电能质量与案例电力节能公司

电能质量概述与节能案例分析

于景定高级工程师/高级能源管理师

青海电力节能服务有限责任公司电能质量概论

电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又是一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。电能质量基本要求

为保证电能安全经济地输送、分配和使用，理想供电系统的运行应具有如下基本特性：（1）以单一恒定的电网标称频（50Hz或60Hz，我国采用50Hz）、规定的若干电压等级（如配电系统一般为110kV,35kV,10kV,380V/220V）和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并且这些运行参数不受用电负荷特性的影响。（2）始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡。用电设备汲取电能应当保证最大传输效率，即达到单位功率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。（3）电能的供应充足，即向电力用户的供电不中断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并且每时每刻系统中的功率供需都是平衡的。

电能质量三要素

上述理想供电系统的基本特性构成了供电运行对电能质量的基本要求，如果将其概括描述可如图1-1所示。电能质量特征1、电力系统的电能质量始终处在动态变化中。2、电力系统是一个整体,其电能质量状况相互影响。电能不易储存，其生产、输送、分配和转换直至消耗几乎是同时进行的。3、电能质量扰动具有潜在危害性与广泛传播性。4、有些情况下用户是保证电能质量的主体部分。5、对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常困难。6、控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。电力系统对电能质量的要求1）电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行的安全稳定性和可靠性要求不断提高。2）在保证电力系统一定的自然垄断特性的条件下，强化环境保护意识与提高信息管理水平已经势在必行。3）电力系统与计算机技术和通信技术的结合更加紧密，采用高新技术（如TCSC、FACTS、HVDC、Cus-Pow）以提高电力传输能力和实现配电自动化的趋势方兴未艾。4）电力用户为满足其对产品的个性化、多样性生产的需求，从最大经济利益出发，在大功率冲击性、非线性负荷容量迅速增长的同时，更大规模地采用科技含量高的器件、设备与技术。负荷类型第一种负荷分为三类：普通负荷、敏感负荷和重要（要求严格的）负荷。第二种负荷可分为：感性负荷、纯阻性负荷、容性负荷和磁性负荷。电能质量起因电能质量定义从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。电力部门可能把电能质量定义为电压、频率的合格率以及连续供电的年小时数，并且用统计数字来说明电力系统是安全可靠运行的。电力用户则可能把电能质量简单定义为是否向设备提供了合格电力。电能质量类型电流质量：电流质量与电压质量密切相关。电流质量包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前或滞后、噪声等。供电质量：它包括技术含义（电压质量和供电可靠性）和非技术含义（供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等）。用电质量：它包括电流质量和非技术含义等，如用户是否按时，如数缴纳电费等。电压质量：给出实际电压与理想电压间的偏差，以反映供电部门向用户分配的电力是否合格。电压质量通常包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降（暂升）与中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压等。电能质量表现现形式瞬变现象短时间电压变变动长时间电压变变动电压不平衡波形畸变电压波动工频变化一、瞬变现象象关于瞬变现象象，IEEEStd100-1992《《电气与电子标标准术语词典典》有一个含义更更宽、描述更更简单的定义义：变量的部部分变化，且且从一种稳态态状态过渡到到另一种稳定定状态的过程程中该变化逐逐渐消失的现现象。瞬变现象两种种普遍类型——冲击和振荡1、冲击性瞬变变现象冲击性瞬变是是一种在稳态态条件下，电电压、电流非非工频的、单单极性的突然然变化现象。。最常见引发其其的原因是雷电。如图图1-5示。2.振荡瞬变现象象振荡瞬变是一一种在稳态条条件下，电压压、电流的非非工频、有正正负极性的突突然变化现象象。常用频谱谱成分、持续续时间、和幅幅值大小来描描述其特性。。其频谱分为为高、中、低低频，如表1-2所示。高频振荡现象象中频振荡现象象低频振荡现象象二、短时间间电压变动包括电压暂降降和短时间电电压中断现象象。造成电压变动动的主要原因因是系统故障障、大容量负负荷启动或电电网松散连接接的间歇性负负荷运作。根根据所在系统统条件和故障障位置的不同同，可能引起起暂时过电压压或电压跌落落，甚至使电电压完全损失失。三、长时间电电压变动长时间电压变变动是指，在在工频条件下下电压均方根根值偏离额定定值，并且持持续时间超过过1min的电压变动现现象。长时间电压变变动可能时过过电压也可能能欠电压。过电压欠电压持续中断四、电压不平平衡电压不平衡，，时常定义为为与三相电压压（或电流））的平均值的的最大偏差，，并且用该偏偏差与平均值值的百分比表表示。电压不不平衡也可利利用对称分量量法来定义，，即用幅负序序或零序分量量与正序分量量的百分比加加以衡量。图图1－13给出了采用上上述两种比值值表示的某一一民用溃电网网一周内电压压不平衡趋势势。五、波形畸变变波形畸变，是是指电压或电电流波形偏离离稳态工频正正弦波形的现现象，可以用用偏移频谱描描述其特征。。波形畸变有有五种主要类类型，即直流流偏置、谐波波、间谐波、、陷波、噪声声。谐波畸变水平平的描述方法法，通常用具具有各次谐波波分量幅值和和和相位角的的频谱表示。。图1－14给出了典型变变速驱动输入入电流波形和和频谱图。六、电压波波动电压波动是是指电压包包络线有规规则的变化化或一系列列随机电压压变动。通通常，其幅幅值并未超超过ANSIC84.1－1995《《电力系统与与设备电压压等级》规定的0.9－1.1p.u.范围。IEC1000－3－3－1994《《低压供电系系统电压波波形和闪变变限值（额额定电流<16A的设备）》则定义了多多种类型的的电压波动动。七、工频变变化把电力系统统基波频率率偏离规定定正常值的的现象定义义未频率变变化。工频频频率的值值与向系统统供应电能能的发电机机的转子速速度直接相相关。大规模互联联电力系统统极少出现现频率大的的波动。有时人们会会把陷波和和频率偏差差弄错。电能质量的的数学分析析方法电能质量主主要的分析析方法可以以分为时域域、频域和和基于数学学变换的分分析方法三三种。时域仿真方方法在电能能质量分析析中应用最最为广泛。。频域分析方方法主要用用于电能质质量中谐波波问题。基于数学变变换的方法法主要指傅傅立叶变换换方法、短短时傅立叶叶变换方法法、矢量变变换方法以以及小波变变换方法和和人工神经经网络分析析方法。供电电压偏偏差电压是电能能质量的重重要指标之之一，其中中电压偏差是衡量供供电系统正正常运行与与否的一项项主要指标。电压偏差定定义供电系统在在正常运行行方式下，，某一节点点的实际电电压与系统统标称电压压(通常，电力力系统的额额定电压采采用标称电电压去描述述，对电气气设备则采采用额定电电压的术语语)之差对系统统标称电压压的百分数数称为该节节点的电压压偏差。供电电压正正常运行方方式是指系系统中所有有电气元件件均按预定定工况运行行。供电系系统在正常常运行时，，负荷时刻刻发生着变变化，系统统的运行方方式也经常常改变，系系统中各节节点的电压压随之发生生改变，会会偏离系统统电压额定定值。电压压的这种变变化是缓慢慢的，其每每秒电压变变化率小于于额定电压压的1%。供电电压正正常运行方方式电压偏差的的限值35kV及以上供电电电压的正正、负偏差差的绝对值值之和不超超过标称电电压的10%。如供电电电压上下偏偏差同号时时(均为正或负负),按较大的偏偏差绝对值值作为衡量量依据。(2)10kV及以下三相相供电电压压允许偏差差为标称电电压的±7%。(3)220V单相供电电电压允许偏偏差为标称称电压的+7%、-10%。电压偏差产产生的原因因电力系统中中的负荷以以及发电机机组的出力力随时发生生变化，网网络结构随随着运行方方式的改变变而改变，，系统故障障等因素都都将引起电电力系统功功率的不平平衡。系统统无功功率率不平衡是是引起系统统电压偏离离标称值的的根本原因因。在系统运行行中的任何何时刻，无无功电源供供给的无功功功率与系系统需求的的无功功率率相等。系系统无功功功率不平衡衡意味着将将有大量的的无功功率率流经供电电线路和变变压器，由由于线路和和变压器中中存在阻抗抗，造成线线路和变压压器首末端端电压出现现差值。以以供电线路路为例来说说明无功功功率与电压压损失的关关系。电力系统的的无功功率率平衡线路的输送送距离和输输送容量电压偏差过过大的危害害1、对用电设设备的危害害所有用户的的用电设备备都是按照照设备的额额定电压进进行设计和和制造的。。当电压偏偏离额定电电压较大时时，用电设设备的运行行性能恶化化，不仅运运行效率低低，很可能能会由于过过电压或过过电流而损损坏。输电线路的的输送功率率受功率稳稳定极限的的限制，而而线路的静静态稳定功功率极限近近似与线路路的电压平平方成正比比。系统运行电电压偏低时时缺乏无功电电源时频率稳定和和电压稳定定破坏时系统运行电电压过高造成系统解解列导致电压崩崩溃也会威胁系系统的安全全运行给生产生活活到来损失失2、对电网的的危害电能质量治治理两种技技术途径无功补偿谐波治理无功补偿（（按电压分分类）高压补偿，，6kV以上；低压低压补补偿，0.4kV以下；对于铁合金金行业来说说，还存在在中压补偿偿（10kV）的概念。。无功补偿（（按补偿接接入点）集中补偿（（解决力调调电费的办办法）分散补偿（（小系统的的无功优化化）就地补偿（（无功就地地平衡途径径）无功补偿（（按补偿装装置的特性性）静态无功补补偿装置（（如FC，接触器投投切）动态无功补补偿装置（（SVC，SVG）TSC：晶闸管投投切电容器器组；TCR：晶闸管投投切电容器器电抗器组组；SVG：静止无功功发生器；；谐波分类谐波分为：：低次、高高次；谐波分为：：奇次、偶偶次；谐波分为：：谐波电压压、谐波电电流；如采用双向向晶闸管（（可控硅））锻造加热热炉，就产产生偶次谐谐波，不常常见。）谐波治理无源滤波装装置（针对对产生谐波波的次数进进行滤波，，采用的是是LC结构，治理理率60%，主要用于于高压谐波波治理）有源滤波装装置（检测测电网存在在的谐波次次数及波形形，发射一一种与之相相反的波形形，进行相相互抵消，，治理率90%以上，主要要用于低压压系统。））电能质量综综合治理APF（电力有源源滤波器））电能质量综综合治理是是指低压系系统，既有有不规则谐谐波的发生生，有存在在大量无功功需求，治治理时需要要双重考虑虑，就需要要采用APF。谐波与无功功补偿的关关系电容是谐波波的放大源源之一。无功补偿与与谐波治理理的目的提高功率因因数，减少少系统无功功损耗；提升电能质质量，提高高用电安全全；节约电量，，节约电力力建设；主要是强调调节约电量量与节约电电力建设节约电力建建设的体现现功率因数可可理解为电电能的使用用效率；提高功率因因数，减少少无功损耗耗，就是增增加了供电电设备、线线路的余量量，间接给给了设备与与线路进行行了增容。。节约电量力调电费的的问题降低无功损损耗（各种种损耗的降降低）降低有功损损耗无功经济当当量降低有功损损耗功率因数下降值0.950.90.850.80.750.70.65有功损耗增加（%）1123385678104136功率因数提高值0.60.650.70.750.80.850.90有功损耗降（%）60534638292010功率因数提提高到0.95对降低有功功功率损耗耗的影响见见下表功率因数从从0.95降低到下表表值功率损损耗增加的的百分数之之间的关系系见下表无功经济当当量发电厂直配线供电时0.03二级变压供电时0.06三级变压供电时0.09例如：由发发电厂直配配线供电的的工厂企业业在进行技技术经济比比较时，无无功补偿减减少100kvar无功功率，，可折算成成减少有功功功率3kW;若是二级变变压供电的的工厂，可可以折算成成6kW有功损失；；三级变压压供电时，，折算成9kW有功损失。。案例一海海南州某某矿业公司司存在的主要要问题1、现场调查查阶段，10kV母线电压只只有9.2kV，低压侧在在365V，电压值明明显偏低；；2、二期高压压电机启动动，会造成成由变频控控制的电机机由于系统统欠压跳机机；3、二期只能能一条生产产运行，两两条生产线线同时运行行时，10kV母线电压只只有7kV，严重偏低低，导致不不能正常生生产。总体分析：：系统无功功损耗过大大，需要进进行系统性性动态无功功补偿配置置，减少线线路压降，，提高供电电质量，节节省电费支支出。导致原因1、贵单位采采用的无功功补偿为普普通型，不不是高海拔拔型，设备备运行的稳稳定与电气气参数会产产生一定的的影响；2、一期的系系统无功基基本上通过过0.4kV的集中补偿偿得到了解解决，但考考虑到系统统电能质量量的稳定与与提升，还还是需要从从负荷端进进行处理，，减少低压压系统的无无功，整体体的提升供供电质量；；3、二期的问问题主要体体现在以下下三点：1）两台475kW的高压球磨磨机没有补补偿，通过过现场运行行数据的计计算，该负负荷的功率率因数在0.70，无功太大大；2）1600kVA变压器的电电容补偿配配置偏小，，只有480kvar，对于1200kW的负荷来说说，补偿量量设计明显显偏小，需需要系统性性增加一部部分；3）需要从负负荷端进行行处理，减减少低压系系统的无功功，整体的的提升供电电质量。解决方案对两台475kW的高压电机机及10kV电网进行无无功补偿；；对全厂＞37kW及其以上的的电机进行行就地补偿偿，使得无无功就地平平衡，不发发生到电网网上（变频频控制除外外）；对二期1600kVA变压器增加加一组320kvar高海拨低压压动态电容容补偿装置置。经济效益分分析（55kW水泵就地补补偿为例））一台55kW循环水泵，，年运行时时间8000小时，现场场测得数据据如下：有有功P=48.7kW，电压U=372V，电流I=100.78A，功率因数数0.75，将功率因因数补偿到到0.95，求补偿容容量？年节节约电量？？补偿容量Qc=a×P×(tgΦ1-tgΦ2)=26kvara—负荷系数；；tgΦ1—补偿前功率率因数角正正切；tgΦ2—补偿后功率率因数角正正切值。选择电容配配置（10+20）kvar的智能型就就地无功优优化装置节约电量计计算：根据无功经经济当量系系数表K值取0.09，55kW电机每小时时减少的无无功损耗为为26kvar，补偿系数为为0.85，年节约的的电量为：：26kvar*0.09*0.85*8000=15912kWh案例二某某钾肥厂厂110kV专线，线路路距离150公里以上；；一边生产，，一边建设设，由于线线路过长，，受自然灾灾害影响，，会出现负负荷波动，，以及低负负荷运行的的状态；110kV变电站采用用三绕组变变压器，110kV进线，出线线35kV/10kV，35kV/10kV都有负荷，，无功补偿偿在10kV侧；无功配置为为2M电抗抗，，6M电容容（（分分三三组组）），，手手动动投投切切。。0.4kV侧的的无无功功补补偿偿基基本本配配置置到到位位，，但但由由于于质质量量原原因因均均没没有有正正常常使使用用。。存在在的的主主要要问问题题存在在力力调调电电费费问问题题；；0.4低压压侧侧功功率率因因数数低低于于0.60；解决决方方案案在10kV侧增增设设一一台台4M的SVG(动态态无无功功补补偿偿)或MCR（磁磁控控电电抗抗器器）），，将将原原先先FC运行行纳纳入入SVG控制制范范畴畴；；将0.4kV低压压侧侧的的无无功功补补偿偿重重新新、、合合理理配配置置，，正正常常投投入入运运行行使使用用。。案例例三三某某矿矿业业公公司司供配配电电系系统统为为110kV/6kV，动动力力负负荷荷占占90%以上上；；由于于公公司司建建设设得得比比较较早早，，所所以以供供用用电电设设备备老老旧旧，，部部分分设设备备进进入入了了国国家家强强制制性性淘淘汰汰目目录录；；公司司整整体体的的配配电电网网络络来来看看，，哪哪里里需需要要用用电电就就从从哪哪里里接接，，缺缺少少足足够够的的规规划划，，导导致致变变压压器器的的配配置置不不合合理理；；0.4kV侧变变压压器器无无功功补补偿偿配配置置不不到到位位；；由于于公公司司没没有有二二级级或或三三级级计计量量，，所所有有没没有有办办法法对对整整个个供供配配电电系系统统的的线线路路及及变变压压器器的的损损耗耗进进行行统统计计分分析析；；解决决方方案案对需需要要淘淘汰汰的的设设备备进进行行合合理理性性淘淘汰汰；；对0.4kV侧变变压压器器的的负负荷荷进进行行统统计计与与分分析析，，加加装装无无功功补补偿偿装装置置，，减减少少低低压压侧侧无无功功损损耗耗；；对0.4kV侧变变压压器器及及6kV主要要设设备备按按照照计计量量装装置置。。备注注：：通通过过二二级级或或三三级级计计量量的的数数据据统统计计，，分分析析出出整整个个系系统统的的线线路路损损耗耗和和变变压压器器损损耗耗，，然然后后根根据据分分析析的的结结果果，，制制定定出出合合理理的的改改造造方方案案。。节能能概概念念节约约能能源源简简称称““节节能能””。。所所谓谓““节节能能””，，是是指指加加强强用用能能管管理理，，采取取技技术术上上可可行行、、经经济济上上合合理理以以及及环环境境和和社社会会可可以以承承受受的的措措施施，减减少少从从能能源源生生产产到到消消费费各各个个环环节节中中的的损损失失和和浪浪费费，，更更加加有有效效、、合合理理地地利利用用能能源源。。目目的的是是提高高能能源源的的使使用用效效率率，用用更更少少的的能能源源投投入入提提供供同同等等的的能能源源服服务务。。节能能三三种种表表现现形形式式结构构节节能能管理理节节能能技术术节节能能更换换低低效效设设备备照明明改改造造变频频技技术术余热热回回收收控制制技技术术大量量的的技技术术节节能能，，是是否否忽忽视视了了管管理理节节能能的的重重要要性性！！通通过过数数据据挖挖掘掘能能有有效效的的发发现现管管理理及及设设施施运运行行中中的的节节能能空空间间。。技术术节节能能主主要要表表现现形形式式管理理节节能能的的核核心心数据据统统计计与与分分析析备注注：：数数据据本本身身不不产产生生价价值值，，数数据据只只有有通通过过分分析析才才能能产产生生价价值值管理理节节能能主主要要工工具具能源源管管理理系系统统能源源管管理理系系统统是是什什么么能源管管理系系统一一般包包括三三大部部分：：能源管管理系系统软软件平台：：主要要对采采集的的数据据进行行整理理和分分析析，相相当于于整个个系统统的大大脑。。数据采采集仪仪表：：智能能电表表、智智能水水表、、蒸汽汽流量量计、、热能能计等等各种种带通通讯功功能的的仪表表。高高质量量的专专用智智能电电表保保障了了系统统运行行和通通讯的的稳定定性。。网络通通讯设设备：：主要要用于于将仪仪表采采集的的数据据通过布布线或或者无无线传输到到软件件平台台内，，优先先考虑虑利用用企业业自有有的内内部局局域进进行数数据传传输。。能源管管理的的价值值无数据--粗放式的能源管理

只有总的能耗数据（月账单、年账单）对工艺及设施的能耗数据不了解

缺乏有效的能源管理机制有数据但缺乏数据管理和分析--基本能源管理有安排员工进行人工抄表，并对抄表数据进行汇总、制表有简单的抄表和电力监测系统缺乏对海量数据进行统计、整理和分析能源管理系统—建立高效的能源管理体系对能耗数据进行分析和整理对能源用量、能耗成本进行分摊

生成各种关键能耗指标（EnPI)

根据系统的分析数据进行需求侧管理

利用能源管理系统发现浪费利用能源管理系统进行绩效考核综合所所述：：节能能是一一个极极其细细致而而复杂杂的系系统工工程，，不是是单单一一的节节能产产品，，更不不是单单一的的节能能技术术。必必须站站在整整体、、系统统节能能的角角度出出发，，才能能更好好做好好节能能工作作。非常谢谢谢大大家！！！！！9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Sunday,December25,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。14:47:2514:47:2514:4712/25/20222:47:25PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2214:47:2514:47Dec-2225-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。14:47:2514:47:2514:47Sunday,December25,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2214:47:2514:47:25December25,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。25十二月月20222:47:25下午14:47:2512月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月222:47下下午12月-2214:47December25,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2514:47:2514:47:2525December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。2:47:25下下午2:47下下午午14:47:2512月月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Sunday,December25,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。14:47:2514:47:2514:4712/25/20222:47:25PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2214:47:2514:47Dec-2225-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可