電能質(zhì)量分析與控制

關(guān)于電能質(zhì)量分析與控制第1頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄電能質(zhì)量概述傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施電壓波動(dòng)與閃變第2頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章電能質(zhì)量概論

電能既是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉(zhuǎn)換的能源形式，又是一種由電力部門向電力用戶提供，并由供、用雙方共同保證質(zhì)量的特殊產(chǎn)品。第3頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述

人們首先把電力系統(tǒng)運(yùn)行中電壓和頻率偏離標(biāo)稱值的多少作為檢驗(yàn)電能質(zhì)量的主要指標(biāo)。如何深入理解現(xiàn)代電能質(zhì)量問題，如何把提高電能質(zhì)量與增強(qiáng)競爭意識(shí)、電力市場占有率聯(lián)系起來，如何從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行管理等方面加大力度，保證優(yōu)質(zhì)供電，以最小程度減少對(duì)現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)和重要電力用戶的影響，既是電力用戶需求和電力系統(tǒng)運(yùn)行給我們提出的新任務(wù)，也是信息時(shí)代給我們提出的新挑戰(zhàn)。第4頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、供電系統(tǒng)運(yùn)行與電能質(zhì)量的關(guān)系

1.電能質(zhì)量的基本要求為保證電能安全經(jīng)濟(jì)地輸送、分配和使用，理想供電系統(tǒng)的運(yùn)行應(yīng)具有如下基本特性：（1）以單一恒定的電網(wǎng)標(biāo)稱頻率（50Hz或60Hz，我國采用50Hz）、規(guī)定的若干電壓等級(jí)（如配電系統(tǒng)一般為110kV,35kV,10kV,380V/220V）和以正弦函數(shù)波形變化的交流電向用戶供電，并且這些運(yùn)行參數(shù)不受用電負(fù)荷特性的影響。第5頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）始終保持三相交流電壓和負(fù)荷電流的平衡。用電設(shè)備汲取電能應(yīng)當(dāng)保證最大傳輸效率，即達(dá)到單位功率因數(shù)，同時(shí)各用電負(fù)荷之間互不干擾。（3）電能的供應(yīng)充足，即向電力用戶的供電不中斷，始終保證電氣設(shè)備的正常工作與運(yùn)轉(zhuǎn)，并且每時(shí)每刻系統(tǒng)中的功率供需都是平衡的。

一、供電系統(tǒng)運(yùn)行與電能質(zhì)量的關(guān)系第6頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、供電系統(tǒng)運(yùn)行與電能質(zhì)量的關(guān)系

上述理想供電系統(tǒng)的基本特性構(gòu)成了供電運(yùn)行對(duì)電能質(zhì)量的基本要求，如果將其概括描述可如圖1-1所示。上圖中三個(gè)基本集合的交集之內(nèi)確定了合格電能質(zhì)量的指標(biāo)要求，是我們將要闡述的供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的三個(gè)基本要素。圖1-1示意性地表明，這三項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)相互間存在著緊密的依存和制約關(guān)系。第7頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、供電系統(tǒng)運(yùn)行與電能質(zhì)量的關(guān)系

2.電能質(zhì)量的特征電能，或稱之為電產(chǎn)品，除了具有其他工業(yè)產(chǎn)品的基本特征之外，由于其產(chǎn)品形式單一，而且其生產(chǎn)、輸送與消耗的全過程獨(dú)具特色，因此在引起電能質(zhì)量問題的原因上、在劣質(zhì)電能的影響與評(píng)價(jià)等方面與一般產(chǎn)品的質(zhì)量問題不同，具有以下顯著特點(diǎn)：第8頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、供電系統(tǒng)運(yùn)行與電能質(zhì)量的關(guān)系（1）電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量始終處在動(dòng)態(tài)變化中。（2）電力系統(tǒng)是一個(gè)整體,其電能質(zhì)量狀況相互影響。電能不易儲(chǔ)存，其生產(chǎn)、輸送、分配和轉(zhuǎn)換直至消耗幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。（3）電能質(zhì)量擾動(dòng)具有潛在危害性與廣泛傳播性。（4）有些情況下用戶是保證電能質(zhì)量的主體部分。（5）對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估非常困難。（6）控制和管理電力系統(tǒng)電能質(zhì)量是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。第9頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、當(dāng)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求

隨著時(shí)代進(jìn)步與科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電網(wǎng)與負(fù)荷構(gòu)成出現(xiàn)了新的變化趨勢(shì)，由此帶來的電能質(zhì)量問題越來越引起電力部門和電力用戶的高度重視。電網(wǎng)與負(fù)荷構(gòu)成出現(xiàn)的變化趨勢(shì)主要表現(xiàn)在：

第10頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、當(dāng)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求（1）電力系統(tǒng)擴(kuò)張與聯(lián)網(wǎng)逐漸形成，系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和可靠性要求不斷提高。（2）在保證電力系統(tǒng)一定的自然壟斷特性的條件下，引進(jìn)競爭機(jī)制，實(shí)施電力市場化營運(yùn)，強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)意識(shí)與提高信息管理水平已經(jīng)勢(shì)在必行。（3）當(dāng)代電力系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合更加緊密，采用高新技術(shù)（如TCSC、FACTS、HVDC、Cus-Pow）以提高電力傳輸能力第11頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、當(dāng)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求

和實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的趨勢(shì)方興未艾。（4）電力用戶為滿足其對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣性生產(chǎn)的需求，從最大經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，在大功率沖擊性、非線性負(fù)荷容量迅速增長的同時(shí)，更大規(guī)模地采用科技含量高的器件、設(shè)備與技術(shù)。

第12頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、當(dāng)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求

負(fù)荷敏感度：是指負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量問題的敏感程度，即提供給負(fù)荷的電能質(zhì)量不良時(shí)負(fù)荷能承受干擾仍正常工作的能力。

一般可將負(fù)荷分為三類：普通負(fù)荷（CommonLoad）、敏感負(fù)荷（SensitiveLoad）和重要（要求嚴(yán)格的）負(fù)荷（CriticalLoad）。第13頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、當(dāng)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求

電力系統(tǒng)的各個(gè)部分都是相互聯(lián)系的，使用電雙方的相互影響越來越緊密。因此，綜合協(xié)調(diào)處理電能質(zhì)量問題至關(guān)重要。另外需要注意到，由于看問題的角度不同，在導(dǎo)致電能質(zhì)量下降的原因與責(zé)任上，供用電雙方往往存在很大的分歧。第14頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

美國喬治動(dòng)力公司曾組織和實(shí)施了一項(xiàng)對(duì)電力部門和電力用戶關(guān)于電能質(zhì)量問題起因的調(diào)查，其結(jié)果如圖1-2所示。據(jù)分析，雖然對(duì)電力市場的質(zhì)量調(diào)查還存在分類方法上的不同，但是調(diào)查報(bào)告清楚地表明，電力公司和電力用戶對(duì)引發(fā)電能質(zhì)量問題的原因的看法往往有很大的分歧，盡管雙方都把2/3的事件起因歸咎于自然因素（如雷電等），但用戶仍然認(rèn)為電力部門在這方面的責(zé)任要比自我測(cè)評(píng)結(jié)果大得多。第15頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、當(dāng)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求第16頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、當(dāng)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求

綜上所述，現(xiàn)代電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與負(fù)荷構(gòu)成的變化是工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展的必然結(jié)果，有利于電力用戶提高生產(chǎn)率和獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)通過采用高效的電力負(fù)荷設(shè)備，大量節(jié)約電能和延緩用電的需求，從而節(jié)省電力建設(shè)所需的大量投資。第17頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、改善電能質(zhì)量的意義

電能作為人們廣泛使用的能源，其應(yīng)用程度是一個(gè)國家發(fā)展水平和綜合國力的主要標(biāo)志之一。時(shí)至今日，電力工業(yè)面向市場經(jīng)濟(jì)，引進(jìn)競爭機(jī)制，以求最小成本與最大效益，電能質(zhì)量的優(yōu)劣已經(jīng)成為電力系統(tǒng)運(yùn)行與管理水平高低的重要標(biāo)志，控制和改善電能質(zhì)量也是保證電力系統(tǒng)自身可持續(xù)發(fā)展的必要條件。第18頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)電能質(zhì)量概念、定義及分類

電能質(zhì)量術(shù)語:國際電氣電子工程室?guī)焻f(xié)會(huì)（IEEE）標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)調(diào)委員會(huì)已正式通過采用“PowerQuality”（電能質(zhì)量）術(shù)語的決定。我國國家標(biāo)準(zhǔn)中已正式更名采用國際通用的英文名稱。第19頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一基本概念與定義

電能質(zhì)量：從普遍意義上講，電能質(zhì)量是指優(yōu)質(zhì)供電。電力部門可能把電能質(zhì)量定義為電壓、頻率的合格率以及連續(xù)供電的年小時(shí)數(shù)，并且用統(tǒng)計(jì)數(shù)字來說明電力系統(tǒng)是安全可靠運(yùn)行的。電力用戶則可能把電能質(zhì)量簡單定義為是否向設(shè)備提供了電力。第20頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一基本概念與定義

從工程實(shí)用角度出發(fā)，將電能質(zhì)量概念進(jìn)一步具體分解并給出解釋。

電壓質(zhì)量。給出實(shí)際電壓與理想電壓間的偏差，以反映供電部門向用戶分配的電力是否合格。電壓質(zhì)量通常包括電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電壓瞬變現(xiàn)象、電壓波動(dòng)與閃變、電壓暫降（暫升）與中斷、電壓諧波、電壓陷波、欠電壓、過電壓等。第21頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一基本概念與定義

電流質(zhì)量。電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量密切相關(guān)。電流質(zhì)量包括電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位超前或滯后、噪聲等。

供電質(zhì)量。它包括技術(shù)含義（電壓質(zhì)量和供電可靠性）和非技術(shù)含義（供電部門對(duì)用戶投訴與抱怨的反應(yīng)速度和電力價(jià)目的透明度等）兩部分。

用電質(zhì)量。它包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義等，如用戶是否按時(shí)，如數(shù)繳納電費(fèi)等。第22頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二電能質(zhì)量的分類1.電能質(zhì)量的基本分類對(duì)于電能質(zhì)量現(xiàn)象可以根據(jù)不同基礎(chǔ)來分類。以下介紹了近幾年國際上在電能質(zhì)量現(xiàn)象分類和特性描述等方面取得的研究成果。其中，在國際電工界有影響的IEC以電磁現(xiàn)象及互干擾的途徑和頻率特性為基礎(chǔ)，引出了廣義的電磁擾動(dòng)的基本想象分類，如表1-1所示。第23頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二電能質(zhì)量的分類

第24頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

表1-2給出了IEEE制定的電力系統(tǒng)電磁現(xiàn)象的特性參數(shù)及分類。它為我們提供了一個(gè)清晰描述電能質(zhì)量及電磁干擾現(xiàn)象的實(shí)用工具。第25頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月2.變化型和事件型分類按照電能質(zhì)量擾動(dòng)現(xiàn)象的兩個(gè)重要表現(xiàn)特征——變化的連續(xù)性和事件的突發(fā)性為基礎(chǔ)分成兩類。連續(xù)型（連續(xù)出現(xiàn)）事件型（突然發(fā)生）圖1-3、圖1-4所示為供電電壓幅值的概率密度函數(shù)曲線和概率分布函數(shù)曲線。第27頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)電能質(zhì)量現(xiàn)象描述

本節(jié)中我們重點(diǎn)對(duì)表1-2中的七類現(xiàn)象作進(jìn)一步描述，以便讀者對(duì)電能質(zhì)量涵蓋的內(nèi)容有一個(gè)整體的了解。第30頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、瞬變現(xiàn)象

關(guān)于瞬變現(xiàn)象，IEEEStd100-1992《電氣與電子標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語詞典》有一個(gè)含義更寬、描述更簡單的定義：變量的部分變化，且從一種穩(wěn)態(tài)狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的過程中該變化逐漸消失的現(xiàn)象。第31頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月瞬變現(xiàn)象的兩種普遍類型——沖擊和振蕩1.沖擊性瞬變現(xiàn)象沖擊性瞬變是一種在穩(wěn)態(tài)條件下，電壓、電流非工頻的、單極性的突然變化現(xiàn)象。最常見引發(fā)其的原因是雷電。如圖1-5示。第32頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

振蕩瞬變現(xiàn)象振蕩瞬變是一種在穩(wěn)態(tài)條件下，電壓、電流的非工頻、有正負(fù)極性的突然變化現(xiàn)象。常用頻譜成分、持續(xù)時(shí)間、和幅值大小來描述其特性。其頻譜分為高、中、低頻，如表1-2所示。高頻振蕩現(xiàn)象中頻振蕩現(xiàn)象低頻振蕩現(xiàn)象第33頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖1-6為背靠背電容器增能引起的幾千赫電流振蕩波形。

第34頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

低頻振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)在輔助輸配電系統(tǒng)，最常見的是電容器組沖能。電壓振蕩頻率為300~900赫，峰值可達(dá)到2.0p.u.。一般其典型值為1.3~1.5p.u.，持續(xù)時(shí)間在0.5~3周波，具體情況要根據(jù)系統(tǒng)的阻尼程度來確定（參見圖1-7）。第35頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

主頻低于300赫的振蕩在配電系統(tǒng)中也時(shí)有發(fā)生，通常是由鐵磁諧振和變壓器增能引起的，如圖1-8所示。第36頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、短時(shí)間電壓變動(dòng)

包括電壓暫降和短時(shí)間電壓中斷現(xiàn)象。造成電壓變動(dòng)的主要原因是系統(tǒng)故障、大容量負(fù)荷啟動(dòng)或電網(wǎng)松散連接的間歇性負(fù)荷運(yùn)作。根據(jù)所在系統(tǒng)條件和故障位置的不同，可能引起暫時(shí)過電壓或電壓跌落，甚至使電壓完全損失。第37頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、短時(shí)間電壓變動(dòng)1.電壓中斷當(dāng)電壓降到0.1p.u.以下，且持續(xù)時(shí)間不超過1min時(shí)，則認(rèn)為出現(xiàn)了電壓中斷現(xiàn)象。造成電壓中斷的現(xiàn)象。造成電壓中斷的原因可能是可能是系統(tǒng)故障、用電設(shè)備故障或控制失靈等。電壓中斷往往是以其幅值總是低于額定值百分?jǐn)?shù)的持續(xù)時(shí)間來量度的。第38頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)于有些由于系統(tǒng)故障造成的電壓中斷，在其出現(xiàn)之前，既在故障發(fā)生至保護(hù)動(dòng)作期間，可能先出現(xiàn)電壓暫降，之后進(jìn)入短期中斷，如圖1-9（a）所示。第39頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電壓暫降“暫降”是指工頻條件均發(fā)根值減小到0.1~0.9p.u.之間、持續(xù)時(shí)間為0.5周波至1min的短時(shí)間電壓變動(dòng)現(xiàn)象。暫降和驟降可以互相替換圖1-10為發(fā)生短路故障引起的單相電壓暫降的變化波形。第40頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖1-11為大型電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電壓的影響。在啟動(dòng)期間，感應(yīng)電機(jī)將汲取6-10倍的額定電流。第41頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電壓暫升“暫升”的含義是指在工頻條件下，電壓均方根值上升到1.1～1.8p.u.之間、持續(xù)時(shí)間為0.5周波到1min的電壓變動(dòng)現(xiàn)象。例如，當(dāng)單相對(duì)地發(fā)生故障，非故障相的電壓可能會(huì)短時(shí)上升。圖1－12給出可該情況下引起的電壓暫升的波形。第42頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三長時(shí)間電壓變動(dòng)

長時(shí)間電壓變動(dòng)是指，在工頻條件下電壓均方根值偏離額定值，并且持續(xù)時(shí)間超過1min的電壓變動(dòng)現(xiàn)象。長時(shí)間電壓變動(dòng)可能時(shí)過電壓也可能欠電壓。過電壓欠電壓持續(xù)中斷第43頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月四電壓不平衡

電壓不平衡，時(shí)常定義為與三相電壓（或電流）的平均值的最大偏差，并且用該偏差與平均值的百分比表示。電壓不平衡也可利用對(duì)稱分量法來定義，即用幅負(fù)序或零序分量與正序分量的百分比加以衡量。圖1－13給出了采用上述兩種比值表示的某一民用潰電網(wǎng)一周內(nèi)電壓不平衡趨勢(shì)。第44頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月五波形畸變

波形畸變，是指電壓或電流波形偏離穩(wěn)態(tài)工頻正弦波形的現(xiàn)象，可以用偏移頻譜描述其特征。波形畸變有五種主要類型，即直流偏置、諧波、間諧波、陷波、噪聲。諧波畸變水平的描述方法，通常用具有各次諧波分量幅值和和相位角的頻譜表示。圖1－14給出了典型變速驅(qū)動(dòng)輸入電流波形和頻譜圖。第46頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖1－15給出了連續(xù)直流式三相換流器的電壓陷波例子。第48頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

六電壓波動(dòng)

電壓波動(dòng)是指電壓包絡(luò)線有規(guī)則的變化或一系列隨機(jī)電壓變動(dòng)。通常，其幅值并未超過ANSIC84.1－1995《電力系統(tǒng)與設(shè)備電壓等級(jí)》規(guī)定的0.9－1.1p.u.范圍。IEC1000－3－3－1994《低壓供電系統(tǒng)電壓波形和閃變限值（額定電流<16A的設(shè)備）》則定義了多種類型的電壓波動(dòng)。第49頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月六電壓波動(dòng)由電壓波動(dòng)產(chǎn)生閃變現(xiàn)象的例子示于圖1－16。第50頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月七工頻變化把電力系統(tǒng)基波頻率偏離規(guī)定正常值的現(xiàn)象定義為頻率變化。工頻頻率的值與向系統(tǒng)供應(yīng)電能的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度直接相關(guān)?，F(xiàn)代互聯(lián)電力系統(tǒng)極少出現(xiàn)頻率大的波動(dòng)。有時(shí)人們會(huì)把陷波和頻率偏差弄錯(cuò)。第51頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)簡介

從20世紀(jì)80年代初到2001年，國家技術(shù)監(jiān)督局先后組織制定并頒布了六項(xiàng)電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)。如表1－3所示：第52頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施20世紀(jì)70年代以前，電力系統(tǒng)中使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的設(shè)備和電子裝置的數(shù)量不多，非線性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷占系統(tǒng)總負(fù)荷的比例很小，電力工作者關(guān)心的電能質(zhì)量問題主要局限在電壓、頻率和連續(xù)供電方面。因此，電壓偏差、頻率偏差、電壓三相不平衡和供電可靠性構(gòu)成了傳統(tǒng)電能質(zhì)量的主要內(nèi)容。第55頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備是按額定電壓和額定頻率設(shè)計(jì)、制造的。在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備的運(yùn)行性能最優(yōu)、效率最高。反之，電氣設(shè)備的運(yùn)行性能會(huì)減弱，效率下降，嚴(yán)重時(shí)可能使設(shè)備無法正常工作，甚至導(dǎo)致設(shè)備絕緣損壞、燒毀或爆炸等，從而間接或直接危害設(shè)備、人身及系統(tǒng)的安全。第56頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述由此可見，系統(tǒng)電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量以及供電可靠性的好壞對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行與使用壽命有著重要的影響，同時(shí)也直接關(guān)系到電力系統(tǒng)自身的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。保證系統(tǒng)頻率和各點(diǎn)電壓偏差在允許的范圍之內(nèi)，保證電壓

三相平衡以及提高系統(tǒng)的供電可靠性是電力系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)整的基本任務(wù)。第57頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述本章主要介紹了電壓偏差、頻率偏差、電壓三相不平衡和供電可靠性的概念、產(chǎn)生的原因、相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)以及改善這些電能質(zhì)量指標(biāo)的常規(guī)方法。第58頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)供電電壓偏差

電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，其中電壓偏差是衡量供電系統(tǒng)正常運(yùn)行與否的一項(xiàng)主要指標(biāo)。第59頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電壓偏差的定義

供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓(通常，電力系統(tǒng)的額定電壓采用標(biāo)稱電壓去描述，對(duì)電氣設(shè)備則采用額定電壓的術(shù)語)之差對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)稱為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(3-1)式中——電壓偏差；

——實(shí)際電壓，kV；

——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV。第60頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電壓偏差的定義供電電壓正常運(yùn)行方式是指系統(tǒng)中所有電氣元件均按預(yù)定工況運(yùn)行。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷時(shí)刻發(fā)生著變化，系統(tǒng)的運(yùn)行方式也經(jīng)常改變，系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓隨之發(fā)生改變，會(huì)偏離系統(tǒng)電壓額定值。電壓的這種變化是緩慢的，其每秒電壓變化率小于額定電壓的

1%。第61頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電壓偏差的定義由第一章可知，電壓的均方根值偏離額定值的現(xiàn)象稱為電壓變動(dòng)，所以電壓偏差屬于電壓變動(dòng)的范疇。與同屬電壓變動(dòng)范疇的過電壓和欠電壓相比，電壓偏差僅僅針對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)而言。過電壓和欠電壓既可能出現(xiàn)在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式，也可能出現(xiàn)在電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行方式，如故障狀態(tài)等。電力系統(tǒng)不大于標(biāo)稱電壓的10%。系統(tǒng)在非正常運(yùn)行方式下，由于故障所引發(fā)的系統(tǒng)電壓變動(dòng)與故障點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近有很大關(guān)系。

第62頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電壓偏差的定義此時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際電壓可能嚴(yán)重偏離標(biāo)稱值，也可能偏離標(biāo)稱值的幅度并不大。距離越近，電壓低于標(biāo)稱值越多。反之，距離越遠(yuǎn)，電壓低于標(biāo)稱值越少。此時(shí)，電壓偏差強(qiáng)調(diào)的是實(shí)際電壓偏離系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的數(shù)值，與偏差持續(xù)的時(shí)間無關(guān)。而過電壓和欠電壓強(qiáng)調(diào)實(shí)際電壓嚴(yán)重偏離標(biāo)稱電壓，分別為高于標(biāo)稱電壓的110%和維持在標(biāo)稱電壓的10%~90%，并且持續(xù)時(shí)間超過1min。

第63頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電壓偏差的限值一般而言,35kV以上供電電壓無直接用電設(shè)備,用電設(shè)備大多通過降壓變壓器接入供電系統(tǒng),合理選擇降壓變壓器的分接頭位置可以起到一定的調(diào)壓作用。因此,目前我國對(duì)35kV及以下供電電壓規(guī)定了允許電壓偏差,具體情況如下：(1)35kV及以上供電電壓的正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%。如供電電壓上下偏差同號(hào)時(shí)(均為正或負(fù)),按較大的偏差絕對(duì)值作為衡量依據(jù)。(2)10kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的-7%、+7%。(3)220V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%。第64頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電壓偏差的限值我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB12325—1990《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》對(duì)電壓偏差做出了詳盡規(guī)定。第65頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電壓偏差產(chǎn)生的原因

電力系統(tǒng)中的負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組的出力隨時(shí)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨著運(yùn)行方式的改變而改變，系統(tǒng)故障等因素都將引起電力系統(tǒng)功率的不平衡。系統(tǒng)無功功率不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱值的根本原因。

第66頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電壓偏差產(chǎn)生的原因電力系統(tǒng)的無功功率平衡是指：在系統(tǒng)運(yùn)行中的任何時(shí)刻，無功電源供給的無功功率與系統(tǒng)需求的無功功率相等。系統(tǒng)無功功率不平衡意味著將有大量的無功功率流經(jīng)供電線路和變壓器，由于線路和變壓器中存在阻抗，造成線路和變壓器首末端電壓出現(xiàn)差值。以供電線路為例來說明無功功率與電壓損失的關(guān)系。圖3-1(a)是當(dāng)不計(jì)線路分布電容影響時(shí)一條供電線路的等值電路。

第67頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電壓偏差產(chǎn)生的原因第68頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電壓偏差產(chǎn)生的原因設(shè)，負(fù)載的復(fù)功率為

(3-2)

所以(3-3)第69頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電壓偏差產(chǎn)生的原因線路首末端電壓的相量差，即線路的電壓降為(3-4)將公式(3-3)代入式(3-4)，得

(3-5)

記為(3-6)第70頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電壓偏差產(chǎn)生的原因其中，和分別是電壓降的縱分量和橫分量。其表達(dá)式分別為

(3-7)(3-8)規(guī)定電壓損失為線路首末端電壓的均方根值之差，即電壓損失為

(3-9)第71頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

一般，線路兩端電壓的相差角較小，電壓降橫分量對(duì)電壓損失的影響可以忽略不計(jì)，把電壓降縱分量近似看作電壓損失，即（3-10）

在110KV及以上電壓等級(jí)的輸電線路中，由式（3-10）可知無功功率Q對(duì)電壓損失的影響遠(yuǎn)大于有功功率P對(duì)電壓損失的影響。設(shè)圖3-1中母線1的電壓為標(biāo)稱電壓，在圖示參考方向下，當(dāng)無功功率Q>0時(shí)，則意味著母線2的無功功率不足，需要從系統(tǒng)吸收無功功率Q。三、電壓偏差產(chǎn)生的原因第72頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月由式（3-10）可知三、電壓偏差產(chǎn)生的原因無功功率不平衡越嚴(yán)重，電壓偏差越大。電壓偏差為負(fù)；電壓偏差為正。第73頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

供配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不合理也能導(dǎo)致電壓偏差。供配電線路輸送距離過長，輸送容量過大，導(dǎo)致截面過小等因素都會(huì)加大線路的電壓損失，從而產(chǎn)生電壓偏差。從此，我國對(duì)不同電壓等級(jí)的供配線路規(guī)定了合理的輸送距離和輸送容量，見表3-1。三、電壓偏差產(chǎn)生的原因第74頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月表3-1線路的輸送距離和輸送容量第75頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月四、電壓偏差過大的危害

電壓偏差過大對(duì)廣大用電設(shè)備以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生極大的危害。

1、對(duì)用電設(shè)備的危害所有用戶的用電設(shè)備都是按照設(shè)備的額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的。當(dāng)電壓偏離額定電壓較大時(shí)，用電設(shè)備的運(yùn)行性能惡化，不僅運(yùn)行效率低，很可能會(huì)由于過電壓或過電流而損壞。第76頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、對(duì)電網(wǎng)的危害

輸電線路的輸送功率受功率穩(wěn)定極限的限制，而線路的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限近似與線路的電壓平方成正比。

系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低時(shí)缺乏無功電源時(shí)頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定破壞時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行電壓過高造成系統(tǒng)解列導(dǎo)致電壓崩潰也會(huì)威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行給生產(chǎn)生活到來損失四、電壓偏差過大的危害第77頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月五、改善電壓偏差的措施

電力系統(tǒng)分布廣，節(jié)點(diǎn)數(shù)目多。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電壓隨節(jié)點(diǎn)位置、負(fù)荷水平不斷發(fā)生變化?？梢哉f，電壓水平的控制既有局域性，又有全局性；既于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有關(guān)，又與運(yùn)行控制密不可分。保證電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓正常水平的充分必要條件是系統(tǒng)具備充足的無功功率電源，同時(shí)采取必要的調(diào)壓手段。第78頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

現(xiàn)以圖3-2為例，說明各種調(diào)壓措施所依據(jù)的基本原理。為簡化起見，忽略系統(tǒng)各元件的對(duì)地電容，網(wǎng)絡(luò)阻抗已歸算至高壓側(cè)。

五、改善電壓偏差的措施第79頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)荷接入點(diǎn)電壓可表示為

(3-11)

式中——?dú)w算至高壓側(cè)網(wǎng)絡(luò)的電壓損失kV；

——高壓側(cè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱電壓，kV。五、改善電壓偏差的措施第80頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月五、改善電壓偏差的措施

公式（3-11）表明:改變以下各量即可調(diào)整負(fù)荷接入節(jié)點(diǎn)的電壓UL。

（1）改變系統(tǒng)無功功率的分布；（2）改變發(fā)電機(jī)端電壓US；（3）改變變壓器變比K1，K2。（4）改變輸電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)X。下面從電力系統(tǒng)無功功率電源和調(diào)壓手段兩方面對(duì)電壓偏差的改善措施作詳細(xì)的介紹。第81頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）配置充足的無功功率電源

電力系統(tǒng)中的無功功率損耗很大一部分是線路和變壓器中的無功功率損耗。由于高壓線路和變壓器的等值電抗遠(yuǎn)大于等值電阻，變壓器的無功損耗也比有功損耗大得多，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)僅靠發(fā)電機(jī)提供的無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)對(duì)無功功率的需要，因此必須裝設(shè)大量的無功補(bǔ)償設(shè)備。電力系統(tǒng)的無功功率電源有同步發(fā)電機(jī)，同步調(diào)相機(jī)，電容器，電抗器和靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）等。五、改善電壓偏差的措施第82頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

1、同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中唯一的有功功率電源，同時(shí)也是最基本的無功功率電源。發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)無功功率的速度快且不需要額外投資，所以充分利用發(fā)電機(jī)改善系統(tǒng)無功功率的平衡是一種十分經(jīng)濟(jì)實(shí)用的調(diào)節(jié)手段，其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)能力不大。

五、改善電壓偏差的措施第83頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月2、同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)。改變同步調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁，可以使同步調(diào)相機(jī)工作在過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁狀態(tài)，從而發(fā)出或吸收無功功率。它是最早采用的無功調(diào)節(jié)設(shè)備之一。同步調(diào)相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：有電壓支撐的作用、可迅速提高無功功率、可吸收多余的無功功率。缺點(diǎn)：本身設(shè)備的有功功率損耗大、維護(hù)復(fù)雜、投資大。所以它不是主要的無功功率調(diào)節(jié)設(shè)備。五、改善電壓偏差的措施第84頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月3、電容器

作為無功功率補(bǔ)償用的電容器以并聯(lián)的方式接入系統(tǒng)，其接線方式如圖3-3所示。

電容器只能輸出無功功率。其產(chǎn)生無功功率的大小可表示成

(3-12)

式中，為電力系統(tǒng)角頻率；C為電容器的電容值。五、改善電壓偏差的措施第85頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

電容器具有有功功率損耗小、設(shè)計(jì)簡單、容量組合靈活、安全可靠、運(yùn)行維護(hù)方便、投資省等優(yōu)點(diǎn)。所以長期以來電容器一直是電力系統(tǒng)優(yōu)先采用的無功功率補(bǔ)償設(shè)備。但當(dāng)系統(tǒng)電壓下降時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電壓進(jìn)一步降低；當(dāng)系統(tǒng)電壓偏高時(shí)，系統(tǒng)電壓進(jìn)一步升高。這種正反饋的電壓調(diào)節(jié)特性不利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，這是電容器調(diào)壓的缺點(diǎn)。五、改善電壓偏差的措施第86頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

此外，這種調(diào)壓是不連續(xù)的。常規(guī)電容器采用分組投切的形式，每投入或切除一組電容器，可分別使系統(tǒng)電壓跳變式升高或降低。因此，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)容量、電壓等級(jí)、負(fù)荷大小等因素，合理地選擇電容器的分組數(shù)及每組容量。五、改善電壓偏差的措施第87頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月4、電抗器

線路的分布電容所產(chǎn)生的無功功率，與電壓的平方成正比，同時(shí)與線路的長度成正比。因此，長距離、高電壓等級(jí)的線路產(chǎn)生的充電功率不容忽視。圖3-4是線路形等值電路。五、改善電壓偏差的措施第88頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖中電容代表線路的分布電容，每個(gè)電容的電納為整個(gè)線路等效電納B的一半，即為。每個(gè)電容產(chǎn)生的充電功率為線路總充電功率的一半，即等于。當(dāng)線路輕載或空載運(yùn)行時(shí)，線路電抗X中的無功損耗很小，其數(shù)值可能等于或小于線路的充電功率。這種情況下線路總的無功損耗為零，甚至變負(fù)。五、改善電壓偏差的措施第89頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月高壓線路在輕載時(shí)，將會(huì)存在大量過剩的充電功率，從而使電壓升高。從表3-2可見，高壓線路輕載時(shí)電壓搜升高現(xiàn)象十分嚴(yán)重，其升高幅度已經(jīng)大大超出了國家的有關(guān)規(guī)定。這對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行和用戶的正常生產(chǎn)構(gòu)成了極大的威脅。五、改善電壓偏差的措施第90頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月5、靜止無功補(bǔ)償裝置和靜止無功發(fā)生裝置

基于電力電子半控器件無功補(bǔ)償裝置（SVC）和基于電力電子全控器件的靜止無功發(fā)生裝置（SVG）具有動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償特性。與同步調(diào)相機(jī)一樣，它們既可以向系統(tǒng)輸出無功功率，也可吸收系統(tǒng)的無功功率。其動(dòng)態(tài)特性好，調(diào)壓速度快，調(diào)壓平滑，而且可實(shí)現(xiàn)分相無功補(bǔ)償，有功功率損耗也比較小。由于他們由靜止開關(guān)元件構(gòu)成，所以運(yùn)行維護(hù)方便、可靠性較高。但這類設(shè)備價(jià)格普遍較高，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較欠缺。五、改善電壓偏差的措施第91頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）系統(tǒng)調(diào)壓手段

電力系統(tǒng)是個(gè)龐大的系統(tǒng)，其中的負(fù)荷難以計(jì)數(shù)，無法對(duì)其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。通常的做法是選擇一些關(guān)鍵性的母線作為電壓監(jiān)視點(diǎn)。如果將這些母線的電壓偏差控制在允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)的電壓及負(fù)荷電壓就能基本滿足要求。這些電壓監(jiān)視點(diǎn)稱為電壓中樞點(diǎn)。一般選擇系統(tǒng)內(nèi)裝機(jī)容量較大的發(fā)電廠高壓母線，容量較大的變電所低壓母線，以及有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)母線作為電壓中樞點(diǎn)。五、改善電壓偏差的措施第92頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電壓偏差的調(diào)整方式中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式分為三種：

逆調(diào)壓順調(diào)壓恒調(diào)壓目前中樞點(diǎn)常用的調(diào)壓方式是逆調(diào)壓。第93頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電壓偏差的調(diào)整手段用發(fā)電機(jī)調(diào)壓：調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置改變變壓器變比調(diào)壓：即調(diào)節(jié)變比K

(3-13)

普通電力變壓器除分接頭外，還有2-4個(gè)附加分接頭。通過選擇分接頭，可使變壓器的變比發(fā)生改變。第94頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月改變線路參數(shù)調(diào)壓

1）采用分裂導(dǎo)線。第95頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月2）串聯(lián)電容器。接線圖見圖3-6.根據(jù)公式3-10線路的電壓損失為：第96頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)電容補(bǔ)償線路電抗的程度可用補(bǔ)償度Kc來表示：

(3-14)

式中XL——線路電抗，；

XC——線路串聯(lián)電容容抗，。叫過補(bǔ)償，整個(gè)線路的等值阻抗呈現(xiàn)容性；叫欠補(bǔ)償，整個(gè)線路的等值阻抗呈現(xiàn)感性；叫完全補(bǔ)償，整個(gè)線路的等值阻抗呈現(xiàn)阻性；第97頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

與裝設(shè)并聯(lián)電容器相比，串聯(lián)電容器補(bǔ)償法的調(diào)壓效果顯著，特別適合于電壓波動(dòng)頻繁、負(fù)荷功率因數(shù)低的場合。但采用串聯(lián)電容也會(huì)帶來一些新問題。串聯(lián)電容與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)有可能發(fā)生共振。串聯(lián)電容與變壓器也可能發(fā)生共振。第98頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電壓偏差的監(jiān)測(cè)與考核

電壓偏差的監(jiān)測(cè)與考核是評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量的重要方法，其結(jié)果也是修定無功功率和電壓曲線、制定電網(wǎng)規(guī)劃和技術(shù)改造計(jì)劃的依據(jù)。電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置原則是：（1）與主網(wǎng)（220KV及以上電力系統(tǒng)）直接連接的發(fā)電廠高壓母線。（2）各級(jí)調(diào)度“界面”處的330KV及以上變電所的一、二次母線，220KV變電所的二次母線或一次母線。第99頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）所有變電所的10KV母線。（4）具有一定代表性的用戶電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜采用這樣的選取原則：所有110KV及以上供電的用戶；所有35KV專線供電的用戶；其他35KV用戶和10KV用戶；低壓0.4KV用戶。第100頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

電壓監(jiān)測(cè)的方法是在電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝具有自動(dòng)記錄和統(tǒng)計(jì)功能的“電壓監(jiān)測(cè)儀”。它能直接監(jiān)測(cè)電壓的偏差，并能統(tǒng)計(jì)電壓合格率和電壓超限率。

(3-15)

(3-16)第101頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

我國電力行業(yè)對(duì)電壓偏差的考核是指各供電企業(yè)的以下五類指標(biāo)是否滿足供電企業(yè)安全文明生產(chǎn)達(dá)標(biāo)和創(chuàng)一流標(biāo)準(zhǔn)。（1）A類電壓合格率——城市變電所10ＫＶ母線電壓合格率；（2）B類電壓合格率——110KV及以上供電或35（63）KV專線供電用戶的電壓合格率；（3）C類電壓合格率——其他高壓用戶的電壓合格率第102頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）D類電壓合格率——0.4KV用戶的電壓合格率比；（5）供電綜合電壓合格率計(jì)算式為

(3-17)

式中Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｄ分別代表Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｄ類電壓合格率。第103頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月表3-4我國某大城市電網(wǎng)2002年供電電壓合格率統(tǒng)計(jì)表第104頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)電力系統(tǒng)頻率偏差

頻率是電能質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一。系統(tǒng)負(fù)荷特別是發(fā)電廠廠用電負(fù)荷對(duì)頻率的要求非常嚴(yán)格。要保證用戶和發(fā)電廠的正常運(yùn)行就必須嚴(yán)格控制系統(tǒng)頻率，使系統(tǒng)的頻率偏差控制在允許的范圍內(nèi)。允許頻率偏差的大小不僅體現(xiàn)了電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平的高低，同時(shí)反映了一個(gè)國家工業(yè)發(fā)達(dá)的程度。第105頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月一、頻率偏差的定義

根據(jù)工學(xué)理論，正弦量在單位時(shí)間內(nèi)交變的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz。交變一次所需的時(shí)間稱為周期，用T表示，單位為s。頻率和周期互為倒數(shù)，即

f=1/T（3-18）交流電力系統(tǒng)是以單一恒定的標(biāo)稱頻率、規(guī)定的幾種電壓等級(jí)和以正弦函數(shù)波形變化的交流電向用戶供電。交流電力系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率分為50Hz和60Hz兩種，我國采用50Hz標(biāo)稱頻率（工頻）。第106頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

不同標(biāo)稱頻率的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，必須通過變頻調(diào)速裝置才能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。一個(gè)常蓄結(jié)合式抽水蓄能電站的原理接線圖如圖3-7所示。圖中，G代表常規(guī)發(fā)電機(jī)組，其額定頻率為50Hz；G/M代表抽水蓄能機(jī)組，其工作頻率為30-80Hz。一、頻率偏差的定義第107頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-7常蓄結(jié)合式抽水蓄能電站的原理接線第108頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值之差稱為系統(tǒng)的頻率偏差，用公示表示為（3-19）式中——頻率偏差，Hz；

fre——實(shí)際頻率，Hz；

fN——系統(tǒng)標(biāo)稱頻率，Hz。頻率偏差屬于頻率變化范疇。電力系統(tǒng)的頻率變化是指基波頻率偏離規(guī)定正常值的現(xiàn)象。

一、頻率偏差的定義第109頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、頻率偏差限值

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15945-1995《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》規(guī)定：系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為0.2Hz。系統(tǒng)容量較小時(shí)，可放寬到0.5Hz。用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般不得超過0.2Hz

一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家允許的系統(tǒng)頻率偏差為0.1Hz。日本為0.08Hz。預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)頻率允許偏差將達(dá)到0.05Hz第110頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、頻率偏差產(chǎn)生的原因

當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷功率總需求(包括電能傳輸環(huán)節(jié)的損耗)與系統(tǒng)電源的總供給相平衡時(shí)，才能維持所以發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的恒定。但是，電力系統(tǒng)中的負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組的出力隨時(shí)都在變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)與負(fù)荷間出現(xiàn)有功功率不平衡時(shí)，系統(tǒng)頻率就會(huì)產(chǎn)生變動(dòng)，出現(xiàn)頻率偏差。系統(tǒng)頻率上升，頻率偏差為正；反之亦成立。只有在發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率等于系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)有功功率總需求的時(shí)候，頻率偏差為零。

系統(tǒng)有功功率不平衡是產(chǎn)生頻率偏差的根本原因第111頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月四、頻率偏差的危害1.系統(tǒng)頻率偏差過大對(duì)用電負(fù)荷的危害（1）產(chǎn)品質(zhì)量沒有保障。（工業(yè)企業(yè)）（2）降低勞動(dòng)生產(chǎn)率。（影響所傳動(dòng)機(jī)械的出力）（3）使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運(yùn)行。2.系統(tǒng)頻率偏差過大對(duì)電力系統(tǒng)的危害（1）降低發(fā)電機(jī)組效率，引起頻率或電壓崩潰。（2）汽輪機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生葉片共振，造成葉片疲勞損傷和斷裂。第112頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）處于低頻率電力系統(tǒng)中的異步電動(dòng)機(jī)和變壓器其主磁通會(huì)增加，勵(lì)磁電流會(huì)隨之增加，系統(tǒng)所需無功功率大為增加，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平降低，造成調(diào)壓困難。（4）無功補(bǔ)償用電容器的補(bǔ)償容量與頻率成正比。（5）頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差加大。四、頻率偏差的危害第113頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月五、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整和控制

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，通過改變發(fā)電機(jī)的輸出功率使系統(tǒng)的頻率變動(dòng)保持在允許偏差范圍內(nèi)的過程，稱為頻率調(diào)整。分為：一次調(diào)整、二次調(diào)整。一次調(diào)整：利用發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器，針對(duì)變化幅度小(0.1%~0.5%)，變動(dòng)周期短(10s)的頻率偏差。二次調(diào)整：利用發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器，針對(duì)變化幅度大(0.5%~1.5%)，變動(dòng)周期長(10s~30s)的頻率偏差。第114頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)發(fā)電控制裝的調(diào)頻方式主要分為三類：恒定頻率控制（FFC）恒交換功率控制（FTC）聯(lián)絡(luò)線功率頻率偏差控制（TBC）2.電力系統(tǒng)頻率控制電力系統(tǒng)在以下情況下可能出現(xiàn)頻率異常：（1）故障后系統(tǒng)失去大量電源，或系統(tǒng)解列（2）氣候變化或意外災(zāi)害使負(fù)荷發(fā)生突變（3）在電力供應(yīng)不足的系統(tǒng)中缺乏有效的控制負(fù)荷手段。五、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整和控制第115頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）高峰和低峰負(fù)荷期間，發(fā)電機(jī)出力的增減速度與負(fù)荷的增減速度不一致。（5）大型沖擊負(fù)荷造成的頻率波動(dòng)。系統(tǒng)頻率異常時(shí)一般采取以下頻率控制措施：（1）應(yīng)具備足夠的負(fù)荷備用和事故備用容量；（2）在調(diào)度所或變電所裝設(shè)直接控制用戶負(fù)荷的裝置（3）在系統(tǒng)內(nèi)安裝自動(dòng)切除發(fā)電機(jī)等。五、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整和控制第116頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的差異：（1）全系統(tǒng)頻率相同，而系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓卻不同（2）系統(tǒng)頻率質(zhì)量主要由系統(tǒng)有功功率平衡狀況決定，而系統(tǒng)電壓質(zhì)量則主要由系統(tǒng)無功功率平衡狀況決定。（3）調(diào)整頻率只有改變發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)功率這一唯一的措施，而調(diào)整電壓的措施卻很多。五、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整和控制第117頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)電壓三相不平衡一、三相對(duì)稱與三相不平衡的概念設(shè)三相系統(tǒng)的電流和電壓分別為（3-20）（3-21）第118頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

三相系統(tǒng)可分為對(duì)稱三相系統(tǒng)和不對(duì)稱三相系統(tǒng)。對(duì)稱三相系統(tǒng)是指三相電量數(shù)值相等、頻率相同、相位互差120度的系統(tǒng)。不同時(shí)滿足這三個(gè)條件的三相系統(tǒng)是不對(duì)稱三相系統(tǒng)。第四節(jié)電壓三相不平衡第119頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q言之，式（3-20）和（3-21）所表示的系統(tǒng)如果同時(shí)滿足以下條件

(3-22）（3-23）那么該系統(tǒng)是對(duì)稱的，反之則是不對(duì)稱的。第四節(jié)電壓三相不平衡第120頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

將式（3-22）、（3-23）代人式（3-20）和（3-21）同時(shí)選取A相電流為參考量，記及A相電壓超前于電流電角度，即令，則對(duì)稱三相系統(tǒng)可表示為

（3-24）（3-25）第四節(jié)電壓三相不平衡第121頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

三相系統(tǒng)的對(duì)稱性還表現(xiàn)為：在任意時(shí)刻，三相電量的瞬時(shí)值之和為零，用數(shù)學(xué)公式表示就（3-26）和（3-27）

三相系統(tǒng)又可分為平衡三相系統(tǒng)和不平衡三相系統(tǒng)。在任意時(shí)刻，三相瞬時(shí)總功率與時(shí)間無關(guān)，這樣的系統(tǒng)稱為平衡三相系統(tǒng)；在任意時(shí)刻，三相瞬時(shí)總功率是時(shí)間的函數(shù)，這樣的系統(tǒng)稱為不平衡三相系統(tǒng)。第四節(jié)電壓三相不平衡第122頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)電工理論，系統(tǒng)在某一時(shí)間t吸收的總瞬時(shí)功率為三相瞬時(shí)功率之和，每一相的瞬時(shí)功率為同一時(shí)刻同相電壓和電流的乘積，即（3-28）式中——總瞬時(shí)功率，MVA.PA、PB、PC——A、B、C三相瞬時(shí)功率，MVA。第四節(jié)電壓三相不平衡第123頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月將式（3-20）和（3-21）代人式（3-28），經(jīng)整理后得（3-28）上式中第二個(gè)方括號(hào)與時(shí)間有關(guān)，一般來說，它不等于零。對(duì)于對(duì)稱三相系統(tǒng)，將式（3-22）和（3-23）代入（3-28），并計(jì)及得（3-29）第四節(jié)電壓三相不平衡第124頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

式（3-29）說明對(duì)稱三相系統(tǒng)在任意時(shí)刻的總瞬時(shí)功率是常數(shù)，也就是說對(duì)稱三相系統(tǒng)一定也是平衡三相系統(tǒng)。對(duì)于三相系統(tǒng)，系統(tǒng)的不對(duì)稱直接導(dǎo)致不平衡，所以不對(duì)稱三相系統(tǒng)和不平衡三相系統(tǒng)在使用上不作嚴(yán)格區(qū)分。三相電壓不平衡度是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。第125頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、三相不平衡度的定義

根據(jù)對(duì)稱分量法，三相系統(tǒng)中的電量可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量三個(gè)對(duì)稱分量。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，電量的負(fù)序分量均方根值與正序分量均方根值之比定義為該電量的三相不平衡度，用符號(hào)表示，即

（3-30）

（3-31）第126頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月式中——三相電壓不平衡度和三相電流不平衡度

——電壓正序、負(fù)序分量均方根值，ＫＶ；

——電流正序、負(fù)序分量均方根值，ＫＡ。由式（3-30）和（3-31）可見，要計(jì)算三相系統(tǒng)的不平衡度，必須首先計(jì)算三相系統(tǒng)的正序和負(fù)序分量。但在實(shí)際工作中，往往只知道三相電量的數(shù)值。在不含零序分量的三相系統(tǒng)中，只要知道三相電量a、b、c，即可由下式求出三相不平衡度：二、三相不平衡度的定義第127頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月工程上為了估算某個(gè)不對(duì)稱負(fù)荷的公共連接點(diǎn)上造成的三相電壓不平衡度，可用公式（3-33）進(jìn)行近似計(jì)算。二、三相不平衡度的定義（3-32）式中第128頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月(3-33)式中——負(fù)荷電流的負(fù)序分量，A；

——公共連接點(diǎn)的線電壓均方根值，KV；

——公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA。式（3-33）只能用于距離發(fā)電廠以及大型電機(jī)電氣距離較遠(yuǎn)的公共連接點(diǎn)處三相電壓不平衡度的近似計(jì)算。二、三相不平衡度的定義第129頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

在三相對(duì)稱系統(tǒng)中，由于在某一相上增設(shè)了單相負(fù)荷而引起的三相電壓不平衡度也可按下式估算（3-34）式中——單相負(fù)荷容量，MVA；

——計(jì)算點(diǎn)的三相短路容量，MVA。二、三相不平衡度的定義第130頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月三、三相不平衡度的限值

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15543-1995《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過4%；接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶，引起該點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值一般為1.3%。第131頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月四、三相不平衡產(chǎn)生的原因

電力系統(tǒng)三相不平衡可以分為事故性不平衡和正常性不平衡兩大類。事故性不平衡由系統(tǒng)中各種非對(duì)稱性故障引起。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，供電環(huán)節(jié)的不平衡或用電環(huán)節(jié)的不平衡都將導(dǎo)致電力系統(tǒng)三相不平衡。而供電系統(tǒng)的不平衡主要來自于供電線路的不平衡。第132頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月五、三相不平衡的危害系統(tǒng)處于三相不平衡運(yùn)行時(shí)，其電壓、電流中含大量負(fù)序分量。由于負(fù)序分量的存在，三相不平衡對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生不良影響，具體表現(xiàn)如下：（1）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。（2）變壓器。（3）換流器（圖3-8）。（4）繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置。（5）線損。（6）計(jì)算機(jī)。第133頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月六、改善三相不平衡的措施P1=5MW，減小系統(tǒng)三相不平衡的常用方法有如下幾種：（1）將不對(duì)稱負(fù)荷合理分布于三相中，使各相負(fù)荷盡可能平衡。設(shè)5個(gè)容量不等的單相負(fù)荷分別是P1=5MW，S2=15+j7MVA，S3=10+j2MVA，S4=20+j9MVA和S5=25+j8MVA。采用圖3-9（a）的接線方式時(shí)，三相負(fù)荷的有功功率均為25MVA，A、B兩相的無功功率同是9Mvar，與C相8Mvar的無功功率相差不大。在圖3-9（b）中，A相負(fù)荷為20+j7MVA，B相負(fù)荷為30＋j11MVA，C相負(fù)荷為25＋j8MVA。第134頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月顯然，采用圖3-9（a）所示的負(fù)荷分配方式采用圖3-9（b）所示的負(fù)荷分配方式更有利于系統(tǒng)三相平衡。六、改善三相不平衡的措施P1=5MW，S2=15+j7MVA，S3=10+j2MVA，S4=20+j9MVA,S5=25+j8MVA。第135頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）將不對(duì)稱負(fù)荷分散接于不同的供電點(diǎn)，減小集中連接造成的不平衡度過大。（3）將不對(duì)稱負(fù)荷接于高一級(jí)電壓供電。（4）將不對(duì)稱負(fù)荷采用單獨(dú)的變壓器供電。（5）采用特殊接線的平衡變壓器供電。（6）加裝三相平衡裝置。實(shí)現(xiàn)三相平衡的原理如圖3-10所示。設(shè)ab間接有單相用電負(fù)載，見圖3-10（a），其導(dǎo)納。首先在該負(fù)載上并聯(lián)電納，使ab相等效負(fù)載呈電阻性，其等效導(dǎo)納。六、改善三相不平衡的措施第136頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月然后在bc間接入容性電納，在ca間接入感性電納，如圖3-10（b）所示。

六、改善三相不平衡的措施第137頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月此時(shí)各相電流為可見，三相負(fù)荷達(dá)到平衡。六、改善三相不平衡的措施第138頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月例3-1額定電壓為380V的3臺(tái)單相負(fù)荷，其參數(shù)如下：負(fù)荷1：7.6KVA，負(fù)荷2：7.6KVA，負(fù)荷3：7.6KVA，試求方式1的接線時(shí)的三相電流不平衡度。六、改善三相不平衡的措施第139頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月例3-1額定電壓為380V的3臺(tái)單相負(fù)荷，其參數(shù)如下：負(fù)荷1：7.6KVA，負(fù)荷2：7.6KVA，負(fù)荷3：7.6KVA，試求不同接線方式時(shí)的三相電流不平衡度。解：3個(gè)單相負(fù)荷共有6種不同的接線方式，如表3-5所示。以方式1為例，計(jì)算。方式1的接線示意圖見圖3-11。

六、改善三相不平衡的措施第140頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

3個(gè)負(fù)荷的等效阻抗分別為：六、改善三相不平衡的措施第141頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)為參考相量，即令，則每個(gè)負(fù)荷上流過的額定電流為第142頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)基爾霍夫電流定律，線電流為由對(duì)稱分量法可求出線電流中正、負(fù)序分量分別為其中，。第143頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月于是，三相電流不平衡度為同理，可計(jì)算出其余5種接線方式下的，見表3-5可以看出，采用方式5的接線方式時(shí)，最小。第144頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月表3-56種不同接線方式下的

第145頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性一、供電可靠性的常用指標(biāo)供電系統(tǒng)供電可靠性用一系列指標(biāo)加以衡量。這些供電可靠性指標(biāo)按不同電壓等級(jí)分別計(jì)算，并分為主要指標(biāo)和參考指標(biāo)兩大類。1、供電可靠性主要指標(biāo)（1）供電可靠率（RS-1）。（3-35）第146頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）用戶平均停電時(shí)間（AIHC-1）。（3-36）（3）用戶平均停電次數(shù)（AITC-1）（3-37）（4）用戶平均故障停電次數(shù)（AFTC）（3-38）第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性第147頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月2、供電可靠性參考指標(biāo)（1）用戶平均故障停電時(shí)間（3-39）（2）故障停電平均持續(xù)時(shí)間（3-40）第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性第148頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）平均停電次數(shù)（4）故障停電平均用戶數(shù)第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性第149頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月表3-6供電可靠率和年平均停電時(shí)間的關(guān)系第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性第150頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性第151頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

上述供電可靠性指標(biāo)中的停電指長時(shí)間供電中斷，即供電電壓幅值為零，且持續(xù)時(shí)間超過5min（或1min以上）的現(xiàn)象。按照供電中斷的性質(zhì)劃分，供電中斷可以分為兩大類：

預(yù)安排供電中斷故障故障供電中斷第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性第152頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-12（長時(shí)間）供電中斷分類第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性第153頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月二、供電中斷的危害導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰和電壓崩潰對(duì)國民經(jīng)濟(jì)其他行業(yè)產(chǎn)生重大影響三、供電中斷產(chǎn)生的原因即提高供電可靠性的措施（1）設(shè)備質(zhì)量缺陷；（2）人員誤操作；（3）自然災(zāi)害；（4）繼電保護(hù)；（5）運(yùn)行管理水平低。第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性第154頁，課件共195頁，創(chuàng)作于2023年2月

除針對(duì)上述原因而采取的提高供電可靠性的措施以外，以下措施也有利于改善系統(tǒng)的供電可靠性。（1）加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，合理分布電源及無功補(bǔ)償設(shè)備。（2）采用自動(dòng)化程度很高的系統(tǒng)。（3）各負(fù)荷的供電方式應(yīng)根據(jù)負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求和地區(qū)供電條件確定。

1）一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)立電源供電。

2）二級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩回線路供電。