电能质量治理分析

电能质量治理分析基础定义、超标影响、基础规范、治理设备、案例分析基础定义第一章超标影响第二章质量标准第三章治理基础第四章目录Contents治理设备第五章案例分析第六章1基础定义电能质量应用基础。基础概念电力系统的组成和特点频率有功功率电压无功功率动态功率平衡各种干扰负荷变化运行操作故障雷击电力系统电磁现象理想波形电能质量定义PowerQuality——电能质量（电源质量、电力质量、电力品质）导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是都适合于该设备正常工作的。在电力系统中某一指定点上电的特性，这些特性可根据预定的基准技术参数来评价。电压质量、电流质量、供电质量、用电质量。实际上电能质量就是供电电压特性，即关系到供用电设备工作（或运行）的供电电压各种指标偏离理想值（额定值或标称值）的程度。

电能质量问题的由来

随电力工业诞生而存在的一个传统问题；现代用电负荷结构发生了质的变化。电力电子技术广泛应用，家用电器普及，炼钢电弧炉和轧机的发展等，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性引起电能质量的恶化。计算机的普及、IT产业的发展、微电子控制技术应用，智能电网和微电网发展，分布式电源大量接入，导致电能质量问题越来越严峻，对电能质量要求越来越高。例如：一个计算中心失电2s就可能破坏几十个小时数据处理结果，导致几十万美元损失。

电能质量问题的特点时空差异电能质量在空间上和时间上均处于动态变化之中。对于不同的供（或用）电点在不同的供（或用）电时刻电能质量指标是不同的供用双方需要供、用电双方共同合作维护2超标影响电能质量问题的影响（1）（1）供电电压偏差照明设备的发光和寿命；（a）白炽灯；（b）荧光灯电能质量问题的影响（1）电动机的力矩、转速、发热、工效以及产品质量（图3）变压器的发热、温升、损耗；并联电容器无功出力、寿命；家用电器如电视机的视感、寿命；电子计算机和控制设备不正常；电能质量问题的影响（1）电能质量问题的影响（1）电动机转速变化，影响纺织、造纸等产品质量；传动机械出力变化，影响生产效率；对测量、控制和计时等电子设备精度和性能影响；使感应式电能表计量误差加大；影响发电机和电力系统安全；当频率下降到45～46Hz时，会导致发电机的电动势下降，全系统的电压水平大为降低，可能出现电压崩溃现象。发生频率或电压崩溃，会使整个系统瓦解，造成大面积停电。

电力系统频率偏差电能质量问题的影响（1）（3）谐波非线性负载产生谐波；频率是50Hz的整数倍；除绝对的正弦/余弦波外，任何其他波形均含谐波，如：方波，矩形波电能质量问题的影响（1）（3）谐波产生电子开关型:各种交直流换流装置、变频装置铁磁饱和型:各种铁芯设备,如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现非线性电弧型:各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机电能质量问题的影响（1）（3）谐波超标干扰继电保护、自动装置和计算机系统；供电波形产生畸变，精密设备工作异常；使测量和计量仪器（感应式电度表）、仪表误差加大；降低信号传输质量，干扰通信系统；增加电力网中谐振可能性，诱发过电压或过电流的危害；（电容出现问题）减少设备（变压器、电动机）的使用寿命。电能质量问题的影响（1）（3）谐波超标降低电力设备的利用率，使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器）以及导线（如低压中性线、电缆、母排等）过载运行（发热、振动、异常声响等），缩短使用寿命、增加线损；降低断路器遮断容量。馈供给整流负荷的普通电力变压器，其出力应相应的降低。降低值和变压器的杂损比（即附加损耗与基本损耗之比）有关，如表3所列。电能质量问题的影响（1）（4）电压波动和闪变原因：负荷剧烈变化引起冲击负荷，如电机起动、电焊机、电弧炉、轧钢机。影响：照明灯光闪烁，引起人的视觉疲劳；电视机屏幕图像失真、摆动翻滚和亮度变化；电动机转速不均匀、振动、异响，影响产品质量；电子计算机、监测和控制设备等工作不正常电能质量问题的影响（1）（5）三相电压不平衡

原因:电力线负荷的增减、不平衡设备机器的增设等因素造成特定的单相重负荷。因此，产生电压、电流波形的变形，电压下降和逆相电压电能质量问题的影响（1）2.3超标的危害（5）三相电压不平衡电机附加发热，并引起二倍频的附加振动力矩使电机负载能力降低（图5、表4）；电能质量问题的影响（1）（5）三相电压不平衡引起以负序分量为启动元件的多种保护误动作；换流设备产生附加的谐波电流（非特征谐波）；变压器负载能力下降；在低压配电线路中，引起照明灯的寿命缩短或烧损、电视机损坏、中性线过负荷等；引起线损及线路电压损失增大；电能质量问题的影响（1）（6）暂时过电压和瞬态过电压使设备绝缘破坏，引发事故（7）电压暂降（包括短时中断）引起变速驱动装置（ASD）跳闸、程序逻辑控制器（PLC）损坏、各种数字式自动控制装置误动、计算机系统失常，数据丢失；导致相关加工生产线（例如塑料、玻璃、石化、纺织、造纸、半导体以及橡胶等）停顿，大型场所照明失电（例如镝灯，灯灭后需冷却好几分钟后才能启动）等等。电能质量问题的影响（1）电能质量问题的影响（1）电能质量问题的影响（1）（8）电压波形缺口由变流装置换相过程造成的电压波形缺口可能影响交流装置的同步或以电压过零进行控制的电子装置正常工作。注意，电压缺口虽然属于波形畸变，但不能用谐波分析来说明它的影响。一般用缺口的深度和面积描述。3质量标准点击此处添加标题为了适应电力市场发展，我国于1995年通过了《电力法》，并于1996年4月1日起实施。有关电能质量方面，《电力法》规定：“供电企业应当保证供给用户的供电质量符合国家标准”（第二十八条），“上网电价实行同网同质同价”（第三十七条）。这些规定为电能质量市场运作提供了基本准则。《电力法》中相关规定已发布的GB系列国家电能质量标准GB/T

14549-93《电能质量

公用电网谐波》；GB/T

12325-2008

《电能质量

供电电压偏差》；GB/T

15945-2008

《电能质量

电力系统频率偏差》；GB/T

12326-2008

《电能质量

电压波动和闪变》；GB/T

15543-2008

《电能质量

三相电压不平衡》；GB/T30137-2013

《电能质量电压暂降与短时中断》；GB/T

24337-2009

《电能质量

公用电网间谐波》；GB/T

18481-2001

《电能质量

暂时过电压和瞬态过电压》。已发布的电能质量治理装置的国家标准GB/T

20297-2006

《静止无功补偿装置(SVC)现场试验》；GB/T

20298-2006

《静止无功补偿装置(SVC)功能特性》；GB/T

15576-2008

《低压成套无功功率补偿装置》；GB/T

26868-2011

《高压滤波装置设计与应用导则》；GB/T

22582-2008

《电力电容器低压功率因数补偿装置》；GB/T

50227-2008

《并联电容器装置设计规范》；GB/T

25839-2010

《

零过渡过程低压动态无功补偿装置》；GB/T

26870-2011

《滤波器和并联电容器在受谐波影响的工业交流电网中的应用》。公用电网电能质量主要规定和限值

公用电网电能质量主要规定和限值

公用电网电能质量主要规定和限值

（1）整数次谐波：40次谐波以下的总畸变率（THD）不超过8%，且各次谐波上限均有明确规定。

（2）间谐波：缺乏公认的实验数据，未作规定（但IEC61000-2-4规定一般限值为0.2%）

公用电网电能质量主要规定和限值

公用电网电能质量主要规定和限值

说明：①暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。瞬态过电压包括操作过电压和雷击过电压；②工频过电压1.0p.u.=Um/3。谐振过电压和操作过电压1.0p.u.=2Um/3；③还对空载线路分闸过电压、断路器开断并联补偿装置及变压器等瞬态过电压限值作出了规定。

公用电网电能质量主要规定和限值

4治理基础电能质量控制技术电能质量控制技术：改善输配电网电能质量的技术。电能质量控制技术包括用户定制电力（CustomPower,CP）技术和柔性交流输电系统（FlexibleACTransmissionSystems,FACTS）技术。

CP技术：CP技术是面向配电系统的，其主要功能是提高用户端供电的可靠性和电能质量。FACTS技术：FACTS技术是针对输电系统的，其基本作用是控制输电系统中的潮流和提高输电线路的输送能力，以保证输电系统的稳定性和电能质量。展望未来：CP技术和FACTS技术的概念是二十世纪八十年代末被提出来的，两者都是电力电子技术在电力系统中的应用，它们代表了电力系统技术的一个主要发展方向，其应用将会越来越广泛。电能质量控制设备：改善电网电能质量的设备。电能质量控制工程：集成电能质量技术和相关设备构成较大规模的用于改善电网电能质量的人造系统。电能质量控制技术电能质量控制工程系统仿真设计方法：建立在对象整个供配用电特性大尺度宏观层次工程科学模型基础上的系统仿真设计方法。电能质量控制工程系统仿真设计是电能质量控制工程中最重要的基础工作。电能质量控制工程系统仿真设计的主要内容：收集整理对象的供配用电资料；确定电能质量考核点及考核内容；电能质量限值计算；用户电能质量干扰计算；电能质量控制系统构成设计与参数计算；电能质量控制系统仿真及优化。电能质量控制工程系统仿真设计的用途：

电能质量治理公司设计并优化电能质量控制工程；电网公司或电力用户校核电能质量控制工程的设计；配电网重构的安全稳定运行校核和参数优化；配电网故障诊断分析及解决方案仿真；

电能质量控制技术——术语电力滤波与无功补偿装置（PFRC）powerfilterandreactivepowercompensator将电力信号中特定波段频率滤除或者向电力系统提供无功功率的装置。串联型电力滤波与无功补偿装置（SPFRC）series

powerfilterandreactivepowercompensator串联在供电线路中的电力滤波与无功补偿装置。基于阻抗补偿的串联电力滤波与无功补偿装置（SPFRC-IC）seriespowerfilterandreactivepowercompensatorbasedonimpedancecompensation通过串联在电力线路中的无源阻抗单元实现对电力线路阻抗特性补偿的电力滤波与无功补偿装置。阻波器（TRAP）阻止高频载波信号进入开关站或分支线电力设备的电气设备。

电能质量控制技术——术语晶闸管可控串联补偿器（TCSC）thyristorcontrolledseriescompensator一种容性电抗补偿器，它由一个串联电容器组并上一个晶闸管控制电抗器组成，用以提供平稳变化的串联容性电抗。基于功率补偿的串联电力滤波与无功补偿装置（SPFRC-PC）seriespowerfilterandreactivepowercompensatorbasedonpowercompensation通过串联在电力线路中的电压源实现对电力线路功率特性补偿的电力滤波与无功补偿装置。静止同步串联补偿器（SSSC）staticsynchronousseriescompensator一种没有外部电源供电的、作为串联方式运行的静止同步无功补偿设备。动态电压恢复器（DVR）dynamicvoltagerestorer一种串联在电力线路中动态受控的电压源，采用适当的控制方法可以使该电压源输出抵消电力系统扰动对负荷电压造成的不良影响，如电压暂降、电压不平衡及谐波等。电能质量控制技术——术语开关控制型动态电力滤波与无功补偿装置（SW-DPFRC）switcheddynamicpowerfilterandreactivepowercompensator无功补偿量随考核点的无功变化而阶梯式变化的电力滤波与无功补偿装置。晶闸管投切电容器（TSC）thyristorswitchedcapacitor通过控制晶闸管导通与关断控制电容器组的容性无功，以平衡系统中的感性无功的装置。晶闸管投切电容器-静止无功补偿器（TSC-SVC）thyristor

switchedcapacitor‒staticvarcompensator由TSC和FC组合而成的静止无功补偿装置。晶闸管投切电抗器（TSR）thyristorswitchedreactor通过控制晶闸管阀导通与关断控制电抗器的感性无功，以平衡系统中的容性无功的装置。电能质量控制技术——术语晶闸管投切电抗器-静止无功补偿器（TSR-SVC）thyristorswitchedreactor‒staticvarcompensator由TSR和FC组合而成的静止无功补偿装置。连续控制型动态电力滤波与无功补偿装置（CNT-DPFRC）continuousdynamicpowerfilterandreactivepowercompensator无功补偿量随考核点的无功变化而连续变化的电力滤波与无功补偿装置。晶闸管控制电抗器（TCR）thyristorcontrolledreactor通过晶闸管导通角变化连续控制电抗器的感性无功，以平衡系统中的容性无功的装置。晶闸管控制电抗器-静止无功补偿器（TCR-SVC）thyristorcontrolledreactor‒staticvarcompensator由TCR和FC组成的静止无功补偿装置。磁控电抗器（MCR）magneticallycontrolledreactor利用磁控原理连续控制电感值的电抗器装置。磁控电抗器-静止无功补偿器（MCR-SVC）magneticallycontrolledreactor‒staticvarcompensator由MCR和FC组成的静止无功补偿装置。电能质量控制技术——体系电能质量控制技术——体系5治理设备46常用无源滤波和无功补偿装置，由下图示的三种滤波器组合而成。常用无源滤波器

电能质量治理设备----无源滤波装置47无源滤波器由LC等被动元件组成，将其设计为某频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道；而有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备，检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流，补偿后的源电流几乎为纯正弦波，其行为模式为主动式电流源输出。无源滤波器只能滤除某频率范围内的谐波；但完全可以解决系统中的谐波问题，解决企业用电过程中的实际问题，且可以达到国家电力部门的标准；有源滤波器可动态滤除特定次数的谐波。优点：由于无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是被广泛应用谐波治理方法。电能质量治理设备----无源滤波装置动态电压恢复器是带有储能装置的串联补偿装置。应用现代电力电子技术可以实现电能质量的控制。原理是：在电源和负载之间串联一只补偿变压器，通过补偿变压器的初级线圈的逆变器向负载侧提供同频、锁相、幅值可变的补偿电压保持输出电压的稳定。优点：相应速度快缺点：电压跌落50%或电压中断，DVR无能为力。电能质量治理设备----动态电压恢复器（DVR）dynamicvoltagerestorer功能特点：1、抑制动态和稳态的电压跌落、浪涌、闪变2、具有良好的动态电压补偿能力3、可以有效抑制谐波、三相不平衡，提高电能质量

不间断电源（UPS）能够有效的改善下列供电异常情况：开关瞬态（亦称暂态，由电气设备开关或放电造成的电压偏差，有时可高达20000伏。）线噪（因线路屏蔽差而引入的射频或电磁干扰）频率漂移（发电机不稳定造成的电网频率偏差）谐波、短时停电、压降。持续欠压、持续过压电能质量治理设备----不间断电源（UPS）UninterruptiblePowerSystem/UninterruptiblePowerSupply优点：电压补偿范围宽，能够补偿短时电压跌落；也能补偿电压短时中断。缺点：投入比较大，特别是大容量时；

调压调容并联电容器装置由调压器、控制器及屏体、常规并联电容器装置组成。装置通过调节调压器有载分接开关来调节其输出电压，来改变电容器装置的端电压，进而改变装置输出的无功功率。可实现9档输出，电压调节范围为(100-60)%Un，容量调节范围为(100一36)%Qn。电能质量治理设备----并联电容器shuntcapacitor对现存的供电半径超限的10千伏线路，采取加装10千伏线路调压器等技术措施提升线路末端电压。电能质量治理设备----线路调压器对供电半径长、线损率高、电压质量差的10千伏架空线路，尤其是功率因数低、动力负荷比重大、存在重负荷启停电压波动问题的线路，加装线路串补装置。电能质量治理设备----线路串补装置SVC是一种可以控制的无功功率补偿装置。SVC与一般并联电容器补偿装置的区别是能够跟踪电网或负荷的波动无功，进行随机性造时补偿，从而维持电压稳定。SVC可以对不平衡负载进行分相补偿，已被广泛应用于电力系统。电能质量治理设备----静止无功补偿装置（SVC）StaticVarCompensatory优点：容量大、成本低、响应速度快、连续调节、分相补偿。缺点：含有较多的电抗器和电容器，体积大。电能质量治理设备----静止无功发生器（SVG）SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路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，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。SVG主要由主电路、控制电路、驱动电跻等组成。功率开关器件，采用具有自关断能力的开关器件IGBTSVG类似于SVC。与SVC相比：采用桥式变流电路，体积更小、费用更低。电能质量治理设备----有源电力滤波器（APF）有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。ActivePowerFilter优点：可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收；不会产生谐振。缺点：造价太高；1.能抑制电压闪变、补偿三相不平衡、提高功率因数；2.滤波精度高，谐波电流滤除率可达97%以上；3.滤波范围广，滤波次数：2--50次谐波及间谐波；4.对负载的波动响应快，响应时间为1us；5.可多台组合扩展容量;6.阻尼电力系统功率振荡；7.系统的自我保护和稳定性极强。电能质量治理设备----相间有功转移装置（E710）相间有功转移装置时采用现代高速芯片技术、数字信号处理技术和电力电子技术制成的新型三相不平衡治理治理设备。适合于配电网配变侧三相不平衡治理。同时可选配治理谐波、无功补偿等。优点是：体积小，选型、安装方便，治理效果好。补偿效果佳：补偿后PF≥98%；装置效率高：损耗≤3%；响应时间短：瞬时响应≤100us，完全响应≤5ms；补偿功能全：连续、平滑、线性无功补偿，可代替传统分相电容；运行范围广：工作电压满足国内电网波动，电压/频率范围宽；电能质量治理设备----智能台区三相不平衡线监控系统智能台区三相不平衡线监控系统是由智能换相新技术发展起来的新型三相不平衡治理治理设备。它融合了半导体器件与接触器开关的优点，能够避免接触器开关在负荷投切瞬间产生的较大涌流和开通、关断时间间隔长的问题,使负载用户在负载换相投切过程中可正常供电；第n单相负载支路LN换相开关n换相开关1换相开关2换相开关3第一单相负载支路LN第二单相负载支路LN第三单相负载支路LN换相控制器GPRS服务器主站主站可选配电力载波或GPRS系统由主站（可选配）、换相控制器和换相开关三部分组成。电能质量治理设备----智能台区三相不平衡线监控系统智能换相开关是装置的分支和执行机构，根据配变的容量与负载的分布情况不同可灵活选择换相开关的容量和数量。换相开关接收主控制器的换相命令进行换相操作，实现带负载快速切换，且切换完成后基本没有损耗；换相开关也负责采集负载电流数据，与自身的状态信息一起通过电力载波或无线通信方式上传给换相控制器。

CT可控硅继电器A相输入B相输入C相输入换相输出触发器6案例分析案例分析（1）----增加静止同步补偿器（TATCOM）的治理效果某牵引站长期存在对电网的谐波、三相不平衡污染问题，2015年3月在此牵引站内配置了一套STATCOM装置用于电气化铁路综合治理。STATCOM投入前后110kV侧电流测量波形对比STATCOM投入前后110kV侧三相电压不平衡