【《电能质量各项指标分析概述》4000字】

电能质量各项指标分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u17624电能质量各项指标分析概述 1136091.1供电电压允许偏差 1120111.2频率偏差 286931.3三相不平衡度 298801.4谐波 3172451.5电压波动和闪变 61.1供电电压允许偏差电能质量问题其中最重要的是电压偏差。电压偏差的概念为，系统中的电压对系统标称电压差值相对标准电压值，通常用百分数表示。下面公式为电压偏差： ∆U=Ure−U上式中：∆U——电压偏差，%∆UreUN——通俗意义上，电压在一定范围内的波动与电压的偏差概念一致，在电力公司《供用营业规则》第五十四条中，电力系统在正常运行过程中，用户用电端对系统供电段供电允许偏差有以下规定：①对于35kV及以上电压等级的的电力系统电压偏差正、负偏差绝对值之和不超过10%。②20kV及及以下的三相电压供电系统，用户用电端对系统供电段偏差不超过标称电压的±7%。③220V单相供电系统供电电压偏差不超过+7%，-10%。对于专业的研究人员，在《GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变》中对电压的波动有规定：当电压变动频度r≤1时，10kV和低于10kV的电压等级，电压变化限制值d≤4％;当电压变频1≤r≤10,10kV以下的电压等级电压变化限制值d≤3％。其中：电压变化频率r：确定电压下降或单位时间内下降的变化被视为一次变化，即电压变化的频率。影响电压偏差的原因：供电距离超过所能供应的供电半径、供电导线横截面积选择不当，线路上电压损失过大、线路在过负荷状态下运行、无功电流会因为用户用电功率因数过低而增大，从而加大了冲击性负荷、电压损失、以及非对称性负荷对系统的影响导致了电压偏差、对设备操作不当或缺乏调压措施，如变压器分接头位置摆放不当等、用电用户装用的静电电容器补偿功率因数没采用自动补偿。电压偏差的危害：用电设备应在正常条件下运行，一旦电压偏离标准电压，用电设备则不能在额定情况下运行，性能会发生改变，运行效率降低，甚至很可能会由于过电压或过电流造成设备的损坏。当系统电压降低，输电线路的极限值会显著降低，此时系统可能会发生不稳定的现象，导致公共电网系统频率崩溃，甚至严重时会造成系统瓦解，造成重大的损失。1.2频率偏差电能质量基本指标之一还有频率偏差，全系统唯一一致的运行参数就是频率。电能在单位时间内交变的次数称为频率，用f表示，单位为Hz（赫兹）。交变（含正负半波的变化）一次所需要的时间称为周期，用T表示，单位为s（秒）。频率和周期互为倒数，即f=1T频率偏差是指电力系统正常运行状态下电气系统的实际值与标称值之间的差。频率偏差极限偏差表达式为：频率偏差=实际频率-标称频率（我国大陆和欧洲系统的标称频率为50Hz，北美和台湾的标称频率为60Hz）。 ∆f=fre-f式中：∆f为频率偏差，fre为《频率偏差》写到：电力系统在正常运行状态下，系统允许频率偏差范围为±0.2Hz，当在容量较小的系统里频率偏差限值可以宽泛到±0.5Hz。根据额定频率设计和制造电力系统中的发电和电力设备，规定只能在额定频率附近运行时有最佳性能。用户和线路如果在系统频率过大的情况下运行将会有不利影响:（1）工业生产中大部分都为异步电动机，其转子转速与频率密切相关，所以频率会影响电机转速。纺织，纸张等产业由于由电机驱动，所生产的产品会有质量问题，甚至有缺陷或只能废弃使用。电机的速度和频率会因为系统频率降低而改变，这就会使得传动机的低力，生产效率受到影响。（2）反应补偿电容器的补偿能力与频率成比例，频率增加，电感功率计将减少计数。。系统频率降低会不利于系统电压的调节，因为电容器的无功功率减小，电容器对电压的支撑被削弱，电压不利于调节。（3）电能指示表中会显示出来频率偏差的累积。科技部门使用的测量和控制等精密仪器和电力电子行业使用的设备会因为频率偏差从而影响系统的波动从而造成精度和工作性能波动。有研究表明，频率变化为1％，电感电能计的测量误差约增大0.1％，这就证明频率偏差大会使感应电能的计量误差增加。（4）系统频率降低将会影响发电厂和系统的安全操作。例如，当频率降低时，蒸汽轮机叶片会与系统发生共振现象，这会影响叶片寿命，甚至叶片上出现裂纹。另一个例子：当异步电动机和系统变压器在较低频率下运行时，电动机（如风扇，水泵和煤磨机等）的做功也会随之减少，所以发电机做功减少，使得系统的频率会进一步降低。当频率降低到46Hz或47Hz时，可能会导致几分钟内的电厂的非正常运行，系统功率缺额大，这使得频率降低更快，因此频率崩溃。总而言之，频率是用户用电设备和系统发电输电设备的一个统一的性能指标，都是按照我国50Hz设计，系统频率变化将影响系统及用户所有发电用电设备，甚至造成系统崩溃。1.3三相不平衡度当系统在正常条件下运行时，由运行周期中的负载引起的不平衡度的最大测量值是三相不平衡允许值。我国电力部门对三相失衡的规定：电力系统运行时系统为50Hz时系统标准不平衡值应小于2％，短时间内不高于4％;电力用户在公共点导致不平衡值应小于1.3％，在短时间内不高于1.6％[21]，此时电压在负序列组件引起的共同点处是不平衡的。根据连接点的负载操作状态，可以在系统稳定性运行和继电器保护和自动安装安全操作的前提下适当地改变负载条件。系统中的不平衡现象有两类，它们是正常不平衡和事故不平衡。电力系统在正常情况运行的情况下，系统中的链路和电源三相不平衡将导致电力系统正常性的不平衡，负载的不平衡会引起电力系统正常性不平衡。事故不平衡是由系统中的各种故障条件引起的，如两相接地短路或两相相间短路故障，这些非对称故障可能导致系统的不平衡。在计算三相不平衡度时，要优先计算正序和负序分量。不对称的三相系统它的三相电压和电流的分量都是不对称的。通过对称分量法可以计算出对应三组对称分量，即负序分量、零序分量和正序分量。三相电压分别为A、B、C，电压零序分量用U0表示、电压正序分量用U表示、电压负序分量用U2对称分量法分解电压： U1U2U0 U0=式子中，UAUBUCα为旋转因子，下面公式为旋转因子表达式： α=ej120=−1三相不平衡度用负序分量与正序分量均方根值的百分比表示： ε=U21.4谐波利用傅里叶级数分解非正弦具有周期性交流量，得到频率大于1的整数倍的基波频率的分量就是谐波。谐波测量参数包括各次谐波含有量，每次谐波含有率，奇次谐波含量，偶次谐波含量和总谐波畸变差。经过分析，谐波的产生主要是由于通过非线性负载例如UPS，开关电源，整流器，变频器，逆变器等的正弦信号被加压使得基波电流失真从而产生谐波。图2-1Y=sin在图2-1的基波上添加一个3次谐波，如图2-2所示，那么就得到了如图2-3所示的波形当继续的叠加奇次谐波后，就变成了方波图2-4。图2-2Y=13图2-3Y=sinx图2-4Y=sinx从上面的波形中可以看出，由于产生了谐波并且谐波还在基波上叠加，使得原本的基波波形发生了很大的变化，明显的可以看出原来的正弦波开始向方波波形形状变化变压器、断路器、电缆等的系统容量会因此被降低，设备的老化也会因此加速，缩短设备的使用寿命，甚至设备会造成损坏，会威胁到生产的安全性和稳定性。公用电网谐波国家标准：公共连接点的所有用户注入该点的谐波电流分量就被视为是电流允许值，谐波电流允许值和公用电网谐波电压限制不应超过表2-1中指定的允许值[22]。表2-1注入公共连接点的谐波电流允许值基准电压kV基准短路容量MVA谐波次数和电流允许值（A）23456789101112130.3810786239622644192116281324610043342134142411118.5167.11310100262013208.5156.46.85.19.34.37.93525015127.7125.18.83.94.13.15.61.64.76650016128.1135.49.34.14.33.35.91.75.0110750129.66.09.64.06.83.03.21.44.31.03.7表2-2公共电网谐波电压限制标称电压kV电压总谐波畸变率%各次谐波电压含有率%奇次偶次0.385.04.01.064.03.21.610353.01.41.26611020.1.60.51822年，法国数学家傅里叶（Fourier）首次提出并证明了将周期函数扩展到正弦序列的原理，并为傅里叶级数FP（傅里叶变换）和傅里叶变换（傅里叶变换）奠定了理论基础。1965年，Cooley和Tukey总结并发展了先前研究的结果，并提出了一种快速离散的傅立叶变换。DFT（离散傅立叶变换）计算方法称为“快速傅立叶变换（FFT）”。FFT是当今谐波检测中使用最广泛的方法。基本原理是将信号离散化并转换为定量序列，然后通过FFT计算每个谐波的幅度和相位。该方法使用快速傅立叶变换（FFT）获得每个谐波信号的幅度，频率和相位。快速傅立叶变换（FFT）是一种非常成熟的用于分析谐波的方法，它可用于大多数DSP芯片。采样数据经过FFT处理后，第k次谐波的实部和虚部为UkR、UkI、IkR、I Uk= Ik=I1.5电压波动和闪变电压波动在电力系统正常运行状态下是由配电系统中的迅速频繁地变化引起的。换句话说，由于功率变化的影响，实际电压在短时间内迅速变化。快速电压波动和动态电压波动等同于电压波动，因为它们是不断偏离该电压值的系统标称电压。电压波动值是两个相邻电压的均方根的极值与系统标称值之差的比率[24]。 d（%）=∆UU其中均方根值计算方法如下：在循环收集采样点时，当收集一个新的采样点后，要删除开始循环时收集的采样点，然后获得新的滑动采样值的均方根值。连续收起信号的方根均值： URMS=式中，T为周期。如果不存在完整周期或者不存在周期规律，则用以下公式： URMS=式中，N为总采样点数。因为普通的电气设备比白炽灯更不容易受到电压波动的影响，所以人们选择人们对白炽灯光波动（即“闪变”）和电压波动的危险的看法作为评估指标。主要的波动是（1）电源电压波动的幅度，频率和波形；（2）照明设备对白炽灯亮度波动的影响最大，这与白炽灯的瓦数和电压有关。（3）人主观动摇