传统电能质量

传统电能质量第一页，共三十五页，2022年，8月28日供电电压偏差电压偏差的定义

供电系统在正常运行方式下，某一节点的实际电压与系统标称电压（额定电压）之差对系统标称电压的百分数。计算方法第二页，共三十五页，2022年，8月28日电压偏差的限值：国家标准GB12325-1990《电能质量供电电压允许偏差》的规定35kV及以上（无直接用电设备）：正负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%；10kV及以下三相供电电压：±7%；220V单相供电电压：+7%，-10%第三页，共三十五页，2022年，8月28日电压偏差产生的原因设某一供电系统以简化单线图表示

PCCP+jQ图中为供电系统的无限大电源母线电压，即开路电压；U2为公共连接点（PCC）的母线电压；为PCC的系统阻抗，为负荷阻抗；P＋jQ为负荷的复功率。I第四页，共三十五页，2022年，8月28日设负载的复功率为所以线路中的电流相量为线路首末端的相量差，即线路的电压降为分别称为电压降的纵向和横向分量第五页，共三十五页，2022年，8月28日线路首末端电压有效值之差，即电压损失一般来说线路两端电压的相角差很小，电压降的横向分量对电压损失影响不大，可将纵向分量近似看成电压损失，即110kV及以上电压等级输电线路，其电抗远大于电阻，因此无功功率对电压损失的影响远大于有功功率，即第六页，共三十五页，2022年，8月28日输送距离过长，输送容量过大，导线截面过小都会加大线路的电压损失，使得受端电压出现严重偏差。表3－1我国对线路输送距离和输送功率的规定。其中还需要考虑到技术经济性比较，如电压等级升高对绝缘强度的要求，电压等级降低对导线截面的要求等。由以上分析可见：系统无功功率不平衡（无功电源不足或过剩、分配与分布不合理，如负荷与出力变化、运行方式和网络结构变化等）是造成电压偏移标称值的根本原因。第七页，共三十五页，2022年，8月28日图3－1（b）给出简化单线电路的稳态相量图，图中U为参考相量；U0为无限大电源母线电压相量；为供电母线电压降相量；I为负荷电流相量。习惯上规定，当电流滞后时，负荷阻抗角，负荷电流相量可表示为其共轭相量为负荷的复功率定义为第八页，共三十五页，2022年，8月28日当负荷发生波动时，负荷电流的变动量为由此引起供电母线电压变动式中，为与U同相位的电压变动分量，为与U相差的电压变动分量。供电母线电压幅值变化可以近似地以的大小来衡量；供电母线电压相角变化可以近似以的大小来衡量。因此可给出电压变动量的算式第九页，共三十五页，2022年，8月28日已知上式中，，

于是电压变动量大小与各参量的关系式可写成将上式改写可得到供电母线电压变动百分值d的计算公式第十页，共三十五页，2022年，8月28日进一步推导有在工程计算中，上式中各参量单位规范为

—PCC点电压标称值（kV）

—系统等值电阻和电抗（）

—负荷汲取的有功功率和无功功率变化量（MW,Mvar)

—PCC点短路容量（）

通常在中压和高压电网中，等值电阻远小于其等值电抗，一般

<<1，供电母线电压变动百分值计算公式可近似简化为

第十一页，共三十五页，2022年，8月28日从上式我们可以很清楚了解到，电压波动值与负荷的无功功率变动量成正比，与公共连接点的短路容量成反比。这是计算电压变动的基本公式。在实际运行中，由于波动性负荷功率因数低，无功功率变动量相对较大，并且功率变化过程快，所以波动性负荷是引起电压波动的主要原因。短路容量：是系统电压强度的标志。短路容量大（对应于系统等值阻抗小），表明电网络坚强，负荷、并联电容和或电抗的投切不会引起电压幅值大的变化；反之依然。第十二页，共三十五页，2022年，8月28日电压波动与无功补偿容量的算例当无功功率以Mvar为单位，短路容量用MVA表示，则例如，一个容量为200Mvar的电容器组投入运行，接入点短路容量为10000MVA，则会引起2％的电压波动。又如，一个母线的电压波动为±3％，该点短路容量等于5000MVA，则为此安装的抑制电压波动的无功补偿容量为：±150Mvar。注意到，上例中±150MVA说明感性无功和容性无功补偿的互补作用。还需注意到，电容补偿的固有缺点：其补偿容量与接入点电压的平方成正比。因此，系统大量依靠电容器补偿无功存在电压稳定的脆弱性。第十三页，共三十五页，2022年，8月28日功率波动性负荷一般分类负荷特性是影响电压稳定性的一个关键因素，系统电压的动态稳定主要取决于负荷与电压控制措施的实效，电压稳定已经被称为负荷稳定。根据用电设备的工作特征和对电压特性的影响，波动性负荷可分为两大类型：1）轧钢机和绞车等负荷的电动机频繁启动，焊机等负荷的间歇通电，都会引起时常电压变动，并且是有一定规律的周期电压变动；2）电弧炉等波动性负荷则会引起供电点出现连续电压变动，并且是无规律的随机电压变动。第十四页，共三十五页，2022年，8月28日电压偏差超过允许范围的危害对用电设备（照明、电动机、电子电器等）的危害

设备运行性能恶化，运行效率降低，过电压或过电流使设备寿命减少，甚至损坏电气设备。对电网的危害

由于线路的静态稳定功率极限近似与线路的电压平方成正比。当系统电压偏低时，输电极限功率大幅度下降，可能引起系统频率的不稳定问题。电压偏低可能使得负荷无功需求加大，无功分布和补偿失衡，进而引起电压不稳定问题。电压过高，会造成系统设备绝缘受损、铁芯饱和，产生谐波谐振，威胁系统安全运行。第十五页，共三十五页，2022年，8月28日电压降低引起电力系统失稳1）假定电动机机械负荷为恒功率负荷，端电压的降低导致电动机定子电流的增加;2）定子电流的增加增大了输电线上的电压降落，迸一步降低了电动机的端电压;3）端电压的下降引起线路电容充电无功功率的减小，使系统中无功更加短缺;4）电动机定子电流增加导致发电机输出电流的增加，在发电机励磁电流已达极限不能再增加后，由于电枢反应将引起气隙磁通的减少，导致发电机内电动势的减小，从而降低发电机端电压，同时也减少了发电机的无功输出，使系统各节点电压进一步降低。如此形成恶性循环，引起电压的持续下降，直至电压崩溃。第十六页，共三十五页，2022年，8月28日对经济运行的影响当线路输送功率一定时，输电线路和变压器的运行电流与电压成反比，低电压导致电流增大，系统的有功损耗、无功损耗、电压损失都会增加。当电压过高时电晕损耗大大增加，使系统运行成本明显增加。第十七页，共三十五页，2022年，8月28日改善电压偏差的措施R+jX

1:K1

K2:1

P+jQ

T2

T1

US

L

UL

以上图单机-单负荷两极变压器的简单电力系统为例，忽略对地电容，并将网络参数归算至高压侧，则可见使UL变化的措施：(1)调整US；(2)调整变比K1、K2；(3)改变功率分布(以Q为主)；(4)改变网络参数R+jX(以X为主)。第十八页，共三十五页，2022年，8月28日方式：调节励磁电压适用于直接由发电机供电的小系统、线路不长；易于实现逆调压,实质上是调节系统中发电机的无功输出。缺点：发电机通过较长线路、多电压级输电,此时最大、最小负荷时电压损耗之差往往大于5%;而发电机的机端负荷允许发电机的电压调整范围为5%-0,所以满足不了远方负荷的要求。多机系统中,实际上是改变发电机间无功分配,与无功备用、无功的经济分配有矛盾。因此,发电机调压仅作辅助措施

改善电压偏差的措施—利用发电机调压第十九页，共三十五页，2022年，8月28日改善电压偏差的措施—改变变压器变比

普通变压器有载调压变压器条件:从整个系统来看,必须无功电源充足。变压器本身不是无功电源,当系统中无功电源不足时,达不到调压要求。特别注意：当系统无功电源缺额较大时，系统电压水平偏低。如果此时采用有载调压变压器进行调压，使二次测电压升高则无功缺额将全部转嫁到主网上，使主网电压下降更加严重，甚至甚至可能造成系统电压崩溃第二十页，共三十五页，2022年，8月28日利用TVR装置改善复杂配电网电压偏差

第二十一页，共三十五页，2022年，8月28日改善电压偏差的措施—无功补偿

同步调相机优点：调节速度快；双向调节（即可发出感性无功，也可吸收感性无功）；连续平滑调节。缺点：旋转机械，维护复杂；投资较大并联电容器优点：设计简单；容量灵活；安全可靠；投资少；维护方便。缺点：对系统有一定冲击；不能连续调节。并联电抗器吸收线路充电功率，抑制过电压；有利单相重合闸。第二十二页，共三十五页，2022年，8月28日静止无功补偿器（SVC）

调节速度快；双向调节；连续平滑调节；静止器件，维护方便，可靠性高。第二十三页，共三十五页，2022年，8月28日

一条500kV架空输电线路，相间距离9.4米，导线半径2.54厘米，几何平均半径2.03厘米，分裂导线间距45.72厘米，计算线路典型参数为分裂导线数电抗值欧/Km充电无功Mvar/Km波阻抗欧/Km自然功率MW10.460.9836176220.351.29271101530.311.45241114240.281.582211246改善电压偏差的措施—改变线路参数采用分裂导线减小线路电抗第二十四页，共三十五页，2022年，8月28日线路中串联电容器R+jXL

P+jQ

-jXC

并补串补减少无功流动，直接减少线路有功损耗提高电压水平而减少有功损耗，等容量下不如并补作用强减少无功流动而减少电压损耗，不如串补明显由XC上负电压损耗抵偿XL上的电压损耗，适用于电压波动频繁、功率因数低的场合优点：提高线路输送能力和系统的稳定性。缺点：可能引起铁磁谐振、次同步谐振。补偿系数KC=XC/XL第二十五页，共三十五页，2022年，8月28日电压偏差的监测与考核电压监测点的设置原则：1）与主网（220kV及以上）直接连接的发电厂高压母线；2）各级调度界面处330kV及以上变电所的一、二次母线，220kV变电所的一次或二次母线；3）所有变电所的10kV母线；4）具有一定代表性的用户电压监测点；所有110kV及以上供电的用户；所有35kV专线供电的用户；其它35kV和10kV用户中每1万kW负荷至少设一个监测点，重要用户，代表性10kV末端用户；低压用户（0.4kV）每百台配变至少设一个监测点，并且应设置于重要用户及有代表性的配电网首末端用户。第二十六页，共三十五页，2022年，8月28日考核指标：电压合格率电压合格率=（电压合格时间/电压监测总时间）*100%=（1-电压超限时间/电压监测总时间）*100%电压超限率=（电压超限时间/电压监测总时间）*100%A类电压合格率：城市10kVB类电压合格率：110kV及35kV、63kV专线供电C类电压合格率:其它高压用户C类电压合格率：0.4kV供电电压合格率=0.5*A+0.5*(B+C+D)/3第二十七页，共三十五页，2022年，8月28日电力系统频率偏差频率偏差的定义

电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值称为系统的频率偏差。计算方法频率

正弦量在单位时间内交变的次数称为频率。我国采用50Hz为标称频率。第二十八页，共三十五页，2022年，8月28日频率偏差的限值：国家标准GB15945-1995《电能质量电力系统频率允许偏差》的规定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可放宽到±0.5Hz。频率偏差产生的原因：系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。在任意时刻，如果系统发电机的输出的总有功功率大于系统负荷的有功功率需求（包括输电环节的有功损耗）则频率上升。反之，频率下降。第二十九页，共三十五页，2022年，8月28日频率偏差过大的危害对用电负荷的危害

（1）产品质量没有保障。系统频率变化将引起转速与系统频率有关的电动机转速改变，从而影响产品的质量。（2）降低劳动生产率。系统频率下降使电动机的输出功率降低，从而影响所传动机械的出力，导致劳动生产率降低。（3）使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。现代工业大量采用的电子设备，系统频率的不稳定会影响对系统频率非常敏感的电子设备的工作特性，降低准确度，造成误差。

第三十页，共三十五页，2022年，8月28日对电力系统的危害（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。如果系统频率减低，电动机输出功率将以与频率成三次方的比例减少，当频率降至临界运行频率45Hz以下时，发电机输出的功率明显降低。一旦发电机输出功率减少，系统频率会进一步下降，形成恶性循环，最终导致系统因频率崩溃而瓦解。此外，频率下降，即发电机的转速下降时，发电机的电动势将减少，无功功率出力降低，系统内部并联电容器补偿的出力也随之下降，而用户需要励磁用的无功功率却增加，促使系统电压随频率的下降而降低，威胁系统的安全稳定。第三十一页，共三十五页，2022年，8月28日（2）汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳损伤和断裂。（3）处于低频率系统中的异步电动机和变压器其主磁通会增加，励磁电流也就随之加大，系统所需无功功率大为增加，导致系统电压水平降低，给系统电压调整带来困难。（4）无功补偿用电容器的补偿容量与频率成正比。当系统频率下降时，电容器的无功出力成比例降低。此时电容器对电压的支撑作用受到削弱，不利于系统电压的调整。（5）频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。频率加大，感应式电能表将少计电量。第三十二页，共三十五页，2022年，8月28日改善频率偏差的措施在正常运行方式下，进行频率调整：一次调整：利用发电机组的调速器，对于变动幅度小（0.1％～0.5％）、周期短（10s以内）的频率偏差所做的调整，

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