电能质量与节能技术课件

电能质量和节能技术电能质量和节能技术1我们的目标：创造安全、绿色、高效的供电系统。高质量的供电系统也是节能的。我们的目标：创造安全、2

现代供电系统电能形式多样化----火电、水电、核电、风电、光电、潮汐电更凸现提高电能质量和节电的重要地位----智能电网现代供电系统电能形式3供电电能质量:频率电压波动波形畸变电压闪变功率因数三相系统不平衡

均已制订有响应的国家标准

供电电能质量:频率4供电现状

提高供电质量和节能的方向措施

电力部门努力提高供电质量现实电力市场有多因素干扰实际提高电能质量需求旺盛供电现状

提高供电质量和节能的方向措施电力部门努力提高供电5一、频率frequency国标规定电网供电频率为500.5Hz。对频率敏感的仪器或设备影响大。如同步机、电钟、调谐设备等。一般频率由供电系统确定.一、频率frequency6二、电压波动

magnitudeofa

voltagefluctuation电压波动为电压最大和最小有效值之差与额定电压的百分数，即

电压波动常会引起许多电工设备不能正常工作。如轧钢机轧制的钢板出现花纹，影响钢板质量。二、电压波动7国标规定了各个电压等级的电压波动允许范围，额定电压kV电压波动允许值Vt，%10及以下2.535-1102220及以上1.6国标规定了各个电压等级的电压波动允许范围，8引起电压波动的原因是系统内的无功功率或无功电流变化。电压波动计算:ΔU=ΔQ/Smin

式中：Smin为系统最小短路容量。电能质量与节能技术课件9三、三相不平衡度unbalancefactor由于长距离送电或大功率不对称的负荷（如电气化铁路）的存在，会引起供电系统三相不平衡现象。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。电力系统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％。三、三相不平衡度unbalancefactor10

以上指标与节能的关系不太大，但以下几项就有直接的关系。以上指标与节能的关系不太大，但以下几项就有直接的关系。11四、闪变flicker

闪变是人对照度波动的主观视感。引起闪变的设备主要有电弧炉、点焊机等。供电系统里伴随闪变会有大量的无功流，虽然是瞬间发生，但这种无功电流的量很大，所以造成的损耗就大。四、闪变flicker12

容量小于10MVA的电弧炉变压器常在高压侧装设电抗器，以降低短路电流和稳定电弧电流；而较大容量电弧炉的变压器，由于其本身漏抗已大不需再串电抗器。

电弧炉闪变可预测：

短路压降法（scvd）最大无功功率变动量法

互降常数法容量小于10MVA的电弧炉变压器常在13

节能计划:1,供电系统的容量足够大时，也能减少闪变的发生，因而减少损耗。

2,直流电弧炉电流平稳，且三相对称，与同容量交流电弧炉比，电压波动和闪变可降50%，因而节能，但投资较大，大约比交流电弧炉增加30%以上。

3,另解决方法是在发生闪变现象的供电系统装设SVC（静止无功补偿装置），可以瞬间补偿大量的无功，从而达到节能的目的。有关SVC,后面有介绍.节能计划:14五、功率因数powerfactor供电系统的功率因数与节能增容有关。P——有功功率kWQ——无功功率kVarS——视在功率kVA功率因数——COS=P/SSQP五、功率因数powerfactorSQP15供电管理部门对功率因数有要求,一般为

COS

0.9功率因数低时，较大的无功电流造成很大的供电系统有功损耗，并会引起较大的线路压降，使负荷端电压较低，影响用电质量——设备欠压运行。动力设备长期欠压运行的后果则是动力设备烧毁。供电管理部门对功率因数有要求,一般为16COS

较低时需进行无功补偿——电容供电系统的无功补偿量(即补偿电容容量)可以计算Q=P（tg-tg）PPSQQSCOS较低时需进行无功补偿——电容PPSQQS17损耗与供电电流的平方成正比。供电系统供电电流如能降低20%,则在供电系统输电线上的有功损耗降低36%.所以补偿功率因数减少供电系统的线损有很大节能意义.损耗与供电电流的平方成正比。18

对一配电变压器，其所需配置的无功功率补偿量可以估算为配电变压器容量的1/3。如配电变压器容量为1250kVA，则可估算电容器的补偿量约为450kVar。对一配电变压器，其所需配置的无功功率补偿量可以估算为配19就地补偿和集中补偿

12500kVA8%10kV负荷集中补偿就地补偿就地补偿和集中补偿12500kVA10kV负荷集中补偿就地20原则是采用就地补偿方式所以在条件满足时，应采用就地补偿——降低供电系统线损、增加变压器出力原则是采用就地补偿方式21

六、谐波harmornic

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数倍“，由于谐波的频率是基波频率的整数倍,常称之为“高次谐波”。六、谐波harmornic22

权威谐波定义:

“谐波分量为周期量的傅立叶级数中大于1的h次分量”.(IEV101-04-39)

对谐波h次的定义为“以谐波频率和基波频率之比表达的整数”.(IEV101-04-40)

“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”.(IEEE标准519-1981)

权威谐波定义:23谐波

现场实测到的谐波电压和电流波形谐波现场实测到的谐波电压和电流波形24供电系统谐波产生主要有两类负荷：1.

半导体非线性元件;2.含电弧和铁磁非线性设备.半导体电力电子设备是由于电路中强迫换流而产生谐波，比如三相全波整流。这是应用最多产生谐波的电路。变压器设计不当和电弧炉也产生谐波。供电系统谐波产生主要有两类负荷：25冶金、钢铁、石油、半导体、电气化铁道、半导体等行业是谐波的产生大户。常用工业设备——整流(直流)电源，变频电源。如电解铝厂的电解槽设备，钢厂轧钢机、电弧炉，直流镀膜设备，半导体材料生产设备，中频熔炼炉等都是产生谐波的设备，其产生的谐波对供电系统有不可忽视的破坏作用。冶金、钢铁、石油、半导体、电气化铁道、半导体等行业是谐波26

近年来,电力电子技术的发展及其工业和交通部门的供电系统中,广泛的应用(电气化铁道,电弧炉炼钢等),谐波的有害影响已十分严重.世界许多国家,包括我国，先后制订相应的国际标准和国家标准加以限制.

27

当正弦基波电压施加于非线性负荷时,负荷吸收的电流与施加的电压波形不同,畸变的电流会影响电流回路中的配电设施,如变压器,开关设备等,产生畸变电压,然后影响所有负荷.

此谐波电流值实际上与50Hz的基波电压和供电网的阻抗无关.因此大多数的谐波源可视为”恒流源”.

当正弦基波电压施加于非线性负28电能质量与节能技术课件29研究谐波问题的意义供电谐波属于电力系统污染,其影响比自然环境污染范围大,距离远。

谐波污染主要影响:1．对旋转电机产生附加功率损耗和发热，产生脉动转矩,降低出力；

研究谐波问题的意义302．对无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流放大，导致电容器因过负荷过电压而损坏；对电力电缆也会造成过负荷或过电压击穿；电能质量与节能技术课件31电能质量与节能技术课件323．对供电网和导线增加损耗,严重的甚至烧毁；3．对供电网和导线增加损耗,严重的甚至烧毁；334．电流波形的畸变明显影响断路器的断路容量；熔断器是由于发热,熔片熔断的.

熔断器由几个带状熔片组成，它们对谐波过流集肤效应引起的发热很敏感；4．电流波形的畸变明显影响345．变压器会增加附加发热,

降低带负荷能力;6．调速驱动器(ASD)在谐波干扰下,

影响其工作状态;7.电子设备的信号系统受干扰工作不正常;5．变压器会增加附加发热,358.照明设备寿命降低;9.对继电保护和自控装置产生误动作或拒动;10.影响仪表电量计量准确或损坏;11.造成通讯干扰.

从以上内容可见，谐波导致系统损耗增加是明显而突出的后果，应有效消除供电系统的谐波。8.照明设备寿命降低;36对谐波的管理和监测必须区别谐波和暂态现象，根据傅立叶级数的基本理论，被变换的波形必须是周期性的和不变的。中华人民共和国国家标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549—93对谐波的管理和监测37一般变流装置的原理结构为三相交—直整流、交—直—交变频和交—交变频（较少应用）。大量应用的为交—直整流和交—直—交变频设备。直流+inverter中频一般变流装置的原理结构为直流+inverter中频38这类设备在三相电源交流侧产生的特征谐波电流次数由整流脉波数决定：六脉波整流：h=6P±1P=1,2,3,……则可以确定，供电系统产生的特征谐波主要为5、7、11和13次谐波。谐波次数越高，谐波含量越小。所以更高次的谐波可忽略。这类设备在三相电源交流侧产生的特征谐波电流次数由整流脉波数决39Y十二脉波整流:h=12P±1P=1,2,3,……根据这个原理，可以设计制造高脉波整流设备，以减少某些谐波含量，达到节能的目的。Y十二脉波整流:h=12P±1根据这个原理，可40变流设备在产生谐波的同时，使设备运行功率因数也比较低，影响供电质量。一般此类设备的功率因数在0.7­0.8左右。（现有些整流变频设备应用新技术后，其功率因数能达到0.9以上）。变流设备在产生谐波的同时，使设备运行功率因数也比较低，影响供41供电系统存在谐波就应该进行治理。一般采用装设无源滤波器（FC）的技术来达到滤波的目的。装设滤波器的同时可以对供电系统进行功率因数的补偿，一举两得。供电系统存在谐波就应该进行治理。42高压（10kV）滤波补偿装置高压（10kV）滤波补偿装置43低压（400V）滤波补偿装置低压（400V）滤波44常用滤波器（FC）有多种结构，如下图所示。常用滤波补偿支路及其接线方式

(1)单调谐滤波支路(2)二阶减幅型滤波支路

(3)C型滤波支路LCLRCLC1C2R（2）（3）（1）常用滤波器（FC）有多种结构，如下图所示。常用滤波补偿支路及45单调谐滤波器由于其结构简单、维护方便及价格较低而被广泛采用。由于大多生产负荷是在不断变化的，所以滤波支路补偿量也要跟随发生变化，否则会出现过补偿现象（过补偿也会耗能）。静止无功补偿装置——SVC静止无功补偿装置有多种结构——TCT、TCR、TSC、SR。单调谐滤波器由于其结构简单、维护方便及价格较低而被广泛采用。46TCRTSCSRTCT静止无功补偿装置(SVC)的多种结构简图TCRTSCSRTCT静止无功补偿装置(SVC)的多种结构简47实例单晶炉可投切单调谐滤波支路400V单晶炉装设可投切单调谐滤波支路后,功率因数从0.7提高到0.98,实际工作电流从190A降到150A,实例单晶炉可投切单调谐滤波支路400V单晶炉装设可投切单调48现代技术——有源滤波器ActivePassionFilter有源滤波简单理解就是波形补偿，因为谐波是非线性负荷使供电波形发生畸变，只要对畸变的波形进行波形补偿，即缺少的或多余的波形部分用另外的波形完全补充或抵消，就可以得到理想的正弦波形。下面的三个波形分别是有源滤波器补偿前、补偿后和补偿波形（理论计算结果）。现代技术——有源滤波器49电能质量与节能技术课件50目前有源滤波器的价格与无源滤波比还是比较高，所以多用在某些特殊工况场合.为降低成本，现在多采用有源滤波和无源滤波混合的方案。目前有源滤波器的价格与无源滤波比还是比较高，所以多用在某些特51随着1994年3月1日国家技术监督局发布《电能质量公用电网谐波》——GB/T14549-93国家标准的颁布实施，以法律的形式规定了供电系统的谐波限制及治理标准。电力部门对谐波的危害和治理的认识也得到进一步提高，积极创造条件对供电系统的谐波进行综合治理。随着1994年3月1日国家技术监督局发布《电能质量公用电网52谢谢！谢谢！53生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热爱。12月-2212月-22Thursday,December29,2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。10:21:5310:21:5310:2112/29/202210:21:53AM做一枚螺丝钉，那里需要那里上。12月-2210:21:5310:21Dec-2229-Dec-22日复一日的努力只为成就美好的明天。10:21:5310:21:5310:21Thursday,December29,2022安全放在第一位，防微杜渐。12月-2212月-2210:21:5310:21:53December29,2022加强自身建设，增强个人的休养。2022年12月29日10:21上午12月-2212月-22精益求精，追求卓越，因为相信而伟大。29十二月202210:21:53上午10:21:5312月-22让自己更加强大，更加专业，这才能让自己更好。十二月2210:21上午12月-2210:21December29,2022这些年的努力就为了得到相应的回报。2022/12/2910:21:5310:21:5329December2022科学，你是国力的灵魂；同时又是社会发展的标志。10:21:53上午10:21上午10:21:5312月-22每天都是美好的一天，新的一天开启。12月-2212月-2210:2110:21:5310:21:53Dec-22相信命运，让自己成长，慢慢的长大。2022/12/2910:21:53Thursday,December29,2022爱情，亲情，友情，让人无法割舍。12月-222022/12/2910:21:5312月-22谢谢大家！生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热爱。12月-2212月-2254电能质量和节能技术电能质量和节能技术55我们的目标：创造安全、绿色、高效的供电系统。高质量的供电系统也是节能的。我们的目标：创造安全、56

现代供电系统电能形式多样化----火电、水电、核电、风电、光电、潮汐电更凸现提高电能质量和节电的重要地位----智能电网现代供电系统电能形式57供电电能质量:频率电压波动波形畸变电压闪变功率因数三相系统不平衡

均已制订有响应的国家标准

供电电能质量:频率58供电现状

提高供电质量和节能的方向措施

电力部门努力提高供电质量现实电力市场有多因素干扰实际提高电能质量需求旺盛供电现状

提高供电质量和节能的方向措施电力部门努力提高供电59一、频率frequency国标规定电网供电频率为500.5Hz。对频率敏感的仪器或设备影响大。如同步机、电钟、调谐设备等。一般频率由供电系统确定.一、频率frequency60二、电压波动

magnitudeofa

voltagefluctuation电压波动为电压最大和最小有效值之差与额定电压的百分数，即

电压波动常会引起许多电工设备不能正常工作。如轧钢机轧制的钢板出现花纹，影响钢板质量。二、电压波动61国标规定了各个电压等级的电压波动允许范围，额定电压kV电压波动允许值Vt，%10及以下2.535-1102220及以上1.6国标规定了各个电压等级的电压波动允许范围，62引起电压波动的原因是系统内的无功功率或无功电流变化。电压波动计算:ΔU=ΔQ/Smin

式中：Smin为系统最小短路容量。电能质量与节能技术课件63三、三相不平衡度unbalancefactor由于长距离送电或大功率不对称的负荷（如电气化铁路）的存在，会引起供电系统三相不平衡现象。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。电力系统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％。三、三相不平衡度unbalancefactor64

以上指标与节能的关系不太大，但以下几项就有直接的关系。以上指标与节能的关系不太大，但以下几项就有直接的关系。65四、闪变flicker

闪变是人对照度波动的主观视感。引起闪变的设备主要有电弧炉、点焊机等。供电系统里伴随闪变会有大量的无功流，虽然是瞬间发生，但这种无功电流的量很大，所以造成的损耗就大。四、闪变flicker66

容量小于10MVA的电弧炉变压器常在高压侧装设电抗器，以降低短路电流和稳定电弧电流；而较大容量电弧炉的变压器，由于其本身漏抗已大不需再串电抗器。

电弧炉闪变可预测：

短路压降法（scvd）最大无功功率变动量法

互降常数法容量小于10MVA的电弧炉变压器常在67

节能计划:1,供电系统的容量足够大时，也能减少闪变的发生，因而减少损耗。

2,直流电弧炉电流平稳，且三相对称，与同容量交流电弧炉比，电压波动和闪变可降50%，因而节能，但投资较大，大约比交流电弧炉增加30%以上。

3,另解决方法是在发生闪变现象的供电系统装设SVC（静止无功补偿装置），可以瞬间补偿大量的无功，从而达到节能的目的。有关SVC,后面有介绍.节能计划:68五、功率因数powerfactor供电系统的功率因数与节能增容有关。P——有功功率kWQ——无功功率kVarS——视在功率kVA功率因数——COS=P/SSQP五、功率因数powerfactorSQP69供电管理部门对功率因数有要求,一般为

COS

0.9功率因数低时，较大的无功电流造成很大的供电系统有功损耗，并会引起较大的线路压降，使负荷端电压较低，影响用电质量——设备欠压运行。动力设备长期欠压运行的后果则是动力设备烧毁。供电管理部门对功率因数有要求,一般为70COS

较低时需进行无功补偿——电容供电系统的无功补偿量(即补偿电容容量)可以计算Q=P（tg-tg）PPSQQSCOS较低时需进行无功补偿——电容PPSQQS71损耗与供电电流的平方成正比。供电系统供电电流如能降低20%,则在供电系统输电线上的有功损耗降低36%.所以补偿功率因数减少供电系统的线损有很大节能意义.损耗与供电电流的平方成正比。72

对一配电变压器，其所需配置的无功功率补偿量可以估算为配电变压器容量的1/3。如配电变压器容量为1250kVA，则可估算电容器的补偿量约为450kVar。对一配电变压器，其所需配置的无功功率补偿量可以估算为配73就地补偿和集中补偿

12500kVA8%10kV负荷集中补偿就地补偿就地补偿和集中补偿12500kVA10kV负荷集中补偿就地74原则是采用就地补偿方式所以在条件满足时，应采用就地补偿——降低供电系统线损、增加变压器出力原则是采用就地补偿方式75

六、谐波harmornic

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数倍“，由于谐波的频率是基波频率的整数倍,常称之为“高次谐波”。六、谐波harmornic76

权威谐波定义:

“谐波分量为周期量的傅立叶级数中大于1的h次分量”.(IEV101-04-39)

对谐波h次的定义为“以谐波频率和基波频率之比表达的整数”.(IEV101-04-40)

“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”.(IEEE标准519-1981)

权威谐波定义:77谐波

现场实测到的谐波电压和电流波形谐波现场实测到的谐波电压和电流波形78供电系统谐波产生主要有两类负荷：1.

半导体非线性元件;2.含电弧和铁磁非线性设备.半导体电力电子设备是由于电路中强迫换流而产生谐波，比如三相全波整流。这是应用最多产生谐波的电路。变压器设计不当和电弧炉也产生谐波。供电系统谐波产生主要有两类负荷：79冶金、钢铁、石油、半导体、电气化铁道、半导体等行业是谐波的产生大户。常用工业设备——整流(直流)电源，变频电源。如电解铝厂的电解槽设备，钢厂轧钢机、电弧炉，直流镀膜设备，半导体材料生产设备，中频熔炼炉等都是产生谐波的设备，其产生的谐波对供电系统有不可忽视的破坏作用。冶金、钢铁、石油、半导体、电气化铁道、半导体等行业是谐波80

近年来,电力电子技术的发展及其工业和交通部门的供电系统中,广泛的应用(电气化铁道,电弧炉炼钢等),谐波的有害影响已十分严重.世界许多国家,包括我国，先后制订相应的国际标准和国家标准加以限制.

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当正弦基波电压施加于非线性负荷时,负荷吸收的电流与施加的电压波形不同,畸变的电流会影响电流回路中的配电设施,如变压器,开关设备等,产生畸变电压,然后影响所有负荷.

此谐波电流值实际上与50Hz的基波电压和供电网的阻抗无关.因此大多数的谐波源可视为”恒流源”.

当正弦基波电压施加于非线性负82电能质量与节能技术课件83研究谐波问题的意义供电谐波属于电力系统污染,其影响比自然环境污染范围大,距离远。

谐波污染主要影响:1．对旋转电机产生附加功率损耗和发热，产生脉动转矩,降低出力；

研究谐波问题的意义842．对无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流放大，导致电容器因过负荷过电压而损坏；对电力电缆也会造成过负荷或过电压击穿；电能质量与节能技术课件85电能质量与节能技术课件863．对供电网和导线增加损耗,严重的甚至烧毁；3．对供电网和导线增加损耗,严重的甚至烧毁；874．电流波形的畸变明显影响断路器的断路容量；熔断器是由于发热,熔片熔断的.

熔断器由几个带状熔片组成，它们对谐波过流集肤效应引起的发热很敏感；4．电流波形的畸变明显影响885．变压器会增加附加发热,

降低带负荷能力;6．调速驱动器(ASD)在谐波干扰下,

影响其工作状态;7.电子设备的信号系统受干扰工作不正常;5．变压器会增加附加发热,898.照明设备寿命降低;9.对继电保护和自控装置产生误动作或拒动;10.影响仪表电量计量准确或损坏;11.造成通讯干扰.

从以上内容可见，谐波导致系统损耗增加是明显而突出的后果，应有效消除供电系统的谐波。8.照明设备寿命降低;90对谐波的管理和监测必须区别谐波和暂态现象，根据傅立叶级数的基本理论，被变换的波形必须是周期性的和不变的。中华人民共和国国家标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549—93对谐波的管理和监测91一般变流装置的原理结构为三相交—直整流、交—直—交变频和交—交变频（较少应用）。大量应用的为交—直整流和交—直—交变频设备。直流+inverter中频一般变流装置的原理结构为直流+inverter中频92这类设备在三相电源交流侧产生的特征谐波电流次数由整流脉波数决定：六脉波整流：h=6P±1P=1,2,3,……则可以确定，供电系统产生的特征谐波主要为5、7、11和13次谐波。谐波次数越高，谐波含量越小。所以更高次的谐波可忽略。这类设备在三相电源交流侧产生的特征谐波电流次数由整流脉波数决93Y十二脉波整流:h=12P±1P=1,2,3,……根据这个原理，可以设计制造高脉波整流设备，以减少某些谐波含量，达到节能的目的。Y十二脉波整流:h=12P±1根据这个原理，可94变流设备在产生谐波的同时，使设备运行功率因数也比较低，影响供电质量。一般此类设备的功率因数在0.7­0.8左右。（现有些整流变频设备应用新技术后，其功率因数能达到0.9以上）。变流设备在产生谐波的同时，使设备运行功率因数也比较低，影响供95供电系统存在谐波就应该进行治理。一般采用装设无源滤波器（FC）的技术来达到滤波的目的。装设滤波器的同时可以对供电系统进行功率因数的补偿，一举两得。供电系统存在谐波就应该进行治理。96高压（10kV）滤波补偿装置高压（10kV）滤波补偿装置97低压（400V）滤波补偿装置低压（400V）滤波98常用滤波器（FC）有多种结构，如下图所示。常用滤波补偿支路及其接线方式

(1)单调谐滤波支路(2)二阶减幅型滤波支路

(3)C型滤波支路LCLRCLC1C2R（2）（3）（1）常用滤波器（FC）有多种结构，如下图所示。常用滤波补偿支路及99单调谐滤波器由于其结构简单、维护方便及价格较低而被广泛采用。由于大多生产负荷是在不断变化的，所以滤波支路补偿量也要跟随发生变化，否则会出现过补偿现象（过补偿也会耗能）。静止无功补偿装置——SVC静止无功补偿装置有多种结构——TCT、TCR、TSC、SR。单调谐滤波器由于其结构简单、维护方便及价格较低而被广泛采用。100TCRTSCSRTCT静止无功补偿装置(SVC)的多种结构简图TCRTSCSRTCT静止无功补偿装置(SVC)的多种结构简101实例单晶炉可投切单调谐滤波支路400V单晶炉装设