第四章_電能質(zhì)量

1、電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第四章電能質(zhì)量電能質(zhì)量一、概述二、無功補(bǔ)償原理三、靜止無功補(bǔ)償四、有源濾波五、電壓瞬間跌落一、電能質(zhì)量概述1、電能質(zhì)量概念人們對電能質(zhì)量的技術(shù)含義存在著不同的認(rèn)識(shí)，所以，還不能給出一個(gè)準(zhǔn)確統(tǒng)一的定義。從供電角度看，電力部門可能把電能質(zhì)量定義為電壓與頻率的合格率；從用電角度看，電力用戶則可能將其簡單定義為是否可以正常供電；從用電設(shè)備角度看，而設(shè)備制造廠則可能將其定義為電源特性是否可以完全滿足電氣設(shè)備的正常工作需要。一、電能質(zhì)量概述1、電能質(zhì)量概念國際電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）給出電能質(zhì)量問題的一般解釋為：在供電過程中導(dǎo)致電器設(shè)備出現(xiàn)誤動(dòng)作或者故障損壞的任何異?，F(xiàn)象。

2、從普遍意義上講，電能質(zhì)量是指優(yōu)質(zhì)供電。一、電能質(zhì)量概述2、常見的電能質(zhì)量問題瞬時(shí)電壓跌落（Voltage Dip）頻率偏差(Frequency Deviations)電壓下降（Sags）電壓上升（Swells）瞬時(shí)脈沖或突波（Transients）電壓波動(dòng)（Voltage Fluctuations）電壓切痕（Notches）電網(wǎng)諧波（Harmonics）一、電能質(zhì)量概述2、常見的電能質(zhì)量問題其它的擾動(dòng)尚有：l 間諧波（interharmonics）l 過電壓（overvoltages） l 欠電壓 (undervoltages) 以上11種術(shù)語為IEEE第22標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)委員會(huì)（電能質(zhì)量）和其他國

3、際委員會(huì)于本世紀(jì)初推薦采用的說明電能質(zhì)量主要擾動(dòng)的專用術(shù)語。一、電能質(zhì)量概述2、常見的電能質(zhì)量問題我國電力行業(yè)較為重視的電能質(zhì)量問題：電網(wǎng)諧波；近年國際上較為重視的電能質(zhì)量問題：電壓瞬間跌落一、電能質(zhì)量概述2、常見的電能質(zhì)量問題我國電力公司對電能質(zhì)量的考核幾乎全部使用傳統(tǒng)的電能質(zhì)量的指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)電壓和頻率。我國改善電能質(zhì)量通常采用的手段：無功補(bǔ)償；一、電能質(zhì)量概述3、電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)n國際上：n國際電工委員會(huì)于1973年建立了第77技術(shù)委員會(huì)，該委員會(huì)的工作成果以IEC出版物61000的形式發(fā)表 ，以統(tǒng)一各國的有關(guān)電氣標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 。n1989年歐洲共同體委員會(huì)開始制定電能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。1995年在

4、英國標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，頒布了一個(gè)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，稱為“公用配電系統(tǒng)供電特性”。 n20世紀(jì)80年代，美國計(jì)算機(jī)和商用設(shè)備制造商協(xié)會(huì)（CBEMA）出于大型計(jì)算機(jī)對電能質(zhì)量的要求提出了電壓容限曲線及相關(guān)的4種典型電壓擾動(dòng)（電壓下降、上升、斷電、尖峰脈沖）。 一、電能質(zhì)量概述3、電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)n我國關(guān)于電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)：GB/T l2325-2003 供電電壓允許偏差； GB/T 15945-1995 電力系統(tǒng)頻率允許偏差； GB/T 15543-1995 三相電壓允許不平衡度； GB l2326-2000 電壓允許波動(dòng)和閃變； GB/T 14549-1993 公用電網(wǎng)諧波； GB/T 18481-200

5、1 暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓顯然還有不少項(xiàng)目需要不斷增補(bǔ)、規(guī)定及解決。二、無功補(bǔ)償原理電壓穩(wěn)定與否是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，必須保證各輸電、配電母線電壓穩(wěn)定在一個(gè)允許的偏差范圍之內(nèi)。電壓升高或降低超過一定值，不僅影響用戶用電設(shè)備正常運(yùn)行甚至?xí)p壞設(shè)備，對電網(wǎng)穩(wěn)定也會(huì)構(gòu)成威脅。大多數(shù)國家電壓允許范圍在+5%-10%二、無功補(bǔ)償原理電壓穩(wěn)定與否主要取決于系統(tǒng)中無功功率的平衡。如用電負(fù)荷無功需求量波動(dòng)較大，又不能及時(shí)控制與調(diào)整就會(huì)導(dǎo)致母線電壓超過允許極限值。二、無功補(bǔ)償原理1、提高功率因數(shù)可減少電壓損失減少電抗X也可減少電壓損失U2、減少線路損失當(dāng)線路通過電流I時(shí)，其有功損耗

6、為：3、改善設(shè)備利用率提高cos ，充分發(fā)揮設(shè)備潛力4、提高電網(wǎng)傳輸能力PS cos一定時(shí)， cos越高，S越小UPRQXUP3I2R3( )2R=3（）PUcosP2RU21coscos =PSPUI3二、無功補(bǔ)償原理為了進(jìn)一步說明問題，用下圖來解釋： 交流系統(tǒng)單相簡化等效電路交流供電系統(tǒng)等效為一個(gè)等效電壓源與純電感內(nèi)阻抗串聯(lián)。電力系統(tǒng)內(nèi)阻抗主要呈感性。交流系統(tǒng)二、無功補(bǔ)償原理負(fù)荷電流IIp+jIq端電壓ut設(shè)電壓us=ut+jXsI若負(fù)荷無功功率有一個(gè)增量，必然引起電流無功分量增加Iq+Iqus與us幅值不變，引起端電壓降ut下降，波動(dòng) ut而電流有功分量變化Iq+Iq 時(shí)，電壓波動(dòng) ut

7、 遠(yuǎn)小于無功分量引起的變化 ut。交流系統(tǒng)負(fù)荷也為感性情況下，電壓與電流的相位關(guān)系二、無功補(bǔ)償原理措施：在電力系統(tǒng)中，為保持電壓穩(wěn)定可進(jìn)行電壓調(diào)整。通常采用調(diào)壓變壓器或改變變壓器分接頭的方法，更多的采用無功補(bǔ)償來調(diào)整電壓，如發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行、調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器及靜止無功補(bǔ)償器等。二、無功補(bǔ)償原理缺點(diǎn)：用常規(guī)接觸器投切電容補(bǔ)償?shù)姆椒?、只能分級(jí)階梯狀調(diào)節(jié)2、響應(yīng)速度慢受機(jī)械開關(guān)的限制，響應(yīng)速度慢（幾十至幾百毫秒），不能滿足頻繁、快速無功補(bǔ)償?shù)囊?、投入時(shí)開關(guān)跳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生過電壓電容上電壓不能突變、大電流沖擊（近百倍額定電流）4、斷開時(shí)，電弧重燃，也會(huì)產(chǎn)生過電壓三、靜止無功補(bǔ)償1、靜止無功補(bǔ)償器（SV

8、C）晶閘管投切電容器(TSC)晶閘管控制電抗器(TCR)混合裝置TCR+TSCn無功是影響電壓質(zhì)量的主要因素。n靜止無功補(bǔ)償器的作用：對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償和控制，可以提高電壓質(zhì)量，減少電網(wǎng)的線損率, 提高電氣設(shè)備的輸出功率。三、靜止無功補(bǔ)償1、靜止無功補(bǔ)償器（SVC）a.晶閘管可控電抗器（TCR）v起到可變電感的作用，可快速平滑地調(diào)節(jié)。注意：由于電感儲(chǔ)能作用，晶閘管一旦導(dǎo)通只有回路電流為零時(shí)才關(guān)斷。v必須寬脈沖或脈沖列方法保證兩晶閘管正常工作。v兩個(gè)晶閘管觸發(fā)延遲角取值相同，以避免正負(fù)半周波形不對稱而產(chǎn)生的偶次諧波和直流分量v純電感回路iL滯后us90，因而觸發(fā)延遲角a在090范圍內(nèi)變動(dòng)，不能控

9、制電感電流的變化，iL保持不變Usva90可控制回路中電流，起了可變電感作用va90時(shí)電感中電流不是純正弦波，含有諧波三、靜止無功補(bǔ)償1、靜止無功補(bǔ)償器（SVC）b.晶閘管投切電容器（TSC） 為了減少電容上的沖擊電流，采用整半波控制，又稱過零觸發(fā)方式，用來控制電容器組的全投入或全切除。三、靜止無功補(bǔ)償1、靜止無功補(bǔ)償器（SVC）b.晶閘管投切電容器（TSC）電容器投切理想電壓和電流波形供電點(diǎn)電壓u電容器電壓uc電容器電流ic晶閘管電壓uv三、靜止無功補(bǔ)償1、靜止無功補(bǔ)償器（SVC）SVC除上面介紹的兩種基本類型外，還有：固定電容與可變電感FCTCR直流勵(lì)磁飽和電抗器FCDCMSR混合型TSC

10、TCR以實(shí)現(xiàn)無功功率大小、方向全特性補(bǔ)償三、靜止無功補(bǔ)償2、靜止無功發(fā)生器（SVG）緣由：電網(wǎng)中的產(chǎn)生功率急劇變沖擊的負(fù)荷，如大型軋鋼機(jī)、電氣化機(jī)車、功率換流裝置等日益增多，這類設(shè)備啟動(dòng)過程快，變化頻繁，母線電壓快速波動(dòng)。而上面介紹的補(bǔ)償裝置僅適合于緩慢變化無功補(bǔ)償：v受安裝地點(diǎn)電壓變化的制約，當(dāng)電壓下降時(shí)，電容器提供無功不足，進(jìn)一步引起母線電壓下降。v對急劇、瞬時(shí)、隨機(jī)變化非周期現(xiàn)象不適應(yīng)三、靜止無功補(bǔ)償2、靜止無功發(fā)生器（SVG）新型補(bǔ)償器： SVG（Static Var Gemerator）靜止無功功率發(fā)生器 STATCOM 靜止型同步補(bǔ)償器SVG簡化等值示意圖SVG矢量補(bǔ)償圖SVG基本

11、電路三、靜止無功補(bǔ)償2、靜止無功發(fā)生器（SVG）v上述電壓型逆變器構(gòu)成瞬時(shí)無功補(bǔ)償器與交流系統(tǒng)間沒有功率的流動(dòng)。SVG發(fā)出或吸收的無功功率實(shí)際上是利用開關(guān)器件的通斷在三相間循環(huán)。v考慮電容的泄漏，輸出諧波引起電容充、放電；開關(guān)元件損耗等需要一部分有功功率補(bǔ)償。電容器大小為SVG設(shè)計(jì)容量的15%三、靜止無功補(bǔ)償2、靜止無功發(fā)生器（SVG）目前用的較多的是瞬時(shí)無功功率的概念和矢量變換控制方法來控制無功功率a. dq矢量變換控制b. PQ分解法控制c. 對稱分量法的矢量變換控制四、有源濾波1、諧波的基本概念電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的供電電壓波形為工頻正弦波性，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：( )2sin()u tUta22fT由

12、于非線性負(fù)荷的存在，電網(wǎng)電壓的波形往往偏離正弦波形而發(fā)生畸變?；儾ㄐ慰梢杂靡幌盗胁煌l率的正弦函數(shù)之和來近似。四、有源濾波1、諧波的基本概念周期性的方波可以用若干正弦波形之和來近似。sin1t項(xiàng)稱為基波，其他各項(xiàng)成為諧波。由于諧波的頻率是基波的整數(shù)倍，所以sin3t項(xiàng)稱為三次諧波，sin5t項(xiàng)稱為五次諧波，電網(wǎng)中主要存在整數(shù)次諧波，它可以根據(jù)周期性波形，用傅立葉級(jí)數(shù)分解得到。四、有源濾波1、諧波的基本概念非正弦周期電流或電壓的有效值，等于它的恒定分量（直流分量）的平方與各次諧波電流或電壓有效值的平方之和的平方根。常用來表示畸變波形偏離正弦波形的程度的特征量有諧波含量、總畸變率和h次諧波的含有

13、率。22HhhUU諧：波電壓含量1100%HUUU：THD諧波電壓總畸變率1100%hhUU：HR第h次諧波電壓U含有率2201hhIII電流有效值：2201hhUUU電壓有效值：(h表示諧波次數(shù))四、有源濾波2、主要諧波源整流器脈寬調(diào)制的變頻器電弧爐電氣化鐵路電力變壓器家用電器四、有源濾波2 、主要諧波源a.整流器整流器三相橋式整流器的特征諧波三相橋式整流器的特征諧波 由階梯波形的理論分析得出，三相橋式整流器交流電的特征諧波的階次為 h6k1，k=1，2， 這種整流器稱為6脈動(dòng)整流器，俗稱6相整流器。應(yīng)指出，整流變壓器的一次和二次側(cè)的容量并不相等。二次電流的諧波含量較大，而諧波電流與基流電壓

14、只構(gòu)成瞬時(shí)率，其平均功率等于零，即二次側(cè)的功率因數(shù)低。 四、有源濾波2、主要諧波源a.整流器整流器例：，Y 接法的三相橋式整流電路四、有源濾波2、主要諧波源b.電弧爐電弧爐v此類負(fù)荷的沖擊性要引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)。普通電弧爐在熔化期為三項(xiàng)不對稱負(fù)荷。氧化和還原精煉期，電壓波動(dòng)顯著降低。v除離散頻譜外，還含有連續(xù)頻譜。含偶次諧波，表明電弧電流的正、負(fù)半周期不對稱。表明電弧電流的變化帶有非周期的隨機(jī)性。四、有源濾波2、主要諧波源c.電氣化鐵道電氣化鐵道v電力機(jī)車為單相整流負(fù)荷因此產(chǎn)生諧波。由于牽引變壓器三項(xiàng)電流不平衡，故基波負(fù)序大和沿線分布廣的特點(diǎn)，因此其諧波干擾的影響面大。v可采用晶閘管相控機(jī)車采用

15、變壓器抽頭在低速降壓調(diào)壓過渡、分多段橋和機(jī)車上裝濾波器的方法降低電力機(jī)車諧波的措施。v電力機(jī)車為單相整流牽引符合，作為諧波源將諧波干擾注入牽引電站而注入電力系統(tǒng)。v電氣化鐵路諧波電流的估算 1. 95%概率最大電流法 2. 5min最大平均電流法四、有源濾波2、主要諧波源d.電力變壓器電力變壓器v單鐵心變壓器飽和時(shí)的勵(lì)磁電流只含有奇次諧波，且以3次諧波最大，而電源電壓一般接近正弦，則磁通也接近正弦，則其基波相角差90。v 在三相三心柱變壓器中，3倍次諧波即零序性諧波的磁通是經(jīng)由油箱外殼構(gòu)成閉合磁路的，因而磁通中對應(yīng)該次的諧波較小。在繞組中有三角形接法時(shí)，零序性諧波電流在閉合的三角形接線中環(huán)流而

16、不會(huì)注入電網(wǎng)。v 三相對稱且有三角形繞組的變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁電流注入電網(wǎng)諧波電流的階次和6相整流器所產(chǎn)生的相同。然而若用12相整流器，則其特征諧波的階次為12K1，整流變壓器勵(lì)磁電流所產(chǎn)的5次和7次諧波仍會(huì)注入電網(wǎng)。v 當(dāng)變壓器合閘時(shí)磁通可高達(dá)額定運(yùn)行最大磁通的2被以上，甚至可使勵(lì)磁電流高達(dá)數(shù)十倍額定電流，稱為勵(lì)磁通流。勵(lì)磁通流從合閘算起取不同周波數(shù)作周期，分解出短時(shí)間諧波。四、有源濾波2、主要諧波源e.家用電器家用電器v城市供電50以上為工業(yè)用電，但居民用電的諧波負(fù)荷也不容忽視。在居民用電設(shè)備中，電視機(jī)、洗衣機(jī)、收錄機(jī)、電冰箱和電扇等家用電器已相當(dāng)普及。雖然單臺(tái)電器的諧波電流不大，但由于家用電器

17、的數(shù)量大，而且單臺(tái)諧波含有率高，所以其對配電網(wǎng)的諧波污染也是不容忽視的。四、有源濾波3、諧波的危害諧振對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響對變壓器的影響對電容器和電纜的影響對輸電線的影響對斷路器和消弧線圈的影響對用電設(shè)備的影響對測量和計(jì)量儀表的影響對繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響對通訊的干擾四、有源濾波3、諧波的危害諧波對電力網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重，主要危害有：諧波對電力網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重，主要危害有：大大增加了電力網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故的危險(xiǎn)性。增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率。使電氣設(shè)備(如旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、變壓器等)運(yùn)行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽

18、命。使繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以及許多用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；蛘卟荒苷?dòng)作或操作。使測量和計(jì)量儀器、儀表不能正確指示或計(jì)量干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。四、有源濾波3、諧波的危害諧振l電網(wǎng)中廣泛使用補(bǔ)償功率因數(shù)的電容器，同時(shí)存在分布電容，它們與系統(tǒng)的感性部分組合，在一定的頻率下，可能存在串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。當(dāng)系統(tǒng)中該次頻率的諧波足夠大時(shí)，就會(huì)造成危險(xiǎn)的過電壓或過電流。l最常見的諧波諧振是發(fā)生在接有諧波源的用戶母線上。電網(wǎng)的有功負(fù)荷對諧波諧振有相當(dāng)?shù)淖枘嶙饔?。l諧波諧振成為危害，必須具備兩個(gè)條件，其一是電網(wǎng)的參數(shù)不配合；其二是有足夠強(qiáng)的諧波源。四、

19、有源濾波3、諧波的危害對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響l諧波對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的危害主要表現(xiàn)在產(chǎn)生附加損耗和轉(zhuǎn)矩上。危害的嚴(yán)重性，除和諧波電壓或電流的大小有關(guān)外，還和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的型式，結(jié)構(gòu)有關(guān)。l諧波對電機(jī)的危害，在用戶電動(dòng)機(jī)上表現(xiàn)得最明顯。l交流電機(jī)承受額外諧波電流的能力取決于總的附加損耗以及它對整個(gè)電機(jī)的溫升和局部過熱的影響。l在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組中所有正序諧波電流都將產(chǎn)生正方向的電磁轉(zhuǎn)矩，有助于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，而負(fù)序諧波電流的作用相反。一般情況下，諧波對平均轉(zhuǎn)矩的影響完全可以忽略。但諧波會(huì)產(chǎn)生明顯的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。四、有源濾波3、諧波的危害對變壓器的影響l諧波電壓可使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，使絕緣材料承受的電氣應(yīng)力增

20、大，而諧波電流使變壓器的銅耗增加，這種危害對換流變壓器更為嚴(yán)重。l對于普通變壓器，特別重要的影響是3次及其倍數(shù)次零序諧波，這些諧波在三角形連接的繞組中形成環(huán)流。l對于供給不對稱負(fù)荷的變壓器，還有一個(gè)重要問題應(yīng)當(dāng)考慮到，即如果負(fù)荷電流中含有直流分量，則它將使變壓器磁路的飽和度提高，從而使交流勵(lì)磁電流的諧波分量大大增加。l對于全星形接法的變壓器，正常時(shí)每相繞組電壓的3次諧波含量可能達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值，若繞組中性點(diǎn)接地，且該側(cè)電網(wǎng)中分布電容較大或裝有中性點(diǎn)接地的并聯(lián)電容器時(shí)，可能構(gòu)成接近于3次諧波諧振的條件，附加損耗大增，嚴(yán)重影響變壓器的可靠性。四、有源濾波3、諧波的危害對電容器和電纜的影響l在諧波電

21、壓作用下，電容器產(chǎn)生額外的功率損耗tghh次諧波的電容器介質(zhì)損耗系數(shù)l實(shí)際上，電容器的介質(zhì)損耗系數(shù)tg隨著運(yùn)行時(shí)間而加大，這就是“老化”現(xiàn)象.實(shí)際電網(wǎng)的諧波電壓在許多情況下使正弦波變?yōu)楦獾男螤?，因此往往使tg加大，加速了絕緣的老化，縮短了電容器的壽命l在諧波作用下，電力電纜的損壞也顯著增多。21chhhPChU tg四、有源濾波3、諧波的危害對輸電線的影響l諧波電流流過輸電線時(shí)，附加損耗為：Rhh次諧波頻率下的線路電阻l隨頻率升高而增加，導(dǎo)線的直徑愈大，因集膚效應(yīng)而使諧波頻率下的電阻增大愈明顯，諧波產(chǎn)生的附加損耗也愈大。l諧波電壓引起的電壓波形畸變會(huì)影響線路電暈電壓，當(dāng)諧波電壓與基波電壓波峰

22、重合時(shí)，可能使線路的電暈問題嚴(yán)重起來。222LhhhPI R四、有源濾波3、諧波的危害對斷路器和消弧線圈的影響l諧波含量較多的電流將使斷路器的遮斷能力降低。當(dāng)存在嚴(yán)重的諧波電流時(shí)，某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作。相對來說，真空斷路器對諧波的影響則不太敏感。l消弧線圈是按照所杰局部電網(wǎng)的公頻參數(shù)來調(diào)諧的，因而對諧波實(shí)際上不起作用。四、有源濾波3、諧波的危害對用電設(shè)備的影響l電壓波形中含有諧波時(shí)可能會(huì)使電視機(jī)的圖像畸變，畫面及亮度發(fā)生變化，同時(shí)引起機(jī)內(nèi)變壓器、電抗器及電容器過熱。l帶鎮(zhèn)流器的日光燈及水銀燈，為了改善功率因數(shù)，往往裝有電容器，它們與鎮(zhèn)流器和供電線路的電感組合有一自然振蕩頻率，如某次

23、諧波的頻率正好與此相近，就會(huì)因諧振而過熱，甚至造成損壞。l計(jì)算機(jī)的電源中諧波含量過大會(huì)導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤或程序出錯(cuò)l變流裝置本身是諧波源，會(huì)就造成電壓波形的陷波畸變。陷波畸變可能影響變流裝置的同步或以電壓過零進(jìn)行控制的其他裝置正常工作。供電母線的電壓諧波過大，會(huì)使變流裝置的脈沖相控系統(tǒng)不能正常工作，還可能在控制系統(tǒng)中產(chǎn)生自發(fā)振蕩，導(dǎo)致變流裝置電流很大的波動(dòng)，被迫故障切除。l電壓陷波可能導(dǎo)致晶閘管誤動(dòng)作；諧波電壓可使控制回路誤觸發(fā)；不同裝置間的諧振可能造成過電壓和諧振。四、有源濾波3、諧波的危害對測量和計(jì)量儀表的影響l電壓表、電流表和功率表在電網(wǎng)正常諧波條件下，各種常用儀表的指示，大致可與儀表的精確等

24、級(jí)相符。l感應(yīng)式電能表對諧波頻率有負(fù)的頻率誤差特性。l儀用互感器頻率特性直接影響測量結(jié)果。四、有源濾波3、諧波的危害對繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響注入電力網(wǎng)的諧波，會(huì)引起電力網(wǎng)各類保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，如發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流保護(hù)、主變壓器的復(fù)合電壓起動(dòng)過電流保護(hù)、母線的差動(dòng)保護(hù)、線路的各型距離保護(hù)和高頻保護(hù)、故障錄波器、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置以及音頻負(fù)荷控制裝置等等。l諧波對保護(hù)正序量的干擾l諧波對保護(hù)正序量的干擾l諧波單獨(dú)產(chǎn)生的干擾四、有源濾波3、諧波的危害對通訊的干擾l電力輸電線路和平行的通信線路之間發(fā)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，將在通信系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，其對電話通信干擾的程度取決于通過電力線路高次諧波的

25、頻率、幅值、兩條線路之間的平行距離和共處的長度。l線路與通信線路之間既通過電場耦合，也通過磁場耦合。l諧波對通信線路的干擾，不但可能影響通話的清晰度，而且在諧波和基波的綜合作用下曾發(fā)生多次觸發(fā)電話鈴響的情況，嚴(yán)重時(shí)威脅通信設(shè)備和人員的安全。四、有源濾波4、諧波標(biāo)準(zhǔn)國外諧波標(biāo)準(zhǔn)l諧波電壓標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)的諧波水平均是用電壓的諧波含有率和畸變率來反映的。各國諧波電壓標(biāo)準(zhǔn)大體是：低壓電網(wǎng)（1kV）4%5%中壓電網(wǎng)（2.472kV）2%5%高壓電網(wǎng)（8kV）1%2%l諧波用戶注入系統(tǒng)諧波電流的限制v對于大量小容量的諧波源，規(guī)定不經(jīng)諧波核算即可接入電網(wǎng)的條件。v規(guī)定一個(gè)用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值，同時(shí)附加一定

26、的電網(wǎng)條件。v考慮了上一級(jí)電網(wǎng)的諧波電壓傳遞到本級(jí)電網(wǎng)的諧波電壓后，將剩余的諧波電壓作為可分配給用戶的指標(biāo)，在按用戶占接入該級(jí)電網(wǎng)的供電容量的份額，計(jì)算允許該用戶注入電網(wǎng)的諧波電流。四、有源濾波4、諧波標(biāo)準(zhǔn)國家諧波標(biāo)準(zhǔn)l在原水利電力部電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)多年來對我國電力系統(tǒng)諧波狀況的調(diào)研、測試和專題研究，以及分析國外制訂諧波標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國電網(wǎng)的具體情況，制訂了我國的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波(GBT1454993)，國家技術(shù)監(jiān)督局1993年7月31日發(fā)布，1994年3月1日起實(shí)施。l制訂諧波國家標(biāo)準(zhǔn)的目的是把公用電網(wǎng)的諧波量控制在允許范圍內(nèi)，保證供電電能質(zhì)量，防止

27、諧波對電網(wǎng)和用戶的各種電氣設(shè)備、用電器具造成危害，以保證電網(wǎng)及用戶安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并獲得良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。l制訂諧波國家標(biāo)準(zhǔn)的基本原則是：(1)把電網(wǎng)中的電壓總諧波畸變率及各次諧波含有率控制在允許范圍內(nèi)，保證供電電能質(zhì)量。使電網(wǎng)用戶的各種電氣，設(shè)備免受諧波危害，保持正常工作。(2)限制諧波源注入電網(wǎng)諧波電流及其在電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波電壓。防止對電力系統(tǒng)發(fā)供電設(shè)備的危害和干擾，保證系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。l標(biāo)準(zhǔn)適用的范圍是交流50Hz、110kV及以下公用電網(wǎng)及其供電的電力用戶。對于220kV電網(wǎng)及其供電的電力用戶，可參照標(biāo)準(zhǔn)對100kV電網(wǎng)的執(zhí)行規(guī)定。四、有源濾波4、諧波標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)諧波的監(jiān)督管理l諧波是

28、電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對保障電網(wǎng)和廣大用戶的電氣設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，以及國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義。l電網(wǎng)諧波監(jiān)督管理的任務(wù)是根據(jù)國家和電力主管部門頒布的有關(guān)條例、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定，特別是國標(biāo)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波，把各級(jí)公用電網(wǎng)的諧波電壓控制在限值以內(nèi)，使各電力用戶注入電網(wǎng)的諧波電流在規(guī)定的允許值以內(nèi)。l諧波監(jiān)督宜包括電壓波動(dòng)、閃變和不平衡度等電能質(zhì)量指標(biāo)。四、有源濾波4、諧波標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)諧波的監(jiān)督管理電網(wǎng)諧波監(jiān)理的內(nèi)容：建立諧波監(jiān)督管理系統(tǒng)，明確各級(jí)諧波監(jiān)督管理的職責(zé)。分級(jí)建立諧波測試技術(shù)機(jī)構(gòu)，定期對電網(wǎng)內(nèi)的諧波進(jìn)行測試，提出評估報(bào)告并建立有關(guān)的數(shù)據(jù)庫。分級(jí)做好新報(bào)裝和現(xiàn)有非線性負(fù)荷諧波設(shè)計(jì)

29、審查和測試工作，由用電部門建立相關(guān)的技術(shù)資料檔案。對主要的諧波源用戶安裝諧波自動(dòng)監(jiān)測記錄儀或諧波報(bào)警裝置，督促超標(biāo)用戶采取治理措施。審查或推廣治理諧波的技術(shù)措施以及電容器組防止諧波放大的措施。分析諧波事故(或異常)，制定相應(yīng)的反事故措施。開展諧波技術(shù)培訓(xùn)和交流工作。做好諧波分析和監(jiān)測儀器、儀表的檢驗(yàn)和認(rèn)證工作。四、有源濾波5、諧波測量電壓、電流和功率的測量諧波分析儀和磁帶記錄儀諧波阻抗的測量對電壓和電流互感器的要求四、有源濾波5、諧波測量電壓與電流的測量l周期性畸變波形的電壓與電流的方均根值的定義與正弦波相同。常用的模擬式電表都可做監(jiān)測儀式用。諧波測量的原理性框圖四、有源濾波5、諧波測量功率的

30、測量電動(dòng)系或帖磁電動(dòng)系表有較好的頻率特性，當(dāng)畸變波形次數(shù)不高時(shí)，測量有功功率如可采用電動(dòng)系功率表。數(shù)字功率表是將電流和電壓采樣值相乘得到瞬時(shí)有功功率。經(jīng)過數(shù)值計(jì)算，累積相加得出平均功率。數(shù)字功率表原理性框圖四、有源濾波5、諧波測量功率流向的測量諧波功率流向計(jì)l為了確知各次諧波功率的流向，可以使用諧波功率流向計(jì)進(jìn)行測量。四、有源濾波5、諧波測量功率流向的測量時(shí)分割乘法數(shù)字功率表四、有源濾波5、諧波測量諧波分析儀諧波分析儀的線路框圖l現(xiàn)代的諧波分析儀均用微機(jī)對周期性畸變波形采樣的數(shù)據(jù)作離散傅立葉變換，便可計(jì)算出此波形各次諧波的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)。四、有源濾波5、諧波測量諧波阻抗的測量l通常將系統(tǒng)的

31、三項(xiàng)基波平衡短路阻抗作為計(jì)算系統(tǒng)諧波阻抗的依據(jù)?，F(xiàn)有兩種方法:注入畸變波形電源l注入式測試諧波阻抗，需要有一個(gè)相當(dāng)容量和電壓適配的畸變波形電源。由于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中會(huì)存在諧波源的，它會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的電流和電壓發(fā)生畸變，而測量點(diǎn)一般都選在畸變較嚴(yán)重的供電點(diǎn)處。利用負(fù)荷畸變電流1.利用負(fù)荷畸變電流將負(fù)荷的畸變電流看作諧波電源，根據(jù)頻率響應(yīng)估計(jì)原理測量諧波阻抗。四、有源濾波5、諧波測量對電壓和電流互感器的要求l對測量畸變波形所用的互感器，要去有接近恒定的頻率相應(yīng)特性。l最常用的電流互感器是含有磁化性能較好的環(huán)形鐵心的線繞式互感器。l中、低電壓等級(jí)，通常采用電磁式電壓互感器。110kV以上的電壓等級(jí)，出于經(jīng)濟(jì)上考

32、慮，多用電容式互感器（頻響范圍窄不適于諧波測量）。四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施增加換流器的相數(shù)防止并聯(lián)的電容器組對諧波的放大無源濾波裝置靜止無功補(bǔ)償裝置有源濾波器四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施增加換流器的相數(shù)l整流裝置在交流側(cè)產(chǎn)生的諧波為pk1次諧波，而在直流側(cè)產(chǎn)生pk次諧波。增加換流器的相數(shù)，可以比較有效地消除較大的低次特征諧波。增加換流器相數(shù)的途徑有兩種：此用特殊接線方式，是換流器形成多相整流1.將相數(shù)少的換流變壓器，連接成等效的多相形式脈動(dòng)數(shù)交流側(cè)直流側(cè)pk1pk65、7、11、13、17、19、23、25、29、316、12、18、24、30、361211、1323、

33、25、35、371224361817、1935、3718362423、2524四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大l在一定的參數(shù)配合下，電容器組會(huì)對諧波起嚴(yán)重的放大作用，危及電容器本身和其附近電氣設(shè)備的安全。電容器組對諧波電流的放大作用（a）電路圖；（b）等效電路：電容器組對諧波電壓的放大作用（a）電路圖；（b）等效電路：四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施無源濾波裝置l目前采用的交流濾波裝置一般由電力電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，運(yùn)行中它和諧波源并聯(lián)，除起濾波作用還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰V波器的接線方式(a)單調(diào)諧型(b)雙調(diào)諧型(c)一階減幅型(d)二階

34、減幅型(e)三階減幅型(f)C型四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施靜止無功補(bǔ)償裝置l靜止裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗或電容元件組合。常用的靜止無功補(bǔ)償器自飽和電抗器晶閘管控制電抗器晶閘管控制高漏抗變壓器晶閘管投切電容器SRTCRTCTTSC四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施有源濾波器l近年來，由于高功率大電流的半導(dǎo)體器件及可關(guān)斷晶閘管（GTO）的發(fā)展，促使“有源”型濾波器越來越趨向?qū)嵱没?。這種濾波器設(shè)想向電網(wǎng)電網(wǎng)送入與原有諧波電流幅直相等、相位相同、方向相反的電流，使電源的總諧波電流為零。l有源濾波器由于可以僅補(bǔ)償諧波電流，因此裝置容量可以大大減少，相應(yīng)地降低了損耗。由于它對電網(wǎng)參

35、數(shù)沒有影響，不會(huì)引發(fā)諧振。四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施有源濾波器原理電流的時(shí)域分解脈寬調(diào)制輸出電流的波形四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施有源濾波器原理有源濾波器結(jié)構(gòu)圖四、有源濾波6、減小諧波影響的技術(shù)措施有源濾波器電路電流型有源濾波器的主電路電壓型有源濾波器的主電路五、電壓瞬間跌落定義:按照IEEE1159-1995標(biāo)準(zhǔn)，電壓瞬間跌落指電力系統(tǒng)中工頻電壓有效值迅速下降到額定值的10%-90%，持續(xù)時(shí)間為0.5周期到一分鐘。五、電壓瞬間跌落單相短路故障時(shí)發(fā)生單相電壓瞬間跌落b相短路故障發(fā)生故障切除五、電壓瞬間跌落三相短路故障時(shí)發(fā)生單相電壓瞬間跌落三相短路故障發(fā)生故障切除五、電壓瞬

36、間跌落兩個(gè)典型的電壓瞬間跌落波形圖 五、電壓瞬間跌落電壓瞬間跌落的原因外部內(nèi)部惡劣的自然天氣條件 （雷、風(fēng)、雨、雪等）異物接觸系統(tǒng)故障 大電力負(fù)荷投入、大容量電容器切除 五、電壓瞬間跌落電壓瞬間跌落的原因自然災(zāi)害中雷占59%，風(fēng)雨雪占6%。其他中包括過失，設(shè)備老化，不明原因等。五、電壓瞬間跌落簡單過程描述五、電壓瞬間跌落電壓跌落的危害電壓瞬時(shí)跌落能夠?qū)τ?jì)算機(jī)、復(fù)雜電子設(shè)備、精密儀器、可編程控制器、變頻調(diào)速電機(jī)等許多用電設(shè)備造成不利影響。利用芯片來工作的設(shè)備如復(fù)印機(jī)、電梯、銀行自動(dòng)取款機(jī)等會(huì)因電壓瞬時(shí)跌落出現(xiàn)故障。五、電壓瞬間跌落設(shè)備名稱電壓瞬時(shí)跌落描述造成的影響計(jì)算機(jī)電壓低于60%、持續(xù)時(shí)間超

37、過12個(gè)周波計(jì)算機(jī)程序紊亂，數(shù)據(jù)丟失計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)程序失控，需要很長時(shí)間才能重新啟動(dòng)交流接觸器研究表明當(dāng)電壓低于50、持續(xù)時(shí)間超過1個(gè)周期接觸器被脫扣；而有的研究表明，當(dāng)電壓低于80、甚至更高，接觸器就會(huì)脫扣調(diào)速電機(jī)(VSD)電壓低于70、持續(xù)時(shí)間超過6個(gè)周期時(shí)VSD被切除 直流電機(jī)電壓低于80直流電機(jī)被跳閘，每次損失數(shù)量級(jí)達(dá)1萬美元一些精細(xì)加工業(yè)中的電機(jī)電壓低于90、持續(xù)時(shí)間超過3個(gè)周期電機(jī)就會(huì)被跳閘而退出運(yùn)行變頻調(diào)速設(shè)備非常容易受到影響被迫退出運(yùn)行芯片測試儀電壓低于85%測試儀內(nèi)部電子電路主板故障，芯片被毀電動(dòng)機(jī)只要發(fā)生電壓瞬時(shí)跌落電機(jī)減速，減速程度和降落幅值、持續(xù)時(shí)間有關(guān)PLC可編程控制器電壓低于50%PLC停止工作電壓低于90%，持續(xù)僅僅幾個(gè)周波I/O設(shè)備被切除精密機(jī)械工具電壓低于90%，持續(xù)時(shí)間超過23個(gè)周波切斷電源制冷電子控制器電壓低于80%控制器動(dòng)作將制冷電機(jī)切除芯片測試儀電壓低于85芯片燒毀，測試儀停止工作，其內(nèi)部電子電路主板故障電壓跌落的危害電壓瞬間跌落對電子設(shè)備的影響五、電壓瞬間跌落電壓跌落的調(diào)研