電能質量的概念復習過程

1、電能質量的概念什么是電能質量？ 電能質量是指通過公用電網供給用戶端的交流電能的品質。理想狀態(tài)的公用電網應以恒定的頻率、正 弦波形和標準電壓對用戶供電。同時，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應大小相等、相位 對稱且互差 120°。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機、變壓器和線路等設備非線性或不對稱，負荷性質多變， 加之調控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產生 了電網運行、 電力設備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題， 也就產生了電能質量的概念。 圍繞電能質量含義， 從不同角度理解通常包括：（ 1）電壓質量：是以實際電壓與理想電壓的偏差，反映供電企業(yè)向用戶供應的

2、電能是否合格的概念。 這個定義能包括大多數(shù)電能質量問題，但不能包括頻率造成的電能質量問題，也不包括用電設備對電 網電能質量的影響和污染。（ 2）電流質量：反映了與電壓質量有密切關系的電流的變化，是電力用戶除對交流電源有恒定頻率、 正弦波形的要求外，還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率因素運行。這個定義有助于電網 電能質量的改善和降低線損，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的電能質量問題。（ 3）供電質量：其技術含義是指電壓質量和供電可靠性，非技術含義是指服務質量。包括供電企業(yè) 對用戶投訴的反映速度以及電價組成的合理性、透明度等。（ 4）用電質量：包括電流質量與反映供用電雙方相互作用和影響中的

3、用電方的權利、責任和義務， 也包括電力用戶是否按期、如數(shù)交納電費等。目前針對電能質量問題研究的主要內容有哪些？ 目前，研究和解決電能質量問題已成為電力發(fā)展的當務之急。主要研究課題包括：（ 1）研究諧波對電網電能質量污染的影響并采取相應的對策。由于鋼鐵等金屬熔煉企業(yè)的發(fā)展，化 工行業(yè)整流設備的增加，大功率晶閘管整流裝置及電力電子器件的開發(fā)應用，使公用電網的諧波影響 日趨嚴重，電源的波形產生了嚴重的畸變，影響了電網安全可靠運行。（ 2）研究諧波對電力計量裝置的影響并采取相應的措施。由于波形畸變，使電力計量的準確度與精 確度到影響，致使計量誤差，產生附加的功率損耗，造成不必要的經濟損失。（ 3）研究

4、電能質量污染對高新技術企業(yè)的影響并采取相應的技術手段。由于計算機系統(tǒng)和基于微電 子技術控制的自動化生產流水線以及新興的 IT 產業(yè)、微電子芯片制造企業(yè)等，對電能質量的要求和 敏感程度比一般電力設備要高得多， 任何暫態(tài)和瞬態(tài)的電能質量問題都可能造成設備的損壞或運行異 常，影響正常的生產，給電力用戶造成經濟損失。（ 4）加強電能質量控裝置的研制。電能質量控制裝置的基本功能即使要在任何條件，甚至是極為惡 劣的供電條件下改善電能質量，保證供電電壓、電流的穩(wěn)定、可靠，在諧波干擾產生的瞬間能立即將 其抑制或消除。我國對電網的電能質量制定了哪些國家標準？（1）GB 123251990 供電電壓允許偏差。（

5、2） GB/T 14549 1993 公用電網諧波。（ 3） GT/T 15543 1995 三相電壓允許不平衡度。（ 4） GB/T 15945 1995 電力系統(tǒng)頻率允許偏差。（5）GB 123262000 電壓允許波動和閃變。該標準是在GB 123261990 電冶允許波動和閃變的基礎上，參考了國際電工委員會 IEC 電磁兼容 IEC6100-3-7 等文件和標準修訂后重新頒布實施 的。（ 6） GB/T 18481 2001 電能質量暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓。國際電工委員會IEC對電能質量是怎樣分類的？國際電工委員會IEC從電磁兼容及相互干擾的角度考慮，對引起電磁干擾的基本現(xiàn)象進行了分類

6、，見表 1 1 O表1 1IEC對電能質量根據(jù)電磁干擾現(xiàn)象的分類方式序號電磁干擾現(xiàn)象對應電能質量產生的影響因素1傳導型低頻現(xiàn)象諧波、間諧波；載波干擾；電壓波動；電壓跌落和間斷； 電壓不對稱；工頻偏差；感應低頻電壓；交流電網中的直 流分量2輻射型低頻現(xiàn)象工頻電磁場3傳導型高頻現(xiàn)象感應連續(xù)波電壓或電流；單方向瞬變；振蕩性瞬變4輻射性高頻現(xiàn)象磁場；電場；電磁場；連續(xù)波；瞬變5靜電放電現(xiàn)象6核電磁脈沖國際電力電子工程師協(xié)會IEEE對電能質量問題是怎樣分類的？國際電力電子工程師協(xié)會 IEEE根據(jù)電壓擾動的頻譜特征、持續(xù)時間、幅值變化等將其進行了細分，并對供電系統(tǒng)典型的電磁干擾現(xiàn)象進行了特征分類，為準確地

7、區(qū)分電壓暫態(tài)現(xiàn)象提供了依據(jù)，見表12o表1 2IEEE電力系統(tǒng)電磁現(xiàn)象的特性與分類種類頻譜成分持續(xù)時間電壓幅值電磁瞬態(tài)沖 擊上升沿5ns<50ns一上升沿1卩s50n s1ms一上升沿0.1ms>1ms一振蕩低 頻<5kHz0.350ms04p.u.中 頻5500kHz20 s08p.u.高 頻0.55MHz5s04p.u.短時電壓 變動瞬 時中 斷一0.530周波<0.1p.u.跌 落一0.530周波0.1p.u.0.9p.u.升 高一0.530周波1.1p.u.1.8p.u.暫 時中 斷一30周波3s<0.1p.u.跌 落一30周波3s0.1p.u.0.9p.

8、u.升 高一30周波3s1.1p.u.1.4p.u.短 時中 斷一3s1mi n<0.1p.u.跌 落一3s1mi n0.1p.u.0.9p.u.升 高一3s1mi n1.1p.u.1.4p.u.長期電壓變動持續(xù)中斷一>1ms0.0p.u.欠電壓一>1ms0.8p.u.0.9p.u.過電壓一>1ms1.1p.u.1.2p.u.電壓不平衡一穩(wěn) 態(tài)0.5%2%波形畸變直流偏移一穩(wěn) 態(tài)0%0.1%諧波0100th穩(wěn) 態(tài)0%20%間諧波06kHz穩(wěn) 態(tài)0%2%陷波一穩(wěn) 態(tài)一噪聲寬 帶穩(wěn) 態(tài)0%1%電 壓 波動<25Hz間歇0.1%7%工頻 變 化<10s什么是電力系

9、統(tǒng)頻率？電力系統(tǒng)頻率是指電力系統(tǒng)統(tǒng)一的一種允許參數(shù)，國家標準GB/T 15945 1995電力系統(tǒng)頻率允許偏差規(guī)定以50Hz正弦波作為我國電力系統(tǒng)的標準頻率（工頻），并規(guī)定電力系統(tǒng)正常的頻率標準為50Hz± 0.2Hz。當系統(tǒng)容量較小時，可放寬到50Hz± 0.5Hz。但GB/T 15945 1995電力系統(tǒng)頻率允許偏差中并沒有說明系統(tǒng)容量大小的界限，全國供用電規(guī)則中規(guī)定了供電局供電頻率的允許偏差：電網容量在3000MW及以上者為0.2Hz ;電網容量在3000MW以下者為0.5Hz。實際運行中，我國各跨 省電力系統(tǒng)頻率的允許偏差都保持在+0.1 0.1Hz。因此，電壓頻率

10、目前在電能質量中最有保障。什么是供電電壓允許偏差？供電電壓允許偏差是指電力系統(tǒng)各處的電壓偏離其額定值的百分比。目前，GB12325- 1990供電電壓允許偏差中規(guī)定：電壓允許偏差是在正常運行條件下應保持電網各點電壓在額定的水平上。其中：35kV及以上供電和對電壓質量有特殊要求的用戶為額定電壓的+55%; 10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶為額定電壓的+ 7% 7%;低壓照明用戶為額定電壓的+5% 10%。由于電網各點的電壓調節(jié)不同于頻率的調節(jié)，可由電網統(tǒng)一進行，又由于電網各點電壓主要反映了該 點無功功率的供需關系，因此電壓調節(jié)一般采取了無功就地平衡的方式進行無功功率補償，并及時調 整無功功率

11、補償量，以從源頭上解決問題。也有采取調整同步發(fā)電機勵磁電流的方式，以產生超前或 滯后的無功功率，從而達到改善網絡負荷的功率因數(shù)和調整電壓偏差的目的。還有利用有載調壓變壓 器，采取對電壓偏差及時調整的方式。因為從總體上考慮，無功負荷只宜補償?shù)焦β室驍?shù)0.900.95 ,但仍然有一部分變化無功負荷要電網供給，從而產生電壓偏差，這就需要分區(qū)采取一些有效的技術手 段，而有載調壓變壓器就是有效而經濟的措施之一。什么是三相電壓不平衡度？三相電壓不平衡度是指三相系統(tǒng)中三相電壓的不平衡度程度，用電壓或電流負序分量與正序分量的均方根百分比表示。三相電壓不平衡（即存在負序分量）會引起繼電保護誤動、電機附加振動力矩

12、和發(fā) 熱。額定轉矩的電動機，如長期在負序電壓含量4%的狀態(tài)下運行，由于發(fā)熱，電動機絕緣的壽命將會降低一半，若某相電壓高于額定電壓，其運行壽命的下降將更加嚴重。我國目前執(zhí)行的 GB/T 15543 1995三相電壓允許不平衡度規(guī)定了電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓 不平衡度允許值為 2%,同時規(guī)定了短時的不平衡度不得超過4%，其短時允許值的概念是指任何時刻均不能超過的限制值，以保證繼電保護和自動裝置正確動作。對接入公共連接點的每個用戶引起該 點正常電壓不平衡度允許值一般為1.3 %。什么是電壓波動和閃變？電壓波動和閃變是指電壓幅值在一定范圍內有規(guī)則變動時，電壓最大值與最小值之差相對額定電壓的 百分比，

13、或電壓幅值不超過 0.9p.u.1.1p.u. （標幺值）的一系列隨即變化。這種電壓變化被稱為閃 變，以表達電壓波動對照明燈的視覺影響。因此，閃變是說明對不同頻率電壓波動引起燈閃的敏感度 及引起閃變刺激性程度的電壓波動值，是人眼對燈閃的一種主觀感覺。對用戶負荷引起的閃變限制，是根據(jù)用戶負荷的大小、協(xié)議用電容量占供電容量的比例及系統(tǒng)電壓等 級規(guī)定的。電力系統(tǒng)公共供電點由沖擊負荷產生的電壓波動允許值的百分數(shù)，分三級作不同的規(guī)范和 限制。（ 1） 10kV 及以下為 2.5（2）35110kV 為 2.0（3）220kV及以上為1.6GB 123262000電壓允許波動和閃變特別規(guī)定了各級電壓下的閃

14、變限制值，它適用于由波動負荷 引起的公共連接點電壓的快速變動及由此可能造成人對燈閃明顯感覺的場合。什么是電壓諧波？ 電壓諧波是指電力系統(tǒng)各公共連接點的電壓諧波含有率允許值。 國際電工委員會文件 IEC610003 6 中、高壓電力系統(tǒng)畸變負荷發(fā)射限制的評估提出了決定畸變負荷接入電網時所作評估的一些基本 原則和評估程序。其目的是將電網的諧波電壓限制到對所有用電設備不致造成有害影響的水平（兼容 水平），保證對接入電網的用戶都有合適的供電質量，并提出了電網諧波的兼容水平、規(guī)劃水平和發(fā) 射水平三個方面的標準。我國目前執(zhí)行的電壓諧波標志是 GB/T 145491993 公用電網諧波，標 準中對電網0.3

15、8 , 6, 10, 35, 66, 110kV電壓等級公共連接點的電壓諧波含有率允許值做了明確的 規(guī)定。什么是間諧波？ 間諧波是指不是工頻頻率整數(shù)倍的諧波。間諧波往往由較大的電壓波動或沖擊性非線性負荷所引起, 所有非線性的波動負荷如電弧爐、電焊機,各種變頻調速裝置,同步串級調速裝置及感應電動機等均 為間諧波源,電力載波信號也認為是一種間諧波。間諧波源的特點是放大電壓閃變和對音頻干擾,影響電視機畫面及增大收音機的噪聲,造成感應電動 機振動及異常。對于采用電容、電感和電阻構成的無源濾波器電路,間諧波可能會被放大,嚴重時會 使濾波器因諧波過載而不能投運,甚至造成損壞。間諧波的影響和危害等同整數(shù)次諧

16、波電壓的影響和 危害已成共識, IEC 61000 36對間諧波的發(fā)射水平作出了明確的說明,如間諧波電壓水平應低于 鄰近諧波水平，并規(guī)定為（0.5%1% UN。我國目前還沒有制定相應的國家標準給出限制規(guī)定。什么是暫時過電壓和瞬時過電壓？（ 1）暫時過電壓是指在給定安裝點上持續(xù)時間較長的不衰減和弱衰減的（以工頻或其一定的倍數(shù)、 分數(shù)）振蕩的過電壓。（2）瞬態(tài)過電壓是指持續(xù)時間數(shù)毫秒或更短,通常帶有強阻尼的振蕩或非振蕩的一種過電壓。它可 以疊加于暫時過電壓上。暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓使由于電力系統(tǒng)運行操作,或遭受雷擊,或發(fā)生故障等因素引起的,是供電 特性之一。新頒布的國家標準 GB/T 184812

17、001 電能質量 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓,規(guī)定了 作用于電氣設備的暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓要求、電氣設備的絕緣水平及過電壓保護方法,并對過電 壓的相關術語、定義做了比較詳盡的論述。什么是電壓暫降和電壓上升？（ 1）電壓暫降是指由于系統(tǒng)故障或干擾造成用戶持續(xù)時間0.5 周波至 1min 內下降到額定電壓或電流的10%90%。即幅值為0.1p.u.0.9p.u.（標幺值）時系統(tǒng)頻率仍為標稱值，然后又恢復到正常水平。國際上普遍認為，電壓幅值低于 0.1p.u. （標幺值）或大于 0.5 個周波的供電中斷對敏感用戶和 嚴格用戶而言都屬于斷電故障。電壓暫降可能造成某些用戶的生產停頓或次品率增加，而供電恢復

18、時 間取決于自動重合閘或自動功能轉換裝置的動作時間，因此傳統(tǒng)的機械式斷路器已不能滿足對敏感和嚴格用電負荷的要求，目前主要采取的方案是利用高速固態(tài)切換開關SSTS動態(tài)電壓恢復器DVF或利用不間斷電源 UPS作后備電源并配合固態(tài)電子開關等措施。（ 2）電壓上升是指電壓的有效值升至額定值的110%以上，典型值為額定值的 110% 180%稱為電壓上升，即暫時性超過標稱值 10%以上，系統(tǒng)頻率仍為標稱值，持續(xù)時間為 0.5周波1min,幅值為 1.1p.u.1.8p.u. （標幺值）。什么是斷電和電壓中斷？（ 1）斷電是指由于系統(tǒng)發(fā)生故障, 造成用戶在一定時間內一相或多相失去電壓, 低于 0.1p.u

19、. 稱為斷 電。斷電按持續(xù)時間分為三類：其一, 0.53s 稱為瞬態(tài)斷電；其二, 360s 稱為暫時斷電；其三,大 于 60s 稱為持續(xù)斷電。（ 2）電壓中斷是指斷電的持續(xù)時間大于3min。斷電和電壓中斷往往是由于電力系統(tǒng)故障引起的,如供電線路遭受雷擊、對地閃絡,或是系統(tǒng)線路發(fā) 生外力破壞致使保護動作等。由于短時失電后又重合閘,致使電壓突然跌到零或接近零。電壓中斷將 致使一些用戶生產停頓,造成重大的經濟損失或產生嚴重的后果。什么是電壓瞬變？ 電壓瞬變又稱為瞬時脈沖,是指在一定時間間隔內,兩個連續(xù)穩(wěn)態(tài)之間的一種在極短時間內發(fā)生的現(xiàn) 象或數(shù)量變化。這種瞬時脈沖可以是任一極性的單方向脈沖,也可以是第

20、一個峰值為任意極性的衰減振蕩波,即發(fā)生 在任一極性阻尼振蕩波的第一個尖峰。什么是過電壓和欠電壓？（1） 過電壓是指電壓幅值超過了標稱電壓，且持續(xù)時間大于 1min。過電壓的幅值為1.1p.u.1.2p.u. （標幺值）。（2） 欠電壓是指電壓幅值小于標稱電壓，且持續(xù)時間大于1min。欠電壓的幅值為 0.8p.u.0.9p.u. （標幺值）。什么是電壓切痕？電壓切痕（也稱為電壓缺口）是指一種持續(xù)時間小于 0.5 周波的周期性電壓擾動。電壓切痕主要是由 于電力電子裝置在有關兩相間發(fā)生瞬態(tài)短路時,電流從一相轉換到另一相而產生的。電壓切痕的頻率 會非常高。 用常規(guī)的諧波分析儀器很難測量出電壓切痕, 這

21、就是過去從未有過的此項電壓擾動的內容, 直到最近才被國際電力電子工程師協(xié)會 IEEE 列入的主要原因。什么是穩(wěn)態(tài)電壓擾動？ 穩(wěn)態(tài)電壓擾動是指以電源電壓波形畸變?yōu)樘卣鞫痣娔苜|量污染的各種穩(wěn)態(tài)電能質量問題。穩(wěn)態(tài)電壓擾動主要包括：（ 1）諧波。其特征指標是出現(xiàn)諧波頻譜電壓和諧波頻譜電流的波形。（2）陷波。其特征指標是陷波的持續(xù)時間及幅值大小。（3）電壓閃變。其特征指標是波動幅值、調制頻率等。（4）三相電壓不對稱。其特征指標是不平衡因子，產生的主要原因是三相負載不平衡。什么是暫態(tài)（瞬態(tài)）電壓擾動？暫態(tài)（瞬態(tài)）電壓擾動是指電源電壓的正弦波形受到暫態(tài)（瞬態(tài)）的電壓擾動而發(fā)生畸變，引起電能 質量的污染的

22、各種問題。暫態(tài)電能質量問題是以頻譜和暫態(tài)持續(xù)時間為特征的，一般分為脈沖暫態(tài)和 振蕩暫態(tài)兩種類型。暫態(tài)（瞬態(tài)）電壓擾動的主要特征包括：（1）暫態(tài)諧振。其特征指標是波形、峰值和持續(xù)時間，產生的原因是由于線路、負載和電容器組的 投切，造成的后果是破壞運行設備的絕緣、損壞電子設備等。（2）暫態(tài)脈沖。其特征指標是電壓上升時間、峰值和持續(xù)時間，產生的原因是線路遭受雷擊或感性 電路分合等，造成的后果是破壞運行設備的絕緣。（3）瞬時電壓上升或暫降。其特征指標是幅值、持續(xù)時間、瞬時值 /時間，產生的原因通常是由于大 容量電動機啟動、負荷瞬變、電力系統(tǒng)切換操作或遠端發(fā)生故障等引起的，這是電力用戶投訴最多的 一種電

23、壓擾動，這是因為瞬時電壓上升或暫降可能造成用電設備發(fā)生運行故障、敏感負載不能正常運行等后果。什么是動態(tài)電能質量問題？國際電力電子工程師協(xié)會 IEEE將電磁系統(tǒng)中典型的暫態(tài)現(xiàn)象進行了特征分類，主要列出了暫態(tài)和瞬 態(tài)擾動現(xiàn)象，根據(jù)擾動的頻譜特征、持續(xù)時間、幅值變化等，將其分為瞬時、短時和長期的電壓變動 三大類，在此基礎上又進一步細分出18個子類。其中，短時電壓變動，尤其是電壓中斷和跌落已成為國際上所關注的問題。這些問題對于具有較強慣性距的傳統(tǒng)電機設備也許沒有明顯的影響，但對敏 感和嚴格的用電負荷，如集成電路芯片制造和微電子控制的生產流水線等，將可能造成極大的危害， 并已成為現(xiàn)代電能質量的重要問題，使電能質量的內涵也發(fā)生了較大的變化。（1）傳統(tǒng)的電能質量問題，如諧波、三相不對稱等繼續(xù)存在，而且嚴重性正在增加。（2）目前，隨著供電可靠性的不斷提高，人們已逐步將注意力轉向新的動態(tài)電能質量問題。如持續(xù)時間為毫秒級的動態(tài)電壓升高、脈沖、電壓跌落和瞬時供電中斷等。電能質量問題的性質、產生原因及解決方法見表1-4。表1-4電能質量問題的性質、產生原因及解決方法類型擾動性質特征指標產生原因后果解決方法諧波穩(wěn)態(tài)諧波頻譜電壓，電 流波形非線性負載、固 態(tài)開關負載設備過熱，繼電保護 誤動，設備絕緣破壞有源、無源濾波三相不對稱穩(wěn)態(tài)不平衡因子不對稱負載設備過熱，繼電保護 誤動，通信干擾