1、電能質量分析與控制.目錄電能質量概述傳統電能質量分析與改善措施電壓動搖與閃變.第一章 電能質量概論 電能既是一種經濟適用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉換的能源方式，又是一種由電力部門向電力用戶提供，并由供、用雙方共同保證質量的特殊產品。.第一節 概述 人們首先把電力系統運轉中電壓和頻率偏離標稱值的多少作為檢驗電能質量的主要目的。 如何深化了解現代電能質量問題，如何把提高電能質量與加強競爭認識、電力市場占有率聯絡起來，如何從技術、經濟和運轉管理等方面加大力度，保證優質供電，以最小程度減少對現代工業企業和重要電力用戶的影響，既是電力用戶需求和電力系統運轉給我們提出的新義務，也是信息時代給我們提出的

2、新挑戰。.一、供電系統運轉與電能質量的關系 1.電能質量的根本要求 為保證電能平安經濟地保送、分配和運用，理想供電系統的運轉應具有如下根本特性： 1以單一恒定的電網標稱頻率50Hz或60Hz，我國采用50Hz、規定的假設干電壓等級如配電系統普通為110kV, 35kV, 10kV,380V/220V和以正弦函數波形變化的交流電向用戶供電，并且這些運轉參數不受用電負荷特性的影響。 . 2一直堅持三相交流電壓和負荷電流的平衡。用電設備汲取電能該當保證最大傳輸效率，即到達單位功率因數，同時各用電負荷之間互不干擾。 3電能的供應充足，即向電力用戶的供電不中斷，一直保證電氣設備的正常任務與運轉，并且每時

3、每刻系統中的功率供需都是平衡的。 一、供電系統運轉與電能質量的關系.一、供電系統運轉與電能質量的關系 上述理想供電系統的根本特性構成了供電運轉對電能質量的根本要求，假設將其概括描畫可如圖1-1所示。 上圖中三個根本集合的交集之內確定了合格電能質量的目的要求，是我們將要論述的供電系統電能質量的三個根本要素。圖1-1表示性地闡明，這三項質量目的相互間存在著嚴密的依存和制約關系。.一、供電系統運轉與電能質量的關系 2.電能質量的特征 電能，或稱之為電產品，除了具有其他工業產品的根本特征之外，由于其產品方式單一，而且其消費、保送與耗費的全過程獨具特征，因此在引起電能質量問題的緣由上、在劣質電能的影響與

4、評價等方面與普通產品的質量問題不同，具有以下顯著特點：.一、供電系統運轉與電能質量的關系1電力系統的電能質量一直處在動態變化中。2電力系統是一個整體,其電能質量情況相互影響。電能不易儲存，其消費、保送、分配和轉換直至耗費幾乎是同時進展的。3電能質量擾動具有潛在危害性與廣泛傳播性。4有些情況下用戶是保證電能質量的主體部分。5對電力系統的電能質量目的進展綜合評價非常困難。 6控制和管理電力系統電能質量是一項系統工程。.二、當代電力系統對電能質量的要求 隨著時代提高與科技的飛速開展，現代電網與負荷構成出現了新的變化趨勢，由此帶來的電能質量問題越來越引起電力部門和電力用戶的高度注重。電網與負荷構成出現

5、的變化趨勢主要表如今： .二、當代電力系統對電能質量的要求1電力系統擴張與聯網逐漸構成，系統運轉的平安穩定性和可靠性要求不斷提高。2在保證電力系一致定的自然壟斷特性的條件下，引進競爭機制，實施電力市場化營運，強化環境維護認識與提高信息管理程度曾經勢在必行。3當代電力系統與計算機技術和通訊技術的結合更加嚴密，采用高新技術如TCSC、FACTS、HVDC、Cus-Pow以提高電力傳輸才干.二、當代電力系統對電能質量的要求 和實現配電自動化的趨勢方興未艾。 4電力用戶為滿足其對產品的個性化、多樣性消費的需求，從最大經濟利益出發，在大功率沖擊性、非線性負荷容量迅速增長的同時，更大規模地采用科技含量高的

6、器件、設備與技術。 .二、當代電力系統對電能質量的要求 負荷敏感度：是指負荷對電能質量問題的敏感程度，即提供應負荷的電能質量不良時負荷能接受干擾仍正常任務的才干。 普通可將負荷分為三類：普通負荷Common Load、敏感負荷Sensitive Load和重要要求嚴厲的負荷Critical Load。.二、當代電力系統對電能質量的要求 電力系統的各個部分都是相互聯絡的，運用電雙方的相互影響越來越嚴密。因此，綜合協調處置電能質量問題至關重要。另外需求留意到，由于看問題的角度不同，在導致電能質量下降的緣由與責任上，供用電雙方往往存在很大的分歧。. 美國喬治動力公司曾組織和實施了一項對電力部門和電力

7、用戶關于電能質量問題原因的調查，其結果如圖1-2所示。據分析，雖然對電力市場的質量調查還存在分類方法上的不同，但是調查報告清楚地闡明，電力公司和電力用戶對引發電能質量問題的緣由的看法往往有很大的分歧，雖然雙方都把2/3的事件原因歸咎于自然要素如雷電等，但用戶依然以為電力部門在這方面的責任要比自我測評結果大得多。.二、當代電力系統對電能質量的要求.二、當代電力系統對電能質量的要求 綜上所述，現代電力系統構造與負荷構成的變化是工業消費不斷開展的必然結果，有利于電力用戶提高消費率和獲得更大的經濟效益；同時經過采用高效的電力負荷設備，大量節約電能和延緩用電的需求，從而節省電力建立所需的大量投資。.三、

8、改善電能質量的意義 電能作為人們廣泛運用的能源，其運用程度是一個國家開展程度和綜合國力的主要標志之一。時至今日，電力工業面向市場經濟，引進競爭機制，以求最小本錢與最大效益，電能質量的優劣曾經成為電力系統運轉與管理程度高低的重要標志，控制和改善電能質量也是保證電力系統本身可繼續開展的必要條件。.第二節 電能質量概念、定義及分類 電能質量術語:國際電氣電子工程室師協會IEEE規范化協調委員會已正式經過采用“Power Quality電能質量術語的決議。我國國家規范中已正式更名采用國際通用的英文稱號。.一 根本概念與定義 電能質量： 從普遍意義上講，電能質量是指優質供電。 電力部門能夠把電能質量定義

9、為電壓、頻率的合格率以及延續供電的年小時數，并且用統計數字來闡明電力系統是平安可靠運轉的。 電力用戶那么能夠把電能質量簡單定義為能否向設備提供了電力。.一 根本概念與定義 從工程適用角度出發，將電能質量概念進一步詳細分解并給出解釋。 電壓質量。 給出實踐電壓與理想電壓間的偏向，以反映供電部門向用戶分配的電力能否合格。電壓質量通常包括電壓偏向、電壓頻率偏向、電壓不平衡、電壓瞬變景象、電壓動搖與閃變、電壓暫降暫升與中斷、電壓諧波、電壓陷波、欠電壓、過電壓等。.一 根本概念與定義 電流質量。 電流質量與電壓質量親密相關。電流質量包括電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位超前或滯后、噪聲等。 供電質量。

10、它包括技術含義電壓質量和供電可靠性和非技術含義供電部門對用戶贊揚與埋怨的反響速度和電力價目的透明度等兩部分。 用電質量 。 它包括電流質量和非技術含義等，如用戶能否按時，如數交納電費等。.二 電能質量的分類1.電能質量的根本分類 對于電能質量景象可以根據不同根底來分類。以下引見了近幾年國際上在電能質量景象分類和特性描畫等方面獲得的研討成果。其中，在國際電工界有影響的IEC以電磁景象及互干擾的途徑和頻率特性為根底，引出了廣義的電磁擾動的根本想象分類，如表1-1所示。.二 電能質量的分類 . 表1-2給出了IEEE制定的電力系統電磁景象的特性參數及分類。它為我們提供了一個明晰描畫電能質量及電磁干擾

11、景象的適用工具。.2.變化型和事件型分類 按照電能質量擾動景象的兩個重要表現特征變化的延續性和事件的突發性為根底分成兩類。延續型 延續出現事件型 忽然發生圖1-3、圖1-4所示為供電電壓幅值的概率密度函數曲線和概率分布函數曲線。.第三節 電能質量景象描畫 本節中我們重點對表1-2中的七類景象作進一步描畫，以便讀者對電能質量涵蓋的內容有一個整體的了解。.一、瞬變景象 關于瞬變景象，IEEEStd100-1992有一個含義更寬、描畫更簡單的定義：變量的部分變化，且從一種穩態形狀過渡到另一種穩定形狀的過程中該變化逐漸消逝的景象。.瞬變景象的兩種普遍類型沖擊和振蕩1.沖擊性瞬變景象沖擊性瞬變是一種在穩

12、態條件下，電壓、電流非工頻的、單極性的忽然變化景象。最常見引發其的緣由 是雷電。如圖1-5 示。.2. 振蕩瞬變景象 振蕩瞬變是一種在穩態條件下，電壓、電流的非工頻、有正負極性的忽然變化景象。常用頻譜成分、繼續時間、和幅值大小來描畫其特性。其頻譜分為高、中、低頻，如表1-2所示。高頻振蕩景象中頻振蕩景象低頻振蕩景象. 圖1-6為背靠背電容器增能引起的幾千赫電流振蕩波形。 . 低頻振蕩景象出如今輔助輸配電系統，最常見的是電容器組沖能。電壓振蕩頻率為300900赫，峰值可到達2.0p.u.。普通其典型值為1.31.5p.u.，繼續時間在0.53周波，詳細情況要根據系統的阻尼程度來確定參見圖1-7。

13、. 主頻低于300赫的振蕩在配電系統中也時有發生，通常是由鐵磁諧振和變壓器增能引起的，如圖1-8所示。.二、 短時間電壓變動 包括電壓暫降和短時間電壓中斷景象。 呵斥電壓變動的主要緣由是系統缺點、大容量負荷啟動或電網松散銜接的間歇性負荷運作。根據所在系統條件和缺點位置的不同，能夠引起暫時過電壓或電壓跌落，甚至使電壓完全損失。.二、 短時間電壓變動1.電壓中斷 當電壓降到0.1p.u.以下，且繼續時間不超越1min時，那么以為出現了電壓中斷景象。呵斥電壓中斷的景象。呵斥電壓中斷的緣由能夠是能夠是系統缺點、用電設備缺點或控制失靈等。 電壓中斷往往是以其幅值總是低于額定值百分數的繼續時間來量度的。.

14、 對于有些由于系統缺點呵斥的電壓中斷，在其出現之前，既在缺點發生至維護動作期間，能夠先出現電壓暫降，之后進入短期中斷，如圖1-9a所示。.2.電壓暫降“暫降是指工頻條件均發根值減小到0.10.9p.u.之間、繼續時間為0.5周波至1min的短時間電壓變動景象。暫降和驟降可以相互交換圖1-10為發生短路缺點引起的單相電壓暫降的變化波形。. 圖1-11為大型電機啟動對電壓的影響。 在啟動期間，感應電機將汲取6-10倍的額定電流。.3.電壓暫升“暫升的含義是指在工頻條件下，電壓均方根值上升到1.11.8p.u.之間、繼續時間為0.5周波到1min的電壓變動景象。例如，當單相對地發生缺點，非缺點相的電

15、壓能夠會短時上升。圖112給出可該情況下引起的電壓暫升的波形。.三 長時間電壓變動 長時間電壓變動是指，在工頻條件下電壓均方根值偏離額定值，并且繼續時間超越1min的電壓變動景象。 長時間電壓變動能夠時過電壓也能夠欠電壓。 過電壓 欠電壓 繼續中斷.四 電壓不平衡 電壓不平衡，時常定義為與三相電壓或電流的平均值的最大偏向，并且用該偏向與平均值的百分比表示。電壓不平衡也可利用對稱分量法來定義，即用幅負序或零序分量與正序分量的百分比加以衡量。圖113給出了采用上述兩種比值表示的某一民用潰電網一周內電壓不平衡趨勢。.五 波形畸變 波形畸變，是指電壓或電流波形偏離穩態工頻正弦波形的景象，可以用偏移頻譜

16、描畫其特征。波形畸變有五種主要類型，即直流偏置、諧波、間諧波、陷波、噪聲。 諧波畸變程度的描畫方法，通常器具有各次諧波分量幅值和和相位角的頻譜表示。圖114給出了典型變速驅動輸入電流波形和頻譜圖。. 圖115給出了延續直流式三相換流器的電壓陷波例子。. 六 電壓動搖 電壓動搖是指電壓包絡線有規那么的變化或一系列隨機電壓變動。通常，其幅值并未超越ANSI C84.11995規定的0.91.1p.u.范圍。IEC1000331994低壓供電系統電壓波形和閃變限值額定電流那么定義了多種類型的電壓動搖。.六 電壓動搖由電壓動搖產生閃變景象的例子示于圖116。.七 工頻變化把電力系統基波頻率偏離規定正常

17、值的景象定義為頻率變化。工頻頻率的值與向系統供應電能的發電機的轉子速度直接相關。現代互聯電力系統極少出現頻率大的動搖。有時人們會把陷波和頻率偏向弄錯。.第四節 電能質量規范簡介 從20世紀80年代初到2001年，國家技術監視局先后組織制定并公布了六項電能質量國家規范。如表13所示：.第三章 傳統電能質量分析與改善措施20世紀70年代以前，電力系統中運用電子計算 機進展控制的設備和電子安裝的數量不多，非 線性負荷和沖擊性負荷占系統總負荷的比例很 小，電力任務者關懷的電能質量問題主要局限 在電壓、頻率和延續供電方面。因此，電壓偏 差、頻率偏向、電壓三相不平衡和供電可靠性 構成了傳統電能質量的主要內

18、容。.第一節 概 述電力系統中的電氣設備是按額定電壓和額定頻 率設計、制造的。在額定電壓和額定頻率下運 行時，電氣設備的運轉性能最優、效率最高。 反之，電氣設備的運轉性能會減弱，效率下 降，嚴重時能夠使設備無法正常任務，甚至導 致設備絕緣損壞、燒毀或爆炸等，從而間接或 直接危害設備、人身及系統的平安。.第一節 概 述由此可見，系統電壓質量、頻率質量以及供電 可靠性的好壞對電氣設備的平安運轉與運用壽 命有著重要的影響，同時也直接關系到電力系 統本身的平安穩定和經濟運轉。保證系統頻率 和各點電壓偏向在允許的范圍之內，保證電壓 三相平衡以及提高系統的供電可靠性是電力 系統運轉的調整的根本義務。.第一

19、節 概 述本章主要引見了電壓偏向、頻率偏向、電壓三 相不平衡和供電可靠性的概念、產生的緣由、 相關的國家規范以及改善這些電能質量目的的常規方法。.第二節 供 電 電 壓 偏 差 電壓是電能質量的重要目的之一，其中電壓偏 差是衡量供電系統正常運轉與否的一項主要指 標。.一、電壓偏向的定義 供電系統在正常運轉方式下，某一節點的實踐電壓與系統標稱電壓(通常，電力系統的額定電壓采用標稱電壓去描畫，對電氣設備那么采用額定電壓的術語)之差對系統標稱電壓的百分數稱為該節點的電壓偏向。其數學表達式為 (3-1)式中 電壓偏向； 實踐電壓，kV； 系統標稱電壓，kV。 .一、電壓偏向的定義供電電壓正常運轉方式是

20、指系統中一切電氣元 件均按預定工況運轉。供電系統在正常運轉 時，負荷時辰發生著變化，系統的運轉方式也 經常改動，系統中各節點的電壓隨之發生改 變，會偏離系統電壓額定值。電壓的這種變化 是緩慢的，其每秒電壓變化率小于額定電壓的 1%。.一、電壓偏向的定義由第一章可知，電壓的均方根值偏離額定值的景象稱為電壓變動，所以電壓偏向屬于電壓變動的范疇。與同屬電壓變動范疇的過電壓和欠電壓相比，電壓偏向僅僅針對電力系統正常運轉形狀而言。過電壓和欠電壓既能夠出如今電力系統正常運轉方式，也能夠出如今電力系統非正常運轉方式，如缺點形狀等。電力系統不大于標稱電壓的10%。系統在非正常運轉方式下，由于缺點所引發的系統電

21、壓變動與缺點點間隔的遠近有很大關系。 .一、電壓偏向的定義此時，系統實踐電壓能夠嚴重偏離標稱值，也能夠偏離標稱值的幅度并不大。間隔越近，電壓低于標稱值越多。反之，間隔越遠，電壓低于標稱值越少。此時，電壓偏向強調的是實踐電壓偏離系統標稱電壓的數值，與偏向繼續的時間無關。而過電壓和欠電壓強調實踐電壓嚴重偏離標稱電壓，分別為高于標稱電壓的110%和維持在標稱電壓的10%90%，并且繼續時間超越1min。 .二、電壓偏向的限值普通而言,35kV以上供電電壓無直接用電設備,用電設備大多經過降壓變壓器接入供電系統,合理選擇降壓變壓器的分接頭位置可以起到一定的調壓作用。因此,目前我國對35kV及以下供電電壓

22、規定了允許電壓偏向,詳細情況如下：(1)35kV及以上供電電壓的正、負偏向的絕對值之和不超越標稱電壓的10%。如供電電壓上下偏向同號時(均為正或負),按較大的偏向絕對值作為衡量根據。(2)10kV及以下三相供電電壓允許偏向為標稱電壓的-7%、 +7% 。(3)220V單相供電電壓允許偏向為標稱電壓的+7%、-10%。.二、電壓偏向的限值我國的國家規范GB123251990對電壓偏向做出了詳盡規 定。.三、電壓偏向產生的緣由 電力系統中的負荷以及發電機組的出力隨時發 生變化，網絡構造隨著運轉方式的改動而改 變，系統缺點等要素都將引起電力系統功率的 不平衡。系統無功功率不平衡是引起系統電壓 偏離標

23、稱值的根本緣由。 .三、電壓偏向產生的緣由電力系統的無功功率平衡是指：在系統運轉中的任何時辰，無功電源供應的無功功率與系統需求的無功功率相等。系統無功功率不平衡意味著將有大量的無功功率流經供電線路和變壓器，由于線路和變壓器中存在阻抗，呵斥線路和變壓器首末端電壓出現差值。以供電線路為例來闡明無功功率與電壓損失的關系。圖3-1(a)是當不計線路分布電容影響時一條供電線路的等值電路。 .三、電壓偏向產生的緣由.三、電壓偏向產生的緣由設 ，負載的復功率為 (3-2) 所以 (3-3) .三、電壓偏向產生的緣由線路首末端電壓的相量差，即線路的電壓降 為 (3-4)將公式(3-3)代入式(3-4)，得 (

24、3-5) 記為 (3-6) .三、電壓偏向產生的緣由其中， 和 分別是電壓降 的縱分量和橫分量。其表達式分別為 (3-7) (3-8)規定電壓損失為線路首末端電壓的均方根值之差 ，即電壓損失為 (3-9). 普通，線路兩端電壓的相差角 較小，電壓降橫分量對電壓損失的影響可以忽略不計，把電壓降縱分量近似看作電壓損失，即 3-10 在110KV及以上電壓等級的輸電線路中， 由式3-10可知無功功率Q對電壓損失的影響遠大于有功功率P對電壓損失的影響。設圖3-1中母線1的電壓為標稱電壓，在圖示參考方向下，當無功功率Q0時，那么意味著母線2的無功功率缺乏，需求從系統吸收無功功率Q。三、電壓偏向產生的緣由

25、.由式3-10可知三、電壓偏向產生的緣由無功功率不平衡越嚴重，電壓偏向越大。電壓偏向為負；電壓偏向為正。. 供配電網絡構造的不合理也能導致電壓偏向。供配電線路保送間隔過長，保送容量過大，導致截面過小等要素都會加大線路的電壓損失，從而產生電壓偏向。從此，我國對不同電壓等級的供配線路規定了合理的保送間隔和保送容量，見表 3-1 。三、電壓偏向產生的緣由.表3-1 線路的保送間隔和保送容量.四、電壓偏向過大的危害 電壓偏向過大對寬廣用電設備以及電網的平安穩定和經濟運轉都會產生極大的危害。 1、對用電設備的危害 一切用戶的用電設備都是按照設備的額定電壓進展設計和制造的。當電壓偏離額定電壓較大時，用電設

26、備的運轉性能惡化，不僅運轉效率低，很能夠會由于過電壓或過電流而損壞。. 2、對電網的危害 輸電線路的保送功率受功率穩定極限的限制，而線路的靜態穩定功率極限近似與線路的電壓平方成正比。 系統運轉電壓偏低時 缺乏無功電源時 頻率穩定和電壓穩定破壞時 系統運轉電壓過高呵斥系統解列導致電壓解體也會要挾系統的平安運轉給消費生活到來損失四、電壓偏向過大的危害.五、改善電壓偏向的措施 電力系統分布廣，節點數目多。系統運轉時，電壓隨節點位置、負荷程度不斷發生變化。可以說，電壓程度的控制既有局域性，又有全局性；既于網絡規劃有關，又與運轉控制密不可分。保證電力系統各節點電壓正常程度的充分必要條件是系統具備充足的無

27、功功率電源，同時采取必要的調壓手段。. 現以圖3-2為例，闡明各種調壓措施所根據的根本原理。 為簡化起見，忽略系統各元件的對地電容，網絡阻抗已歸算至高壓側。 五、改善電壓偏向的措施.負荷接入點電壓可表示為 (3-11) 式中 歸算至高壓側網絡的電壓損失kV； 高壓側網絡標稱電壓，kV。五、改善電壓偏向的措施.五、改善電壓偏向的措施 公式3-11闡明:改動以下各量即可調整負荷接入節點的電壓UL。 1改動系統無功功率的分布； 2改動發電機端電壓US； 3改動變壓器變比K1，K2。 4改動輸電網絡的參數X。 下面從電力系統無功功率電源和調壓手段兩方面對電壓偏向的改善措施作詳細的引見。.一配置充足的無

28、功功率電源 電力系統中的無功功率損耗很大一部分是線路和變壓器中的無功功率損耗。由于高壓線路和變壓器的等值電抗遠大于等值電阻，變壓器的無功損耗也比有功損耗大得多，從而導致整個系統的無功損耗遠大于有功損耗。 系統運轉時僅靠發電機提供的無功功率遠遠不能滿足系統對無功功率的需求，因此必需裝設大量的無功補償設備。 電力系統的無功功率電源有同步發電機，同步伐相機，電容器，電抗器和靜止無功補償安裝SVC等。五、改善電壓偏向的措施. 1、同步發電機 發電機是電力系統中獨一的有功功率電源，同時也是最根本的無功功率電源。發電機調理無功功率的速度快且不需求額外投資，所以充分利用發電機改善系統無功功率的平衡是一種非常

29、經濟適用的調理手段，其缺陷是調理才干不大。 五、改善電壓偏向的措施.2、同步伐相機 同步伐相機本質上是不帶機械負載的同步電 動機。改動同步伐相機的勵磁，可以使同步伐相機 任務在過勵磁或欠勵磁形狀，從而發出或吸收無功功率。它是最早采用的無功調理設備之一。 同步伐相機的優點：有電壓支撐的作用、可迅速提高無功功率、可吸收多余的無功功率。 缺陷：本身設備的有功功率損耗大、維護復雜、投資大。所以它不是主要的無功功率調理設備。五、改善電壓偏向的措施.3、電容器 作為無功功率補償用的電容器以并聯的方式接入系統，其接線方式如圖3-3所示。 電容器只能輸出無功功率。其產生無功功率的大小可表示成 (3-12) 式

30、中， 為電力系統角頻率；C為電容器的電容值。五、改善電壓偏向的措施. 電容器具有有功功率損耗小、設計簡單、容量組合靈敏、平安可靠、運轉維護方便、投資省等優點。所以長期以來電容器不斷是電力系統優先采用的無功功率補償設備。但當系統電壓下降時，會導致電壓進一步降低；當系統電壓偏高時，系統電壓進一步升高。這種正反響的電壓調理特性不利于系統電壓的穩定，這是電容器調壓的缺陷。五、改善電壓偏向的措施. 此外，這種調壓是不延續的。常規電容器采用分組投切的方式，每投入或切除一組電容器，可分別使系統電壓跳變式升高或降低。因此，應綜合思索系統容量、電壓等級、負荷大小等要素，合理地選擇電容器的分組數及每組容量。五、改

31、善電壓偏向的措施.4、電抗器 線路的分布電容所產生的無功功率，與電壓的平方成正比，同時與線路的長度成正比。因此，長間隔、高電壓等級的線路產生的充電功率不容忽視。圖3-4是線路 形等值電路。五、改善電壓偏向的措施. 圖中電容代表線路的分布電容，每個電容的電納為整個線路等效電納B的一半，即為 。每個電容產生的充電功率為線路總充電功率 的一半，即等于 。當線路輕載或空載運轉時，線路電抗X中的無功損耗 很小，其數值能夠等于或小于線路的充電功率。這種情況下線路總的無功損耗 為零，甚至變負。五、改善電壓偏向的措施.高壓線路在輕載時，將會存在大量過剩的充電功率，從而使電壓升高。從表3-2可見，高壓線路輕載時

32、電壓搜升高景象非常嚴重，其升高幅度曾經大大超出了國家的有關規定。這對系統的平安運轉和用戶的正常消費構成了極大的要挾。五、改善電壓偏向的措施.5、靜止無功補償安裝和靜止無功發生安裝 基于電力電子半控器件無功補償安裝SVC和基于電力電子全控器件的靜止無功發生安裝SVG具有動態無功功率補償特性。與同步伐相機一樣，它們既可以向系統輸出無功功率，也可吸收系統的無功功率。其動態特性好，調壓速度快，調壓平滑，而且可實現分相無功補償，有功功率損耗也比較小。由于他們由靜止開關元件構成，所以運轉維護方便、可靠性較高。但這類設備價錢普遍較高，運轉閱歷較欠缺。五、改善電壓偏向的措施.二系統調壓手段 電力系統是個龐大的

33、系統，其中的負荷難以計數，無法對其中每個節點的電壓進展監視和調整。通常的做法是選擇一些關鍵性的母線作為電壓監視點。假設將這些母線的電壓偏向控制在允許范圍內，系統中的其他節點的電壓及負荷電壓就能根本滿足要求。這些電壓監視點稱為電壓中樞點。普通選擇系統內裝機容量較大的發電廠高壓母線，容量較大的變電所低壓母線，以及有大量地方負荷的發電機母線作為電壓中樞點。五、改善電壓偏向的措施.1、電壓偏向的調整方式中樞點的調壓方式分為三種： 逆調壓 順調壓 恒調壓目前中樞點常用的調壓方式是逆調壓。.2、電壓偏向的調整手段用發電機調壓：調理自動調理勵磁安裝改動變壓器變比調壓：即調理變比K (3-13) 普通電力變壓

34、器除分接頭外，還有2-4個附加分接頭。經過選擇分接頭，可使變壓器的變比發生改動。.改動線路參數調壓 1采用分裂導線。.2串聯電容器。接線圖見圖3-6.根據公式3-10線路的電壓損失為：.串聯電容補償線路電抗的程度可用補償度Kc來表示： (3-14) 式中 XL 線路電抗， ； XC 線路串聯電容容抗， 。 叫過補償，整個線路的等值阻抗呈現容性； 叫欠補償，整個線路的等值阻抗呈現感性； 叫完全補償，整個線路的等值阻抗呈現阻性；. 與裝設并聯電容器相比，串聯電容器補償法的調壓效果顯著，特別適宜于電壓動搖頻繁、負荷功率因數低的場所。 但采用串聯電容也會帶來一些新問題。 串聯電容與感應電動機有能夠發生

35、共振。 串聯電容與變壓器也能夠發生共振。.六、電壓偏向的監測與考核 電壓偏向的監測與考核是評價電力系統電壓質量的重要方法，其結果也是修定無功功率和電壓曲線、制定電網規劃和技術改造方案的根據。 電壓監測點的設置原那么是： 1與主網220KV及以上電力系統直接銜接的發電廠高壓母線。 2各級調度“界面處的330KV及以上變電所的一、二次母線，220KV變電所的二次母線或一次母線。.3一切變電所的10KV母線。4具有一定代表性的用戶電壓監測點宜采用這樣的選取原那么： 一切110KV及以上供電的用戶； 一切35KV專線供電的用戶； 其他35KV用戶和10KV用戶； 低壓0.4KV用戶。. 電壓監測的方法

36、是在電壓監測點安裝具有自動記錄和統計功能的“電壓監測儀。它能直接監測電壓的偏向，并能統計電壓合格率和電壓超限率。 (3-15) (3-16). 我國電力行業對電壓偏向的考核是指各供電企業的以下五類目的能否滿足供電企業平安文明消費達標和創一流規范。1A類電壓合格率城市變電所10母線電壓合格率；2B 類電壓合格率110KV及以上供電或3563KV專線供電用戶的電壓合格率；3C類電壓合格率其他高壓用戶的電壓合格率.4D類電壓合格率0.4KV用戶的電壓合格率比；5供電綜合電壓合格率計算式為 (3-17) 式中、和分別代表、和類電壓合格率。.表3-4 我國某大城市電網2002年供電電壓合格率統計表.第三

37、節 電力系統頻率偏向 頻率是電能質量最重要的目的之一。系統負荷特別是發電廠廠用電負荷對頻率的要求非常嚴厲。要保證用戶和發電廠的正常運轉就必需嚴厲控制系統頻率，使系統的頻率偏向控制在允許的范圍內。允許頻率偏向的大小不僅表達了電力系統運轉管理程度的高低，同時反映了一個國家工業興隆的程度。.一、頻率偏向的定義 根據工學實際，正弦量在單位時間內交變的次數稱為頻率，用f表示，單位為Hz。交變一次所需的時間稱為周期，用T表示，單位為s。頻率和周期互為倒數，即 f=1/T 3-18 交流電力系統是以單一恒定的標稱頻率、規定的幾種電壓等級和以正弦函數波形變化的交流電向用戶供電。交流電力系統的標稱頻率分為50H

38、z和60Hz兩種，我國采用50Hz標稱頻率工頻。. 不同標稱頻率的系統要實現互聯，必需經過變頻調速安裝才干實現并網。 一個常蓄結合式抽水蓄能電站的原理接線圖如圖3-7所示。圖中，G代表常規發電機組，其額定頻率為50Hz；G/M代表抽水蓄能機組，其任務頻率為30-80Hz。一、頻率偏向的定義.圖3-7常蓄結合式抽水蓄能電站的原理接線. 電力系統在正常運轉條件下，系統頻率的實踐值與標稱值之差稱為系統的頻率偏向，用公示表示為 3-19式中 頻率偏向，Hz； fre 實踐頻率，Hz； fN 系統標稱頻率，Hz。 頻率偏向屬于頻率變化范疇。電力系統的頻率變化是指基波頻率偏離規定正常值的景象。 一、頻率偏

39、向的定義.二、頻率偏向限值 我國國家規范GB/T15945-1995規定： 系統正常頻率偏向允許值為0.2Hz。 系統容量較小時，可放寬到0.5Hz。 用戶沖擊負荷引起的系統頻率變動普通不得超越0.2Hz 一些經濟興隆國家允許的系統頻率偏向為0.1Hz。 日本為0.08Hz。 估計經濟興隆國家的系統頻率允許偏向將到達0.05Hz.三、頻率偏向產生的緣由 當系統負荷功率總需求(包括電能傳輸環節的損耗)與系統電源的總供應相平衡時，才干維持所以發電機組轉速的恒定。但是，電力系統中的負荷以及發電機組的出力隨時都在變化。當發電機與負荷間出現有功功率不平衡時，系統頻率就會產生變動，出現頻率偏向。 系統頻率

40、上升，頻率偏向為正；反之亦成立。只需在發電機的總輸出有功功率等于系統負荷對有功功率總需求的時候，頻率偏向為零。 系統有功功率不平衡是產生頻率偏向的根本緣由.四、頻率偏向的危害1.系統頻率偏向過大對用電負荷的危害1產質量量沒有保證。工業企業2降低勞動消費率。影響所傳動機械的出力3使電子設備不能正常任務，甚至停頓運轉。2.系統頻率偏向過大對電力系統的危害1降低發電機組效率，引起頻率或電壓解體。2汽輪機在低頻下運轉時易產生葉片共振，呵斥葉片疲勞損傷和斷裂。.3處于低頻率電力系統中的異步電動機和變壓器其主磁通會添加，勵磁電流會隨之添加，系統所需無功功率大為添加，導致系統電壓程度降低，呵斥調壓困難。4無

41、功補償用電容器的補償容量與頻率成正比。5頻率偏向大使感應式電能表的計量誤差加大。四、頻率偏向的危害.五、電力系統頻率調整和控制 電力系統在正常運轉方式下，經過改動發電機的輸出功率使系統的頻率變動堅持在允許偏向范圍內的過程，稱為頻率調整。分為：一次調整、二次調整。一次調整： 利用發電機組的調速器，針對變化幅度小(0.1%0.5%)，變動周期短(10s)的頻率偏向。二次調整： 利用發電機組的調頻器，針對變化幅度大(0.5%1.5%)，變動周期 長(10s30s)的頻率偏向。.自動發電控制裝的調頻方式主要分為三類：恒定頻率控制FFC恒交換功率控制FTC聯絡線功率頻率偏向控制TBC2.電力系統頻率控制

42、電力系統在以下情況下能夠出現頻率異常：1缺點后系統失去大量電源，或系統解列2氣候變化或不測災禍使負荷發生突變3在電力供應缺乏的系統中缺乏有效的控制負荷手段。五、電力系統頻率調整和控制.4頂峰和低峰負荷期間，發電機出力的增減速度與負荷的增減速度不一致。5大型沖擊負荷呵斥的頻率動搖。系統頻率異常時普通采取以下頻率控制措施：1應具備足夠的負荷備用和事故備用容量；2在調度所或變電所裝設直接控制用戶負荷的安裝3在系統內安裝自動切除發電機等。五、電力系統頻率調整和控制.頻率調整和電壓調整的差別：1全系統頻率一樣，而系統中各節點的電壓卻不同2系統頻率質量主要由系統有功功率平衡情況決議，而系統電壓質量那么主要

43、由系統無功功率平衡情況決議。3調整頻率只需改動發電機組原動機功率這一獨一的措施，而調整電壓的措施卻很多。五、電力系統頻率調整和控制.第四節 電壓三相不平衡一、三相對稱與三相不平衡的概念 設三相系統的電流和電壓分別為3-203-21. 三相系統可分為對稱三相系統和不對稱三相系統。對稱三相系統是指三相電量數值相等、頻率一樣、相位互差120度的系統。不同時滿足這三個條件的三相系統是不對稱三相系統。第四節 電壓三相不平衡.換言之，式3-20和3-21所表示的系統假好像時滿足以下條件 (3-22 3-23那么該系統是對稱的，反之那么是不對稱的。第四節 電壓三相不平衡. 將式3-22、3-23代人式3-2

44、0和3-21同時選取A相電流為參考量，記及A相電壓超前于電流 電角度，即令 ，那么對稱三相系統可表示為 3-243-25第四節 電壓三相不平衡. 三相系統的對稱性還表現為：在恣意時辰，三相電量的瞬時值之和為零，用數學公式表示就 3-26 和 3-27 三相系統又可分為平衡三相系統和不平衡三相系統。在恣意時辰，三相瞬時總功率與時間無關，這樣的系統稱為平衡三相系統；在恣意時辰，三相瞬時總功率是時間的函數，這樣的系統稱為不平衡三相系統。第四節 電壓三相不平衡. 根據電工實際，系統在某一時間t吸收的總瞬時功率為三相瞬時功率之和，每一相的瞬時功率為同一時辰同相電壓和電流的乘積，即 3-28 式中 總瞬時

45、功率，MVA. PA、 PB、 PCA、B、C三相瞬時功率，MVA。第四節 電壓三相不平衡.將式3-20和3-21代人式3-28，經整理后得 3-28上式中第二個方括號與時間有關，普通來說，它不等于零。對于對稱三相系統，將式3-22和3-23代入3-28，并計及 得 3-29第四節 電壓三相不平衡. 式3-29闡明對稱三相系統在恣意時辰的總瞬時功率是常數，也就是說對稱三相系一致定也是平衡三相系統。對于三相系統，系統的不對稱直接導致不平衡，所以不對稱三相系統和不平衡三相系統在運用上不作嚴厲區分。 三相電壓不平衡度是電能質量的重要目的之一。.二、三相不平衡度的定義 根據對稱分量法，三相系統中的電量

46、可分解為正序分量、負序分量和零序分量三個對稱分量。電力系統在正常運轉方式下，電量的負序分量均方根值與正序分量均方根值之比定義為該電量的三相不平衡度，用符號表示，即 3-30 3-31.式中 三相電壓不平衡度和三相電流不平衡度 電壓正序、負序分量均方根值，；電流正序、負序分量均方根值，。 由式3-30和3-31可見，要計算三相系統的不平衡度，必需首先計算三相系統的正序和負序分量。但在實踐任務中，往往只知道三相電量的數值。在不含零序分量的三相系統中，只需知道三相電量a、b、c，即可由下式求出三相不平衡度：二、三相不平衡度的定義.工程上為了估算某個不對稱負荷的公共銜接點上呵斥的三相電壓不平衡度，可用

47、公式3-33進展近似計算。二、三相不平衡度的定義3-32式中. (3-33)式中 負荷電流的負序分量，A； 公共銜接點的線電壓均方根值，KV； 公共銜接點的三相短路容量，MVA。 式3-33只能用于間隔發電廠以及大型電機電氣間隔較遠的公共銜接點處三相電壓不平衡度的近似計算。二、三相不平衡度的定義. 在三相對稱系統中，由于在某一相上增設了單相負荷而引起的三相電壓不平衡度也可按下式估算 3-34式中 單相負荷容量，MVA； 計算點的三相短路容量，MVA。二、三相不平衡度的定義.三、三相不平衡度的限值 我國國家規范GB/T 15543-1995規定：電力系統公共銜接點正常電壓不平衡度允許值為2%，短

48、時不得超越4%；接于公共銜接點的每個用戶，引起該點正常電壓不平衡度允許值普通為1.3%。.四、三相不平衡產生的緣由 電力系統三相不平衡可以分為事故性不平衡和正常性不平衡兩大類。事故性不平衡由系統中各種非對稱性缺點引起。 電力系統在正常運轉方式下，供電環節的不平衡或用電環節的不平衡都將導致電力系統三相不平衡。 而供電系統的不平衡主要來自于供電線路的不平衡。.五、三相不平衡的危害系統處于三相不平衡運轉時，其電壓、電流中含大量負序分量。由于負序分量的存在，三相不平衡對電氣設備產生不良影響，詳細表現如下：1感應電動機。2變壓器。3換流器圖3-8。4繼電維護和自動安裝。5線損。6計算機。.六、改善三相不

49、平衡的措施P1=5MW，減小系統三相不平衡的常用方法有如下幾種：1將不對稱負荷合理分布于三相中，使各相負荷盡能夠平衡。設5個容量不等的單相負荷分別是P1=5MW，S2=15+j7MVA，S3=10+j2MVA，S4=20+j9MVA和S5=25+j8MVA。采用圖3-9a的接線方式時，三相負荷的有功功率均為25MVA，A、B兩相的無功功率同是9Mvar，與C相8Mvar的無功功率相差不大。在圖3-9b中，A相負荷為20+j7MVA，B相負荷為30j11MVA，C相負荷為25j8MVA。.顯然，采用圖3-9a所示的負荷分配方式采用圖3-9b所示的負荷分配方式更有利于系統三相平衡。六、改善三相不平

50、衡的措施P1=5MW，S2=15+j7MVA，S3=10+j2MVA，S4=20+j9MVA, S5=25+j8MVA。.2將不對稱負荷分散接于不同的供電點，減小集中銜接呵斥的不平衡度過大。3將不對稱負荷接于高一級電壓供電。4將不對稱負荷采用單獨的變壓器供電。5采用特殊接線的平衡變壓器供電。6加裝三相平衡安裝。實現三相平衡的原理如圖3-10所示。設ab間接有單相用電負載，見圖3-10a，其導納 。首先在該負載上并聯電納 ，使ab相等效負載呈電阻性，其等效導納 。六、改善三相不平衡的措施.然后在bc間接入容性電納 ，在ca間接入感性電納 ，如圖3-10b所示。 六、改善三相不平衡的措施.此時各相

51、電流為可見，三相負荷到達平衡。六、改善三相不平衡的措施.例3-1 額定電壓為380V的3臺單相負荷，其參數如下：負荷1：7.6KVA，負荷2：7.6KVA，負荷3：7.6KVA，試求方式1的接線時的三相電流不平衡度 。六、改善三相不平衡的措施.例3-1 額定電壓為380V的3臺單相負荷，其參數如下：負荷1：7.6KVA，負荷2：7.6KVA，負荷3：7.6KVA，試求不同接線方式時的三相電流不平衡度 。解：3個單相負荷共有6種不同的接線方式，如表3-5所示。以方式1為例，計算 。方式1的接線表示圖見圖3-11。 六、改善三相不平衡的措施. 3個負荷的等效阻抗分別為：六、改善三相不平衡的措施.設

52、 為參考相量，即令 ，那么 每個負荷上流過的額定電流為.根據基爾霍夫電流定律，線電流為由對稱分量法可求出線電流中正、負序分量分別為其中， 。.于是，三相電流不平衡度為同理，可計算出其他5種接線方式下的 ，見表3-5可以看出，采用方式5的接線方式時， 最小。.表3-5 6種不同接線方式下的 .第五節 供電中斷與中斷可靠性一、供電可靠性的常用目的供電系統供電可靠性用一系列目的加以衡量。這些供電可靠性目的按不同電壓等級分別計算，并分為主要目的和參考目的兩大類。1、供電可靠性主要目的1供電可靠率RS-1。 3-35.2用戶平均停電時間AIHC-1。 3-363用戶平均停電次數AITC-1 3-374用

53、戶平均缺點停電次數AFTC 3-38第五節 供電中斷與中斷可靠性.2、供電可靠性參考目的1用戶平均缺點停電時間 3-392缺點停電平均繼續時間 3-40第五節 供電中斷與中斷可靠性.3平均停電次數4缺點停電平均用戶數第五節 供電中斷與中斷可靠性.表3-6 供電可靠率和年平均停電時間的關系第五節 供電中斷與中斷可靠性.第五節 供電中斷與中斷可靠性. 上述供電可靠性目的中的停電指長時間供電中斷，即供電電壓幅值為零，且繼續時間超越5min或1min以上的景象。 按照供電中斷的性質劃分，供電中斷可以分為兩大類： 預安排供電中斷 缺點缺點供電中斷第五節 供電中斷與中斷可靠性.圖3-12 長時間供電中斷分

54、類第五節 供電中斷與中斷可靠性.二、供電中斷的危害 導致系統頻率解體和電壓解體 對國民經濟其他行業產生艱苦影響三、供電中斷產生的緣由即提高供電可靠性的措施1設備質量缺陷；2人員誤操作；3自然災禍；4繼電維護；5運轉管理程度低。第五節 供電中斷與中斷可靠性. 除針對上述緣由而采取的提高供電可靠性的措施以外，以下措施也有利于改善系統的供電可靠性。1加強網架構造，合理分布電源及無功補償設備。2采用自動化程度很高的系統。3各負荷的供電方式應根據負荷對供電可靠性的要求和地域供電條件確定。 1一級負荷應由兩個獨立電源供電。 2二級負荷應由兩回線路供電。 3三級負荷對供電方式無要求。第五節 供電中斷與中斷可

55、靠性.一 典型的電壓變動景象 為了對電力系統運轉過程中能夠出現的各種典型電壓變動分別予以分析，通常還會根據電壓變動的快慢，變動的大小，變動的頻次以及繼續時間的長短等特征做進一步的細化分類，常見的有以下五種：電壓偏向電壓動搖電壓暫升、暫降短時間電壓中斷長時間電壓中斷 .第四章 電壓動搖與閃變二、均方根值電壓的變動特性 一個理想的供電系統其三相交流電源對稱、電壓均方根值恒定，并且負荷特性與系統電壓程度無關。這就要求電力用戶的負荷分配三相平衡，并以恒定功率汲取電能，同時也要求公共銜接電的短路容量無窮大，系統的等值電抗為零。但實踐的供電電壓時辰都在變化。因此，凡不堅持電壓均方根值恒定不變的景象，實踐電

56、壓偏離系統標稱電壓的景象統稱為電壓變動。.在電學計算中，通常以電壓整周期的均方根值來衡量電壓的大小。在工程上當電壓均方根值出現變動情況時，普通可取半個周期均方根值來計算電壓。電壓均方根值的離散計算公式為N 一個周期內的采樣點數。 第k個點的電壓瞬時值(V). 在這里特別強調“均方根值電壓是由于在分析電壓質量時，有時要與瞬時值電壓超標的情況區別開來。電壓瞬時值的改動可以用以下表達式描畫 .電壓變動特性U(t)特性：沿基波半個周期及其整數倍求取的電壓均方根值隨時間變化的函數關系.圖4-1中電動機啟動終了后的穩定電壓均方根值與額定電壓之差的為穩態電壓變動值，啟動過程中相鄰兩點極值電壓之差為動態電壓的

57、變動值。均方根值電壓變動特性也可以用相對電壓變動特性d(t)來描畫，圖中縱坐標在電能質量規范中，通常以標稱電壓的現對百分數來表示電壓變動值，即 (4-3a).同理，將式中電壓變動量交換為上述定義的變動值，可以分別給出相對穩態電壓變動值 相對動態電壓變動值 相對最大電壓變動值 .均方根值電壓的變動是系統運轉中常出現的電壓質量景象。為此，國際電工委員會相關規范規定：在低壓民用電力網中，相對穩態電壓變動值應不超越3%；相對動態電壓變動值 超越3%的繼續時間不應超越200ms；相對最大電壓變動應不超越4%。 .引起電壓變動常見緣由動搖性負荷配電系統本身的無功功率補償設備投切控制，開關操作以及線路缺點等

58、許多要素有關。.第二節 電壓動搖一 電壓動搖的含義 電壓動搖定義為電壓均方根值一系列相對快速變動或延續改動的景象。其變化周期大于工頻周期。 配電系統中，這種電壓動搖景象有能夠多次出現，變化過程能夠是規那么的，不規那么的，亦或是隨機的。電壓動搖的圖形也是多種多樣的，如騰躍形，斜坡形或準穩態形等。為了便于對不同的電壓動搖過程采用不同的評價方法。.在電壓質量規范化任務中，將能夠出現的電壓動搖圖形整合為四種方式：.(1)圖 4-2(a)所示為周期性等幅矩形電壓動搖。例如，單一阻性負荷投切引起的電壓動搖。(2)圖 4-2(b)所示為一系列不規那么時間間隔階躍電壓動搖。其電壓動搖幅值能夠相等或不等，能夠為

59、正躍變。例如，多重負荷投切引起的電壓動搖。(3)圖 4-2(c)所示為非全躍式可明顯分別的電壓波.動。例如，非線性電阻負荷運轉引起的電壓動搖。(4)圖 4-2(d)所示為一系列隨機的或延續電壓動搖，例如循環的或隨機的功率動搖負荷引起的電壓動搖。在處置工程實踐問題時，上述電壓動搖圖形可以在處置工程實踐問題時，上述電壓動搖圖形可以由用電設備特性推演獲得，也可以利用專門的丈量儀器觀測到。.為了更詳細的描畫電壓動搖的特征，我們把一系列電壓動搖中的相鄰兩個極值之間的變化成為一次電壓動搖，其動搖大小可由式(4-3)計算得到。為了更籠統的了解電壓動搖的過程，實踐上可在動搖負荷的一個任務周期或規定的一段檢測時

60、間內，沿時間軸對被測電壓每半個周期求得一個均方根值并按時間軸順序陳列，即可籠統的看到延續的電壓動搖的包絡線圖形,稱為電壓均方根值曲.線U (t)，見圖4-3 (a)。當以系統標稱電壓的相對百分數表示時，電壓動搖隨時間變化的函數轉換為相對電壓的變動特性d (t)。假設將圖4-3 (a)中的包絡線提取出來，它將表示調幅波變化曲線，如圖4-3 (b)所示。 為了直觀了解電壓的波形變化，見圖4-4 (a)表示性地給出了被察看電壓瞬時值的包絡線圖形。為分析方便且又不失普通性，常籠統的將恒定不變的工頻電壓看作載波，將動搖電壓看作調幅波，見圖4-4 (b)中所示的虛線表示工頻載波電壓.峰值的平均電平線，假設