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1、供配电安全技术 第五讲：电能质量与无功补偿,中国矿业大学信息与电气工程学院 电气安全与智能电器研究所 刘建华,目录,一、电能质量简介 二、无功补偿简介 三、谐波 四、电能质量及无功补偿治理,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,3,一、电能质量简介：内容及标准,GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压允许偏差 GB/T 12326-2008 电能质量 电压波动和闪变 GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压允许不平衡度 GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率允许偏差 GB/T 18481-2001 电能质量 暂时过电压和瞬态过电压 GB/T 14
2、549-1993 电能质量 公用电网谐波 GB/T 24337-2009 电能质量 公用电网间谐波,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,4,一、电能质量简介： 供电电压允许偏差,电压偏差计算： 供电电压的允许偏差： 1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的 10；注：如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。 2） 10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的 7 。 3）220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7 、10 。 4）对供电电压允许偏差有特殊要求的用户，由供用电双方协议确定。,2019年7月31日
3、星期三,中国矿业大学信电学院,5,一、电能质量简介：电压波动和闪变,电压变动特性d(t)：电压方均根值变动的时间函数，以系统标称电压的百分数表示。 电压变动d：电压变动特性d(t)上，相邻两个极值电压之差。 电压变动频度r：单位时间内电压变动的次数(电压由大到小或由小到大各算一次变动)。同一方向的若干次变动，如间隔时间小于30 ms，则算一次变动。 电压波动：电压方均根值一系列的变动或连续的改变。,电力系统公共连接点或波动负荷用户引起的公共连接点电压变动限值,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,6,一、电能质量简介：电压波动和闪变(续),闪变时间t: 一个有时间量纲的值，表示电压
4、变动的闪变影响，和波形、幅值以及频度均有关。 闪变：灯光照度不稳定造成的视感。 短时间闪变值Pst: 衡量短时间(若干分钟)内闪变强弱的一个统计量值。 长时间闪变值Plt: 由 短时间闪变值推算出，反映长时间(若干小时)闪变强弱的量值。,电力系统公共连接点各级电压下的闪变限值,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,7,一、电能质量简介三相电压允许不平衡度,电压不平衡度允许值 电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2，短时不得超过4(取值见附录A)。 电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定，例如旋转电机按GB755旋转电机基本技术要求规定。 接于公共接
5、点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为13，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、但必须满足上条的规定。 用户引起的电压不平衡度允许值换算 电压不平衡度允许值一般可根据连接点的正常最小短路容量换算为相应的负序电流值，为分析或测算依据；邻近大型旋转电机的用户，其负序电流值换算时应考虑旋转电机的负阻抗。有关不平衡度的计算见附录B。,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,8,一、电能质量简介电力系统频率允许偏差,电力系统频率允许偏差：正常允许0.2Hz，当系统容量较小时允许0.5Hz 。 用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过0.
6、2Hz，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的交全、稳定运行以及正常供电。,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,9,一、电能质量简介公用电网谐波,总谐波畸变率(THD)：周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。分为电压总谐波畸变率与电流总谐波畸变率。,公用电网谐波电压(相电压)限值,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,10,一、电能质量简介公用电网谐波（续）,公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量(方均根值)不应超过表2中规定的允许值。当公共连接点处的最小短路容量不同于基
7、准短路容量时，表2中的谐波电流允许值应进行换算即：各次谐波电流分量各次谐波电流允许值*(公共连接点的最小短路容量/基准短路容量)。,一、电能质量简介暂时过电压和瞬态过电压,交流电力系统中的电气设备，在运行中除了作用有持续工频电压(其值不超过系统最高电压 Um,持续时间等于设计的运行寿命)外，还受到过电压的作用。按照作用过电压的幅值、波形及持续时间，可分为; 暂时过电压，包括工频过电压、谐振过电压; 瞬态过电压，包括操作(缓波前)过电压、雷电(快波前)过电压,一、电能质量简介暂时过电压和瞬态过电压,各类过电压的典型波形如下表 所示：,二、无功补偿简介：标准,国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原
8、则2004； SD325-89 电力系统电压和无功电力技术导则; DL/T 1010 高压静止无功补偿装置; GB/T 15576 低压成套无功功率补偿装置; GB 50227 并联电容器装置设计规范,二、无功补偿简介： 无功补偿的原理,将电容器和电感并联在同一电路中，电感吸收能量时，电容释放能量;而电感放出能量时，电容器吸收能量。因此能量就只在它们之间交换，即感性负荷所吸收的无功功率，可由电容器所输出的无功功率中得到补偿。因此把由电容组成的装置称为无功补偿装置。 无功补偿的作用如下图所示:设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为QC，使电源输出的无功功率减
9、少为Q1=Q一Qc，功率因数由cos小提高到cos小、，视在功率S减少到S .,二、无功补偿简介：无功补偿的主要方法,根据补偿装置安装位置的不同，可以将无功补偿分为个别补偿（随机补偿或就地补偿）、集中补偿、分组补偿（分散补偿）。三种补偿方式如下图所示：,二、无功补偿简介：无功补偿的主要方法,就地补偿:将低压电容器组分散地与用电设备的供电回路相并联，随用电设备同时投入或退出运行，使用电设备消耗的无功功率得到就地补偿，能获得明显的降损效益。 集中补偿:无功功率补偿装置通过开关接在母线侧。用以补偿配电变压器、输电线路、配电线路的无功功率损耗。,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,17,
10、三、谐波：谐波的产生,非线性负载产生谐波： 工业用易产生谐波设备：直流调速器、变频调速器、不间断电源系统（UPS）、 现代照明系统、焊接装置 、感应加热炉、整流器、饱和变压器等。 民用易产生谐波设备：电视机、空调、计算机、日光灯、电冰箱等 。 谐波流向： 谐波电流主要流过电容器。 谐波电流也流过电网。 谐波电流的流动导致谐波电压。 谐波也注入其他接入同一电网总线的线性负载。 注入电网的谐波也会流向联网的其他用户。,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,18,三、谐波：三相整流产生的谐波,三相整流设备产生的谐波电流，其谐波次数可按如下公式求得： N = fn / f1 = K*P1
11、公式中： N = 谐波次数； fn = 谐波电流频率 ； f1 = 基波电流频率 ； K = 1，2，3， ； P = 整流设备的波头数（6、12、24）。 例如：6 波头的整流器将产生 5，7，11，13 次谐波。 三相整流设备产生的谐波电流值可按如下公式求得： In = I1 / N 公式中： In = N 次谐波的电流值;I1 = 基波电流值;N = 谐波次数。,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,19,三、谐波：谐波的种类,特性谐波： 与相关回路结构相关. 有规律的谐波次数. 谐波频率可由公式 k*p+1 ; k = 1,2,3得到. 谐波频率呈规律性. 非特性谐波： 由
12、频率转换设备产生. 系统不平衡 (电压和感抗) 3次谐波（零序谐波）： 3*(2n+1) ,n = 0,1,2 例如 3,9,15,21 等. 主要影响零序. 增加零相电流.,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,20,三、谐波：谐波的相序（1）,每一谐波的相序都有关于基波的联系. 按约定基波被设定为正相序. 所有高次谐波都有相对于基波的正、负或是零相序.,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,21,三、谐波：谐波的相序（2）,RYB的相序 (+ Seq.) 基次分量 R Y B 基次 +120o 0o -120o 二次 +240o 0o -240o 谐波 -120o
13、0o +120o 因而二次谐波作为负序分量运转.,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,22,三、谐波：谐波的相序（3）,RYB的相序 (+ Seq.) 基次分量 R Y B 基次 +120o 0o -120o 三次 +360o 0o -360o 谐波 +0o 0o -0o 因而三次谐波作为零序分量运转.,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,23,三、谐波：谐波的相序（4）,每一谐波的相序算法及排列：,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,24,三、谐波：谐波的相序（4）,各序谐波的特性及危害：,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,25,三、
14、谐波：对设备的的危害,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,26,四、电能质量的治理设备：内容及目标,使注入公用电网的谐波电流及公共连接点的谐波电压在国标限值以内； 提高用户用电的功率因数； 使电压波动和闪变在国标限值以内； 使电压凹陷、凸起、短时中断的幅值和持续时间在设备容许范围内。 使用户设备在电磁兼容允许范围内安全经济运行，把对电网的干扰限制在国标限值以内。,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,27,四、电能质量的治理设备：如下设备,无源滤波器FC（手动/自动投切，调谐/非调谐） 静止型动态无功补偿装置SVC：TSC、TSC+TCR、FC+TCR、FC+MCR。
15、 静止无功发生器SVG（又称静止同步补偿器STATCOM）。 有源滤波器APF,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,28,四、电能质量的治理设备：无源滤波器FC,主要器件：电容器+电抗器+电阻器（可选） 投切方式：手动、自动 功能：纯补偿（非调谐）、补偿滤波（调谐） 滤波原理：采用电力电容器串联适当比例的电抗器，形成针对某一特定频率的低阻抗滤波回路，吸收特定频率的谐波电流，补偿基波无功功率。 适用场合：无功功率大、功率因数低、无功变化不频繁，具有典型特征谐波（5，7，11，13次）的工业负荷。 优点：结构简单，造价低廉，适合大规模应用。 缺点：响应时间长，两次投切间隔通常要几秒放
16、电时间，不能补偿动态无功；补偿容量受到电网电压的限制，电网电压越低，输出无功越小，而此时恰恰需要向电网输出无功，以期抬高电网电压水平；只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用；滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；投切产生涌流及过电压会对系统会造成冲击，补偿精度低。,2019年7月31日星期三,中国矿业大学信电学院,29,四、电能质量的治理设备:非调谐无源滤波器,非调谐(Detuned)或谐波抑制滤波器：谐振频率fR 最低主谐波频率的90%；例如：fR =214Hz,小于5次谐波的90% . 电抗系数 12.5% 或 14%适用于 3次谐波 ；电抗系数 5.5% 或 7%适用于 5、7次谐波 。 适用于：仅考虑无功
