2010硕士课程第一章电能质量概论.ppt

NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY v 电能质量是一个覆盖诸多学科的复杂领域；而科技的发 展和社会文明的进步，又赋予了电能质量许多新的内容。 v 作用在电力用户设施和装备上的电能质量问题已经引起电工 界的极大关注。以提出特定条件下的单体设备或工厂为对象 的解决方法较为普遍； v 建立友好型电磁环境是多方面共同努力的结果，而施加在公 用电网的电能质量问题相比较还是新问题，其理论和技术的 支撑工作仍在开始。 （典型的有畸变条件下的功率理论与电能计量 方法；电力系统运行状态与电能质量的关系；新能源和分布式电源的接入 ；电力系统的经济性与电能质量的市场化操作等） 其实电能质量问题在电力设备方面关注较早，而在电网方面 相对是新问题，但近年来已引起高度重视 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 发电发电 与装机容量目前均居世界第2位 v 中国正处于全面建设小康社会和构建社会主义和谐社会新的历 史时期，工业化、城镇化进程不断加快，电力需求增长迅速。 发电与装机容量目前约为 6亿千瓦（600GW），人 均约500W；“十一五”期 间年均增长率预计约为 10左右，将达到9亿千 瓦。 3.2亿kW 6.8亿kW 9.6亿kW 3.2亿kW 8.6亿kW 13.2亿kW 电力需求增长迅速 根据国民经济和社会发展规划，预计2010年全社会用电量将达 到3.8万亿千瓦时，全国发电装机容量为8.6亿千瓦； 2020年全社会 用电量将达到6.6万亿千瓦时，全国发电装机需要13.2亿千瓦，保障 电力安全、可靠供应的任务十分艰巨。 65.87 87.05 137.89 217.22 319.32 517 860 1050 1320 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 19801990200020102020 装机容量 (GW) NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 充裕性和安全性的基本概念 v 充裕性是电电力系统稳态统稳态 运行时时，在系统统元件额额定容量、 母线电压线电压 和系统频统频 率等的允许许范围围内，考虑虑系统统中元件 计计划停运及合理的非计计划停运条件下，向用户户提供全部所 需的电电力和电电量的能力。 v 电力系统正常运行应满足两个条件： 1）系统中任一节点的有功功率和无功功率必须平衡； 2）系统中各节点或各元件的电气参数（如系统频率、节点电 压、线路电流、负荷及功角等）不应超过允许偏差范围。 v 充裕性不足：当发电发电 容量短缺输电输电 能力不够够，不能满满足 上述正常运行条件状态时态时 ，即认为认为 充裕性不足。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 充裕性和安全性的基本概念 v 安全性是指电电力系统统在运行中承受例如短路或系统统元件 意外退出运行等突然扰动扰动 的能力。 v 评评估系统统安全性有两个主要方面： 1）系统扰动统扰动 情况及严严重程度； 2）扰动对扰动对 系统统供电电的影响程度（电电气参数超出允许许范围围 ；稳稳定破坏和连锁连锁 反应应）。 v 电电力系统稳统稳 定性问题问题 ： 稳稳定性是电电力系统统受到扰动扰动 （例如功率和阻抗变变化）后返回运行平衡 状态态的能力。它是涉及电电力系统统安全的一个重要的复杂问题杂问题 ，往往 另立专题专题 研究（其中电压稳电压稳 定和频频率稳稳定与电电能质质量紧紧密关联联）。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 电电力系统统的6种运行状态态 一、正常状态态 能够够保持系统统充裕性和系统统安全性的运行状态态。 二、紧紧戒状态态（可以通过调过调 整控制恢复到正常状态态） 三、紧紧急状态态（某些母线电压线电压 或系统频统频 率超越允许许范围围。允许损许损 失部分负负 荷）； 四、极端紧紧急状态态或严严重事故状态态（不至于造成大面积积停电电）； 五、崩溃溃（系统稳统稳 定破坏，故障连锁连锁 反应应，电压频电压频 率崩溃溃，大面积积减负负荷 ， 系统统解列，孤岛岛状态态）； 六、恢复过过程（黑启动动，”灰启动动“）。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 电电能质质量与系统统6运行状态态和3特性的相互关系 v 在正常运行状态态下，除了系统统安全性之外，经济经济 性也是 一个重要的方面。在紧紧急状态态下，电电力系统统的经济经济 运行 处处于次要地位。 v 在系统设计统设计 和运行中需要权权衡和兼顾经济顾经济 性（充裕性与 经济经济 性紧紧密关联联，是一个重要方面）和安全性。 v 由此可以看出，正常运行状态态是电电能质质量得以保证证的前 提条件。或者说说，电电能质质量是在正常运行条件下才有评评 估意义义的。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 系统统运行状态态与电电能质质量之间间相互关系的思 考 v 正常状态和警戒状态下系统承受发生概率高的第一类大扰 动后，仍然能够（通过控制保护措施、有功无功调整）恢 复到正常运行条件。此过程中存在着潜在的不安全和适当 降低安全要求。由此，在对电能质量的指标要求上，要考 虑到不同扰动类型下的单项质量下降的允许范围。如，由 于无功功率波动（即由于负荷波动引起无功不平衡发生） 引起的电压偏差允许范围为5。而由于线路或母线故障 引起的电压暂降允许范围1090，且用发生次数补充 限定。这对系统运行和负荷设备运行都是可接受的。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 系统统运行状态态与电电能质质量之间间相互关系的思考 v 在紧急状态和极端紧急状态下，部分或某些母线电压或系 统频率会超级或严重超越允许范围，部分负荷只有停止供 电（允许损失部分负荷，如低周低频减载，高频切机，系 统解列），并且有可能进一步恶化而失去稳定或难以保持 系统稳定运行。此时，在常见的单一故障下仍然可以要求 少损失负荷和保持稳定是可能的。但在极端严重故障下， 是做不到的，其要求改变为不至于造成大面积停电（即大 量损失负荷，而让部分电源系统稳定下来）。 v 面对以上运行状态，对电能质量的要求只可能是区域化处 理和对待。或者也要考虑质量的部分损失。 v 或者电能质量控制措施（如UPS，固态转换开关、电压调 节器，UPQC等）在此时发挥作用，以保证对高等级质量要 求的负荷继续供电。由此，电能质量是要分级保证的。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 电电力系统统运行中3特性 与基本任务务关系示意图图 电力充裕性 电力安全性 （稳定性） 电力经济性 电能质量 Q2 电能数量 Q1 系统正常运行 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 电电力系统统今后将如何发发展 v 大电电网 大容量 高电压电压 互联联系统统 仍在继续发继续发 展 v 新能源 储储能技术术 分布式电电源 微网供电电 正在迅速兴兴起 v 信息流 能量流的统统一规规划 统统一调调度 统统一管理 v 自主创创新的三种形式：原始创创新、集成创创新和引进进消化吸收再创创新。 v美国佐治亚亚理工学院华华人科学家王中林领导领导的 科研小组组日前研制出一种能产产生电电能的新型纳纳米纤维纤维。 美国加州的热热力生命能量公司研究皮肤温差发电发电。 日本东东北大学教授西泽泽松彦领导领导的研究小组组新开发发出了 一种利用血液中的糖分发电发电的燃料电电池。 人体内能量相当1000节节AA电电池 可用于发电发电 心脏脏起搏器、防颤颤器等，手机、MP3播放器等 小型便携式电电器也能够够直接依靠人体“充电电”， 真正实现实现 “即插即用” 。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 理想供电电系统统提供的电产电产 品 What is special about the sine wave? 1、电压恒定 2、频率恒定 3、波形正弦 4、三相平衡 5、电压电流同相位 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 电压 合格 电能质量构成要素示意图 k 电产品的质量要素： 频率 电压 供电连续性 频率 合格 连续 供电 合格的电能 质量是合格 三要素的交集 伏安特性符合欧姆 定律（线性电路） NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 供电电系统统运行对电对电 能质质量的基本要求 1)以单一恒定的电网标称频率（50Hz或60Hz，我国采用 50Hz）、若干规定的电压等级（如配电系统一般为 110kV，35kV，10kV，380V/220V）和以正弦函数波形变 化的交流电向用户供电。理想条件下，这些运行参数不 受用电负荷特性的影响。 2) 在电网正常运行工况下，始终保持三相交流电压和负 荷电流的平衡。用电设备汲取电能应当保证最大传输效 率，即功率因数等于1。各用电负荷之间互不干扰。 3) 电能的供应要充足，向电力用户的供电不能中断，每 时每刻系统中的功率供需都是平衡的。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 权权威机构对电对电 能质质量的定义义 v 定义1：合格电能质量是指，提供给敏感设备的电力和为其 设置的接地系统均适合于该设备正常工作。 v 定义2：造成用电设备故障或误动作的任何电力问题都是电 能质量问题，其表现为电压、电流或频率的偏差。 v 定义3：电能质量就是电压质量，合格的电能质量应当是恒 定频率和恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY “质量越高越好” 忽略了技术经济关系，而应量体裁 衣，按质论价，质量应分等级； （在我国一些饭店已提供等级电源插座了!但价格相同） “高技术产品质量本来就高” 电产品是特殊商品，其 质量是由供用双方共同保证的； “凡是电力供应问题都是电能质量问题” 在解决电力能 源供应问题时，应适当将运行中的质量保证、工程建设、 规划设计和供需矛盾等问题区别对待和处理； 若干其它问题问题 错误说错误说 法 NORTH CHINAELECTRIC POWER UNIVERSITY 电能质量