电能质量肖湘宁版第三章下.ppt

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1、第三章 传统电能质量分析与改善措施,传统电能质量分析与改善措施,概述 供电电压偏差 电力系统频率偏差 三相电压不平衡 供电中断与供电可靠性,第三节 电力系统频率偏差,频率是电能质量重要指标之一 频率偏差的定义： 在电力系统正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频率偏差： 电力系统的频率变化是指基波频率偏离规定正常值的现象。,频率偏差的限值： 我国国标GB/T 15945-2008电能质量 电力系统频率偏差正常允许值为 ，当系统容量较小可放宽到 ，标准还规定：用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过 。 在保证近区电网、发电机组的安全、稳定运行和用户正常供电的情况下，可以根据冲

2、击负荷的性质和大小以及系统的条件适当变动限制。,频率偏差产生的原因,系统负荷功率总需求（包括电能传输环节的损耗）与系统电源的总供给相平衡时，才能维持所有发电机组转速的恒定。当发电机与负荷间出现有功功率不平衡时，系统频率就会产生变动，出现频率偏差。 发电机总输出有功负荷对有功的需求，频率上升 发电机总输出有功负荷对有功的需求，频率下降 只有发电机的总输出有功功率=负荷对有功功率的需求时，系统的实际频率才称为标称频率，频率偏差为0。,偏差过大的危害,系统频率偏差过大对用电负荷的危害 产品质量没有保证 工业企业 降低劳动生产率 机械工业 使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。 现代工业,系统频率偏差

3、过大对电力系统的危害 降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃； 汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振； 处于低频率系统中的电动机和变压器会给系统电压调整带来困难； 频率下降，电容器无功出力成比例降低，不利于系统电压的调整； 频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。,电力系统调整和控制：,电力系统调整：电力系统在正常运行方式下，通过改变发电机的输出功率使系统的频率变动保持在允许偏差范围内的过程。 电力系统控制：电力系统在非正常运行方式下，针对频率异常所采取的调频措施。,电力系统频率调整： 频率调整包括频率的一次调整和二次调整。 一次调整：利用发电机组的调速器，对于变动幅度小（0.

4、1%-0.5%）、变动周期短（10s以内）的频率偏差所做的调整。 二次调整：利用发电机组的调频器，对于变动幅度较大（0.5%-1.5%）、变动周期较长（10s-30min）的频率偏差所做的调整。,担任二次调频任务的发电厂（机组）称为调频厂（机组），满足以下条件的发电厂（机组）易选作调频厂（机组）： 足够可调容量和调整范围； 足迹调整速度快； 调频输出功率满足系统安全稳定要求； 经济性能好。,电力系统常用大容量发电机组分为三类： 水轮发电机组 火力发电机组 核能发电机组 水轮发电机组输出功率的调整范围较大，一般可达额定容量的50%以上，机组调整速度快，调整上升速递员可达80-100MW/min。

5、从空载到输出额定功率可以在1min完成，而且操作安全、快捷。,枯水季节，电力系统选择水电厂作为主调频厂，效率较低的汽轮发电机组担任辅助调频机组； 丰水季节，为了充分利用水资源，水轮发电机组以额定功率发电，选择中温中压凝气式汽轮发电机组作为主调频机组，高温高压凝气式汽轮发电机组作为辅助调频机组。,抽水蓄能机组是特殊形式的水轮发电机组，其启停及功率调整速度很快。 系统处于低谷负荷：机组吸收系统多余电能，把下水库的水抽到上水库，将电能转化为水的势能存储起来； 系统处于高峰负荷：机组利用上水库的水进行发电，将水的势能转化为电能输送到系统。 抽水蓄能机组出担任系统调频任务外，还起到“削峰填谷”、调相以及

6、事故备用的作用。但抽水蓄能电站的不足之处时电站自身的经济效率较差。,频率的二次调整 手动调频：调频厂由值班人员根据系统频率偏差的大小改变调频机组调速器的整定值，从而改变调频机组的处理。缺点：调频速度慢，操作繁琐。 自动调频：通过装在调频厂和调度所的自动发电控制（AGC）装置实现的。 恒定频率控制（FFC） 横交换功率控制（FTC） 联络线功率频率偏差控制（TBC）,电力系统频率控制 电力系统在非正常运行方式下。系统会出现异常，严重偏离额定频率。 可能出现频率异常的原因： 故障后系统失去大量电源，或系统解列，且解列后的局部系统有功功率失去平衡； 气候变化或意外灾害使负荷发生突变； 在供应不足的系

7、统中缺乏有效控制负荷的手段； 高峰负荷间，发电处理的增长速度低于负荷的增长速度，低谷负荷期间，发电最小出力大于总负荷； 大型冲击负荷造成的频率波动。,频率异常时采用以下频率控制措施： 具有足够的负荷备用和事故备用容量； 装设直接控制用户负荷的装置，备有事故拉闸序位表； 在系统内安装按频率降低自动减负荷装置（自动低频减载装置），和在可能被解列而导致功率过剩的地区装置按频率升高自动切除发电机（自动高频切机装置）。,频率调整与电压调整差异： 全系统频率相同，而系统各节点电压各不相同； 系统频率质量主要由有功功率平衡状况决定，系统电压质量主要由无功功率平衡状况决定； 调整频率只有改变发电机组原动机功率

8、这唯一的措施。,三相对称与不平衡的概念 三相系统可分为是对称三相系统和不对称三相系统。对称三相系统指三相电量（电动势、电压或电流）数值相等、频率相同、相位互差120的系统。不同时满足这三个条件的系统为不对称三相系统。,第四节 电压三相不平衡,（3-24）,（3-25）,三相系统又可分为平衡三相系统和不平衡三相系统。 平衡三相系统：在任意时刻，三相瞬时总功率与时间无关； 不平衡三相系统：在任意时刻，三相瞬时总功率是时间的函数。 式中：,经代入，式（3-28）为： 公式（3-29）说明对称三相系统在任意时刻的总瞬时功率是常数，即对称三相系统也是平衡三相系统。 对于三相系统，不对称三相系统和不平衡三

9、相系统在使用上不作严格区分。,三相不平衡度的定义,三相系统的电量可分解为正序分量，负序分量，零序分量三个对称分量。 在正常运行下，电量的负序分量方均根值与正序分量方均根值之比定义为该电量的三相不平衡度，用 表示。 电压、电流不平衡度： 其中：,要计算不平衡度，首先要计算正序、负序分量以及相位，这样的运算较繁琐。在实际计算中，往往只知道三相电量的数值。对不含零序系统，计算三相不平衡度为： 其中： 估算不对称负荷造成的三相电压不平衡度： 其中：,国标GB/T 15543-2008电能质量 三相电压不平衡规定：电网正常运行时，电力系统公共连接点（PCC点）电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%；

10、接于公共连接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不得超过2.6%。,三相不平衡度限值,三相不平衡产生原因,电力系统三相不平衡分为事故性不平衡和正常性不平衡。 事故性不平衡：系统中各种非对称性故障引起，比如：单相接地短路、两相接地短路或两相相间短路等。事故性不平衡一般需要保护装置切除故障元件，经故障处理后才能重新恢复系统运行。,电力系统在正常运行方式下，供电环节（主要是供电线路）的不平衡和用电环节（负荷不对称）的不平衡都将导致电力系统三相不平衡。 供电线路不平衡：由于供电线路中间相导线的导纳高于其余两相的导纳，最终导致供电线路处于不平衡。 负荷不对称：由于单相大容量负

11、荷（电气化铁路，电弧炉和电焊机等）在三相系统中的容量和电气位置分布不合理。,三相不平衡产生原因,三相不平衡的危害,感应电动机 负序电压产生制动转矩，使感应电动机的最大转矩和输出功率下降，还可能引起电动机振动。 变压器 变压器处于不平衡负载下运行时，如果其中一相电流已先达到变压器额定电流，则其余两相电流只能低于额定电流，此时变压器容量得不到充分利用。,换流器 三相电压不平衡使换流器的触发角不对称，换流器将产生较大的非特征谐波。非特征谐波电流的出现对换流器的谐波治理提出更高要求，直接导致换流器总投资增大。 继电保护和自动装置 三相不平衡系统中的负序分量偏大，可能导致一些作用于负序电流的保护和自动装

12、置误动作，威胁电力系统的安全运行。此外，系统三相不平衡还会使某些负序启动元件对系统故障的灵敏度下降。,三相不平衡的危害,线损 在三相不平衡系统中，线路除正序电流产生的正序功率损耗外，还有负序电流及零序电流产生的附加功率损耗，因此加大了线路的总损耗，降低了电力系统运行的经济性。 计算机 在低压三相四线制系统中，三相不平衡引起中性线上出现不平衡电流，中性点电位会产生漂移。严重的零电位漂移对计算机产生电噪声干扰，可能使计算机无法正常工作。,三相不平衡的危害,改善三相不平衡的措施,将不对称负荷合理分布于三相中，使各相负荷尽可能平衡： 其中P1=5MW, S2=15+j7MVA, S3=10+j2MVA

13、, S4=20+j9MVA, S5=25+j8MVA。 采用(a)所示负荷分配方式比采用(b)所示的负荷分配方式更有利于系统三相平衡。,将不对称负荷分散接于不同的供电点，减少集中连接造成的不平衡度过大。 将不对称负荷接入高一级电压供电。电压等级越高，系统短路容量越大，不对称负荷在系统总负荷中所占比例就越小。 将不对称负荷采用单独的变压器供电。 采用特殊接地的平衡变压器供电。,改善三相不平衡的措施,加装三相平衡装置。 实现三相平衡原理电路如图所示：设ab间接有单相用电负载，在该负载上并联电纳，使ab相等效负载呈电阻性。然后在bc间介入容性电纳，在ca间接入感性电纳。,改善三相不平衡的措施,P74

14、 例3-1 额定电压为380V的3台单相负荷，其参数如下： 负荷I:7.6kVA,cos=1; 负荷II:7.6kVA,cos=0.866; 负荷III:7.6kVA,cos=0.707; 试求不同接线方式时的三相电流不平衡度:,供电可靠性常用指标 供电可靠性是指供电系统连续供电的能力，是国家经济发达程度的标准之一。 供电可靠性常用指标 供电可靠率 用户平均停电时间,第五节 供电中断与供电可靠性,用户平均停电次数 用户平均故障停电次数 供电可靠率参考指标 用户平均故障停电时间 故障停电平均持续时间,平均停电用户数 故障停电平均用户数,表3-8 供电可靠率和平均停电时间的关系,我国从1997年开

15、展的大规模的城乡电网改造以来，用户供电可靠性大为提高。到2002年时，城市用户供电可靠率为99.92%，较1997年提高了0.185个百分点。,上述供电可靠性指标中的停电是指长时间供电中断，即供电电压幅值为零，且持续时间超过5min的现象。长时间供电中断称为供电中断。,我国近几年大规模的城市电网改造使一些城市欲安排供电中断次数明显增加，随着电网改造的结束，预安排供电中断的次数必然下降。,故障供电中断是指故障或故障后保护和自动装置动作引起的突然供电中断，具有很大的偶然性，所以对用户和供电系统造成影响很大。,供电企业为维护供电系统正常工作，对电气设施进行定期或不定期的维护、检修，或为满足系统改、扩

16、建须有而又计划实施的供电中断时不可避免的。,供电中断的危害 电力系统供电中断将使全系统的有功功率和无功功率的平衡遭到破坏，系统频率及电压严重偏离正常值，甚至可能导致系统频率崩溃和电压崩溃。电力系统供电中断还会对国民经济其他行业产生重大影响。,供电中断产生的原因以及提高供电可靠性的措施,电力系统故障是产生供电中断的最主要原因。 设备质量缺陷 系统中有些设备的运行年限过长，导致设备性能老化。当系统运行环境恶劣时，狠容易出现由于瓷套管和绝缘子闪络放电而导致断路器跳闸的事故。 人员误操作 由于对有关的规章制度不熟悉，或存在麻痹大意思想，某些运行人员不能严格按照制度进行调度，从而引发事故。,自然灾害 雷击、闪电、大风、暴雨、大雾、冰雹、酷热、严寒以及山洪、泥石流等自然灾害恶化了系统中电气设备的运行条件。 继电保护误操作 随着系统网架结构的逐步加强，二次设备对系统可靠性的影响越来越大，其设计及接线正确与否直接关系到电力系统的安全运行。 运行管理水平低 电气设备因检修而退出运行，