电能质量限值计算

1、第3章 供配电网电能质量限值计算 3.1供配电网电能质量限值的定义对供配电电网特定供电点的供电指标限值和用电质量指标限值称之为该供电点的电能质量限值。供配电网电能质量限值不包括设备定型试验时对无条件接入公用低压供电系统的设备的电磁兼容限值（谐波电流发射限值和电压波动和闪烁的限制）。供配电网供电质量指标限值包括供电电压偏差限值、电力系统频率偏差限值、三相电压不平衡度限值、电压波动和闪变限值、谐波电压限值、间谐波电压限值、电压暂降限值等。供配电网用电质量指标限值包括负序电流限值、波动负荷产生的电压闪变限值、谐波电流限值、单个用户引起的间谐波电压限值、功率因数限值、有功冲击限值等、。用电质量恶化是使

2、供电质量变差的主要因素，因此用户对电网电能质量的干扰水平常用用电质量指标衡量。3.2供配电网电能质量限值计算的必要性严格地控制用户或电力设备对电网的干扰水平和提高电网供电的电压质量需要较高的电网控制和管理成本，但是可以降低电网损耗，净化电网和电力设备的运行环境，使电网和电力设备更加安全高效运行，降低电力设备的设计制造费用。反之，如果放宽用户或电力设备对电网的干扰和降低电网供电的电压质量则会降低电网控制和管理成本，但是将使电网损耗增大，电网和电力设备运行环境恶化，增加电网和电力设备的运行故障，增大电力设备的设计制造难度和费用。为了协调维护电力公司、用户和电力设备制造商三者之间的利益，以在整体社会

3、成本最小的条件下，把电能质量控制在允许的范围内，需要一套统一而且完整的电能质量标准。电能质量限值计算实际上就是在相关各方的权利和利益平衡的基础上，按照标准为相关各方提供一个共同的遵守规范，进而在整个社会成本最小的条件下，通过相关各方的合作，在电力公司、电力用户和电力设备三者之间实现最大的兼容。3.3供配电网电能质量考核3.3.1公用电网公共连接点的电能质量考核（电网公司内部管理考核） （1）考核点公用电网公共连接点PCC,如图3.1中的A点。 （2）供电质量考核考核对象：电网公司；考核内容考核PCC的供电电压偏差、电力系统频率偏差、三相电压不平衡度、电压波动和闪变、谐波电压、间谐波电压是否在公

4、用电网电能质量标准规定的限值以内。 （3）用电质量考核考核对象：电网公司。考核内容：考核全部用户注入PCC的负序电流和谐波电流、波动负荷产生的电压波动与闪变是否在公用电网电能质量标准规定的限值以内，考核PCC的功率因数、有功冲击是否在企业标准或相关规定或供用电合同规定的限值以内。图3.1 电能质量考核点分布图（4）公用电网电能质量标准GB/T 14549 电能质量 公用电网谐波；GB/T 12325 电能质量 供电电压偏差；GB/T 15945 电能质量 电力系统频率偏差；GB/T 12326 电能质量 电压波动和闪变；GB/T 15543 电能质量 三相电压不平衡；GB/T 18481 电能

5、质量 暂时过电压和瞬态过电压；GB/T 24337 电能质量 公用电网间谐波。3.3.2公用电网单用户供电关口的电能质量考核（供用电双向考核） 单用户指接于公用电网供电母线上的单条线路供电的用户。（1）考核点公用电网单用户供电关口, 如图3.1中的B点。（2）供电质量考核同3.3.1（2）。（3）用电质量考核考核对象：接于公共供电母线的单个用户；考核内容考核单个用户注入PCC的负序电流和谐波电流、波动负荷产生的电压波动与闪变、单个用户在PCC点产生的间谐波电压是否在公用电网电能质量标准规定的限值以内，考核B点的功率因数、有功冲击是否在企业标准或相关规定或供用电合同规定的限值以内。3.3.3用户

6、供配电网内部公共连接点的电能质量考核（用户内部管理考核）（1）考核点用户供配电网内部公共连接点，如图3.1中的C点(高压或中压公共连接点)和E点（中压或低压公共连接点）。,（2）供电质量考核考核对象：用户供配电技术管理部门；考核内容 考核供电电压偏差、电力系统频率偏差、三相电压不平衡度、电压波动和闪变是否在公用电网电能质量标准规定的限值以内,考核间谐波电压是否在企业标准规定的限值以内，对于与高压或中压系统，考核谐波电压是否在电磁兼容限值标准规定的规划水平以内，对于低压系统，考核谐波电压是否在电磁兼容限值标准规定的电磁兼容水平以内。 （3）用电质量考核考核对象：用户供配电技术管理部门；考核内容全

7、部负荷注入对应的C点（和E点）的负序电流、波动负荷在对应的C点（和E点）产生的电压闪变限值是否在公用电网电能质量标准规定的限值以内，全部负荷注入对应的C点（或E点）的谐波电流是否在IEEE 519 Harmonic Limits规定的发射水平的指标限值以内，C点（和E点）的功率因数、有功冲击是否在企业标准或相关规定或供用电合同规定的限值以内。（4）电磁兼容限值标准GB17625.1 电磁兼容限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流16A）；GB17625.2 电磁兼容限值 对额定电流不大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限值；GB/Z17625.3 电磁兼容限值 对额定电流大

8、于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限值；GB/Z17625.4 电磁兼容限值 中高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估；GB/Z17625.5电磁兼容限值 中高压电力系统中波动负荷发射限值的评估；GB/Z17625.6 电磁兼容限值 对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的谐波电流的限值；3.3.4用户供配电网单负荷供电关口的电能质量考核（供用电双向考核）单负荷指接于用户供电母线上的单条线路供电的设备集成。（1）考核点用户供配电网单负荷供电关口，如图3.1中的D点（高压或中压单负荷供电关口）和F点（中压或低压单负荷供电关口）。 （2）供电质量考核考核对象用户供配电技术管

9、理部门；考核内容 考核供电电压偏差、电力系统频率偏差、三相电压不平衡度、电压波动和闪变、谐波电供电电压偏差、电力系统频率偏差、三相电压不平衡度、电压波动和闪变是否在公用电网电能质量标准规定的限值以内,考核间谐波电压是否在企业标准规定的限值以内，对于与高压电网，考核谐波电压是否在电磁兼容限值标准规定的规划水平以内，对于中低压电网，考核谐波电压是否在电磁兼容限值标准规定的电磁兼容水平以内，对于中低压电网，考核电压暂降是否在企业标准或相关规定或供用电合同规定的限值以内。（3）用电质量考核考核对象：单负荷；考核内容考核单个负荷注入C点（和F点）的负序电流、波动负荷产生的电压闪变限值是否在公用电网电能质

10、量标准规定的限值以内，单个负荷在C点（和F点）产生的间谐波电压限值是否在公用电网电能质量标准规定的限值以内，单个负荷注入对应的C点（或E点）的谐波电流是否在IEEE 519 Harmonic Limits规定的发射水平的指标限值以内，C点（和F点）功率因数、有功冲击是否在企业标准或相关规定或供用电合同规定的限值以内。3.4 供电电能质量限值计算包括供电电压偏差、电力系统频率偏差、三相电压不平衡度、电压波动和闪变、谐波电压、电压暂降的限值计算。3.4.1系统频率（1）频率偏差限值电力系统正常运行条件下频率偏差限值允许值为0.2Hz。当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到0.5Hz。（2）频率偏差的

11、测量采样信号：交流电压信号；测量周期：10s；采样频率：单通道不小于6.4；单次分析窗口宽度：4001000。（3）频率合格率的统计方法统计时间以s为单位，计算公式如下： （4）适用考核点：公用电网公共连接点、公用电网单用户供电关口、用户供配电网内部公共连接点、用户供配电网单负荷供电关口。3.4.2电压偏差（1） 电压偏差限值35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10。20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的7。220V单相供电电压偏差为标称电压的7，10。对供电点短路容量较小、供电距离较长以及对供电电压偏差有特殊要求的用户，由供、用电双方协商确定。（2）测量方法基本的测

12、量时间窗口：10周波。测量周期：1min, 电压偏差值为1min内各次测量的平均值。计算公式：（3）电压合格率统计统计周期：周、月、季、年。统计数据：每分钟测量值。计算公式：（4）适用考核点：公用电网公共连接点、公用电网单用户供电关口、用户供配电网内部公共连接点、用户供配电网单负荷供电关口。3.4.3电压不平衡度 （1）电压不平衡度限值电网正常运行时，负序电压不平衡度的95%概率大值不超过2%，最大值不得超过4%。低压系统零序电压限值暂不规定，但各项电压必须满足GB/T 12325的要求。（2）测量方法测量条件：电力系统正常运行的最小方式，不平衡负荷处于正常、连续工作状态，并包含不平衡负荷的最

13、大工作周期。基本的测量时间窗口：10周波。测量周期：3s, 电压偏差值为3s内各次测量的方均根值。3s内测量次数不得少于6次。测量间隔：1min.统计周期：30min60min，其值是各测量周期方均根值的最大值和95%概率大值。最大值应不大于4%，95%概率大值不大于2%。（3）适用考核点：公用电网公共连接点、公用电网单用户供电关口、用户供配电网内部公共连接点、用户供配电网单负荷供电关口。3.4.4谐波电压 （1）公用电网谐波电压谐波电压限值公用电网谐波电压限制如表3.1所示，谐波限值计算参见GB/T 14549 电能质量 公用电网谐波。测量方法测量条件：电网正常供电的最小运行方式、且谐波源工

14、作周期中产生的谐波量大的时段。测量次数：根据谐波源的特点或测试分析结果，一般在100次以内选择测量次数。基本的测量时间窗口：10周波。测量周期：3s, 其值为各次测量值的方均根值。测量间隔：1min.统计周期：30min60min，其值是各测量周期方均根值的95%概率大值。取95%概率大值判断是否超过国标限值。表3.1 公用电网谐波电压限值电网标称电压（kV）电压总谐波畸变率（%）各次谐波电压含有率（%）奇 次偶 次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8适用考核点：公用电网公共连接点、公用电网单用户供电关口。（2）用户高中压供配电网

15、内部谐波电压规划值谐波电压规划值：按照GB/17625.4 电磁兼容限值 中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估规定的谐波电压规划水平指标限值确定。MV、HV和EHV电力系统谐波电压规划水平的指标限值用标称电压的百分数表示见表3.2。表3.2 MV、HV和EHV电力系统谐波电压规划水平的指标限值非3倍次数奇次谐波3倍次数奇次谐波偶次谐波谐波次数h谐波电压（%）谐波次数h谐波电压（%）谐波次数h谐波电压（%）MVHV-EHVMVHV-EHVMVHV-EHV55234221.61.574291.214111131.5150.30.360.50.5132.51.5210.20.280.40.417

16、1.61210.20.2100.40.4191.21120.20，2231.20.7120.20.2251.20.7250.2+0.5(25/h)0.2+0.5(25/h)1）对于HV系统而言，关于U2的规划水平值1.5%似乎可能是相当高，但可能会遇到这样的值，并值得注意，2次谐波并不总是与直流分量联系在一起的。2）总谐波畸变率（THD）：MV网络为6.5%，HV网络为3%。适用考核点：用户高中压供配电网内部公共连接点、用户高中压供配电网单负荷供电关口。（3）用户中低压供配电网内部谐波电压电磁兼容值按照GB/17625.4 电磁兼容限值中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估规定的谐波电压兼容

17、水平指标限值确定。LV和MV系统的谐波电压电磁兼容水平指标用标称电压的百分数表示，见表3.3。表3.3 LV和MV电力系统中谐波电压电磁兼容水平非3倍次数奇次谐波3倍次数奇次谐波偶次谐波谐波次数h谐波电压%谐波次数h谐波电压%谐波次数h谐波电压%5635227591.541113.5150.360.5133210.280.5172210.2100.5191.5120.2231.5120.2251.5250.2+1.3(25/h)注：总谐波畸变率（THD）：8%。适用考核点：用户中低压供配电网内部公共连接点、用户中低压供配电网单负荷供电关口。3.4.5间谐波电压间谐波电压限值220kV及以下电力

18、系统公共连接点（PCC）各次间谐波电压含有率（%）限值规定如下：1000V及以下，100HZ：0.2； 1000V及以下，100HZ800HZ：0.5；1000V及以上，13|偶次1.11.21.41.8192谐波源的叠加两个谐波源的同次谐波电流在一条线路的同一相上迭加，当相位角已知时按下式计算：式中：谐波源1的第n次谐波电流，A；谐波源2的第n次谐波电流，A；谐波源1和谐波源2的第n次谐波电流之间的相位角。当相位角不确定时，可按（C5）式进行计算：式中为谐波源叠加计算系数，其值按表3.8选取。表3.8 谐波源叠加计算系数35711139|13|偶次1.621.280.720.180.080两

19、个以上同次谐波电流迭加时，首先将两个谐波电流迭加，然后再与第三个谐波电流相迭加，以此类推。两个及以上谐波源在同一节点同一相上下引起的同次谐波电压迭加的计算也与前面类同。适用考核点：公用电网公共连接点、公用电网单用户供电关口。（2）用户供配电网谐波电流谐波电流限值根据IEEE 519 Harmonic Limits 有关规定，用户谐波配电网所连设备谐波电流发射水平的指标限值由表3.9给出。表3.9 IEEE 519电流畸变限制值(%) 一般配电系统（120V69kV） (%)h1111h1717h2323h35h351000157.06.02.51.420 (%) 一般输电系统（69161kV）

20、 (%)h1111h1717h2323h161kV） (%)h1111h1717h2323h35h35502.01.00.750.30.152.5503.01.51.150.450.223.75表中： 为被评估负荷接入点的最小短路电流；为被评估负荷最大工作周期内（1530min）的最大基波电流；为次谐波电流含量；为谐波电流总畸变率限值。 偶次谐波限值为表列奇次谐波限值的25%。适用考核点：用户供配电网内部公共连接点、用户供配电网单负荷供电关口。3.5.6单个用户在PCC点产生的间谐波电压（1）干扰限值单个用户在220kV及以下电力系统公共连接点（PCC）上产生的各次间谐波电压含有率（%）限值规

21、定如下：1000V及以下，100HZ：0.16； 1000V及以下，100HZ800HZ：0.4；1000V及以上，100HZ：0.13； 1000V及以下，100HZ800HZ：0.32；（2）测量评估：同3.4.53.6电能质量限值计算中的几个问题3.6.1公用电网中多个用户电能质量干扰限值的分配问题国标中对接于公共连接点的多个用户对公用电网干扰限值分配是按照公平原则分配，协议用电容量越大，允许干扰限值越大。但多数情况下，每个用户对公用电网的干扰性质和干扰水平是不一致的，如果每个电能质量指标都是公平分配，会造成单个用户治理费用大，从而使整体社会成本太高。对于负荷较固定的场合，只要保证全部用

22、户的干扰限值不超标和用户的安全经济运行，在整体社会成本最小的条件下，可以对单个用户的干扰限值适当放宽。举例如下:接于公共连接点的三个干扰用户分别为谐波源用户、无功波动用户和三相不平衡用户，按照国标给的公平原则分配干扰限值，三个干扰用户都超标，但三个用户总体对公共连接点的干扰并不超标。因此，在用户负荷相对固定的前提下，可以放宽各用户的干扰限值，从而节省了用户的电能质量治理费用。3.6.2用户内部电网的电能质量限值在保证中高压用户对公用电网公共连接点干扰限值在国标限值以内的前提下，中高压配电网用户的电压质量按照电磁兼容的规划水平管理，中低压子系统或设备对用户配电网的干扰限值按照电磁兼容的规划水平确

23、定。对同一电能质量指标，国标比电磁兼容的规划水平严格，电磁兼容的规划水平比电磁兼容水平严格，因此按照上述方法确定中高压用户内部配电网的电能质量和干扰限值可以最大限度地会降低用户电能质量的技术和管理成本。3.6.3提高电力设备的电磁兼容水平随着技术进步，设备制造商提高设备的电磁兼容水平往往比供电方提高供电电压质量要经济的多。例如美国半导体制造商和电力公司合作后制定了一个国际半导体设备和材料组织（Semiconductor Equipment and Material Intonation，Inc SEMI）性能曲线，要求处理设备可以承受最大的电压下降为50%，而持续时不超过200ms的电压暂降，

24、从而形成了半导体工业自己的电磁兼容标准。这种方式对其他谋求提高生产设备电磁兼容水平的其他用户而言，同样是重要的。根据企业或行业的具体情况制定相应的电磁兼容标准，提高电力设备的电磁兼容水平，可以弱化电能质量问题，降低相应的技术和管理成本。3.7电能质量限值计算案例3.7.1计算案例1如图3.1所示，供电变压器容量为140MVA, 的供电电压为220kV，用户1的用电变压器容量为80MVA，供电母线电压为110kV。（1）计算全部波动负荷在A点产生的电压长时闪变限值和用户1在A点产生的电压长时闪变限值。（2）设母线正常运行时的最小短路容量为2000MVA,请计算用户1注入公共连接点A的5次谐波电流限值。（3）计算用户1注入公共连接点的基波负序电流限值。解：（1）和。220kV的电压长时闪变限值 A点的电压长时闪变限值 220kV对110kV的闪变传递系数 110kV母线所带全部波动用户在A点产生的电压长时间闪变限值波动用户1在A点产生的电压长时闪变限值（最大值）式中：第1个用户协议用电容量，对于波动负荷，用电变压器负载率较大，有时用户协议用电容量等于用电变压器容量；第1个用户供电容量；波动用户1的同时系数，典型取值范围为0.20.3,但波动用户1因用电容量比例太大，因此我们取。（2）计算根据3.5.5（1）计算全部用户注入A点5次谐波电流限值:根据3.5.5（1）计算用