电能质量分析与控制电能质量控制技术

7电能质量控制技术

7.1概述 “控制”——控制、抑制、缓解、减缓、消除传统电能质量： 电压偏差的调整—无功补偿来支撑电压的稳定 频率偏差的调整—有功的调整（电厂） 三相不平衡的补偿—补偿、合理分配单相负荷 现代电能质量： 谐波的抑制 电压波动与闪变的控制 电压暂降与短时间中断的缓解

现代电能质量的特点是变化快，传统的方法是很难进行实时的补偿或控制，因此现代电能质量控制技术是基于电力电子技术、蓄能技术、信息处理技术发展起来的。2/19/202417电能质量控制技术电力电子器件： 正在向高耐压、大电流、低损耗及高频化方向发展储能： 铅酸电池、NaS电池、飞轮储能、超级电容、超导储能信息处理： 检测、控制、通讯、数据共享本章主要内容：

现代电能质量控制技术：谐波的抑制、电压波动与闪变的控制、电压暂降与短时中断的缓解2/19/202427电能质量控制技术7.2电力谐波抑制技术一、电源设备与谐波控制发电机在三相发电机中，采用星形连接，线电动势中不出现3次及倍数次谐波电动势。凸极同步发电机采用适当的极靴宽度和不均匀的气隙长度，使气隙磁场的波形尽可能接近正弦分布。采用短距绕组绕组的分布等 采用以上措施后，发电机的谐波电动势畸变率小于1（近似理想正弦波）变压器 通过其绕组的巧妙连接，可有效减少某些次数的谐波。如三角形连接的变压器可有效消除3次及其倍数次谐波。电容器的合理配置（避免谐振、放大）2/19/202437电能质量控制技术二、整流设备与谐波控制1、增加整流装置的脉动数

整流装置产生的特征谐波电流次数:

h=kp±1（k＝1,2,…）p脉动数 当脉动数增多时，次数较低、幅度较大的谐波得到消除，谐波源产生的谐波电流将减小。

2/19/202447电能质量控制技术2、PWM整流器3、功率因数及波形校正技术电流连续导通模式（CCM） 控制电流跟踪电压波形，使功率因数接近1不连续导通模式（DCM） 采用高频开关器件控制电流

2/19/202457电能质量控制技术三、交流滤波器 利用电容与电感形成无源滤波器，能够有效滤除某次或某些次的谐波。理论上讲，当某次谐波滤波器调谐到该频率时，滤波器所呈现的阻抗为零，可全部吸收该次谐波。1、单调谐滤波器 单调谐滤波器通常以需消除的h次谐波频率为出发点进行设计。设基波频率为f1，谐振频率为： 品质因数一般取30~60.2/19/202467电能质量控制技术2.双调谐滤波器

双调谐滤波器是调谐到两个串联谐振频率的滤波器串联回路调谐频率：并联回路调谐频率：一般取串、并调谐频率相等2/19/202477电能质量控制技术双调谐滤波器的无功补偿 在工频频率点，串联回路呈容性，并联回路呈感性，无功由串联回路电容实现，忽略并联回路的感性影响，有：特点： 两个串联谐振点，1个并联谐振点 构成复杂、调谐困难2/19/202487电能质量控制技术3、二阶减幅滤波器 二阶减幅滤波器是在实际工程中应用最广泛的高通滤波器，用于吸收某次及以上的各次谐波截止频率结构参数：品质因数：一般取0.7~1.4滤波器工程设计原则：滤除谐波无功补偿的要求由于系统阻抗往往呈现为感性，为防止对调谐点谐波电流的放大，单调谐滤波器的调谐次数应偏离所要滤除的主要谐波的次数。一般情况下，可选取调谐次数为所要滤除的主要谐波的次数的0.96~0.98倍。2/19/202497电能质量控制技术四、有源电力滤波器 有源电力滤波器采用与交流滤波器完全不同的原理，通过产生与补偿谐波形状一致、相位相反的电流，来抵消非线性负荷产生的谐波电流，以使谐波不流入公共供电回路。 即：负荷需要的谐波由补偿装置提供，系统只提供基波电流，达到消除谐波的目的。负荷电流滤波器提供的补偿电流滤除谐波无功补偿+滤除谐波2/19/2024107电能质量控制技术特点： 补偿快、动态性能好、性能稳定、体积小、可补偿所有谐波。例：2/19/2024117电能质量控制技术7.3电压波动与闪变的抑制技术 电压波动与闪变通常由波动性或冲击性负荷造成，波动与闪变的程度与供电系统短路容量的大小、供电网络的结构以及负荷的用电特性等有关一、用电设备特性的改善1、异步电动机启动方式的改善 降压启动、自藕变压器启动、串接变阻器启动、软启动、采用变频调速装置2、电弧炉特性的改善 装设电抗器对冲击电流进行限制2/19/2024127电能质量控制技术二、供电能力的提高为大容量波动性负载架设专用线路，一般将大容量波动性负荷用户接到较高电压等级的供电系统。采用母线分段或多设配电站的方法将波动性负荷与一般负荷适度隔离。对于易受扰动的灵敏负荷，在其附近安装一台电源设备。三、补偿措施的采用 无功功率的不平衡是电压波动与闪变的主要原因。因而，具有快速无功功率补偿控制功能的装置能够对电压波动和闪变起到很好的抑制作用。2/19/2024137电能质量控制技术1、静态无功补偿器（SVC）最常用SVC的基本元件为晶闸管控制的电抗器TCR和晶闸管投切的电容器TSC。为了降低SVC的造价，大多数SVC通过降压变压器接入系统。由于阀的控制作用，SVC将产生谐波电流，为降低谐波污染，SVC中还要有滤波器。2/19/2024147电能质量控制技术TCR支路由电抗器与两个背靠背连接的晶闸管相串联构成。通过控制晶闸管的触发延迟角，可以控制每个周波内电感L接入系统的时间长短，从而改变TCR的等值电抗。设加在TCR支路上的系统电压为正弦，波形如下：TCR支路的等值基波电抗为由此可见，TCR支路的等值基波电抗是导通角或者触发角的函数。调整触发角可以平滑地调整并联到系统中的等值电抗。2/19/2024157电能质量控制技术电容器组与晶闸管可控电抗器并联形成的静止无功补偿器

正常控制范围为线段AB，其斜率为正，补偿的无功大小由晶闸管触发角决定

特点：电容器的分组投切可提供不连续的容性无功功率，晶闸管控制的电抗器可提供连续的感性无功功率。 补偿器工作在感性模式时，会产生大量谐波。2/19/2024167电能质量控制技术可控电容与可控电抗组成的静止无功补偿器

2、静止无功发生器（SVG-STATCOM）

SVG的逆变器通过中间变压器与电力系统连接，逆变器的输出电压与电力系统电压始终保持同频同相。通过调节逆变器输出电压的大小，可控制加在中间变压器上的电压的大小与方向，进而可以实现无功吸收与补偿的控制。2/19/2024177电能质量控制技术SVG提供的电流：空载模式：容性模式：电流超前系统电压，向系统提供容性无功，大小可调节；感性模式：电流滞后系统电压，向系统提供感性无功，大小可调节；有源滤波模式：通过调节，产生补偿谐波电流所需的电流。2/19/2024187电能质量控制技术静止无功发生器的特点：SVG具有更好的出力特性。无功功率只随电压的降低按一次方关系下降。采用PWM控制，具有更快的响应特性。无功调节不是通过控制容抗或感抗的大小实现的，因而无需直接与系统连接的电容器或电抗器，不存在系统谐振问题，且大大减小了设备的体积。SVG可用于三相不平衡负荷的动态补偿。SVG具有有源滤波器的特性3、补偿率和改善率…2/19/2024197电能质量控制技术7.4电压暂降和短时间中断的抑制技术 属于瞬变电能质量的范畴；电力系统故障是造成电压暂降和短时间中断的主要原因一、电压暂降缓解对策1、减少故障数目 （1）架空线入地。（2）架空线加外绝缘（3）对剪树作业严加管理。（4）架设附加的屏蔽导线。（5）增加绝缘水平。（6）增加维护和巡视的频度。2/19/2024207电能质量控制技术2、缩短故障清除时间

缩短故障清除时间虽然不能减少电压暂降发生的次数，但却能明显地减少电压暂降的深度及持续时间。采用固态开关。GTO：负荷开关SCR：断路器原理：过流时，GTO立即关断，电流经电抗器限流后流经SCR，在第一个过0点关断，速度快2/19/2024217电能质量控制技术3、改变供电方式在灵敏负荷附近装设1台电源。采用母线分段或多设配电站的方法来限制同一回供电母线上的馈线数。在系统中的关键位置安装限流线圈，以增加与故障点间的电气距离。对于高敏感负荷，可以考虑由两个或更多电源供电。4、安装缓解设备UPS、DVR5、提高用电设备的抗扰能力2/19/2024227电能质量控制技术1、多电源供电方式的采用因为： 母线2的电压基本不受母线1上故障线路的影响2、母线分段并增设电抗器 采用母线分段来限制同一回供电母线的馈线数，并在系统中的关键位置安装限流线圈来增加与故障点间的电气距离，可有效提高敏感负荷在暂降发生时的电压幅度。

这种方法可能会使某些用户的电压暂降更加严重。

2/19/2024237电能质量控制技术三、配电系统与用户设备接口处的补偿措施 补偿技术最常用的手段是通过有功和无功的注入来补偿供电系统有功和