电气16-01-电能质量的分析

,电能质量的分析,王秉让,目录1、电能质量的定义2、电能质量的影响因素3、电能质量的改善措施,划,1、电能质量的定义电能质量(PowerQuality)，从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。其可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。,1、电能质量的影响因素影响电能质量的因素，主要考虑以下个方面：电压偏差、电压闪变与波动、电压骤降与中断、频率偏差、谐波与间谐波、三相电压不平衡。电压偏差电压偏差的定义为实际电压偏离额定电压的百分比。计算公式如下:电压偏差（实际电压额定电压）额定电压无功电能的余、缺状况是影响供电电压偏差的重要因素。电网中无功负荷的变化和电力系统运行方式的改变使加在设备上的电压偏离了其额定电压。当出现电压偏差时，设备的运行将会受到影响，寿命也会降低，其程度取决于实际电压相对于额定电压的偏离程度、持续时间。一般来说最容易受到电压偏差影响的设备是电动机和照明灯具。,供电电压超过允许偏差的主要原因有：供电距离超过合理的供电半径。供电导线截面选择不当，电压损失过大。线路过负荷运行。用电功率因数过低，无功电流大，加大了电压损失。冲击性负荷、非对称性负荷的影响。调压措施缺乏或使用不当，如变压器分头摆放位置不当等。用电单位装用的静电电容器补偿功率因数没采用自动补偿。,电压闪变与波动电压波动定义为电压均方根值相对快速变动或连续改变的程度，电压闪变反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视觉产生影响的效应，引起照度闪变的电压波动现象叫电压闪变。电压波动与闪变是由电网中的非线性、冲击性负荷产生的有功或无功负荷变化而引起的，这些冲击性的负荷包括电弧炉、弧焊机和轧钢机等。电压闪变和波动的幅值在一定的范围内有规律或者随机的变化着。一般来说，对电压质量要求很高的敏感性负荷，如计算机、调速电机等最易受到电压波动的影响。而当电压闪变将使得照明设备无法正常工作，损害使用者的健康，严重时还会损害照明设备。电压骤降与中断电压骤降定义为电压在短时间内（）下降到额定值的以下，然后又迅速恢复到正常水平的一种电力系统故障。电压中断则是比电压骤降更为严重的一种故障，它是指由于系统发生故障断路器跳闸之后，用户电压长时间（）的丧失（）。电压骤降与中断是电能质量的首要问题，会造成用户生产的停顿、计算机数据的丢失、生产中次品率的上升和电力系统电器的误动作。雷击、架空输电线路故障、大型异步电动机的全压启动都有可能造成不同程度的电压骤降或中断。,频率偏差频率偏差同电压偏差类似，也是以实际值对比额定值的偏差占额定值的百分比来衡量的。电力系统频率偏差的允许值为，当电力系统容量较大时,偏差值可以放宽到.。产生频率偏差的主要原因是发电机的有功输出和有功负荷的不平衡。频率的变化对电力系统中的电机正常运行有很大的影响，频率偏差严重时将导致非常严重的事故。,谐波与间谐波实际电网中的电压与电流波形并不是标准的正弦波,在稳态的情况下，对其波形进行傅里叶级数,可以得到许多不同频率、幅值、相位的正弦波。这些波型分别代表着不同次数的谐波、间谐波、噪声、直流分量等。其中谐波是指频率是工频电压、电流整数倍的高频分量。间谐波指非整数倍于基波频率的谐波分量。电网中电流和负荷端电压的突变都会导致谐波的产生,一般来说大多数非线性负荷的运行都会向电网注入谐波分量。谐波是电能质量中最普遍的问题，从电能的使用开始就一直存在。现实中的负荷并非都是完全线性的,因此或多或少都会向电网中注入谐波。谐波即意味着波形的畸变，对用电设备的影响不言而喻。谐波会对设备进行干扰、破坏、增加发热量、降低寿命等。电力电子器件、电弧炉、电气化铁路等大型的非线性负荷是高次谐波的主要源头。特别是电力电子器件近年来的广泛使用，使得这类谐波源逐渐成为主导。间谐波的危害等同于整数次的谐波，但是其抑制与消除却比整数次谐波困难许多。间谐波是由较大的波动或冲击性非线性负荷引起的，例如电弧炉等设备。,三相电压不平衡三相电压不平衡问题通常指由于负序分量而引起的公共连接点的电压不平衡。电力系统公共连接点正常运行方式下，三相电压不平衡度的允许值为，短时间内为。三相不平衡问题对整个电网的安全运行都会产生不良影响。造成三相电压不平衡的主要原因是大容量非对称负荷的接入和电网中的谐波分量。电力机车和电弧炉就是典型的非对称负荷。此外电网中的暂态故障也是造成三相电压不平衡的原因之一，例如短路故障。,电能质量的改善措施电压偏差的治理措施改善用电功率因数，使无功就地平衡。合理选择供电半径.合理选择供电系统线路的导线截面。合理配置变、配电设备，防止其过负荷运行。适当选用调压措施，如串联补偿、变压器加装有载调压装置、安装同期调相机或静电电容器等。,谐波治理谐波的治理可以分为预防性治理和补救性治理两个方面。预防性治理是指在设备的制造和设计过程中充分考虑到其对电网的谐波注入效应，采取措施最大限度的减少谐波的产生。补救性治理是指设备投入运行后安装附加的谐波治理设备来抵消减少系统中已有的谐波。谐波预防性治理的措施包括：采用多脉波数的整流器。利用变压器绕组的不同接线方式形成的多脉波数整流器，可通过相位抵消或者相位多重化来减少谐波的产生。改变变压器的联接方式。例如将绕组三角型联接可以阻断零序次谐波。采取减小谐波磁势的旋转电机设计。例如：改善磁极的极靴外型或励磁绕组的分布范围、采用型接线方式消除电动势中的次谐波、采用短距绕组和分布绕组来削弱谐波电势。,谐波的补救性措施包括：无源滤波器。由电容器和电抗器串联构成，并将参数设定为对某个特定频率形成谐振，将其并联在非线性负荷接入电网的位置来吸收其产生的谐波。有源滤波器。其结构相对复杂，主要包括控制部分和逆变器。理论上可以针对任意频率范围内的谐波进行补偿，而不仅仅是对某一特定频率的谐波，并彻底恢复工频的正弦波形，但价格昂贵。混合型有源滤波器是和的结合，有相当价值的使用方案，不仅具有高效的补偿能力，又有相同容量下无法比拟的价格优势。按其结构可分为串联型、并联型，也可分为电压型、电流型。是当今研究的最热点。,电压波动与闪变的治理电压的波动和闪变主要由冲击性负荷产生。除了改进用电设备性能外，还可通过提高电网供电能力和安装补偿设备来控制电压波动和闪变。提高供电能力的措施有：提高供电电压等级。架设特殊大型负荷群的专用线路。在敏感负荷附近采用分散发电技术。可供安装的补偿装置有：静止无功补偿器。其中较为简单的有晶闸管投切电容器。用晶闸管组成无触点的电力电子开关快速投切电容器组，来实现容性无功功率的调节。其关键技术是在电容器电流过零时的瞬间切除。静止无功发生器。是指由自换相的电力电子桥式整流器来进行动态无功补偿的装置，具有自整流充电能力。实际上是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，形成可以产生超前相位或者滞后相位电流的逆变器。与型装置不同的是，的电压调节范围不受电网参考电压的影响，效应速度快。,电压中断和骤降的补救措施短时间的电压中断可通过安装不间断电源/来给负荷供电。需要储能装置，通常采用蓄电池。在电压中断时，可提供几十分钟到几小时不等的不间断供电，其时间长短由电池容量大小决定。的成本较高，通常只在容量不大的重要负荷