电能质量控制技术交流

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电能质量控制技术交流

第一节：电能质量基础电能质量的现状电能质量问题可分为电压质量和电流质量两个方面：电压质量问题指会影响用户设备正常运行的不理想的系统电压，包括电压的闪变(Flick)、瞬时过电压(Swell)、谐波畸变(Harmonics)、各相电压不平衡(Unbalance)等情况；电流质量问题指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，包括流入电网的谐波电流，以及无功、不平衡负荷电流、低频负荷变化造成的电流闪变等。目前电能质量问题主要由负荷方面引起。例如冲击性无功负载会使电网电压产生剧烈波动，降低供电质量。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，使绝缘老化，寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波还会引起电力系统局部发生并联谐振或串联谐振，使谐波含量被放大，致使电容器等设备损坏。电能质量的主要问题电能质量的定义

合格的电能质量是指：提供给敏感设备的电力和设置的接地系统均适合于该设备正常工作；造成用电设备故障或误动作的任何电力问题都是电能质量问题，其表现为电压、电流或频率的偏差；电能质量就是电压质量，合格的电能质量应当是恒定频率和恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。据统计，一次电能质量的不稳定扰动（电压骤降低压90％，持续时间超过35ms），可能造成半导体芯片工厂约100万美元的损失。电压骤降对电能质量敏感企业,如含自动化生产线企业,芯片生产厂的影响较为严重.一般来说,较敏感的可编程控制器,在电压低于10％时,只能持续工作300ms；芯片测试仪,在电压低于85％时,测试仪停止工作，芯片主板烧毁;工业机器人在电压低于90％时,持续时间超过60ms时将跳闸。由于电压质量不可靠，投资商搬家的现象在国内已屡见不鲜。因此供电企业和用户必须高度重视电能质量，及时监测、分析和改善电能质量。电能质量问题的分类按照变化的连续性和事件的突发性分类：1.变化型：指连续出现的电能质量扰动现象。表现为电压、电流的幅值、频率、相位差等在时间轴上的任一时刻总是在发生小的变化。如：电压幅值变化、频率变化、电压与电流间的相位变化、电压不平衡、电压波动、谐波电压和电流畸变、电压陷波、主网载波信号干扰等。质量评估通常采用概率统计方法来处理。电能质量问题的分类2.事件型：指突然发生的电能质量扰动现象。表现为电压或电流短时严重偏离其额定值或理想波形。如：电压暂降、电压短时间中断、欠电压、瞬态过电压、阶梯型电压变化、相位跳变等。评估时通常采用其特征量如幅值偏离了多少、事件持续时间长短以及发生的频率来描述。用概率论和数理统计以及可靠性计算来处理。电能质量的主要问题

——短时电压波动(<1min)电压暂升指工频条件下电压均方根值上升到110%~180%之间，持续时间为10ms~1min的短时间电压变动现象。原因：单相对地故障会引起非故障相的电压短时上升、大容量甩负荷、大容量电容器组投入等。可以用暂升幅度大小和持续时间来描述此现象。电能质量的主要问题

——长时电压波动（>1min）过电压工频下电压均方根值超出额定值的10%，持续时间>1min的电压波动现象。欠电压工频下电压均方根值小于额定值的９0%，持续时间>1min的电压波动现象。持续中断指供电电压迅速下降为０，持续时间>1min的现象。电能质量的主要问题

——电压不平衡电压不平衡定义为一相电压（流）与三相电压（流）平均值的最大偏差，用该偏差与平均值的百分比表示。（也可以用负序或零序分量与正序分量的百分比表示）原因：三相之间负荷不平衡电能质量的主要问题

——波形畸变波形畸变指电压或电流波形偏离工频正弦波形的现象。一般用偏离频谱描述其特征。５种类型：

直流偏移、谐波、间谐波、陷波、噪声。电能质量的主要问题

——波形畸变直流偏离交流系统中出现直流电压或电流的现象。原因：地磁干扰或半波整流。危害：会使交流变压器偏磁，发生磁饱和，引起变压器铁芯附加发热，缩短寿命。会引起接地极与其他电气连接设备的电解腐蚀。电能质量的主要问题

——波形畸变谐波把含有供电系统运行设计频率（工频）整数倍频率的电压或电流定义为谐波。电力系统中的非线性负荷是造成波形畸变的源头。可以用各次谐波分量的幅值和相角来表示。也可以用总谐波畸变率（THD）来度量。电能质量的主要问题

——波形畸变间谐波把含有供电系统运行设计频率（工频）非整数倍频率的电压或电流定义为间谐波。表现为离散频谱或宽带频谱。间谐波源：静止频率变流器、循环换流器、感应电机和电弧设备等。电能质量的主要问题

——波形畸变陷波电力电子装置正常工作时，交流输入电流从一相切换到另一相时产生的周期性电压扰动。可以用电压频谱来表述，但由于陷波的相关频率相当高，很难用习惯的测量手段来反映其特征，多数情况下按特殊情况处理。陷波的大小与系统阻抗密切相关电能质量的主要问题

——波形畸变噪声指带有<200kHz宽带频谱，混叠在电力系统的相线、中性线或信号线中的有害干扰信号。原因：电力电子装置、控制器、电弧设备、整流负载以及供电电源的投切等都会产生噪声。由于接地线配置不当，未能将噪声抑制。危害：对电子设备如微机、PLC等正常工作造成危害。抑制：用滤波器、隔离变压器和电力线调节器等减缓其影响。电能质量的主要问题

——电压波动电压波动指电压包络线有规则的变化或一系列随机电压波动。（但通常其幅值并未超出规定的90%~110%额定）负荷电流的大小呈现快速变化时，可能会引起电压闪变。一般用其均方根值来描述。电能质量的主要问题

——频率变化频率变化：电力系统基波频率偏离规定正常值的现象。原因：负荷与发电机间出现动态平衡变化。频率变化大小与持续时间：取决于负荷特性和发电控制系统对负荷变化的响应时间。频率变化现象如何引起？输配电系统的大面积故障（大面积甩负荷、大容量发电设备脱机）电能质量问题的危害与影响1/3电压偏差过大的危害用电设备运行性能恶化，运行效率降低，引起过电压（流）而损坏；运行电压偏低时，输电线路的功率极限大幅度降低，产生频率不稳定现象，导致频率崩溃和低电压解列；运行电压过高时，绝缘受损、带铁芯设备磁化饱和（产生谐波），引发铁磁谐振，系统附加损耗加大，同时超高压电网的电晕损耗加大，供电成本增加。电能质量问题的危害与影响2/3电压波动与闪变的危害引起照明闪烁，使人易视觉疲劳，降低工作效率和生活质量；电动机转速不稳定影响产品质量和设备安全运行；电视机亮度频繁变化以及水平和垂直幅度摆动；影响检测设备正确测试（光电比色仪）；电子仪器和设备、计算机系统、自动化生产线、办公自动化设备工作不正常；使以电压相位角为控制指令的控制系统功能紊乱（换相失败）。产生谐波，带来负序分量，影响三相平衡。电能质量问题的危害与影响3/3谐波（主要表现在对电力与通讯信号的干扰）电力方面：旋转电机等设备的附加谐波损耗增加与发热，缩短使用寿命；谐振过电压造成电气元件及设备的故障与损坏；电能计量错误。信号干扰方面：对通讯系统产生电磁干扰，使电信质量下降；影响自动控制，保护装置不正确动作；危害功率处理器自身的安全运行。第二节电能质量控制技术６.1电能质量控制技术的分类1/3稳态电能质量问题稳态过电压、欠电压和电压波动闪变三相不对称谐波缺口暂态电能质量问题电压幅值凹陷、凸升短时中断暂态脉冲、暂态振荡源头确定时间持续源头不明时间不定源头附近就地补偿重点用户单独保护设置于系统统一补偿6.1电能质量控制技术的分类2/3电能质量控制技术输电系统柔性交流输电（FACTS)采用高压直流输电技术进行电网互联配电系统用户电力技术（CustomPower）用户端用户设备改造各种补偿装置6.1电能质量控制技术的分类3/3用户端电能质量控制技术无功功率补偿稳定电压。补偿无功。抑制电压波动和闪变。谐波抑制解决电压、电流波形畸变问题。动态电压恢复补偿短时电压跌落。储能装置削峰填谷，平衡有功，稳定频率。6.2电力电子技术与电力系统、电能质量控制的关系1/4

电力电子技术的飞速发展使得在电力系统中实现响应快速的控制元件，或者在电力系统中实现响应快速、功率适宜、能产生任意波形的受控电源成为可能。电力电子技术在电力系统中应用用电配电发电输电电能质量控制6.2电力电子技术与电力系统、电能质量控制的关系2/4可解决的问题稳态过电压、欠电压电压波动闪变三相不对称晶闸管投切电容器（TSC）晶闸管控制电抗器（TCR）TCR+TSC静止无功发生器（SVG，ASVC，STATCOM）无功功率补偿装置6.2电力电子技术与电力系统、电能质量控制的关系3/4可解决的问题谐波(缺口)稳态过电压、欠电压(电压波动)闪变三相不对称有源电力滤波器（APF）6.2电力电子技术与电力系统、电能质量控制的关系4/4可解决的问题电压幅度凹陷电压幅度凸升(短时中断)动态电压恢复器（DVR）电能质量控制（1/17）电能质量控制措施解决矛盾的两个方面提高发电、输电、配电系统的电能质量。提高用户终端设备容许干扰的能力。提高电能质量，应该是用户、电力部门、电气设备制造商三方面共同的责任。电能质量控制（2/17）电能质量控制技术输电系统柔性交流输电（FACTS)采用高压直流输电技术进行电网互联配电系统用户电力技术（CustomPower）用户端用户设备改造各种补偿装置电能质量控制（3/17）电力系统中的有功功率与无功功率电力系统中有功功率与频率的关系：有功功率平衡时：电力系统内所有电源输出的有功功率=所有负荷消耗的有功功率+输配电网损耗的有功功率有功功率不平衡时：如有功功率电源不足或负荷增大，会引起频率下降，反之频率会升高电能质量控制（5/17）用户端电能质量控制技术无功功率补偿稳定电压抑制电压波动和闪变谐波抑制解决电压、电流波形畸变问题动态电压恢复补偿短时电压跌落储能装置削峰填谷，平衡有功，稳定频率电能质量控制（6/17）无功功率补偿同步调相机并联电容器静止无功补偿装置(SVC)晶闸管控制电抗器(TCR)晶闸管投切电容器(TSC)饱和电抗器静止无功发生器(SVG)电能质量控制（7/17）并联电容器提供固定容量的超前无功补偿电能质量控制（8/17）晶闸管控制电抗器通常与固定电容器配合。电容器提供超前的无功。TCR提供滞后的无功，大小连续可调。总体上既可提供超前的无功，也可提供滞后的无功。可连续动态调节。电能质量控制（9/17）晶闸管投切电容器提供超前的无功。动态投切补偿。分级调节补偿。电能质量控制（10/17）静止无功发生器调节逆变器交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流。可使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流。动态补偿。连续可调。电能质量控制（11/17）谐波抑制LC无源滤波器单调谐滤波器高通滤波器双调谐滤波器有源电力滤波器并联型串联型与无源滤波器混合统一电能质量调节器——并联型和串联型混合电能质量控制（12/17）LC无源滤波器单调谐滤波器高通滤波器双调谐滤波器

单调谐滤波器对某一频率的谐波呈现低阻抗，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器。电能质量控制（13/17）有源电力滤波器——并联型电能质量控制（14/17）有源电力滤波器——串联型通常用于补偿电压型的谐波源。可等效为一个谐波电压源。解决电压波形问题电能质量控制（15/17）混合型——有源滤波器和无源滤波器混合电能质量控制（16/17）统一电能质量调节器并联型有源滤波器和串联型有源滤波器的组合。同时解决电压、电流的波形问题。电能质量控制（17/17）动态电压恢复器(DVR)补偿电压跌落。需要提供一定的有功功率。第三节电力电子与电能质量1.1电力电子与电能质量1.2两大分支1.3与相关学科