电能质量背景知识

关于电能质量背景知识什么是电能质量定义：描述电力系统或供电系统性能的测量方法的总称。

由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。电能质量主要参数（指标）：电压偏差；频率偏差；功率因数低三相电压不平衡度；谐波（波形畸变）；电压波动与闪变；暂时过电压与瞬态过电压。第2页,共32页，2024年2月25日，星期天电能质量问题的危害设备过热、烧毁（中性线、电机、变频器、变压器）电容器击穿计算机复位、保护装置误动作或设备工作异常功率因数下降，无功功率增加，付出更多的电费第3页,共32页，2024年2月25日，星期天基本概念

与

术语瞬态：半个周波（10ms)以内暂态：从10ms到1min稳态：1min以上瞬变----瞬态概念骤升，骤降----暂态概念过电压，低电压，电压中断----稳态概念电压波动闪变谐波第4页,共32页，2024年2月25日，星期天类别频谱条件持续时间电压大小脉冲纳秒5nsrise<50ns微秒1μsrise50ns~1ms毫秒0.1msrise>1ms振荡低频<5KHZ0.3~50ms0~4pu中频5~500KHZ20μs0~8pu高频0.5~5MHZ5μs0~4pu电压的短暂变化第5页,共32页，2024年2月25日，星期天类别持续时间电压大小瞬时下陷0.5－30周0.1－0.9pu上升0.5－30周1.1－1.8pu暂时中断0.5周－3s<0.1pu下陷30周－3s0.1－0.9pu上升30周－3s1.1－1.8pu短时中断3s－1min<0.1pu下陷3s－1min0.1－0.9pu上升3s－1min1.1－1.8pu电压的短期变化第6页,共32页，2024年2月25日，星期天类别持续时间电压大小持续中断>1min0.0pu欠电压>1min0.8to0.9pu过电压>1min1.1to1.2pu电压的长期变化第7页,共32页，2024年2月25日，星期天计算机商用设备制造协会

CBEMA曲线商用设备所能承受的交流电压波动范围瞬变±130％骤升：＋106％～130％骤降：0～

－90%过压+106％欠压-90%中断-60％第8页,共32页，2024年2月25日，星期天电压波动造成的危害IT设备 当电压波动超过40％，持续时间超过12个周波（0.24s）时，导致数据丢失。PLC（可编程控制器）：早期的产品，电压低于10％时，可工作15个周波（0.3s）；电压低于(50～60)％时，停止工作；数控设备： 为保证产品质量和安全，工作电压波动范围一般为10％，当电压低于此值、持续时间超过2～3个周波（0.04～0.06s）时，保护性停机。变频调速 当低于额定电压70％，持续时间超过6个周波(0.12s)时停机。精细加工业中的电机，电压波动10％、持续时间超过3个周波时，停机。电机 当电压波动超过（50－30）％、持续时间超过1个周波，控制开关就会跳闸。第9页,共32页，2024年2月25日，星期天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第10页,共32页，2024年2月25日，星期天典型谐波产生源电子开关型: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、交流电弧焊机第11页,共32页，2024年2月25日，星期天非正弦（余弦）波形的分析非正弦波信号通过傅立叶分析，可分解为多个不同频率的正弦波叠加3次谐波叠加29次谐波叠加第12页,共32页，2024年2月25日，星期天非正弦波信号通过傅立叶分析，可分解为多个不同频率的正弦波叠加非正弦（余弦）波形的分析第13页,共32页，2024年2月25日，星期天谐波种类偶次谐波:2nd,4th,6th,8th…奇次谐波:3rd,5th,7th,11th…正序谐波:(3n+1)4th,7th,10th…负序谐波:(3n-1)2nd,5th,8th…零序谐波:(3n)3rd,6th,9th…电压谐波总畸变率(失真率):V(THD)第14页,共32页，2024年2月25日，星期天谐波的危害设备过热、中性线电流大、断路器动作；功率因数下降，电费增加；供电波形产生畸变，精密设备工作异常；测试计量器具显示不准；干扰通信系统第15页,共32页，2024年2月25日，星期天功率因数相移功率因数（DPF）:

不考虑谐波的影响，电流与电压相位差的余弦值（cosφ）jφIUUI功率因数（PF）：有功功率与视在功率的比值。与相移和谐波相关。功率因数低，意味着付出更多电费。第16页,共32页，2024年2月25日，星期天谐波造成PF降低的数学原理三角函数的正交特性两个不同三角函数乘积，在周期内的积分等于0；两个相同三角函数乘积，在周期内的积分不等于0；结论：只有同频（同相）的电压、电流相乘，才产生有功功率。第17页,共32页，2024年2月25日，星期天谐波降低PF实例负载电流中含有3次、5次等谐波成分，负载的输入电压为标准正弦波，根据三角函数的正交特性，当计算负载上的功率时，，，……即：高次谐波的有功功率为0。谐波含量越高，功率因数越低。第18页,共32页，2024年2月25日，星期天谐波造成波形畸变基波与2次谐波无相差叠加基波与2次谐波有相差叠加基波与3次谐波无相差叠加基波与3次谐波有相差叠加第19页,共32页，2024年2月25日，星期天GB/T15945—95电能质量电力系统频率允许偏差；GB12325—90电能质量供电电压允许偏差；GB/T14549—93电能质量公用电网谐波；GB12326—2000电能质量电压允许波动和闪变；GB/T15543—95电能质量三相电压允许不平衡度；GB/T18481—2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压；GB17625.1—1998低压电气及电子设备谐波电流限值；IEEE标准1159—1995EN50160电能质量标准第20页,共32页，2024年2月25日，星期天电能质量国标摘要1《GB/T15945—95电能质量电力系统频率允许偏差》一般不得超过±0.2Hz，最大可放宽至±0.5Hz《GB12325—90电能质量供电电压允许偏差》10KV以下三相电压允许偏差为±7％220V单相电压允许偏差为＋7％－10％《GB/T14549—93电能质量公用电网谐波》380V系统电压总谐波畸变率小于5.0％，奇次谐波电压含有率小于4.0％，偶次谐波电压含有率小于2.0%《GB/T15543—95电能质量三相电压允许不平衡度》公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不超过4％，接于公共接点的每个用户所引起的不平衡度允许值为1.3％第21页,共32页，2024年2月25日，星期天电能质量国标摘要2《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-93电网标称电压KV电压总谐波畸变率%各次谐波电压含有率：%奇次（3、5、7、9、11...)偶次(2、4、6、8、10...)0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8第22页,共32页，2024年2月25日，星期天电能质量国标摘要3《电压变动和闪变的限值GB12326—2000》电压等级LVMVHVPSt1.00.9(1.0)0.8PLt0.80.7(0.8)0.6注:PSt测量周期为10min,PLt测量周期为2h;MV括号中值仅适用于pcc连接的所有用户为同电压等级的用户场合。电压变动限值(%)r,h-1LV、MVHVr≤1431＜r≤1032.510＜r≤10021.5100＜r≤10001.251第23页,共32页，2024年2月25日，星期天谁会在意电能质量供电局制造业动力部门过程工业（冶金，石化）数据中心，运维部门军队工业&政府事业集成商电能治理公司第24页,共32页，2024年2月25日，星期天客户行业：电力客户名称：朔州供电局部门：生计科面临问题：生计科总体负责电能质量问题，承担着下属二十多所变电站电能质量的巡检任务。购买电能质量分析仪用于变电站PT(100V),CT(5A)输出端的电能质量定期巡检。案例1：朔州供电局第25页,共32页，2024年2月25日，星期天客户行业：电力客户名称：包头供电局部门：营销用电监察科面临问题1.变电站PT(100V),CT(5A)输出端电能质量需要定期巡检。2.由于电能质量问题，与部分大客户端产生纠纷，需判定责任。

案例2：包头供电局第26页,共32页，2024年2月25日，星期天客户行业：制造业客户名称：和舰科技（苏州）有限公司部门：厂务部面临问题晶圆生产厂商，有两条电力进线，其中一条的功率因数0.93，工程师希望能查找出原因。由于经常有设备发生改变，工程师希望通过定时地进行监测谐波等参数的变化趋势，及时督促相关部门整改。原有的台式电能质量分析仪现场使用不便，也不直观。

案例3：和舰科技第27页,共32页，2024年2月25日，星期天客户行业：制造业客户名称：北京巴可利亚德电子科技有限公司部门：售后工程部面临问题生产的全彩LED显示器，在工厂检测无缺陷，但在个别用户侧实际使用中频繁出现故障。用户投诉，影响到销售。设备安装前，用分析仪对电能质量进行监测分析。如有电能质量问题，先建议用户采取措施改善电能质量，杜绝了由于用户电能质量问题所产生的产品投诉，提高了该公司产品的认知度，为后续销售打下基础。案例4：北京巴可利亚德电子科技公司第28页,共32页，2024年2月25日，星期天客户行业：制造业子行业：电气设备、电源制造企业客户名称：中科院北京科诺伟业科技有限公司部门：质检部面临问题生产220VUPS，客户抱怨一些控制系统因UPS输出信号中的谐波及电压不稳导致设备损坏，还有客户反映产品的功率达不到要求。通过电能分析，及时得到产品的全面电能质量数据，消除客户对产品技术和质量的怀疑。案例5：中科院科诺伟业公司第29页,共32页，2024年2月25日，星期天客户行业：制造业子行业：烟草制造企业客户名称：上海烟草（集团）公司部门：设备科面临问题生产线大量使用变频调速设备和电机，造成对企业内部的谐波污染和电能质量危害。用户希望掌握全厂的动力系统的电能质量参数，从而为谐波治理及监控供电状况提供有力的数据支持。为企业节省大量的费用，避免生产安全隐患。案例6：上海烟草集团第30页,共32页，2024年2月25日，