第1章-电能质量概论

电能质量分析与控制第一章电能质量概论第一节概述第二节电能质量概念、定义及分类第三节电能质量现象描述第四节电能质量标准本章主要内容第一节概述电能质量指标的开展开始人们把电力系统运行中电压和频率偏离标称值的多少作为检验电能质量的主要指标。现代电能质量问题如何把提高电能质量与增强竞争意识、电力市场占有率联系起来如何从技术、经济和运行管理等方面加大力度，保证优质供电，以最小程度减少对现代工业企业和重要电力用户的影响第一节

概述供电系统运行与电能质量的关系电能质量的根本要求理想供电系统的运行应具有如下根本特性：电源容量无限大，以单一恒定的电网标称频率〔50Hz〕、规定的假设干电压等级和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并且这些运行参数与负荷性质无关始终保持三相交流电压和负荷电流平衡。用电设备汲取电能保证最大传输效率，即cos=1，各用电负荷间无干扰电能的供给充足，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⑴理想电力系统第一节

概述上述理想供电系统的根本特性构成了供电运行对电能质量的根本要求，如图1-1所示。图中三个根本集合的交集之内确定了合格电能质量的指标要求，既供电系统电能质量的三个根本要素。第一节

概述⑵实际电力系统电源容量不可能无限大用电负荷变化、负荷特性的差异性和随机性以及各种故障会导致供电系统的频率和电压幅值发生变化，三相电压出现不平衡，正弦波形发生畸变。第一节

概述电能质量的特征⑴电力系统的电能质量始终处在动态变化中。电能量的流动处于动态平衡中。随着电网结构的改变和负荷变化，不同时刻、不同连接点，电能质量现象和指标也不同⑵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。供电方和用电方是一个整体，任意一个环节引起的电能质量问题，都会对相关的配电网和设备以及电力用户的平安运行构成威胁。第一节

概述⑶电能质量扰动具有潜在危害性与广泛传播性。潜在危害性的表现：电能质量问题的表现是多样的，事故的诱发条件是复杂的，电能质量下降造成的对电力系统和用电设备的损害比一定会立即显现，危害具有潜在性；潜在广泛性的表现：电能质量的扰动会沿电力线飞快的传播，而其电气环境污染涉及面大，其结果会大大降低与其相连的其他系统或设备的电气性能；⑷有些情况下用户是保证电能质量的主体局部。电网可能会受到用户反作用的影响。如：用户设备汲取供电电流大小和电流波形是用户根据自身的生产需要设定的，而这些设备可能就是畸变电流的发生源第一节

概述⑸电力系统的电能质量指标的综合评估非常困难。原因：多个指标作用于一个系统时，不同的组合结果对电力系统运行状况，电气设备性能都有十分复杂的影响目前尚无一种准确的电能质量综合评估方法，能对电力系统给出综合的技术与经济的评价。⑹对电能质量的控制和管理是一项系统工程要求多部门的共同协作，制定统一的和可操作的适度质量指标或单独供电协议，按照电力用户对电能质量的不同要求实行分级控制和质量达标。第一节

概述当代电力系统对电能质量的要求电力网在结构上发生变化⑴电力系统扩张与联网逐渐形成对系统运行的平安稳定性和可靠性要求不断提高⑵电力市场机制的引入在保证电力系统一定的自然垄断特性的条件下，引进竞争机制，实施电力市场化营运，强化环境保护意识与提高信息管理水平已经势在必行第一节

概述⑶电力系统中高新技术的引进当代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SVC、FACTS、HVDC等〕以提高电力传输能力和实现配电自动化HVDC—高压直流输电〔造价低、年电能损失小〕SVC—静止无功补偿器〔提供电压支持；改善电压；用于阻尼功率震荡；平衡三相电压；抑制电压波动FACTS—柔性输电〔灵活的交流输电技术〕第一节

概述电力负荷在结构上发生变化用电设备和生产工艺对电能质量的要求比传统设备要高。许多新设备和装置都带有基于微处理机的数字控制器或功率电子器件，对电磁干扰极为敏感。负荷敏感度：是指负荷对电能质量问题的敏感程度，即提供给负荷的电能质量不良时负荷能承受干扰仍正常工作的能力。一般可将负荷分为三类：普通负荷〔CommonLoad〕敏感负荷〔SensitiveLoad〕重要〔要求严格的〕负荷〔CriticalLoad〕第一节

概述综上所述现代电力系统结构与负荷构成的变化是工业生产不断开展的必然结果，有利于电力用户提高生产率和获得更大的经济效益同时通过采用高效的电力负荷设备，大量节约电能和延缓用电的需求，从而节省电力建设所需的大量投资返回第二节电能质量的概念、定义及分类电能质量的根本概念与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平安可靠运行的。电力用户那么可能把电能质量简单定义为是否向设备提供了电力。电能质量概念的探讨第二节电能质量的概念、定义及分类工程实用上对电能质量概念的具体分解和解释电压质量。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、欠电压、过电压等电流质量。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。第二节电能质量的概念、定义及分类供电质量。包括技术含义和非技术含义两局部。技术含义——电压质量和供电可靠性非技术含义——供电部门对用户投诉与抱怨的反响速度和电力价目的透明度等用电质量。包括技术含义和非技术含义等。技术含义——电流质量非技术含义——用户是否按时，如数缴纳电费等第二节电能质量的概念、定义及分类电能质量的定义定义1：提供给敏感设备的电力和为其设置的接地系统均适合于该设备正常工作；定义2：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、电流或频率的偏差定义3：电能质量就是电压质量，合格的电压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；优先考虑用户的衡量标准电能质量定义—导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差。内容包括频率偏差、电压偏差、电压的波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬时过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性等第二节电能质量的概念、定义及分类电能质量的的分类电能质量根本分类IEC以电磁现象及互干扰的途径和频率特性为根底，引出了广义的电磁扰动的根本想象分类，IEEE制定的电力系统电磁现象的特性参数及分类第二节电能质量的概念、定义及分类变化型和事件型分类按照电能质量扰动现象的两个重要表现特征——变化的连续性和事件的突发性为根底分成两类。变化型——指连续出现的电能质量扰动现象。重要特征表现为：电压或电流的幅值、频率、相位差等在时间轴上的任意时刻总是在发生着小的变化。如：电压幅值变化、频率变化、电压不平衡等对于变化型电压和电流进行质量评估时，采用概率统计的方法来处理。第二节电能质量的概念、定义及分类事件型——指突然发生的电能质量扰动现象。重要特征表现为：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、欠电压等对于事件型电压和电流进行质量评估时，采用其特征量。如：幅值偏离多少、时间持续时间长短以及发生的频率等来描述返回第三节电能质量现象的描述瞬变现象瞬变——变量的局部变化，且从一种稳态状态过渡到另一种稳定状态的过程中该变化逐渐消失的现象。定义瞬变现象的两种类型瞬变现象的两种普遍类型——冲击和振荡第三节电能质量现象的描述⑴冲击性瞬变现象冲击性瞬变是一种在稳态条件下，电压、电流非工频的、单极性的突然变化现象。最常见引发其的原因是雷电。如图第三节电能质量现象的描述⑵振荡瞬变现象振荡瞬变是一种在稳态条件下，电压、电流的非工频、有正负极性的突然变化现象。常用频谱成分、持续时间、和幅值大小来描述其特性。图——为背靠背电容器能引起的几千赫电流振荡波形。第三节电能质量现象的描述短时间电压变动造成电压变动的主要原因是系统故障、大容量负荷启动或电网松散连接的间歇性负荷运作。根据所在系统条件和故障位置的不同，可能引起暂时过电压或电压跌落，甚至使电压完全损失。包括电压暂降、电压暂升和短时间电压中断现象第三节电能质量现象的描述⑴电压中断电压中断现象——当电压降到0.1p.u.〔下降到额定电压的10%〕以下，且持续时间不超过1min。原因：可能是可能是系统故障、用电设备故障或控制失灵等。衡量指标:是以其幅值总是低于额定值百分数的持续时间来量度的。第三节电能质量现象的描述⑵

电压暂降电压暂降现象——是指工频条件下电压均方根值减小到0.1~0.9p.u.〔下降到额定电压的90%~10%〕之间、持续时间为0.5周波至1min的短时间电压变动现象。图1-10为发生短路故障引起的单相电压暂降的变化波形。图a—电压暂降瞬时值波形图b—电压暂降均方根值波形第三节电能质量现象的描述⑶

电压暂升电压暂升现象——指在工频条件下，电压均方根值上升到1.1～1.8p.u.之间、持续时间为0.5周波到1min的电压变动现象。当单相对地发生故障，非故障相的电压可能会短时上升。如图图a—电压暂升瞬时值波形图b—电压暂升均方根值波形第三节电能质量现象的描述长时间电压变动在工频条件下电压均方根值偏离额定值，并且持续时间超过1min的电压变动现象。包括过电压、欠电压和持续中断现象第三节电能质量现象的描述⑴过电压过电压——工频下交流电压均方根升高，超过额定值10%，且持续时间大于1min的电压变动现象原因：负荷投切。如：切断大容量负荷或投入大容量电容器组⑵欠电压欠电压——工频下交流电压均方根降低，低于额定值90%，且持续时间大于1min的电压变动现象原因：负荷投切；过负荷。如：切断大容量负荷或断开大容量电容器组第三节电能质量现象的描述⑶持续中断持续中断现象——指供电电压迅速下降为0，且持续时间大于1min的电压变动现象原因：电气设备检修或线路更改导致的预知停电，属于供电可靠性范畴第三节电能质量现象的描述电压不平衡电压不平衡——指某一相电压与三相电压的平均值的最大偏差，并且用该偏差与平均值的百分比表示。原因：三相负荷不平衡；〔单相负荷过重时，电压可能严重不平衡＞5%〕第三节电能质量现象的描述波形畸变波形畸变——指电压或电流波形偏离稳态工频正弦波形的现象类型：直流偏置、谐波、间谐波、陷波、噪声电压波动电压波动——指电压包络线有规那么的变化或一系列随机电压变动第三节电能质量现象的描述工频变化工频变化——指电力系统基波频率偏离规定正常值的现象原因：电力系统出现大面积故障，如：大面积甩负荷、大容量发电机停止工作等频率偏差及其持续时间取决于负荷特性和发电控制系统