供電技術余建明電能質量

1、西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件內容提要：內容提要：本章主要介紹工廠供電系統(tǒng)的電壓質量問題，首先介紹本章主要介紹工廠供電系統(tǒng)的電壓質量問題，首先介紹了電壓的偏差及其調節(jié)，然后介紹電壓波動和閃變及其抑制以及高了電壓的偏差及其調節(jié)，然后介紹電壓波動和閃變及其抑制以及高次諧波及其抑制的問題，最后介紹了供電系統(tǒng)的三相不平衡次諧波及其抑制的問題，最后介紹了供電系統(tǒng)的三相不平衡西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件第一節(jié)第一節(jié) 電能質量概述電能質量概述第二節(jié)第二節(jié) 電壓偏差及其調節(jié)電壓偏差及其調節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 電壓波動和閃變及其抑制電壓波動和閃變及其抑制第四節(jié)第四節(jié) 高次諧波及其

2、抑制高次諧波及其抑制第五節(jié)第五節(jié) 供電系統(tǒng)的三相不平衡供電系統(tǒng)的三相不平衡第六節(jié)第六節(jié) 供電系統(tǒng)的無功功率補償供電系統(tǒng)的無功功率補償西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件第一節(jié)第一節(jié) 電能質量概述電能質量概述 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件一、電能質量問題一、電能質量問題 電能質量是指電氣設備正常運行所需要的電氣特性，任何導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差都屬于電能質量問題。 二、理想的電能質量二、理想的電能質量 在三相電力系統(tǒng)中，理想的電能質量是：系統(tǒng)頻率恒為額定頻率；三相電壓波形是三相對稱的、幅值恒為額定電壓的正弦波形；三相電流波形是三相對稱

3、的正弦波形；供電不間斷。 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件三、電能質量標準三、電能質量標準 電能質量標準是保證電網安全經濟運行、保護電氣環(huán)境、保障電力用戶正常使用電能的基本技術規(guī)范，是實施電能質量監(jiān)督管理、推廣電能質量控制技術、維護供用電雙方合法權益的法律依據。我國已經頒布的電能質量標準有：GB 12325-2003電能質量 供電電壓允許偏差、GB 12326-2000電能質量 電壓波動和閃變、GB/T 14549-1993電能質量 公用電網諧波、GB/T 15543-1995電能質量 三相電壓允許不平衡度、GB/T 15945-1995電能質量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差、GB/T

4、 18481-2001電能質量 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件四、影響電能質量的因素四、影響電能質量的因素 電壓質量是電能質量的核心。影響電壓質量的主要因素有：負荷無功功率或無功功率變化量；電網短路容量或電網等效電抗。負荷無功功率或無功變化量越大，對電壓質量的影響越大；電網短路容量越大，則負荷變化對電網電壓質量的影響越小。 無功功率補償既是電網節(jié)能降耗的措施，也是改善電網電能質量的措施之一。五、改善電網電能質量的措施五、改善電網電能質量的措施西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件第二節(jié)第二節(jié) 電壓偏差及其調節(jié)電壓偏差及其調節(jié) 西安理工大學自動

5、化與信息工程學院供電技術電子課件一、電壓偏差的含義一、電壓偏差的含義 20N21T2fN2fN2%100%(1) 100%NUUU UUUU U由于變壓器分接頭選擇而引入的電壓偏差量可按下式進行計算：由于變壓器分接頭選擇而引入的電壓偏差量可按下式進行計算： 電壓偏差是指電網實際電壓與額定電壓之差對額定電壓的電壓偏差是指電網實際電壓與額定電壓之差對額定電壓的百分數(shù)，即百分數(shù)，即 產生電壓偏差的主要原因是正常的負荷電流或故障電流在產生電壓偏差的主要原因是正常的負荷電流或故障電流在系統(tǒng)各元件上流過時所產生的電壓損失所引起的。系統(tǒng)各元件上流過時所產生的電壓損失所引起的。 實際電壓偏高或偏低，對運行中的

6、電氣設備會造成不良影響。實際電壓偏高或偏低，對運行中的電氣設備會造成不良影響。 二、變壓器對電壓偏差的影響二、變壓器對電壓偏差的影響 N%100%NUUUU西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件變壓器中的電壓損失按式計算：變壓器中的電壓損失按式計算： TTT2N%100%PRQXUU2N2TN2%100%fTUUUUUU 當變壓器一次側分接頭所加電壓為額定電壓時當變壓器一次側分接頭所加電壓為額定電壓時, ,由變壓器本由變壓器本身所產生的總電壓偏差量為身所產生的總電壓偏差量為 變壓器負載時二次側電壓為：變壓器負載時二次側電壓為： 2211%TTNfUUUUUU西安理工大學自動化與信息工

7、程學院供電技術電子課件GUA%Ul1%UT%Ul2%UD%UA%u%ABCD6420-4-6-2三、電壓偏差的計算三、電壓偏差的計算Ul1%UT%Ul2%UD%指定地點指定地點E E的電壓偏差可由下式計算的電壓偏差可由下式計算: : E%UUU 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件四、電壓偏差的調節(jié)四、電壓偏差的調節(jié) GB12325-1990電能質量電能質量 供電電壓允許偏差供電電壓允許偏差中規(guī)定，中規(guī)定，供電部門與用戶的產權分界處或供用電協(xié)議規(guī)定的電能計量的供電部門與用戶的產權分界處或供用電協(xié)議規(guī)定的電能計量的最大允許電壓偏差應不超過：最大允許電壓偏差應不超過： 35kV及以上供

8、電電壓：電壓正、負偏差絕對值之和為及以上供電電壓：電壓正、負偏差絕對值之和為10%； 10kV及以下三相供電電壓：及以下三相供電電壓：7%； 220V單相供電電壓：單相供電電壓：+7%，-10%。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件 （一）電壓調節(jié)的方式（一）電壓調節(jié)的方式 對中樞點的電壓進行監(jiān)視和調節(jié)。對中樞點的電壓進行監(jiān)視和調節(jié)。 中樞點調壓方式：中樞點調壓方式：n常調壓：不管中樞點的負荷怎樣變動，都要保持中樞點的電壓偏常調壓：不管中樞點的負荷怎樣變動，都要保持中樞點的電壓偏 差為恒定值；差為恒定值；n逆調壓：在最大負荷時，升高母線電壓，在最小負荷時，降低母逆調壓：在最大負荷時

9、，升高母線電壓，在最小負荷時，降低母 線電壓。線電壓。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件（二）電壓調節(jié)的方法（二）電壓調節(jié)的方法 對于電力用戶的對于電力用戶的供配電系統(tǒng)，電壓偏供配電系統(tǒng)，電壓偏差調節(jié)主要以下兩方差調節(jié)主要以下兩方面入手。面入手。1. 減小線路電壓損失減小線路電壓損失 2. 合理選擇變壓器的分接頭合理選擇變壓器的分接頭合理地減少系統(tǒng)的阻抗，合理地減少系統(tǒng)的阻抗，減少系統(tǒng)的變壓級數(shù)；減少系統(tǒng)的變壓級數(shù)；盡量保持系統(tǒng)三相平衡；盡量保持系統(tǒng)三相平衡；使高壓線路深入負荷中心；使高壓線路深入負荷中心；采用多回路并聯(lián)供電；采用多回路并聯(lián)供電；設置無功補償裝置等。設置無功補償裝

10、置等。 0.38kV21Ul2%=6610kV5.5Ul1%=14a)最大負荷時最小負荷時UT%=3+8.5+10.5= +10-1= +9= +10-3Uf%-UT%0最大負荷最小負荷-6= +7+1.5-7b)Uf%-UT%10+7426-2u%-40-8-68+7108+1.5-6+3.50+9+7-5.5-70420-4-2-6u%C)-86西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件第三節(jié)第三節(jié) 電壓波動和閃變及其抑制電壓波動和閃變及其抑制 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件 電壓波動是指電壓在系統(tǒng)電網中作快速短時的變化。電電壓波動是指電壓在系統(tǒng)電網中作快速短時的變

11、化。電壓波動值，以用戶公共供電點的相鄰最大與最小電壓方均根值壓波動值，以用戶公共供電點的相鄰最大與最小電壓方均根值之差對電網額定電壓之差對電網額定電壓UN的百分值表示，即的百分值表示，即 電壓波動是由于負荷急劇變動的沖擊負荷所引起。影響電壓波動是由于負荷急劇變動的沖擊負荷所引起。影響電氣設備的正常工作。電氣設備的正常工作。 maxminN100%UUdU一、電壓波動和閃變的基本概念一、電壓波動和閃變的基本概念 閃變是指人眼對燈閃的主觀感覺。引起燈光（照度）閃閃變是指人眼對燈閃的主觀感覺。引起燈光（照度）閃變的波動電壓，稱為閃變電壓。變的波動電壓，稱為閃變電壓。 西安理工大學自動化與信息工程學院

12、供電技術電子課件二、電壓波動值的估算二、電壓波動值的估算 1）當已知三相負荷的有功和無功功率變化量）當已知三相負荷的有功和無功功率變化量P和和Q時，時，則可按下式計算：則可按下式計算： 2N100%RPXQdU式中，式中，R、X分別為電網的等值電阻和電抗。分別為電網的等值電阻和電抗。 2）在高壓電網中，由于）在高壓電網中，由于XR ，因此可按下式計算：，因此可按下式計算： tk%100%QUS西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件三、電壓波動和閃變的抑制三、電壓波動和閃變的抑制 抑制電壓波動和閃變的主要措施有：采用合理的接線方式，抑制電壓波動和閃變的主要措施有：采用合理的接線方式，對

13、負荷變化劇烈的大型設備，采用專用線或專用變壓器供電；對負荷變化劇烈的大型設備，采用專用線或專用變壓器供電；提高供電電壓；減少電壓損失；增大供電容量；減少系統(tǒng)阻抗；提高供電電壓；減少電壓損失；增大供電容量；減少系統(tǒng)阻抗；增加系統(tǒng)的短路容量等方法，對抑制電網的電壓波動和閃變能增加系統(tǒng)的短路容量等方法，對抑制電網的電壓波動和閃變能起到良好的作用。在系統(tǒng)運行時，也可以在電壓波動嚴重時減起到良好的作用。在系統(tǒng)運行時，也可以在電壓波動嚴重時減少、甚至切除引起電壓波動的負荷。少、甚至切除引起電壓波動的負荷。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件 另外為了減少無功功率沖擊引起的電壓閃變，國內外普遍另

14、外為了減少無功功率沖擊引起的電壓閃變，國內外普遍采用一種靜止無功功率補償裝置采用一種靜止無功功率補償裝置（SVC）進行無功功率補償。進行無功功率補償。這種裝置在調節(jié)的快速性、功能的多樣性、工作的可靠性、投這種裝置在調節(jié)的快速性、功能的多樣性、工作的可靠性、投資和運行費用的經濟性等方面具有顯著的優(yōu)點。資和運行費用的經濟性等方面具有顯著的優(yōu)點。 靜止無功補償器由特殊電抗器和電容器組成，有的是兩者靜止無功補償器由特殊電抗器和電容器組成，有的是兩者之一為可控的，有的是兩者都是可控的，是一種并聯(lián)聯(lián)接的無之一為可控的，有的是兩者都是可控的，是一種并聯(lián)聯(lián)接的無功功率發(fā)生器和吸收器。近年來，電力系統(tǒng)中主要應用

15、的靜止功功率發(fā)生器和吸收器。近年來，電力系統(tǒng)中主要應用的靜止補償器有自飽和電抗器型（簡記為補償器有自飽和電抗器型（簡記為SR）和可控硅控制電抗器型）和可控硅控制電抗器型(簡記為簡記為TCR)兩種。兩種。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件第四節(jié)第四節(jié) 高次諧波及其抑制高次諧波及其抑制 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件一、高次諧波的產生與危害一、高次諧波的產生與危害 諧波對幾乎所有連接于電網的電氣設備都有損害，主要諧波對幾乎所有連接于電網的電氣設備都有損害，主要表現(xiàn)為產生諧波損耗，使設備過熱以及諧波過電壓、加速設表現(xiàn)為產生諧波損耗，使設備過熱以及諧波過電壓、加速設備絕

16、緣老化等。諧波對繼電保護、電能計量精度等也有影響備絕緣老化等。諧波對繼電保護、電能計量精度等也有影響 、諧波還對通信質量有影響。諧波還對通信質量有影響。 諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整倍數(shù)，也稱為高次諧波。率的整倍數(shù)，也稱為高次諧波。 系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩大類：含半導體非線性系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩大類：含半導體非線性元件的諧波源；含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源。元件的諧波源；含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源。 如在系統(tǒng)和用戶中存在諧波干擾，將會使系統(tǒng)中的電壓和如在系統(tǒng)和用戶中存在諧波干擾，將會使系統(tǒng)中的電壓和電流發(fā)

17、生畸變。供電系統(tǒng)中的諧波源主要是諧波電流源，諧波電流發(fā)生畸變。供電系統(tǒng)中的諧波源主要是諧波電流源，諧波電流通過電網將在電網阻抗上產生諧波電壓降，從而導致諧波電流通過電網將在電網阻抗上產生諧波電壓降，從而導致諧波電壓的產生。電壓的產生。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件二、二、 諧波的評價估算諧波的評價估算 第第h次諧波電壓含有量和第次諧波電壓含有量和第h次諧波電流含有率按下式計算：次諧波電流含有率按下式計算： hh1100%UHRUUhh1100%IHRII 諧波電壓總含量諧波電壓總含量UH和諧波電流總含量和諧波電流總含量IH按下式計算：按下式計算： 式中，式中，Uh為第為第h次

18、諧波電壓（方均根值）；次諧波電壓（方均根值）； U1為基波電壓（方為基波電壓（方均根值）；均根值）； Ih第第h次諧波電流（方均根值）；次諧波電流（方均根值）；I1為基波電流（方為基波電流（方均根值）。均根值）。 2Hhh 2()UU2Hhh 2()II西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件 電壓總諧波畸變率電壓總諧波畸變率THDu和電流總諧波畸變率和電流總諧波畸變率THDi按下式按下式計算：計算： Hu1100%UTHDUHi1100%ITHDI 諧波電壓限值及諧波電流允許值的規(guī)定值可參考諧波電壓限值及諧波電流允許值的規(guī)定值可參考GB/T14549-1993電能質量電能質量 公用電

19、網諧波公用電網諧波。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件三、并聯(lián)電容器對諧波的放大作用三、并聯(lián)電容器對諧波的放大作用 在供電系統(tǒng)中，并聯(lián)電容器作為無功補償設備已得到了在供電系統(tǒng)中，并聯(lián)電容器作為無功補償設備已得到了廣泛的應用。系統(tǒng)中的電容器，一方面由于其諧波阻抗小，廣泛的應用。系統(tǒng)中的電容器，一方面由于其諧波阻抗小，系統(tǒng)高次諧波電壓會在其中產生明顯的高次諧波電流，使電系統(tǒng)高次諧波電壓會在其中產生明顯的高次諧波電流，使電容器過熱，嚴重影響其使用壽命；同時電容器的切入使用也容器過熱，嚴重影響其使用壽命；同時電容器的切入使用也可能引起系統(tǒng)諧波嚴重放大?？赡芤鹣到y(tǒng)諧波嚴重放大。 西安理工

20、大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件CLTLR2min(1.31.5)CXXh 對于整流裝置，對于整流裝置，hm i n=5，可取，可取XLR=(56)% XC ，對于含有三次諧波的，對于含有三次諧波的系統(tǒng)，可取系統(tǒng)，可取XLR=(1213)% XC 。 在含有諧波的供電系統(tǒng)中，應在含有諧波的供電系統(tǒng)中，應注意適當選擇其電容器的參數(shù)，防注意適當選擇其電容器的參數(shù)，防止其出現(xiàn)過電流和過電壓，同時兼止其出現(xiàn)過電流和過電壓，同時兼顧無功補償?shù)囊蠛拖C波放大，顧無功補償?shù)囊蠛拖C波放大，可在電容器支路串聯(lián)電抗器，通過可在電容器支路串聯(lián)電抗器，通過選擇電抗器值使電容器回路在最低選擇電抗器值使

21、電容器回路在最低次諧波頻率下呈現(xiàn)出感性如圖所示。次諧波頻率下呈現(xiàn)出感性如圖所示。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件四、高次諧波的抑制四、高次諧波的抑制高次諧波的抑制方法：高次諧波的抑制方法： 1 1增加整流裝置的相數(shù)增加整流裝置的相數(shù)2 2裝設無源電力諧波濾波器裝設無源電力諧波濾波器 無源電力諧波濾波器由電力電容器，電抗器和電阻器按一無源電力諧波濾波器由電力電容器，電抗器和電阻器按一定方式連接而成。定方式連接而成。 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件R(a)C2R3RLC(c)(b)L2R2(d)RL1C1RLCC(e)(f)LRC2C1LC2RC1二二階階高高通通

22、濾濾波波器器 單單調調諧諧濾濾波波器器 雙雙調調諧諧濾濾波波器器 一一階階高高通通濾濾波波器器 三三階階高高通通濾濾波波器器 C C形形高高通通濾濾波波器器 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件3 3裝設有源電力濾波器裝設有源電力濾波器 iSGiFLiL系統(tǒng)電源有源濾波器負荷諧波源APF 有源電力濾波器分并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，實際應用中多有源電力濾波器分并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，實際應用中多為并聯(lián)型。為并聯(lián)型。 并聯(lián)型有源電力濾波器是一種向電網注入補償諧波電流，并聯(lián)型有源電力濾波器是一種向電網注入補償諧波電流，以抵消負荷所產生的諧波電流的濾波裝置，其主要電路由靜以抵消負荷所產生的諧波電流的

23、濾波裝置，其主要電路由靜態(tài)功率變流器（逆變器）構成，故具有半導體功率變流器的態(tài)功率變流器（逆變器）構成，故具有半導體功率變流器的高可控性和快速響應性。高可控性和快速響應性。 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件FS( d )( c )( b )( a )HLttttiiii諧波電流的補償諧波電流的補償 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件第五節(jié)第五節(jié) 供電系統(tǒng)的三相不平衡供電系統(tǒng)的三相不平衡 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件 一、基本概念一、基本概念：在三相供電系統(tǒng)中，當電流和電壓的三在三相供電系統(tǒng)中，當電流和電壓的三相相量間幅值不等或相位差不為相相量間

24、幅值不等或相位差不為1200時，則三相電流和電壓時，則三相電流和電壓不平衡。不平衡。 三、三、危害：危害：三相不平衡對供用電設備將帶來危害。（三相不平衡對供用電設備將帶來危害。（1 1）感）感應電動機：負序電壓在電動機中產生反向轉矩從而降低了電動應電動機：負序電壓在電動機中產生反向轉矩從而降低了電動機的有用輸出轉矩；負序電壓產生負序電流。（機的有用輸出轉矩；負序電壓產生負序電流。（2 2）變壓器：變）變壓器：變壓器容量不能充分利用。（壓器容量不能充分利用。（3)3)變流裝置：整流裝置會產生較大變流裝置：整流裝置會產生較大的非特征諧波，進一步影響電能質量。的非特征諧波，進一步影響電能質量。 二、

25、原因：二、原因：供電系統(tǒng)的三相不平衡主要是由三相負荷不對稱供電系統(tǒng)的三相不平衡主要是由三相負荷不對稱所引起的。電流和電壓不平衡現(xiàn)象有短時的（一相不對稱短路，所引起的。電流和電壓不平衡現(xiàn)象有短時的（一相不對稱短路，斷線等），也有持續(xù)的（一相非對稱運行方式；以及非對稱負荷斷線等），也有持續(xù)的（一相非對稱運行方式；以及非對稱負荷等）。等）。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件 五、三相不平衡的補償：五、三相不平衡的補償：首先將單相負荷平衡地分布于三相首先將單相負荷平衡地分布于三相中，同時要考慮到用電設備功率因數(shù)的不同，盡量兼顧有功功率中，同時要考慮到用電設備功率因數(shù)的不同，盡量兼顧有功功

26、率與無功功率均能分布。在低壓系統(tǒng)中，各相安裝的單相用電設備與無功功率均能分布。在低壓系統(tǒng)中，各相安裝的單相用電設備其各相之間容量最大值與最小值之差不應超過其各相之間容量最大值與最小值之差不應超過15%。 四、三相不平衡度：四、三相不平衡度： 三相不平衡程度通常用不平衡系數(shù)三相不平衡程度通常用不平衡系數(shù)表示。表示。 2U1%100%UU2I1%100%II式中，式中，U%、 I%表示電壓及電流的不平衡系數(shù)；表示電壓及電流的不平衡系數(shù)；U1、U2和和I1、I2表示正、負序電壓和正、負序電流。表示正、負序電壓和正、負序電流。西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件第六節(jié)第六節(jié) 供電系統(tǒng)的無功

27、功率補償供電系統(tǒng)的無功功率補償 西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件一一、功率因數(shù)定義功率因數(shù)定義 1瞬時功率因數(shù)瞬時功率因數(shù) 監(jiān)測負荷用。監(jiān)測負荷用。 cos3PPSUI 2平均功率因數(shù)平均功率因數(shù) 調整電費用。調整電費用。 pav22pqcosWWW 3最大負荷時的功率因數(shù)最大負荷時的功率因數(shù) 確定需要無功補償容量用。確定需要無功補償容量用。 cccosPS西安理工大學自動化與信息工程學院供電技術電子課件SCSCPCQCQC二、無功補償容量的確定二、無功補償容量的確定 QN.C=QcQc Pc(tan-tan) QN.C 穩(wěn)態(tài)無功功率補償設備，主要有同步補償機穩(wěn)態(tài)無功功率補償設備，主要有同步補償機和并聯(lián)電容器（自愈式）。和并聯(lián)電容器（自愈式）。 三、無功補償裝置的選擇三、無功補償裝置的選擇 低壓并聯(lián)電容器裝置根據負荷變化相應自動低壓并聯(lián)電容器裝置根據負荷變化相應自動循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補償容量循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補償容量QN.C確確定后可根據選定的單組容量定后可根據選定的單組容量qNC來選擇：來選