列列指标加加

55、以衡量量。这些些供电可可靠性指指标按不不同电压压等级分分别计算算，并分分为主要要指标和和参考指指标两大大类。1、供电可可靠性主主要指标标（1）供电可可靠率（RS-1）。（3-35）（2）用户平平均停电电时间（AIHC-1）。（3-36）（3）用户平均均停电次次数（AITC-1）（3-37）（4）用户平均均故障停停电次数数（AFTC）（3-38）第五节供供电中中断与中中断可靠靠性2、供电可可靠性参参考指标标（1）用户平平均故障障停电时时间（3-39）（2）故障停停电平均均持续时时间（3-40）第五节供供电中中断与中中断可靠靠性（3）平均停停电次数数（4）故障停停电平均均用户数数第五节供供电中中断

56、与中中断可靠靠性表3-6供电可靠靠率和年年平均停停电时间间的关系系第五节供供电中中断与中中断可靠靠性第五节供供电中中断与中中断可靠靠性上述供电电可靠性性指标中中的停电电指长时时间供电电中断，即供电电电压幅幅值为零零，且持持续时间间超过5min（或1min以上）的的现象。按照供电电中断的的性质划划分，供供电中断断可以分分为两大大类：预安排供供电中断断故障故障障供电中中断第五节供供电中中断与中中断可靠靠性图3-12（长时间间）供电电中断分分类第五节供供电中中断与中中断可靠靠性二、供电电中断的的危害导致系统统频率崩崩溃和电电压崩溃溃对国民经经济其他他行业产产生重大大影响三、供电电中断产产生的原原因即

57、提提高供电电可靠性性的措施施（1）设备质质量缺陷陷；（2）人员误误操作；（3）自然灾灾害；（4）继电保保护；（5）运行管管理水平平低。第五节供供电中中断与中中断可靠靠性除针对上上述原因因而采取取的提高高供电可可靠性的的措施以以外，以以下措施施也有利利于改善善系统的的供电可可靠性。（1）加强网网架结构构，合理理分布电电源及无无功补偿偿设备。（2）采用自自动化程程度很高高的系统统。（3）各负荷荷的供电电方式应应根据负负荷对供供电可靠靠性的要要求和地地区供电电条件确确定。1）一级负负荷应由由两个独独立电源源供电。2）二级负负荷应由由两回线线路供电电。3）三级负负荷对供供电方式式无要求求。第五节供供电

58、中中断与中中断可靠靠性一典典型的电电压变动动现象为了对电电力系统统运行过过程中可可能出现现的各种种典型电电压变动动分别予予以分析析，通常常还会根根据电压压变动的的快慢，变动的大大小，变动的的频次以及持续时间间的长短等等特征做做进一步步的细化化分类，常见的的有以下下五种：电压偏差差电压波动动电压暂升升、暂降降短时间电电压中断断长时间电电压中断断第四章电电压波波动与闪闪变二、均方方根值电电压的变变动特性性一个理想想的供电电系统其其三相交交流电源源对称、电压均均方根值值恒定，并且负负荷特性性与系统统电压水水平无关关。这就就要求电电力用户户的负荷荷分配三三相平衡衡，并以以恒定功功率汲取取电能，同时也也

59、要求公公共连接接电的短短路容量量无穷大大，系统统的等值值电抗为为零。但但实际的的供电电电压时刻刻都在变变化。因因此，凡凡不保持持电压均均方根值值恒定不不变的现现象，实实际电压压偏离系系统标称称电压的的现象统统称为电电压变动动。在电学计算算中，通通常以电电压整周周期的均均方根值值来衡量量电压的的大小。在工程程上当电电压均方方根值出出现变动动情况时时，一般般可取半半个周期期均方根根值来计计算电压压。电压压均方根根值的离离散计算算公式为为N 一个周期内的采样点数。 第k个点的电压瞬时值(V)在这里特特别强调调“均方方根值电电压”是是因为在在分析电电压质量量时，有有时要与与瞬时值值电压超超标的情情况区

60、别别开来。电压瞬瞬时值的的改变可可以用以以下表达达式描述述电压变动动特性U(t)特性：沿沿基波半半个周期期及其整整数倍求求取的电电压均方方根值随随时间变变化的函函数关系系图4-1中电动机机启动结结束后的的稳定电电压均方方根值与与额定电电压之差差的为稳稳态电压压变动值值，启动动过程中中相邻两两点极值值电压之之差为动动态电压压的变动动值。均均方根值值电压变变动特性性也可以以用相对对电压变变动特性性d(t)来描述，图中纵纵坐标在电能质质量标准准中，通通常以标标称电压压的现对对百分数数来表示示电压变变动值，即(4-3a)同理，将将式中电电压变动动量替换换为上述述定义的的变动值值，可以以分别给给出相对对