2010硕士课程第一章电能质量概论.ppt

NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 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 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 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 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 发电与装机容量目前均居世界第2位 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 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 1980 1990 2000 2010 2020 装机容量 GW NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 充裕性和安全性的基本概念 充裕性是电力系统稳态运行时 在系统元件额定容量 母线电压和系统频率等的允许范围内 考虑系统中元件计划停运及合理的非计划停运条件下 向用户提供全部所需的电力和电量的能力 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 充裕性不足 当发电容量短缺 输电能力不够 不能满足上述正常运行条件状态时 即认为充裕性不足 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 充裕性和安全性的基本概念 安全性是指电力系统在运行中承受例如短路或系统元件意外退出运行等突然扰动的能力 评估系统安全性有两个主要方面 1 系统扰动情况及严重程度 2 扰动对系统供电的影响程度 电气参数超出允许范围 稳定破坏和连锁反应 电力系统稳定性问题 稳定性是电力系统受到扰动 例如功率和阻抗变化 后返回运行平衡状态的能力 它是涉及电力系统安全的一个重要的复杂问题 往往另立专题研究 其中电压稳定和频率稳定与电能质量紧密关联 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 电力系统的6种运行状态 一 正常状态能够保持系统充裕性和系统安全性的运行状态 二 紧戒状态 可以通过调整控制恢复到正常状态 三 紧急状态 某些母线电压或系统频率超越允许范围 允许损失部分负荷 四 极端紧急状态或严重事故状态 不至于造成大面积停电 五 崩溃 系统稳定破坏 故障连锁反应 电压频率崩溃 大面积减负荷 系统解列 孤岛状态 六 恢复过程 黑启动 灰启动 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 电能质量与系统6运行状态和3特性的相互关系 在正常运行状态下 除了系统安全性之外 经济性也是一个重要的方面 在紧急状态下 电力系统的经济运行处于次要地位 在系统设计和运行中需要权衡和兼顾经济性 充裕性与经济性紧密关联 是一个重要方面 和安全性 由此可以看出 正常运行状态是电能质量得以保证的前提条件 或者说 电能质量是在正常运行条件下才有评估意义的 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 系统运行状态与电能质量之间相互关系的思考 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10 90 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 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 系统运行状态与电能质量之间相互关系的思考 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 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 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 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 电力系统运行中3特性与基本任务关系示意图 电力充裕性 电力安全性 稳定性 电力经济性 电能数量Q1 系统正常运行 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 电力系统今后将如何发展 大电网大容量高电压互联系统仍在继续发展新能源储能技术分布式电源微网供电正在迅速兴起信息流能量流的统一规划统一调度统一管理自主创新的三种形式 原始创新 集成创新和引进消化吸收再创新 美国佐治亚理工学院华人科学家王中林领导的科研小组日前研制出一种能产生电能的新型纳米纤维 美国加州的热力生命能量公司研究皮肤温差发电 日本东北大学教授西泽松彦领导的研究小组新开发出了一种利用血液中的糖分发电的燃料电池 人体内能量相当1000节AA电池可用于发电心脏起搏器 防颤器等 手机 MP3播放器等小型便携式电器也能够直接依靠人体 充电 真正实现 即插即用 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 理想供电系统提供的电产品Whatisspecialaboutthesinewave 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 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 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 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 供电系统运行对电能质量的基本要求 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 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 权威机构对电能质量的定义 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 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 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 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 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 错误说法 NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY 电能质量的6个显著特点