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1、电能质量背景知识,什么是电能质量,定义： 描述电力系统或供电系统性能的测量方法的总称。由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。电能质量主要参数（指标）： 电压偏差； 频率偏差； 功率因数低 三相电压不平衡度； 谐波（波形畸变）； 电压波动与闪变； 暂时过电压与瞬态过电压。,什么是电能质量？ 电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120。 理想的交流供电系统中： 三相交流电压是平衡的，它的均方根和频率
2、都应该是恒量 电压和电流的波形为正弦无畸变 这些指标应与用户的负荷无关 用户负荷都设计成在额定电压和频率下具有最佳的运行性能 各个负荷互不干扰，功率因数等于1 电能的供应充足，即向电力用户的供电不中断,实际情况中： 只有发电机输出端的电压波形十分接近标准正弦波 电能在输送过程中受到各种干扰性负荷的影响，其频率和电压是不可能维持不变，导致到达用户受电端的电压、电流偏离正弦波形而发生畸变，造成电能质量的恶化 因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念,供电质量：其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组
3、成的合理性、透明度等。 用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。,电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。 电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。,电能质量
4、问题的危害,设备过热、烧毁（中性线、电机、变频器、变压器） 电容器击穿 计算机复位、保护装置误动作或设备工作异常 功率因数下降，无功功率增加，付出更多的电费,基本概念与术语,电力系统频率？供电电压允许偏差？三相不平衡度 ？电压波动和闪变 ？,基本概念与术语,电力系统频率 国家标准GB/T159451995电力系统频率允许偏差规定以50Hz正弦波作为我国电力系统的标准频率（工频），并规定电力系统正常的频率标准为50Hz0.2Hz。当系统容量较小时，可放宽到50Hz0.5Hz。 当系统频率降至49.8Hz以下时,各发电厂应立即主动与省调值班调度员联系增加出力(包括与调度联系启动备用机组)直至达到允
5、许过负荷值。,基本概念与术语,供电电压允许偏差？,基本概念与术语,三相不平衡度 ？ 指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。 电力系统公共连结点正常电压不平衡度允许值为2，短时不得超过4 接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3，根据连接点的负荷状况，邻近发电机，继电保护和自动装置安全运行要求，可作适当变动,基本概念与术语,电压波动和闪变 ？ 电压波动是指多个正弦波的峰值，在一段时间内超过(低于)标准电压值，大约从半周波到几百个周波，即从10mS到2.5秒, 包括过压波动和欠压波动。 大型用电设备的频繁启动导致电压的周期性
6、波动,如电焊机、冲压机、吊机、电梯等,这些设备需要短时冲击功率,主要是无功功率。 电压波动造成灯光照度不稳定（灯光闪烁）的人眼视感反应称为闪变，换言之，闪变反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视感产生的影响；电压闪变是电压波动引起的结果。,电压的短期变化,电压的长期变化,电压波动造成的危害,IT设备当电压波动超过40，持续时间超过12个周波（0.24s）时，导致数据丢失。 PLC （可编程控制器）：早期的产品，电压低于10时，可工作15个周波（0.3s）；电压低于(5060)时，停止工作； 数控设备：为保证产品质量和安全，工作电压波动范围一般为10，当电压低于此值、持续时间超过23个周波（0.04
7、0.06s）时，保护性停机。 变频调速当低于额定电压70，持续时间超过6个周波(0.12s)时停机。精细加工业中的电机，电压波动10、持续时间超过3个周波时，停机。 电机当电压波动超过（5030）、持续时间超过1个周波，控制开关就会跳闸。,谐 波,非线性负载产生谐波； 频率是50Hz的整数倍； 除绝对的正弦/余弦波外，任何其他波形均含谐波,典型谐波产生源,电子开关型:各种交直流换流装置、变频装置 铁磁饱和型:各种铁芯设备, 如变压器、电抗器等，其铁磁饱 和特性呈现非线性 电弧型:各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机,非正弦（余弦）波形的分析,非正弦波信号 通过傅立叶分析，可分解为多个不同频率的正弦波叠
8、加,3次谐波叠加,29次谐波叠加,非正弦波信号 通过傅立叶分析，可分解为多个不同频率的正弦波叠加,非正弦（余弦）波形的分析,谐波种类,偶次谐波 : 2nd, 4th, 6th, 8th 奇次谐波 : 3rd, 5th, 7th, 11th 正序谐波 :(3n+1) 4th, 7th, 10th 负序谐波 :(3n-1) 2nd, 5th, 8th 零序谐波 :(3n) 3rd, 6th, 9th 电压谐波总畸变率(失真率): V(THD),谐波的危害,设备过热、中性线电流大、断路器动作； 功率因数下降，电费增加； 供电波形产生畸变，精密设备工作异常； 测试计量器具显示不准； 干扰通信系统,功率
9、因数,相移功率因数（DPF）:不考虑谐波的影响，电流与电压相位差的余弦值（cos）,功率因数（PF）：有功功率与视在功率的比值。与相移和谐波相关。,功率因数低，意味着付出更多电费。,谐波造成PF降低的数学原理,三角函数的正交特性 两个不同三角函数乘积，在周期内的积分等于0； 两个相同三角函数乘积，在周期内的积分不等于0；,结论：只有同频（同相）的电压、电流相乘，才产生有功功率。,谐波降低PF实例,负载电流中含有3次、5次等谐波成分，负载的输入电压为标准正弦波，根据三角函数的正交特性，当计算负载上的功率时， ， ，即：高次谐波的有功功率为0。 谐波含量越高，功率因数越低。,谐波造成波形畸变,基波
10、与2次谐波无相差叠加,基波与2次谐波有相差叠加,基波与3次谐波无相差叠加,基波与3次谐波有相差叠加,GB/T1594595 电能质量 电力系统频率允许偏差； GB1232590 电能质量 供电电压允许偏差； GB/T1454993 电能质量 公用电网谐波； GB123262000 电能质量 电压允许波动和闪变； GB/T1554395 电能质量 三相电压允许不平衡度； GB/T184812001 电能质量 暂时过电压和瞬态过电压； GB17625.11998 低压电气及电子设备谐波电流限值； IEEE标准11591995 EN50160,电能质量标准,电能质量国标摘要1,GB/T1594595
11、 电能质量 电力系统频率允许偏差 一般不得超过0.2Hz，最大可放宽至0.5Hz GB1232590 电能质量 供电电压允许偏差 10KV以下三相电压允许偏差为7 220V单相电压允许偏差为7 10 GB/T1454993 电能质量 公用电网谐波 380V系统电压总谐波畸变率小于5.0，奇次谐波电压含有率小于4.0，偶次谐波电压含有率小于2.0% GB/T1554395 电能质量 三相电压允许不平衡度 公共连接点正常电压不平衡度允许值为2，短时不超过4，接于公共接点的每个用户所引起的不平衡度允许值为1.3,电能质量国标摘要2,电能质量 公用电网谐波GB/T 14549-93,电能质量国标摘要3
12、,电压变动和闪变的限值GB123262000,注:PSt测量周期为10min,PLt测量周期为2h;MV括号中值仅适用于pcc连接的所有用户为同电压等级的用户场合。,电压变动限值(%),主要研究课题包括：,研究谐波对电网电能质量污染的影响并采取相应的对策。 研究谐波对电力计量装置的影响并采取相应的措施。 研究电能质量污染对高新技术企业的影响并采取相应的技术手段。 加强电能质量控装置的研制。,谁会在意电能质量,供电局 制造业 动力部门 过程工业（冶金，石化） 数据中心，运维部门 军队工业&政府事业 集成商 电能治理公司,客户行业：电力 客户名称： 朔州供电局 部门：生计科 面临问题： 生计科总体
13、负责电能质量问题，承担着下属二十多所变电站电能质量的巡检任务。购买电能质量分析仪用于变电站PT(100V),CT(5A)输出端的电能质量定期巡检。,案例1：朔州供电局,客户行业：电力 客户名称： 包头供电局 部门：营销用电监察科 面临问题 1.变电站PT(100V),CT(5A)输出端电能质量需要定期巡检。 2.由于电能质量问题，与部分大客户端产生纠纷，需判定责任。,案例2：包头供电局,客户行业：制造业 客户名称： 和舰科技（苏州）有限公司 部门：厂务部 面临问题 晶圆生产厂商，有两条电力进线，其中一条的功率因数0.93，工程师希望能查找出原因。 由于经常有设备发生改变，工程师希望通过定时地进
14、行监测谐波等参数的变化趋势，及时督促相关部门整改。 原有的台式电能质量分析仪现场使用不便，也不直观。,案例3：和舰科技,客户行业：制造业 客户名称： 北京巴可利亚德电子科技有限公司 部门：售后工程部 面临问题 生产的全彩LED显示器，在工厂检测无缺陷，但在个别用户侧实际使用中频繁出现故障。用户投诉，影响到销售。设备安装前，用分析仪对电能质量进行监测分析。如有电能质量问题，先建议用户采取措施改善电能质量，杜绝了由于用户电能质量问题所产生的产品投诉，提高了该公司产品的认知度，为后续销售打下基础。,案例4：北京巴可利亚德电子科技公司,客户行业：制造业 子行业：电气设备、电源制造企业 客户名称：中科院
15、北京科诺伟业科技有限公司 部门：质检部 面临问题 生产220V UPS，客户抱怨一些控制系统因UPS输出信号中的谐波及电压不稳导致设备损坏，还有客户反映产品的功率达不到要求。通过电能分析，及时得到产品的全面电能质量数据，消除客户对产品技术和质量的怀疑。,案例5：中科院科诺伟业公司,客户行业：制造业 子行业：烟草制造企业 客户名称：上海烟草（集团）公司 部门： 设备科 面临问题 生产线大量使用变频调速设备和电机，造成对企业内部的谐波污染和电能质量危害。用户希望掌握全厂的动力系统的电能质量参数，从而为谐波治理及监控供电状况提供有力的数据支持。为企业节省大量的费用，避免生产安全隐患。,案例6：上海烟草集团,客户行业：集成商 客户名称： 天津电建实业公司 部门：系统集成部 面临问题 从事电力机柜及变频器的配套集成，在系统招标中，招标方要求提供系统电能质量详细指标。通过使用分析仪生成电能质量分析报告提供给招标方，使其对系统有一个全面客观的评估，极大提高了项目中标率。同时通过对用户端电能质量问题的分析，避免了因为电能质量问题所产生的产品质量纠纷。,案例7：天津电建实业公司,
