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1、电能质量及其控制 本讲提纲 电能质量的基本概念1 系统中电能质量实例2 电能质量的预防维护3 问与答4 您遇到过以下问题吗 您遇到过以下问题吗 停电 白炽灯闪烁 设备停运 大量电力干扰信号 精密仪器受损 电能质量不合格导致的 电能质量不合格导致的 1 1 1 1 什么是电能质量什么是电能质量 v电能质量是指优质供电 合格电能质量的概念 是指提供给敏感设备的电力和相应的接地系统 是适合该设备正常工作的 v电能质量 频率 供电质量 v供电质量 供电可靠性 电压质量 v电能质量问题又以各种稳态的或暂态的电磁现 象表现出来 根据电磁现象的持续时间 电压 幅值变化和典型频谱分量 v将电压质量作为评估电能
2、质量的一个重要指标 围绕电压幅值 持续变化时间 频谱分量来 评估 1 1 1 1 什么是电能质量什么是电能质量 v电能质量的IEEE定义 v导致用电设备故障或不能正常工作的电压 电 流或频率偏差 其内容涉及频率偏差 电压偏 差 电磁暂态 供电可靠性 波形失真 三相 不平衡以及电压波动 闪变等 v可见电能质量的概念非常广泛 对电能质量的 认识正在进一步加深 1 1 1 1 什么是电能质量什么是电能质量 v80年代以来 电力电子装置的整流器及变频装 置 炼钢电弧炉 电气化铁路和家用电器等负 荷的迅速发展 v针对一些典型的工业用户通过安装无源滤波器 SVC Static Var Compensato
3、r 静止无功 补偿器 等装置 进行谐波甚至谐波 电压波 动 三相不平衡及功率因数的综合治理与补偿 1 2 1 2 对电能质量认识过程对电能质量认识过程 v90年代以来 计算机 信息技术迅速发展 对 电能质量的要求越来越高 v电压凹陷 Sag Dip 问题已经成为当前电能 质量中最突出的问题 1 2 1 2 对电能质量认识过程对电能质量认识过程 相关行业发生单次暂 降造成的经济损失数 量级图 vv必须重视电能质量的几个原因 必须重视电能质量的几个原因 1 计算机系统的控制设备和电子装置等对电 能质量非常敏感 2 负荷结构的变化使半导体 晶闸管 变频 调整 电弧炉 铁路电气化 家用电器等非 线性用
4、电设备或装置增多 3 在电力市场运营模式下 电力企业销售的 不仅是电力本身 而且包括电能质量和相关 的附加服务 1 3 1 3 改善电能质量的意义改善电能质量的意义 v电能质量关系到国民经济的总体效益 v从技术角度讲 提供优质电能质量是由供用电 双方共同保证的 v提高电能质量是实现电力可持续发展的重要基 础 v提高电能质量有许多工作要做 1 3 1 3 改善电能质量的意义改善电能质量的意义 授课提纲 电能质量的基本概念电能质量的基本概念1 系统中电能质量实例系统中电能质量实例2 电能质量的预防维护电能质量的预防维护3 问与答问与答4 案例案例1 1 1 2011年2月24日 甘肃中电酒泉风电公
5、司桥西第一风电 场35B开关间隔C相电缆头故障绝缘击穿 造成三相短 路 导致包括桥西第一风电场在内的10座风电场中274 台风电机组因无低压穿越能力在系统电压暂降时脱网 风机脱网后 风电场无功补偿装置不具备自动投切 功能 系统无功过剩 电压迅速升高 引起300台风电 机组电压保护动作 事故过程中还有24台风机因频率 越限保护动作 本次事故脱网风电机组598台 损失出 力840 43MW 占事故前酒泉地区风电出力的54 4 造成西北电网主网频率由事故前的50 034Hz降至最低 49 854Hz 事件的产生与危害事件的产生与危害 阶段1阶段 2阶段3 有功有功 不足不足 频率频率 偏差偏差 系统
6、系统 崩溃崩溃 安全注意事项安全注意事项 1 电气设备及其连接部件隐患的排查治理 2 并网运行风电场应满足接入系统的技术规定 风 电机组必须具备低电压穿越能力 不具备低电压 穿越能力的要尽快制定切实可行的低电压穿越能 力改造计划 3 无功容量配置和参数整定应满足系统电压调节需 要 4 开展涉网保护定值 电压 频率保护 的核查和 备案工作 指导风电场按电网要求进行涉网保护 定值整定 频率的含义 交流电在1s内正弦参量交变的次数 单位为赫兹 Hz 当系统在受到某种原因的干扰而失去均衡的过程 中 频率的有效性便难以维系 交流电的频率是和发电机转速直接对应的电频率 f pn 60 式中 p 发电机极对
7、数 n 机组每分钟转数 频率偏差的理论知识频率偏差的理论知识 v电力系统的标称频率 v交流电力系统的标称频率有50Hz和60Hz两种 我国采用50Hz 50Hz和60Hz频率的系统若 要并联运行 需通过背靠背直流换流站或变频 机组转换频率 v发电机组和用电设备铭牌上均有标称频率 即 标明该设备应在该频率的电力系统中使用 频率偏差的理论知识频率偏差的理论知识 系统频率 机组频率 负荷频率 v电力系统稳定运行时 全系统频率相同 实际系统每 时每刻都在变动 实际上 系统频率 是指与该系统中 起着关键作用的大容量机组的转速相对应的电频率 v在系统动态过程中 机组频率取决于自身原动机能量 输入和其他机组
8、同步力矩对它的牵制及负荷的分布 和其他节点的频率差异 在系统失步过程中尤为明显 危害也很大 v负荷节点频率实际上取决于系统内各电源等值电动势 相对运动 传递到该节点的电压向量在时间轴上的运 动轨迹 频率偏差对电力系统的影响 vv 电力系统低频率运行的影响电力系统低频率运行的影响 v 1 对发电厂的影响 v 蒸汽驱使的火电厂锅炉给力泵出力随转速减低而减小 发 电机出力下降 v 一般燃气轮机组运行在额定转速附近 总是出力的减低近 似地与速度减低成正比 低频率运行导致效率下降 v 对于核燃料汽轮发电机组 允许运行频率在较宽的范围内 变动 有较强的承受低频率的能力 v 但对于水电厂而言 在电力系统及其
9、负荷容许的低频率运 行范围内 不受限制 频率偏差对电力系统的影响 v电力系统低频率运行的影响 v2 对负荷的影响 v电力系统中大量的负荷是由电动机驱使的 计及负荷 阻力特性后 供电频率对电动机 同步和异步 的影 响 才是对负荷实际影响 v到本世纪70 80年代 电动机调速的根本性变革 eg 通过快递检测电流实现PWM控制的变频技术 以及具 有很强抗干扰能力的变结构控制系统等 基本上消除 电动机转速受电源频率偏离的影响 频率偏差对电力系统的影响 v 电力系统低频率运行的影响 v 3 对输配电系统的影响 v 变压器 若频率偏离标准值 变压器的铁芯损耗 漏 磁通和噪声的影响 与相反方向的电压偏离导致
10、的影 响类似 v 配电变压器的激磁电流随运行频率的下降而非线性增 加 在地区内无功补偿不足或调压措施不完善时 导 致地区电压下降 v 电容器 运行频率下降时 电容器的无功出力和额定 电流将直接按频率的降低成比例地下降 频率偏差对电力系统的影响 v 电力系统低频率运行的影响 v 3 对输配电系统的影响 v 线路串联补偿用电容器 若运行频率下降 则线路感 抗随之下降的同时 增大了电容器的容抗 导致线路 补偿度的增加 使线路传输能力得到提高 v 无功补偿用并联电抗器 其感抗随频率的降低而线性 地下降 同时导致无功电流的增加 电力系统频率的控制方法 v 频率瞬时偏差的调整 v 当系统中负荷发生微小变化
11、时 发电机组调整器可自 动调节 利用发动机组调速器有差特性调频 称为 一 次调节 v 当电力系统负荷有较大和较长时间变化 改变调速器 的工作点增减发电机组出力以保持系统频率 称为 二 次调整 又可经运行人员手动操作或依靠自动装置完 成 称为手动调频和自动调频 电力系统频率异常的控制 v 在电力系统中一般采取下列措施 防止频率的异常 1 系统保有负荷备用和事故备用容量 电力供应不足时 必须事先限制一部分用户负荷 除使发电出力与负荷平 衡外 留有裕度 2 调度所或变电所直接控制用户负荷装置 并备有事故拉 闸序列表 3 系统内安装按频率降低自动减负荷装置和可能被解列而 功率过剩的地区装设按频率升高切
12、除发电机等装置 案例案例2 2 v在家里出现白炽灯一直闪烁的时候 闪变觉察和瞬时闪变视觉度闪变觉察和瞬时闪变视觉度 电压波动对计算机和控制设备不需要特别关心 因为其容量小并且能够在相对耗资不大的条件下 加设抗干扰设施 日光灯和电视机等设备对电压波动的敏感度远远 低于白炽灯 而几乎所有建筑的照明都装有大量 的白炽灯 如果电压波动的大小不足以引起白炽 灯闪变 Flick 则可以肯定不会使电视机和日 光灯等工况异常 因此 白炽灯的工况可以作为 判断电压波动值是否可以接受的依据 闪变的主要决定因素闪变的主要决定因素 供电电压波动的幅值 频率和波形 照明装置 以白炽灯的照度波动影响最大 而且与 白炽灯的
13、瓦数和额定电压等有关 人对闪变的主观视感 由于人们视感的差异 需要 观察者的闪变视觉感作抽样调查 电压波动和闪变的发生和危害电压波动和闪变的发生和危害 v 电压波动一般由波动负荷所引起的 主要波动性负荷有 1 炼钢电弧炉 2 电动机频繁启动的负荷 如轧钢机和绞车 3 间歇通电的负荷 如电阻焊机和电弧焊机 v 危害有 1 电照明灯光闪烁 引起人的视觉疲劳 2 电机屏幕图像失真 摆动翻滚和亮度变化 3 电动机转速不均匀 影响产品质量甚至损坏 4 电子计算机 监测和控制设备工作不正常 闪变的评定与改善措施闪变的评定与改善措施 一 评定 1 当发生闪变干扰的波动负荷 尤其注意电弧炉 存在时 首先考虑用
14、闪变仪测出闪变值 2 对不同设备导致的闪变值做出预测 规划出供电 系统能够接受闪变干扰负荷容量 并选择合适的公 共供电点进行补救 二 改善措施 1 波动性负荷补偿的技术措施 2 静止无功补偿器 SVC 案例案例3 3 v1 微波炉启动导致电脑重启 v2 系统中一旦出现了故障或变压器激磁或感 应电机启动 在它附近的母线上的电压幅值迅 速下降 甚至短时供电中断现象 v3 川内某电业局 2011年实测结果 v在出现短时中断时记录的数据 出现了超过标准十几倍的短路电流 案例分析 1 回顾当天是否有树枝掉落 生长 导致相间故障情况 2 排查周边的用户有没有冲击性负荷 或者大容量电机 3 确定出现短时中断
15、的原因并作出现场考察 4 提出合理的改善建议 整治该电压暂降 中断问题 改善措施 改善措施 1 经常修理树枝 打扫线路所经过路线的清洁度 2 在经常出现雷暴的露天和高危地点 加装避雷器 减少雷暴造成的短路影响 3 组织营销部门积极走访用户 收集用户的大型用 电设备 并作出记录和统一的管理 电压暂降的理论分析 v电压暂降 又称电压跌落 是指电压幅值 有效 值 的暂时下降 随后又恢复正常特征 电压暂 降在电力系统的频繁出现将引起许多电能质量问 题 最近十几年来 由于敏感负荷的增加 由电 压暂降造成的经济损失也迅速增加 电压暂降主要由起始时间 暂降幅值和持续时间界 定 IEEE定义暂降幅值在10 9
16、0 之间 IEC定义的幅 值为1 90 持续时间在0 5个周期 我国10ms 1分钟 典型的电压暂降事件持续时间在0 5 30个周期 暂降 深度取决于距离故障点的位置和电网结构 影响电压暂降涉及大量随机因素 1 短路类型 2 故障位置 3 保护装置性能 4 大气层放电 5 冲击性负荷启动的不确定性 短期中断的理论分析短期中断的理论分析 v短时电压中断 Interruption v指短期 3秒以内 电压值下降到额定值的10 以 下的一种异常现象 电压暂降影响 大中小 电 压 中 断 影 响 大 精加工 化工 塑料制造 印刷 造纸 玻璃 汽车制 造 冶金 水泥交 通运输 食品 生产 电弧炉 小轧钢 铝加工 金属加工 工 业煤气 化纤 电解 粉碎机 械 电压暂降和短时中断的控制方法电压暂降和短时中断的控制方法 电压中断和暂降主要是在系统内发生的 由负荷 用电引起的电压暂降和电压中断占少数 因此控 制电压凹陷和电压中断先应从系统内寻求缓解其 影响的措施 然后再根据实际需要安装专门的控 制设备 1 不间断电源UPS UPS装置串联接入供电线路 在正常供电中 通过 UPS的交流 直流 交流变换 P
