电能质量的基本概念(共26页).pdf

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1、电能质量的概念电能质量的概念什么是电能质量？什么是电能质量？电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差 120。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量含义，从不同角度理解通常包括：（1）电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电

2、能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。（2）电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。（3）供电质量：其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。（4）用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任

3、和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。目前针对电能质量问题研究的主要内容有哪些？目前针对电能质量问题研究的主要内容有哪些？目前，研究和解决电能质量问题已成为电力发展的当务之急。主要研究课题包括：（1）研究谐波对电网电能质量污染的影响并采取相应的对策。由于钢铁等金属熔炼企业的发展，化工5 7行业整流设备的增加，大功率晶闸管整流装置及电力电子器件的开发应用，使公用电网的谐波影响日趋次次严重，电源的波形产生了严重的畸变，影响了电网安全可靠运行。（2）研究谐波对电力计量装置的影响并采取相应的措施。由于波形畸变，使电力计量的准确度与精确度到影响，致使计量误差，产生附加的功率损耗，造成不必要的经

4、济损失。（3）研究电能质量污染对高新技术企业的影响并采取相应的技术手段。由于计算机系统和基于微电子技术控制的自动化生产流水线以及新兴的 IT 产业、微电子芯片制造企业等，对电能质量的要求和敏感程度比一般电力设备要高得多，任何暂态和瞬态的电能质量问题都可能造成设备的损坏或运行异常，影响正常的生产，给电力用户造成经济损失。（4）加强电能质量控装置的研制。电能质量控制装置的基本功能即使要在任何条件，甚至是极为恶劣的供电条件下改善电能质量，保证供电电压、电流的稳定、可靠，在谐波干扰产生的瞬间能立即将其抑制或消除。我国对电网的电能质量制定了哪些国家标准？我国对电网的电能质量制定了哪些国家标准？（1）GB

5、 123251990 供电电压允许偏差。（2）GB/T 145491993 公用电网谐波。（3）GT/T 155431995 三相电压允许不平衡度。（4）GB/T 159451995 电力系统频率允许偏差。（5）GB 123262000 电压允许波动和闪变。该标准是在GB 123261990 电冶允许波动和闪变的基础上，参考了国际电工委员会 IEC 电磁兼容 IEC6100-3-7 等文件和标准修订后重新颁布实施的。（6）GB/T 184812001 电能质量暂时过电压和瞬态过电压。国际电工委员会国际电工委员会 IECIEC 对电能质量是怎样分类的？对电能质量是怎样分类的？国际电工委员会 IE

6、C 从电磁兼容及相互干扰的角度考虑，对引起电磁干扰的基本现象进行了分类，见表11。表表 1 11 1 IEC IEC 对电能质量根据电磁干扰现象的分类方式对电能质量根据电磁干扰现象的分类方式序号123456国际电力电子工程师协会国际电力电子工程师协会 IEEEIEEE 对电能质量问题是怎样分类的？对电能质量问题是怎样分类的？国际电力电子工程师协会 IEEE 根据电压扰动的频谱特征、持续时间、幅值变化等将其进行了细分，并对供电系统典型的电磁干扰现象进行了特征分类，为准确地区分电压暂态现象提供了依据，见表 12。表表 1 12 2 IEEE IEEE 电力系统电磁现象的特性与分类电力系统电磁现象的

7、特性与分类种类频谱成分上升沿 5ns冲击电磁瞬态振荡上升沿 1s低频中频高频中断瞬时跌落升高中断短时电压变动暂时跌落升高中断短时跌落升高持续中断长期电压变动欠电压过电压电压不平衡直流偏移谐波波 形 畸 变间 谐 波陷波噪声5kHz5500kHz0.55MHz0100th06kHz宽带持续时间1ms0.350ms20s5s0.530 周波0.530 周波0.530 周波30 周波3s30 周波3s30 周波3s3s1min3s1min3s1min1ms1ms1ms稳态稳态稳态稳态稳态稳态电压幅值04p.u.08p.u.04p.u.0.1p.u.0.1p.u.0.9p.u.1.1p.u.1.8p.

8、u.0.1p.u.0.1p.u.0.9p.u.1.1p.u.1.4p.u.0.1p.u.0.1p.u.0.9p.u.1.1p.u.1.4p.u.0.0p.u.0.8p.u.0.9p.u.1.1p.u.1.2p.u.0.5%2%0%0.1%0%20%0%2%0%1%电磁干扰现象传导型低频现象辐射型低频现象传导型高频现象辐射性高频现象静 电放电现 象核 电 磁 脉 冲对应电能质量产生的影响因素谐波、间谐波；载波干扰；电压波动；电压跌落和间断；电压不对称；工频偏差；感应低频电压；交流电网中的直流分量工频电磁场感应连续波电压或电流；单方向瞬变；振荡性瞬变磁场；电场；电磁场；连续波；瞬变电压波动工频变化

9、25Hz间歇谐波系数 Kn总小于 1，这是因为谐波功率产生的转矩比等量基波功率产生的转矩要小。表 27 中，Kn为电能表反映谐波功率的转速与反映基波功率的转速之比。谐波次数越高，Kn越小，而且 Kn2.对电子型电能表呈宽带响应的特性，电子表带宽主要受其互感器频带和乘法器时钟频率的限制。电子式电能表的误差主要源自其输入模块。在结构设计上，由于电能表输入模块的信号变送仅考虑基波，当电压、电流波形发生畸变时，磁通不能相应地发生线性变化而产生误差，影响了电能表地整体计量精度。如下式所示地系统供电电压，其 3 次谐波电压含有率为 3（基波有效值已作归一化处理）。某用户接在此供电系统上，其负载电流如下式所

10、示：负载谐波功率随着谐波电压、电流相位差 变化的关系及对负载电能计量的影响见表 28（基波有功为0.866；基波无功为 0.5）。表表 2 28 8负载谐波功率随谐波电压电流相位差负载谐波功率随谐波电压电流相位差 变化的关系及对负载电能计量的影响变化的关系及对负载电能计量的影响相位差（rad）0/43/4-3/4-/4P谐波功率Q0负载电能计量影响（与基波电度比较）+0.69%+0.49%-0.49%-0.49%+0.49%从电能计量的角度来看，正弦波电源供非线性负荷，负荷污染电网、向系统注入谐波功率，少交电费，电力系统不公平；谐波电源供线性负荷，用户设备性能变坏，吸收谐波功率，多交电费、对电

11、力用户不公平。而对于谐波电源供非线性负荷，则应根据谐波电压电流的相位差具体分析，以判断用户是吸收谐波功率还是污染电网而向系统注入谐波功率。负荷侧的谐波污染对电网有哪些影响？负荷侧的谐波污染对电网有哪些影响？近年来，用户端大量非线性负荷的应用正成为电能质量污染甚至恶化的重要因素。从低压小容量家用电器的集群应用，到高压大容量的工业交直流变换装置中存在的各种静止变流器等，都是电质量的污染源。各种静止变流器是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形的畸变。大型电弧设备，如电弧熔炉，弧焊设备等，也成为重要的冲击源和谐波源。一个值得注意的问题是，为了减少重要设备对电能质量问题的敏感度，设备制造商努力进行

12、设备的升级和改进，用户则采用各种保护性装置，而这些改进措施和保护装置常常顾此失彼，对公用供电的电能质量造成更大的危害。一些信息设备和公用设备的谐波含量见表 29。表表 2 29 9一些信息设备和公用设备的电流谐波含量一些信息设备和公用设备的电流谐波含量（）（）设备谐波次数3六脉冲整流器十二脉冲整流器交流电弧炉六相整流供电直流电弧炉某综合负荷谐波对电力用户有哪些影响？谐波对电力用户有哪些影响？用电设备对系统电源的污染会影响用电设备自身的可靠性。使用电能质量污染的电源，用电设备又可能成为新的污染源，而危害电力系统和其他用户设备。可能产生的影响包括：对用户电动机产生影响；对用户补偿电容器产生影响；对

13、用户自动控制装置产生影响；对居民生活用电产生影响；对用电安全造成威胁。另外，还包括对电信通信造成影响，对广播、电视及精密制造工业造成干扰和影响，这类干扰和影响有些表现在差模干扰和共模干扰，差模干扰是工频及长线传输分布电容的相互干扰，共模干扰是引起回路对地电位发生变化的干扰，是造成微机控制单元工作不正常的主要原因。16587111321746谐波对用户电动机运行有哪些影响？谐波对用户电动机运行有哪些影响？谐波电流通过交流电动机，使谐波附加损耗明显增加，引起电动机过热，机械振动和噪声增大。当三相电压不对称时，定子绕组上产生负序电流，并励磁产生负序旋转磁场，该制动磁场降低了电机的最大转矩和过载能力，

14、增加铜损，并且负序过电流可以将电机定子绕组烧毁。负序性的谐波分量（5 此、11 此等）对电机的影响与负序电压的效果一样。当产生电压波动的主要低频分量与电机机械振动的固有频率一致时，诱发谐振，会使电动机造成损坏。谐波对用户补偿电容器有哪些影响？谐波对用户补偿电容器有哪些影响？电网无功配置容量中电容器所占比例最大，其中用户电容器约占全部电容器的 2/3。这部分电容器的设计大多只考虑无功补偿量，不考虑装设点电能质量的实际污染情况，因此，运行点电能质量指标低时，常造成一些事故，如补偿装置投不上、电容器使用寿命降低、电容器保护熔丝熔断，甚至发生串并联谐振，引发电容器的谐波过电压与过电流，导致电容器爆炸等

15、。另外，用户电容器的管理目前仍按平均功率因数进行考核，电容器很少按电网实际运行情况投切，甚至只投不切，无形中使电网电压失去了应有的调节裕度，使电压偏差等电能质量指标难以控制。谐波对用户自动控制装置有哪些影响？谐波对用户自动控制装置有哪些影响？随着数字控制技术的大规模使用，很多精密负载对受电电能质量指标提出了更高的要求。电能质量污染对这类设备的危害主要有三个方面，即在设备的检测模块中引入畸变量、干扰正常的分析计算、导致错误的输出结果。另外还会对设备的硬件，如精密电机、开关电源等造成不可逆转的损坏。干扰负载的保护回路，造成误动作等。谐波对居民生活用电有哪些影响？谐波对居民生活用电有哪些影响？谐波引

16、起电压波动和闪变产生脉冲磁场，使用电设备受到高能量冲击。（1）最直观的感觉就是引起照明灯光和电视画面忽明忽暗的闪烁，造成视觉疲劳。（2）引起冰箱、空调的压缩机承受冲击力，产生振动，降低使用寿命。（3）影响有线电视、广播的信号正常传输，可能通过电磁感应和辐射造成干扰影响。（4）引起电能计量误差，造成不必要的电费损失等。谐波对用电安全有哪些影响和干扰？谐波对用电安全有哪些影响和干扰？一些建筑物突发性火灾已被证明与电力谐波有关。目前，节能灯、调光器和电器设备中开关电源应用得很普遍，本意是节能，但这些终端设备作为谐波源，对电网得危害很大。经有关部门测定，应用电器设备较多得酒店、商厦、网吧、计算机房、居

17、民小区等，在没有采取滤波等措施前，中性线电流都很大，有些甚至超过相电流，导致过热成为形成火灾事故得重大隐患。电能质量得污染对继电保护、计算机系统和精密制造业的精密机械或仪器等，都可能影响正常的运行、操作，降低设备使用寿命，甚至引起继电保护误动作而形成不必要的事故，造成不同程度的影响和损害。谐波是电网干扰通信的重要因素，主要通过静电感应（电容耦合，电压作用）和电磁感应（电流作用），在通信线路上产生声频干扰。谐波频率高时，会发生杂音，在通信线路上引起音频干扰，严重时还可能触发电话铃响。采用屏蔽电缆通信，虽可消除静电感应的影响，但不能消除电磁感应的干扰。同时，对于存在多个中性点接地的配电网络，当三相

18、负载不对称时，零序电流将对利用大地作参考电位的通信系统，造成参考电位漂移而产生干扰。电能质量对计算机系统有哪些影响？电能质量对计算机系统有哪些影响？计算机系统的用电负荷一般只占整个建筑物用电负荷的一小部分。在大多情况下，民用建筑物内动力和照明负荷都是共用同一变压器低压电源或同一段低压配电线路，因此，计算机系统会受到电能质量的影响和干扰。计算机系统受电源影响的因素包括：（1）电压波动的影响。大容量设备启动或停止会引起母线电源电压的波动，产生瞬态的低电压或高电压。（2）非线性负荷的影响。非线性的大功率晶闸管整流装置，调压、调速装置，各种气体放电光源，电子镇流器等都会产生谐波，使计算机系统的电源电压

19、波形产生畸变，影响计算机系统的正常工作。（3）操作过电压和暂态过电压的影响。同一配电网络中的感性负荷，补偿电容的投入和切除，断路器的分合等会产生操作过电压；雷击时产生的暂态过电压，会引起瞬变脉冲。这些都可能损害计算机设备，影响计算机系统安全运行。据统计，内部过电压约占 80，雷击过电压约占 15左右。（4）瞬时失电的影响。低压电网瞬间失电，将直接影响计算机的正常运行。对于大多数计算机来说，中断供电超过 10ms 就有可能引起计算机内部 5VP-G 信号消失，从而可能导致正在运行的程序遭到破坏和数据丢失。电源线干扰电路有哪两种型式？电源线干扰电路有哪两种型式？电源线是电磁干扰传入和传出设备的主要

20、途径。为了防止电磁干扰传入设备而影响设备的正常工作，或传到电网，对电网上的其他设备造成干扰。必须在设备的电源入口处装设低通滤波器（这里也称为电源线滤波器），只容许设备的工作频率（59Hz，60Hz，400Hz）通过，以抑制较高频率的干扰和影响。电源线上的干扰电路一般以差模干扰和共模干扰两种形式出现。（1）差模干扰。这是在电源相线与零线回路中产生的干扰。通常频率在200Hz 以下时差模干扰成分占主要部分。（2）共模干扰。这是在相线、零线与地线和大地的回路中产生的干扰。通常频率在 1MHz 以上时共模干扰成分占主要部分。电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制功能，但由于实际电路结构的差异，对差模干

21、扰和共模干扰的抑制效果并不一样，所以电源滤波器的技术指标中有差模插入损耗和共模插入损耗的区别，这些都是应该在现场实际应用中充分注意和考虑的问题。电力系统中三相电压不对称有哪些影响？电力系统中三相电压不对称有哪些影响？供电电压三相不对称的主要原因是三相负荷分布不均匀，如在配电系统中不能合理地调整单相用电负荷的分配，加上各种不平衡负荷设备（如单相电焊机、单相电炉等）的应用等，产生了负序分量，导致了三相电压不对称。三相电压不对称的主要影响包括：（1）三相电压不对称会影响变换器及其控制系统的正常工作并改变其设计性能，从而产生某些附加的非特性谐波分量。（2）三相电压不对称会造成旋转电机的转子受到反方向的

22、负序旋转磁场的作用，该磁场切割转子产生双倍频率附加电流，引起电机发热甚至烧毁。同时，双倍频率附加交变电磁力矩作用在转子和定子上还会产生双倍频率的附加振动，造成电机的机械损伤。（3）三相电压不对称产生的负序电流和负序电压会引起继电保护装置的误动和拒动，如国内大同某发电厂曾发生过发电机负序电流过负荷保护受到电气化铁路所产生的负序电流和谐波电流的影响，发生保护误动，造成大面积停电的事故。陕西省安康地区 110kV 电网由于受到电气化铁路供电后产生负序电流的影响，使电网中多种保护和自动装置出现频繁误动的情况，等等。电压暂降、中断对供电恢复时间有哪些影响？电压暂降、中断对供电恢复时间有哪些影响？当系统中

23、发生故障时，不论两相还是三相短路，用户端的一相或多相电压都可能会短时降低到允许范围以下，在系统实际运行中，出现因故障导致电压降低到额定值的 70%及以下的情况比发生完全短路故障的情况还要多，电源电压的下降，一般会持续 100ms 到数秒甚至更长时间，直至故障切除、线路重合或电力线路检修后恢复正常。在这期间，如果涌机械调压的方法完全不起作用，只有涌被称为电压恢复器的电力电子装置，才能使电压下降限制在一个允许的限度。允许的最长供电中断时间一般取决于系统网络结构及保护配合方案。对供电可靠性的要求越高，电源中断时间要求越短，所需要的投资也就越大。对于供电中断的电源恢复，如果涌普通开关，在故障被切除后，配电系统备用电源的投入需要0.20.5s 的时间。若用静态的电子开关，切换时间只需要 510ms。这样快的切换时间，使用电设备的电磁开关来不及动作，从而不致影响用电负荷的连续允许。国外有些发达地区及我国一些外资电子企业对重合闸的时间要求不大于 10ms，苏州工业园有些企业也提出不能大于 40ms 的供电要求。