第十章电能质量的提高

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1、 第十章第十章 电能质量的提高电能质量的提高第一节第一节 概述概述第二节第二节 电压偏差及其调节电压偏差及其调节 （重点）第三节第三节 电压波动和闪变及其抑制电压波动和闪变及其抑制 （难点）第四节第四节 高次谐波及其抑制高次谐波及其抑制第五节第五节 供电系统的三相不平衡供电系统的三相不平衡第一节第一节 概述概述 一、衡量电能质量的指标及标准一、衡量电能质量的指标及标准 自自1990年以来，我国相继发布的五项电能质量国家标准：年以来，我国相继发布的五项电能质量国家标准： GB12325-1990电能质量电能质量 供电电压允许偏差供电电压允许偏差 GB12326-2000电能质量电能质量 电压波动

2、和闪变电压波动和闪变 GB/T14549-1993电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波 GB/T15543- 1995电能质量电能质量 三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度 GB/T15945-1995电能质量电能质量 电力系统频率容许偏差电力系统频率容许偏差 电电能能质质量量的的问问题题有有五五个个比比较较大大的的方方面面：频频率率、电电压压偏偏差差、电压波动电压波动、高次谐波高次谐波和和三相不平衡三相不平衡（三相系统）（三相系统） 除除此此之之外外还还包包括括供供电电可可靠靠性性、操操作作容容易易、维维护护费费用用低低和和能能源使用合理等。源使用合理等。二、电力系统的频率调整二、

3、电力系统的频率调整 我我国国电电力力系系统统的的额额定定频频率率为为50Hz，频频率率的的允允许许偏偏差差规规定定为为：电电网网装装机机容容量量在在300万万kW及及以以上上的的，为为0.2 Hz；电电网网装装机容量在机容量在300万万kW以下的，为以下的，为0.5Hz。 如如果果电电力力系系统统发发生生短短路路故故障障，或或用用电电负负荷荷突突然然大大幅幅度度增增加加时时，电电网网频频率率将将显显著著降降低低，致致使使电电力力系系统统不不能能正正常常运运行行，这这时时候候也也可可以以通通过过设设置置低低频频减减负负装装置置来来使使电电力力系系统统的的频频率率得得到到有有效效的恢复。的恢复。

4、电力系统频率的变化主要是由有功负荷变化引起的。电力系统频率的变化主要是由有功负荷变化引起的。 系统负荷变化有三种情况。系统负荷变化有三种情况。第二节第二节 电压偏差及其调节电压偏差及其调节 一、电压偏差的含义一、电压偏差的含义 由于变压器分接头选择而引入的电压偏差量可按下式进行计算：由于变压器分接头选择而引入的电压偏差量可按下式进行计算： 电电压压偏偏差差是是指指电电网网实实际际电电压压与与额额定定电电压压之之差差对对额额定定电电压压的的百分数，即百分数，即 产产生生电电压压偏偏差差的的主主要要原原因因是是正正常常的的负负荷荷电电流流或或故故障障电电流流在在系统各元件上流过时所产生的电压损失所

5、引起的。系统各元件上流过时所产生的电压损失所引起的。 实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成不良影响。实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成不良影响。 二、变压器对电压偏差的影响二、变压器对电压偏差的影响 Uf（1f）U1N 续上页续上页变压器中的电压损失按式计算：变压器中的电压损失按式计算： 当当变变压压器器一一次次侧侧分分接接头头所所加加电电压压为为额额定定电电压压时时, ,由由变变压压器器本本身所产生的总电压偏差量为身所产生的总电压偏差量为 变压器负载时二次侧电压为：变压器负载时二次侧电压为： 三、电压偏差的计算三、电压偏差的计算指指定定地地点点E E的的电电压压偏偏差差可可

6、由由下下式式计计算算: : 四、电压偏差的调节四、电压偏差的调节 GB12325-1990电电能能质质量量 供供电电电电压压允允许许偏偏差差中中规规定定，供供电电部部门门与与用用户户的的产产权权分分界界处处或或供供用用电电协协议议规规定定的的电电能能计计量量的的最大允许电压偏差应不超过：最大允许电压偏差应不超过： 35kV及以上供电电压：电压正、负偏差绝对值之和为及以上供电电压：电压正、负偏差绝对值之和为10%； 10kV及以下三相供电电压：及以下三相供电电压：7%； 220V单相供电电压：单相供电电压：+7%，-10%。 （一）电压调节的方式（一）电压调节的方式 对中枢点的电压进行监视和调节

7、。对中枢点的电压进行监视和调节。 中枢点调压方式：中枢点调压方式：n常调压：不管中枢点的负荷怎样变动，都要保持中枢点的电压偏常调压：不管中枢点的负荷怎样变动，都要保持中枢点的电压偏 差为恒定值；差为恒定值；n逆调压：在最大负荷时，升高母线电压，在最小负荷时，降低母逆调压：在最大负荷时，升高母线电压，在最小负荷时，降低母 线电压。线电压。续上页续上页（二）电压调节的方法（二）电压调节的方法 对对于于电电力力用用户户的的供供配配电电系系统统，电电压压偏偏差差调调节节主主要要以以下下两两方方面入手。面入手。1. 减小线路电压损失减小线路电压损失 2. 合理选择变压器的分接头合理选择变压器的分接头合理

8、地减少系统的阻抗，合理地减少系统的阻抗，减少系统的变压级数；减少系统的变压级数；尽量保持系统三相平衡；尽量保持系统三相平衡；使高压线路深入负荷中心；使高压线路深入负荷中心；采用多回路并联供电；采用多回路并联供电；设置无功补偿装置等。设置无功补偿装置等。 第三节第三节 电压波动和闪变及其抑制电压波动和闪变及其抑制 电电压压波波动动是是指指电电压压在在系系统统电电网网中中作作快快速速短短时时的的变变化化。电电压压波波动动值值，以以用用户户公公共共供供电电点点的的相相邻邻最最大大与与最最小小电电压压方方均均根根值值之差对电网额定电压之差对电网额定电压UN的百分值表示，即的百分值表示，即 电电压压波波

9、动动是是由由于于负负荷荷急急剧剧变变动动的的冲冲击击负负荷荷所所引引起起。影影响响电气设备的正常工作。电气设备的正常工作。 一、电压波动和闪变的基本概念一、电压波动和闪变的基本概念 闪闪变变是是指指人人眼眼对对灯灯闪闪的的主主观观感感觉觉。引引起起灯灯光光（照照度度）闪闪变的波动电压，称为闪变电压。变的波动电压，称为闪变电压。 二、电压波动值的估算二、电压波动值的估算 1）对于平衡的三相负荷，可按下式计算：）对于平衡的三相负荷，可按下式计算： 式中，式中，S为负荷容量的变化量；为负荷容量的变化量；Sk为公共连接点的短路容量。为公共连接点的短路容量。 2）当当已已知知三三相相负负荷荷的的有有功功

10、和和无无功功功功率率变变化化量量P和和Q时时，则可按下式计算：则可按下式计算： 式中，式中，R、X分别为电网的等值电阻和电抗。分别为电网的等值电阻和电抗。 3）在高压电网中，由于）在高压电网中，由于XR ，因此可按下式计算：，因此可按下式计算： 三、电压波动和闪变的抑制三、电压波动和闪变的抑制 抑抑制制电电压压波波动动和和闪闪变变的的主主要要措措施施有有：采采用用合合理理的的接接线线方方式式，对对负负荷荷变变化化剧剧烈烈的的大大型型设设备备，采采用用专专用用线线或或专专用用变变压压器器供供电电；提提高高供供电电电电压压；减减少少电电压压损损失失；增增大大供供电电容容量量；减减少少系系统统阻阻抗

11、抗；增增加加系系统统的的短短路路容容量量等等方方法法，对对抑抑制制电电网网的的电电压压波波动动和和闪闪变变能能起起到到良良好好的的作作用用。在在系系统统运运行行时时，也也可可以以在在电电压压波波动动严严重重时时减减少、甚至切除引起电压波动的负荷。少、甚至切除引起电压波动的负荷。 另另外外为为了了减减少少无无功功功功率率冲冲击击引引起起的的电电压压闪闪变变，国国内内外外普普遍遍采采用用一一种种静静止止无无功功功功率率补补偿偿装装置置（SVC）进进行行无无功功功功率率补补偿偿。这这种种装装置置在在调调节节的的快快速速性性、功功能能的的多多样样性性、工工作作的的可可靠靠性性、投投资和运行费用的经济性

12、等方面具有显著的优点。资和运行费用的经济性等方面具有显著的优点。 静静止止无无功功补补偿偿器器由由特特殊殊电电抗抗器器和和电电容容器器组组成成，有有的的是是两两者者之之一一为为可可控控的的，有有的的是是两两者者都都是是可可控控的的，是是一一种种并并联联联联接接的的无无功功功功率率发发生生器器和和吸吸收收器器。近近年年来来，电电力力系系统统中中主主要要应应用用的的静静止止补补偿偿器器有有自自饱饱和和电电抗抗器器型型（简简记记为为SR）和和可可控控硅硅控控制制电电抗抗器器型型(简记为简记为TCR)两种。两种。第四节第四节 高次谐波及其抑制高次谐波及其抑制 一、高次谐波的产生与危害一、高次谐波的产生

13、与危害 谐谐波波对对几几乎乎所所有有连连接接于于电电网网的的电电气气设设备备都都有有损损害害，主主要要表表现现为为产产生生谐谐波波损损耗耗，使使设设备备过过热热以以及及谐谐波波过过电电压压、加加速速设设备备绝绝缘缘老老化化等等。谐谐波波对对继继电电保保护护、电电能能计计量量精精度度等等也也有有影影响响 、谐波还对通信质量有影响。、谐波还对通信质量有影响。 谐谐波波是是一一个个周周期期电电气气量量的的正正弦弦波波分分量量，其其频频率率为为基基波波频频率的整倍数，也称为高次谐波。率的整倍数，也称为高次谐波。 系系统统中中的的主主要要谐谐波波源源可可分分为为两两大大类类：含含半半导导体体非非线线性性

14、元件的谐波源；元件的谐波源；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。 如如在在系系统统和和用用户户中中存存在在谐谐波波干干扰扰，将将会会使使系系统统中中的的电电压压和和电电流流发发生生畸畸变变。供供电电系系统统中中的的谐谐波波源源主主要要是是谐谐波波电电流流源源，谐谐波波电电流流通通过过电电网网将将在在电电网网阻阻抗抗上上产产生生谐谐波波电电压压降降，从从而而导导致致谐谐波波电压的产生。电压的产生。二二 谐波的评价估算谐波的评价估算 第第h次谐波电压含有量和第次谐波电压含有量和第h次谐波电流含有率按下式计算：次谐波电流含有率按下式计算： 谐波电压总含量谐波电压总含量UH

15、和谐波电流总含量和谐波电流总含量IH按下式计算：按下式计算： 式式中中，Uh为为第第h次次谐谐波波电电压压（方方均均根根值值）； U1为为基基波波电电压压（方方均均根根值值）； Ih第第h次次谐谐波波电电流流（方方均均根根值值）；I1为为基基波波电电流流（方方均均根值）。根值）。 电电压压总总谐谐波波畸畸变变率率THDu和和电电流流总总谐谐波波畸畸变变率率THDi按按下下式式计算：计算： 谐谐波波电电压压限限值值及及谐谐波波电电流流允允许许值值的的规规定定值值可可参参考考GB/T14549-1993电能质量电能质量 公用电网谐波。公用电网谐波。三、并联电容器对谐波的放大作用三、并联电容器对谐波

16、的放大作用 在在供供电电系系统统中中，并并联联电电容容器器作作为为无无功功补补偿偿设设备备已已得得到到了了广广泛泛的的应应用用。系系统统中中的的电电容容器器，一一方方面面由由于于其其谐谐波波阻阻抗抗小小，系系统统高高次次谐谐波波电电压压会会在在其其中中产产生生明明显显的的高高次次谐谐波波电电流流，使使电电容容器器过过热热，严严重重影影响响其其使使用用寿寿命命；同同时时电电容容器器的的切切入入使使用用也也可可能能引引起起系统谐波严重放大。系统谐波严重放大。 在在含含有有谐谐波波的的供供电电系系统统中中，应应注注意意适适当当选选择择其其电电容容器器的的参参数数，防防止止其其出出现现过过电电流流和和

17、过过电电压压，同同时时兼兼顾顾无无功功补补偿偿的的要要求求和和消消除除谐谐波波放放大大，可可在在电电容容器器支支路路串串联联电电抗抗器器，通通过过选选择择电电抗抗器器值值使使电电容容器器回回路路在在最最低低次次谐谐波波频频率下呈现出感性如图所示。率下呈现出感性如图所示。 对对于于整整流流装装置置，hmin=5，可可取取XLR=(56)% XC ，对对于于含含有有三三次次谐谐波波的的系系统统，可可取取XLR=(1213)% XC 。 四、高次谐波的抑制四、高次谐波的抑制高次谐波的抑制方法：高次谐波的抑制方法： 1 1增加整流装置的相数增加整流装置的相数2 2装设无源电力谐波滤波器装设无源电力谐波

18、滤波器 无无源源电电力力谐谐波波滤滤波波器器由由电电力力电电容容器器，电电抗抗器器和和电电阻阻器器按按一一定方式连接而成。定方式连接而成。 二二阶阶高高通通滤滤波波器器 单单调调谐谐滤滤波波器器 双双调调谐谐滤滤波波器器 一一阶阶高高通通滤滤波波器器 三三阶阶高高通通滤滤波波器器 C C形形高高通通滤滤波波器器 续上页续上页3 3装设有源电力滤波器装设有源电力滤波器 有有源源电电力力滤滤波波器器分分并并联联型型和和串串联联型型两两种种，实实际际应应用用中中多多为并联型。为并联型。 并并联联型型有有源源电电力力滤滤波波器器是是一一种种向向电电网网注注入入补补偿偿谐谐波波电电流流，以以抵抵消消负负

19、荷荷所所产产生生的的谐谐波波电电流流的的滤滤波波装装置置，其其主主要要电电路路由由静静态态功功率率变变流流器器（逆逆变变器器）构构成成，故故具具有有半半导导体体功功率率变变流流器器的的高高可控性和快速响应性。可控性和快速响应性。 谐波电流的补偿谐波电流的补偿 第五节第五节 供电系统的三相不平衡供电系统的三相不平衡 在在三三相相供供电电系系统统中中，当当电电流流和和电电压压的的三三相相相相量量间间幅幅值值不不等或相位差不为等或相位差不为1200时，则三相电流和电压不平衡。时，则三相电流和电压不平衡。 三相不平衡对供用电设备将带来危害。三相不平衡对供用电设备将带来危害。 三相不平衡程度通常用不平衡

20、系数表示。三相不平衡程度通常用不平衡系数表示。 供供电电系系统统的的三三相相不不平平衡衡主主要要是是由由三三相相负负荷荷不不对对称称所所引引起起的的。电电流流和和电电压压不不平平衡衡现现象象有有短短时时的的（一一相相不不对对称称短短路路，断断线线等等），也有持续的（一相非对称运行方式；以及非对称负荷等）。也有持续的（一相非对称运行方式；以及非对称负荷等）。式式中中，U%、 I%表表示示电电压压及及电电流流的的不不平平衡衡系系数数；U1、U2和和I1、I2表示正、负序电压和正、负序电流。表示正、负序电压和正、负序电流。本章小结本章小结 随着现代工业技术发展，电能质量问题越来越受到人们的重视。随着

21、现代工业技术发展，电能质量问题越来越受到人们的重视。 本章首先概述电能质量的主要指标、标准及系统频率的调整本章首先概述电能质量的主要指标、标准及系统频率的调整 ；然后分；然后分别讨论了电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波以及三相不平衡等电压质量别讨论了电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波以及三相不平衡等电压质量问题。问题。 本章重点：本章重点：电压偏差及其调节、高次谐波及其抑制。电压偏差及其调节、高次谐波及其抑制。 本章难点：本章难点：电压波动和闪变及其抑制。电压波动和闪变及其抑制。 教学基本要求：教学基本要求：了解电能质量的衡量标准、电力系统的频率调整方法；了解电能质量的衡量标准、电力系统的频率

22、调整方法；理解电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波、三相不平衡产生的原因及危害；理解电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波、三相不平衡产生的原因及危害；掌握电压偏差的调节方法、电压波动和闪变的抑制方法、高次谐波的抑制方掌握电压偏差的调节方法、电压波动和闪变的抑制方法、高次谐波的抑制方法法。 思考题与习题解答提示思考题与习题解答提示 10-1 提示：提示：参见教材参见教材P215。 10-2 提示：参见教材提示：参见教材P215。 10-3 提示：参见教材提示：参见教材P216。 10-4 提示：参见教材提示：参见教材P219。 10-5 提示：提示：参见教材参见教材P220221 。 10-6 提示

23、：提示：参见教材参见教材P223225 。 10-7 提示：参见教材提示：参见教材P227228 。自自 测测 题题 一、填空题一、填空题 1决定供电电压质量的主要指标有决定供电电压质量的主要指标有频率频率、电压偏差电压偏差、电压波动电压波动、高次谐高次谐波波和三相不平衡。对于用户供电系统，电压调节主要从和三相不平衡。对于用户供电系统，电压调节主要从减小线路电压损失减小线路电压损失 和和合理选择变压器的分接头合理选择变压器的分接头两方面入手。两方面入手。 2电压偏差是指电压偏差是指实际电压实际电压与与额定电压额定电压 之差。电压损失是线路之差。电压损失是线路首端电压首端电压 与与末端电压末端电压 之差。之差。 3. 电压波动是指电压波动是指 p220 ，是，是由于由于 所引起的。所引起的。 二、简答题二、简答题 配电变压器对电压偏差有何影响？配电变压器对电压偏差有何影响？配电变压器对电压偏差有何影响？配电变压器对电压偏差有何影响？