1、 電能質量的提高第一節 電能質量標準與頻率調整第二節 供電電壓偏差及其調節第三節 電壓波動和閃變及其降低第四節 公用電網諧波及其抑制第五節 三相電壓不平衡及其補償本章小結一、電能質量標準 電壓質量實際電壓與標稱電壓間在幅值、波形和相位上的偏差，反應供電企業向用戶供給的電力是否合格。 電流質量對用戶取用電流提出恒定頻率、正弦波形要求，并使電流波形與供電電壓同相位，保證系統高功率因數運行，有助于降低電能損耗。第一節 電能質量標準與頻率調整電能質量 電壓質量及供電可靠性 供電質量 用電質量 服務質量 電流質量 用戶義務 一般地，電能質量可以定義為：導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏

2、差，其內容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續性等。在現代電力系統中，電壓暫降和中斷已成為最重要的電能質量問題。現行七項電能質量國家標準：GB/T123252008電能質量 供電電壓偏差 GB/T123262008電能質量 電壓波動和閃變 GB/T145491993電能質量 公用電網諧波 GB/T 243372009電能質量 公用電網間諧波 GB/T155432008電能質量 三相電壓不平衡 GB/T159452008電能質量 電力系統頻率偏差GB/T184812001電能質量 暫時過電壓和瞬態過電壓。 二、電

3、力系統的頻率調整 電力系統頻率偏差電力系統頻率的實際值與標稱值之差。 電力系統頻率偏差主要反映發電有功功率和消耗的有功功率（包括負荷、廠用電以及電網中有功功率損耗）之間平衡關系。同時也反映頻率控制的技術水平。電網容量越大，負荷相對變化越小，則頻率控制越容易。 電力系統中的發電與用電設備只有在額定頻率附近運行時，才能發揮最好的功能。系統頻率過大的變動，對用戶和發電廠的運行都將產生不利的影響。 系統頻率變化對用戶的不利影響主要有三個方面：引起電動機轉速的變化。使電動機功率降低，傳動機械出力降低；影響電子設備的準確性和工作性能。 GB/T159452008電能質量 電力系統頻率偏差規定：電力系統正常

4、運行條件下頻率偏差限值為0.2Hz。當系統容量較小時，偏差限值可以放寬到0.5Hz。 電力系統頻率的變化主要是由有功負荷變化引起的。 根據負荷的變動進行電力系統的頻率調整，分為一次、二次、三次調整。 如果電力系統發生短路故障，或用電負荷突然大幅度增加時，電網頻率將顯著降低，致使電力系統不能正常運行，這時候也可以通過設置低頻減載裝置來使電力系統的頻率得到有效的恢復。一、電壓偏差的含義 產生電壓偏差的主要原因是正常的負荷電流或故障電流在系統各元件上流過時所產生的電壓損失所引起的。 實際電壓偏高或偏低，對運行中的電氣設備會造成不良的影響。 對照明燈：影響光源壽命或發光效率 對電動機：導致鐵芯或繞組發

5、熱 對其他電氣設備：使其運行性能發生變化 對電子設備：使電子元件特性改變 第二節 供電電壓偏差及其調節 電壓偏差是系統某點的實際運行電壓相對于系統標稱電壓的偏差相對值，以百分數表示，即renn%100UUUU二、變壓器對電壓偏差的影響 我國現行的有載調壓變壓器分接頭，110kV為81.25%（17個分接位置），35kV為32.5%（7個分接位置），10（6）kV為42.5%（9個分接位置）。 普通無勵磁調壓變壓器分接頭為22.5%（5個分接位置）或5%（3個分接位置），在投入運行前選擇一個合適的分接頭。201n2ntt2n%100U UUUUU 由于變壓器分接頭選擇而引入的電壓偏差量可按下式進

6、行計算： 變壓器一次側分接頭電壓 Ut（1t）U1n 變壓器二次側的空載電壓一次側分接頭所對應的電壓增減量 201nt2n(1) 100U UUU變壓器中的電壓損失按式計算： TTT2n%10PRQXUU22nT2n%100UUUU 當變壓器一次側分接頭所加電壓為額定電壓時,由變壓器本身所產生的總電壓偏差量為 變壓器負載時二次側電壓為： 20T21n2nt%100UUUUUU20T1n2nt2n%1001100UUUUUU201nTt2n(1) 100%U UUU UtT%UU三、電壓偏差的計算GABCUA%UT%DUD%-2-6-40246UA%UW1%UW2%U%UW1%UT%UD%UW

7、2%指定地點E的電壓偏差可由下式計算: E%UUU 四、電壓偏差限值及調節 GB123252008電能質量 供電電壓允許偏差中規定，供電部門與用戶的產權分界處或供用電協議規定的電能計量點的供電電壓偏差限值為： 35kV及以上供電電壓：電壓正、負偏差絕對值之和為10%； 20kV及以下三相供電電壓偏差：7%； 220V單相供電電壓偏差：+7%，10%。（一）電壓偏差限值用電設備端子電壓偏差限值表 （二）電壓調節的方式 對中樞點的電壓進行監視和調節。 調壓方式：常調壓：不管中樞點的負荷怎樣變動，都要保持中樞點的電壓偏差為恒定值；0 .3 8 k V21Ul2% = 66 1 0 k V5 .5Ul

8、1% = 1 4a )最 大 負 荷 時最 小 負 荷 時UT% = 3+8.5+10.5= +10-1= +9= +10-30最大負荷最小負荷-6= +7+1.5-7b)10+7426-2-40-8-68Ut%-UT%Ut%-UT%U%+7108+1.5-6+3.50+9+7-5.5-70420-4-2-6-86c)U%逆調壓：在最大負荷時，升高母線電壓，在最小負荷時，降低母線電壓。（三）電壓調節的方法 對于電力用戶的供配電系統，電壓偏差調節主要以下兩方面入手。1. 減小線路電壓損失 2. 合理選擇變壓器的分接頭進行供配電系統設計時，應降低系統的阻抗(如增大導線或電纜的截面積；盡量使高壓線路

9、深入負荷中心，減少低壓配電距離；采用多回路并聯供電等） 采取無功功率補償等措施減少線路電壓損失，縮小電壓偏差的范圍。宜使系統三相負荷平衡，減少中性點電位偏移產生的電壓偏差。 合理選擇無勵磁調壓變壓器的電壓分接頭或采用有載調壓變壓器可將供配電系統的電壓調整在合理的水平上，但這只能改變電壓水平而不能縮小偏差范圍。 一、基本概念第三節 電壓波動和閃變及其降低 （一）電壓波動 電壓波動指系統電壓方均根值（有效值）一系列的變動或連續的改變。電壓波動用電壓變動值d和電壓變動頻度r來綜合衡量。 電壓變動d指電壓方均根值曲線上相鄰兩個極值電壓之差，以系統標稱電壓的百分數表示。即n100%UdU 電壓變動頻度r

10、指單位時間內電壓變動的次數（電壓由大到小或由小到大各算一次變動）。不同方向的若干次變動，如間隔時間小于30ms，則算一次變動。 波動負荷指生產（或運行）過程中周期性或非周期性地從供電網中取用變動功率的負荷。例如：煉鋼電弧爐、軋鋼機、電弧焊機等。 波動負荷在系統阻抗上引起電壓降的波動，導致系統公共連接點的電壓出現波動現象。當負荷波動時，系統阻抗越大（或短路容量越小），則其所導致的電壓波動越大，這決定于供電系統的容量，供電電壓，用戶負荷位置、類型、大功率用電設備的起動頻度等。 電壓波動的危害表現在：照明燈光閃爍引起人的視覺不適和疲勞，影響工效；可使電子設備和電子計算機無法正常工作；電動機轉速不均勻

11、，影響電機壽命和產品質量；影響對電壓波動較敏感的工藝或試驗結果。電壓波動是由波動負荷所引起的。（二）閃變 閃變指電壓波動引起燈光照度不穩定造成的視（覺）感（受）。 短時間閃變值 基本記錄周期為10min 長時間閃變值 基本記錄周期為2h 一般采用閃變儀（一種測量閃變的專用儀器）進行測量。 （三）電壓變動和閃變的限值按GB/T123262008電能質量 電壓波動和閃變規定 任何一個波動負荷用戶在電力系統公共連接點產生的電壓變動，其限值和電壓變動頻度、電壓等級有關。 二、電壓波動的測量和估算 當電壓變動頻度較低且具有周期性時，可通過電壓方均根值曲線U(t)的測量，對電壓波動進行評估。單次電壓變動可

12、通過系統和負荷參數進行估算。當已知三相負荷的有功功率和無功功率的變化量時 LiLi2n100%RPXQdU在高壓電網中，一般LLXR遠大于，則ik100%QdS在無功功率的變化量為主要成分時（例如大容量電動機起動） ik100%SdS三、電壓波動和閃變的降低1.采用合理的接線方式如對波動負荷采用專線供電；與其它負荷共用配電線路時，降低配電線路阻抗；較大功率的波動負荷或波動負荷群與對電壓波動、閃變敏感的負荷分別由不同的變壓器供電；對于大功率電弧爐的爐用變壓器由短路容量較大的電網供電等。 2.采用靜止無功補償器 靜止無功補償器（SVC）是無功功率快速補償的新技術，可以減少無功功率沖擊引起的電壓變動

13、。 靜止無功補償器由特殊電抗器和電容器組成，有的是兩者之一為可控的，有的是兩者都是可控的，是一種并聯聯接的無功功率發生器和吸收器。 FC-TCR補償器的原理接線圖 TSC-TCR的原理接線圖 近年來，電力系統中主要應用的靜止補償器有自飽和電抗器型（SR）和可控硅控制電抗器型（TCR）兩種。其中，可控硅控制的并聯靜止補償器，又分為兩種類型：固定聯接電容器（FC）加可控硅控制的電抗器（FC-TCR）和可控硅開關操作的電容器（TSC）加可控硅控制的電抗器（TSC-TCR）。自飽和電抗器型的原理接線圖3.采用動態電壓調節裝置 動態電壓調節裝置（DVR），也稱作動態電壓恢復裝置，是一種基于柔性交流輸電技

14、術（FACTS）原理的新型電能質量調節裝置，主要用于補償供電電網產生的電壓跌落，閃變和諧波等，有效抑制電網電壓波動對敏感負載的影響，從而保證電網的供電質量。 串聯型動態電壓調節器是配電網絡電能質量控制調節設備中的代表。DVR裝置串聯在系統與敏感負荷之間，當供電電壓波形發生畸變時，DVR裝置迅速輸出補償電壓，使合成的電壓動態維持恒定，保證敏感負荷感受不到系統電壓波動，確保對敏感負荷的供電質量。四、電動機起動時的電壓下降 電動機起動時，在其供電端子處及配電系統中要引起電壓下降。 電動機起動時，配電母線上的電壓應符合下列規定：在一般情況下，電動機頻繁起動時不宜低于系統標稱電壓的90%；電動機不頻繁起

15、動時，不宜低于標稱電壓的85%。配電母線上未接照明或其他對電壓波動較敏感的負荷，且電動機不頻繁起動時，不應低于標稱電壓的80%。配電母線上未接其他用電設備時，可按保證電動機起動轉矩的條件決定；對于低壓電動機，尚應保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。電動機全壓起動供電系統示意圖 stWP2stMW11SXSU起動回路的額定輸入容量 配電母線短路容量 rTkWrTTkSSSxS電動機起動時配電母線電壓下降為 kWcstWWkWBcstSQuuSQS電動機起動時其電源端子處電壓下降為 ststMstWstMSuuS一、諧波的產生與危害第四節 公用電網諧波及其抑制 諧波分量一個非正弦周期電氣量的傅立葉

16、級數式中階次大于1的分量，其頻率為基波（周期量的傅立葉級數的一次分量）頻率的整倍數，也稱為高次諧波。 隨著現代工業的高速發展，電力系統的非線性負荷日益增多。非線性負荷產生的諧波電流注入到電網，使公用電網的電壓波形產生畸變。 電網的諧波污染所產生的后果較為嚴重： 繼電保護和自動裝置產生誤動或拒動、電氣設備產生附加損耗和發熱、諧波電流在電網中而增加損耗、電網中諧波對周圍的通信系統產生干擾、諧波使電網中廣泛使用的各種儀表產生附加誤差、增加了電網中發生諧波諧振的可能 。二、諧波評價與限值 電網中諧波的嚴重程度按GB/T145491993電能質量 公用電網諧波規定，通常用單次諧波含有率和總諧波畸變率來表

17、示。 1100%hhUHRUU1100%hhIHRII2H2()hhUU2H2()hhII電壓/電流諧波總含量 第h次諧波電壓/電流含有率 電壓/電流總諧波畸變率 Hu1100%UTHDUHi1100%ITHDI表10-6 公共電網諧波電壓（相電壓）限值表10-7 注入公共連接點的諧波電流限值根據GB/T14549-1993規定 三、并聯電容器對諧波的放大作用 在供配電系統中，并聯電容器作為無功補償設備已得到了廣泛的應用。系統中的電容器，一方面由于其諧波阻抗小，系統高次諧波電壓會在其中產生明顯的高次諧波電流，使電容器過熱，嚴重影響其使用壽命；同時電容器的切入使用也可能引起系統諧波嚴重放大。XC

18、.h=1/（h0C） 電容器第h次諧波電抗 第h次諧波電壓在電容器中產生的諧波電流IC.h=Uh/XC.hUhh0C諧波嚴重放大CLR2min(1.31.5)XXh 對于整流裝置，hmin=5，可取XLR=(56)% XC ，對于含有三次諧波的系統，可取XLR=(1213)% XC 。 在含有諧波的供配電系統中，應注意適當選擇其電容器的參數，防止其出現過電流和過電壓，同時兼顧無功補償的要求和消除諧波放大，可在電容器支路串聯電抗器，通過選擇電抗器值使電容器回路在最低次諧波頻率下呈現出感性，就可消除諧波的放大現象。電抗器的電感量： 四、諧波的抑制1.減少大功率靜止變流器產生的諧波提高整流變壓器二次

19、側的相數和增加變流器的脈動數。多臺相數相同的整流裝置，使整流變壓器的二次側有適當的相角差。2.裝設無源電力諧波濾波器R( a )C2R3RLC( c )( b )L2R2( d )RL1C1RLCC( e )( f )LRC2C1LC2RC1二二階階高高通通濾濾波波器器 單單調調諧諧濾濾波波器器 雙雙調調諧諧濾濾波波器器 一一階階高高通通濾濾波波器器 三三階階高高通通濾濾波波器器 C C形形高高通通濾濾波波器器 3.裝設有源電力濾波器iSGiFLiL系 統 電 源有 源 濾 波 器負 荷 諧 波 源A P F 有源電力濾波器分并聯型和串聯型兩種，實際應用中多為并聯型。 并聯型有源電力濾波器是一

20、種向電網注入補償諧波電流，以抵消負荷所產生的諧波電流的濾波裝置，其主要電路由靜態功率變流器（逆變器）構成，故具有半導體功率變流器的高可控性和快速響應性。 FS(d )(c )(b )(a )HLttttiiii諧波電流的補償諧波電流的補償 五、公用電網間諧波簡介 間諧波分量指對周期性交流量進行傅立葉級數分解，得到頻率不等于基波頻率整數倍的分量。常見的間諧波干擾源主要有：變流裝置 、交流電弧爐 、通斷控制的電氣設備。 間諧波具有諧波引起的所有危害。一般來說其危害主要表現在：產生閃變；導致顯示器閃爍；造成濾波器諧振、過負荷；引起通訊干擾；引起電動機發電機附加力矩；引起過零點監測誤差；引起感應線圈噪

21、聲；影響脈沖接收器正常工作。 我國根據IEC相關標準發布的國家標準GB/243372009電能質量 公用電網間諧波已于2010年6月1日開始實施。該規定對間諧波的含量、測量方法和測量儀器的精度做了相關規定。一、基本概念第五節 三相電壓不平衡及其補償 電力系統正常運行時三相電路經常出現一些不平衡狀態，這是由于三相負荷的不平衡以及電力系統元件參數三相不對稱所致。這類不平衡有別于不對稱故障狀態。 電壓不平衡指三相電壓在幅值上不同或相位差不是1200，或兼而有之。 在電力系統中，三相電壓不平衡會造成許多危害： 使電機附加發熱并引起附加振動；引起以負序分量為啟動元件的多種保護發生誤動作；使換流設備產生附加的諧波電流；變壓器的三相負荷不平衡不僅使負荷較大的一相線圈絕緣過熱，還會由于磁路不平衡，造成附加損耗；在低壓配電線路中，會引起照明燈的壽命縮短、電視機的損壞、中性線過載等；對于供配電系統，負荷不平衡時，將引起線損及