电能质量分析与控制精选课件.ppt

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1、关于电能质量分析与控制关于电能质量分析与控制第一页，本课件共有195页目录目录n电能质量概述电能质量概述n传统电能质量分析与改善措施传统电能质量分析与改善措施n电压波动与闪变电压波动与闪变第二页，本课件共有195页第一章第一章 电能质量概论电能质量概论 电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又是一种由电力部输、控制和转换的能源形式，又是一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。量的特殊产品。第三页，本课件共有195页第一节第一节 概述概述 人们首先把电力系统运行中

2、人们首先把电力系统运行中电压和和频率偏离标偏离标称值的多少作为检验电能质量的主要指标。称值的多少作为检验电能质量的主要指标。如何深入理解现代电能质量问题，如何把提高电能质如何深入理解现代电能质量问题，如何把提高电能质量与增强竞争意识、电力市场占有率联系起来，如何从量与增强竞争意识、电力市场占有率联系起来，如何从技术、经济和运行管理等方面加大力度，保证优质供电，技术、经济和运行管理等方面加大力度，保证优质供电，以最小程度减少对现代工业企业和重要电力用户的影响，以最小程度减少对现代工业企业和重要电力用户的影响，既是电力用户需求和电力系统运行给我们提出的新任务，既是电力用户需求和电力系统运行给我们提

3、出的新任务，也是信息时代给我们提出的新挑战。也是信息时代给我们提出的新挑战。第四页，本课件共有195页一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系 1.1.电能质量的基本要求电能质量的基本要求 为保证电能安全经济地输送、分配和使用，为保证电能安全经济地输送、分配和使用，理想供电系统的运行应具有如下基本特性：理想供电系统的运行应具有如下基本特性：（1 1）以）以单一恒定的电网标称频率单一恒定的电网标称频率（50Hz50Hz或或60Hz60Hz，我国采用，我国采用50Hz50Hz）、规定的若干电）、规定的若干电压等级（如配电系统一般为压等级（如配电系统一般为110kV,35kV

4、,110kV,35kV,10kV,380V/220V10kV,380V/220V）和以正弦函数波形变化的）和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并且这些运行参数不受交流电向用户供电，并且这些运行参数不受用电负荷特性的影响。用电负荷特性的影响。第五页，本课件共有195页 （2 2）始终保持）始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡三相交流电压和负荷电流的平衡。用。用电设备汲取电能应当保证最大传输效率，即达到单位功电设备汲取电能应当保证最大传输效率，即达到单位功率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。（3 3）电能的）电能的供应充足供应充足，即向电力用户的供电不中，即

5、向电力用户的供电不中断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并且断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并且每时每刻系统中的功率供需都是平衡的。每时每刻系统中的功率供需都是平衡的。一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系第六页，本课件共有195页一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系 上述理想供电系统的基本特上述理想供电系统的基本特性构成了供电运行对电能质性构成了供电运行对电能质量的基本要求，如果将其概量的基本要求，如果将其概括描述可如图括描述可如图1-11-1所示。所示。上图中三个基本集合的交上图中三个基本集合的交集之内确定了合格电能质集之内确定

6、了合格电能质量的指标要求，是我们将量的指标要求，是我们将要阐述的供电系统电能质要阐述的供电系统电能质量的三个基本要素。图量的三个基本要素。图1-11-1示意性地表明，这三项质量指示意性地表明，这三项质量指标相互间存在着紧密的依存和标相互间存在着紧密的依存和制约关系。制约关系。第七页，本课件共有195页一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系 2.2.电能质量的特征电能质量的特征 电能，或称之为电产品，除了具有其他工业产品电能，或称之为电产品，除了具有其他工业产品的基本特征之外，由于其产品形式单一，而且其的基本特征之外，由于其产品形式单一，而且其生产、输送与消耗的全过程独

7、具特色，因此在引生产、输送与消耗的全过程独具特色，因此在引起电能质量问题的原因上、在劣质电能的影响与起电能质量问题的原因上、在劣质电能的影响与评价等方面与一般产品的质量问题不同，具有以评价等方面与一般产品的质量问题不同，具有以下显著特点：下显著特点：第八页，本课件共有195页一、供电系统运行与电能质量的关系一、供电系统运行与电能质量的关系（1 1）电力系统的电能质量始终处在）电力系统的电能质量始终处在动态变化动态变化中。中。（2 2）电力系统是一个整体）电力系统是一个整体,其电能质量状况相互影响。其电能质量状况相互影响。电能不易储存，其生产、输送、分配和转换直至消电能不易储存，其生产、输送、分

8、配和转换直至消耗几乎是同时进行的。耗几乎是同时进行的。（3 3）电能质量扰动具有潜在危害性与广泛传播性。）电能质量扰动具有潜在危害性与广泛传播性。（4 4）有些情况下用户是保证电能质量的主体部分。）有些情况下用户是保证电能质量的主体部分。（5 5）对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常困）对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常困难。难。（6 6）控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。）控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。第九页，本课件共有195页二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 随着时代进步与科技的飞速发展，现代电网与负荷随着时代进步与科技的飞速发

9、展，现代电网与负荷构成出现了新的变化趋势，由此带来的电能质量问构成出现了新的变化趋势，由此带来的电能质量问题越来越引起电力部门和电力用户的高度重视。电题越来越引起电力部门和电力用户的高度重视。电网与负荷构成出现的变化趋势主要表现在：网与负荷构成出现的变化趋势主要表现在：第十页，本课件共有195页二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求（1 1）电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行的）电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行的安全稳定性和可靠性要求不断提高。安全稳定性和可靠性要求不断提高。（2 2）在保证电力系统一定的自然垄断特性的条）在保证电力系统一定的自然垄断特性的条件下

10、，引进竞争机制，实施电力市场化营运，件下，引进竞争机制，实施电力市场化营运，强化环境保护意识与提高信息管理水平已经势强化环境保护意识与提高信息管理水平已经势在必行。在必行。（3 3）当代电力系统与计算机技术和通信技术的结合更）当代电力系统与计算机技术和通信技术的结合更加紧密，采用高新技术（如加紧密，采用高新技术（如TCSCTCSC、FACTSFACTS、HVDCHVDC、Cus-PowCus-Pow）以提高电力传输能力）以提高电力传输能力第十一页，本课件共有195页二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 和实现配电自动化的趋势方兴未艾。和实现配电自动化的趋势方兴未艾。

11、（4 4）电力用户为满足其对产品的个性化、）电力用户为满足其对产品的个性化、多样性生产的需求，从最大经济利益出发，多样性生产的需求，从最大经济利益出发，在大功率冲击性、非线性负荷容量迅速增长在大功率冲击性、非线性负荷容量迅速增长的同时，更大规模地采用科技含量高的器件、的同时，更大规模地采用科技含量高的器件、设备与技术。设备与技术。第十二页，本课件共有195页二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 负荷敏感度：是指负荷对电能质量问题的敏感程度，负荷敏感度：是指负荷对电能质量问题的敏感程度，即提供给负荷的电能质量不良时负荷能承受干扰仍正即提供给负荷的电能质量不良时负荷能承

12、受干扰仍正常工作的能力。常工作的能力。一般可将负荷分为三类：普通负荷（一般可将负荷分为三类：普通负荷（Common LoadCommon Load）、）、敏感负荷（敏感负荷（Sensitive LoadSensitive Load）和重要（要求严格的）负）和重要（要求严格的）负荷（荷（Critical LoadCritical Load）。）。第十三页，本课件共有195页二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求 电力系统的各个部分都是相互联系的，使用电双电力系统的各个部分都是相互联系的，使用电双方的相互影响越来越紧密。因此，综合协调处理电能方的相互影响越来越紧密。因此，

13、综合协调处理电能质量问题至关重要。另外需要注意到，由于看问题的质量问题至关重要。另外需要注意到，由于看问题的角度不同，在导致电能质量下降的原因与责任上，供角度不同，在导致电能质量下降的原因与责任上，供用电双方往往存在很大的分歧。用电双方往往存在很大的分歧。第十四页，本课件共有195页 美国乔治动力公司曾组织和实施了一项对电力部美国乔治动力公司曾组织和实施了一项对电力部门和电力用户关于电能质量问题起因的调查，其结门和电力用户关于电能质量问题起因的调查，其结果如图果如图1-21-2所示。据分析，虽然对电力市场的质量所示。据分析，虽然对电力市场的质量调查还存在分类方法上的不同，但是调查报告清调查还存

14、在分类方法上的不同，但是调查报告清楚地表明，电力公司和电力用户对引发电能质量楚地表明，电力公司和电力用户对引发电能质量问题的原因的看法往往有很大的分歧，尽管双方问题的原因的看法往往有很大的分歧，尽管双方都把都把2/32/3的事件起因归咎于自然因素（如雷电等），的事件起因归咎于自然因素（如雷电等），但用户仍然认为电力部门在这方面的责任要比自我测但用户仍然认为电力部门在这方面的责任要比自我测评结果大得多。评结果大得多。第十五页，本课件共有195页二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要求第十六页，本课件共有195页二、当代电力系统对电能质量的要求二、当代电力系统对电能质量的要

15、求 综上所述，现代电力系统结构与负荷构成的变化综上所述，现代电力系统结构与负荷构成的变化是工业生产不断发展的必然结果，有利于电力用户提高是工业生产不断发展的必然结果，有利于电力用户提高生产率和获得更大的经济效益；同时通过采用高效的电生产率和获得更大的经济效益；同时通过采用高效的电力负荷设备，大量节约电能和延缓用电的需求，从而节力负荷设备，大量节约电能和延缓用电的需求，从而节省电力建设所需的大量投资。省电力建设所需的大量投资。第十七页，本课件共有195页三、改善电能质量的意义三、改善电能质量的意义 电能作为人们广泛使用的能源，电能作为人们广泛使用的能源，其应用程度是其应用程度是一个国家发展水平和

16、综合国力的主要标志之一。一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一。时至时至今日，电力工业面向市场经济，引进竞争机制，以今日，电力工业面向市场经济，引进竞争机制，以求最小成本与最大效益，电能质量的优劣已经成为求最小成本与最大效益，电能质量的优劣已经成为电力系统运行与管理水平高低的重要标志，控制和电力系统运行与管理水平高低的重要标志，控制和改善电能质量也是保证电力系统自身可持续发展的改善电能质量也是保证电力系统自身可持续发展的必要条件。必要条件。第十八页，本课件共有195页第二节第二节 电能质量概念、定义及分类电能质量概念、定义及分类 电能质量术语电能质量术语:国际电气电子工程室师协会（国际电气电

17、子工程室师协会（IEEEIEEE）标准化协调委员会已正式通过采用）标准化协调委员会已正式通过采用“Power Quality”Power Quality”（电能质量）（电能质量）术语的决定。我国国家标准中已正式更名术语的决定。我国国家标准中已正式更名采用国际通用的英文名称。采用国际通用的英文名称。第十九页，本课件共有195页一一 基本概念与定义基本概念与定义 电能质量：电能质量：n 从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。n 电力部门可能把电能质量定义为电力部门可能把电能质量定义为电压、频率的合格电压、频率的合格率率以及以及连续供电连续供电的年小时数，并且用

18、统计数字来说明的年小时数，并且用统计数字来说明电力系统是安全可靠运行的。电力系统是安全可靠运行的。n 电力用户则可能把电能质量简单定义为是否向设备提电力用户则可能把电能质量简单定义为是否向设备提供了电力。供了电力。第二十页，本课件共有195页一一 基本概念与定义基本概念与定义 从工程实用角度出发，将电能质量概念进一步具体分解从工程实用角度出发，将电能质量概念进一步具体分解并给出解释。并给出解释。n 电压质量电压质量。给出实际电压与理想电压间的偏差，以给出实际电压与理想电压间的偏差，以反映供电部门向用户分配的电力是否合格。电压质量反映供电部门向用户分配的电力是否合格。电压质量通常包括通常包括电压

19、偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降（暂升）与压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降（暂升）与中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压等。等。第二十一页，本课件共有195页一一 基本概念与定义基本概念与定义 电流质量。电流质量。电流质量与电压质量密切相关。电流质量电流质量与电压质量密切相关。电流质量包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前或滞后、包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前或滞后、噪声等。噪声等。供电质量。供电质量。它包括技术含义（电压质量和供电可靠它包括技术含义（电压

20、质量和供电可靠性）和非技术含义（供电部门对用户投诉与抱怨的性）和非技术含义（供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等）两部分。反应速度和电力价目的透明度等）两部分。用电质量用电质量。它包括电流质量和非技术含义等，如用户它包括电流质量和非技术含义等，如用户是否按时，如数缴纳电费等。是否按时，如数缴纳电费等。第二十二页，本课件共有195页二二 电能质量的分类电能质量的分类1.1.电能质量的基本分类电能质量的基本分类 对于电能质量现象可以根据不同基础来分类。对于电能质量现象可以根据不同基础来分类。以下介绍了近几年国际上在电能质量现象分类和特以下介绍了近几年国际上在电能质量现象分类和特性

21、描述等方面取得的研究成果。其中，在国际电工性描述等方面取得的研究成果。其中，在国际电工界有影响的界有影响的IECIEC以电磁现象及互干扰的途径和频率特以电磁现象及互干扰的途径和频率特性为基础，引出了广义的电磁扰动的基本想象分类，性为基础，引出了广义的电磁扰动的基本想象分类，如表如表1-11-1所示。所示。第二十三页，本课件共有195页二二 电能质量的分类电能质量的分类 第二十四页，本课件共有195页 表表1-2给出了给出了IEEE制定的电力系统电磁现象的特性制定的电力系统电磁现象的特性参数及分类。它为我们提供了一个清晰描述电能参数及分类。它为我们提供了一个清晰描述电能质量及电磁干扰现象的实用工

22、具。质量及电磁干扰现象的实用工具。第二十五页，本课件共有195页第二十六页，本课件共有195页2.2.变化型和事件型分类变化型和事件型分类 按照电能质量扰动现象的两个重要表现特征按照电能质量扰动现象的两个重要表现特征变化的连续性和事件的突发性为基础分成两类。变化的连续性和事件的突发性为基础分成两类。n连续型连续型 （连续出现）（连续出现）n事件型事件型 （突然发生）（突然发生）图图1-31-3、图、图1-41-4所示为供电电压幅值的概率密度函数曲所示为供电电压幅值的概率密度函数曲线和概率分布函数曲线。线和概率分布函数曲线。第二十七页，本课件共有195页第二十八页，本课件共有195页第二十九页，

23、本课件共有195页第三节第三节 电能质量现象描述电能质量现象描述 本节中我们重点对表本节中我们重点对表1-21-2中的七类现象作进一步描述，中的七类现象作进一步描述，以便读者对电能质量涵盖的内容有一个整体的了解。以便读者对电能质量涵盖的内容有一个整体的了解。第三十页，本课件共有195页一、瞬变现象一、瞬变现象 关于瞬变现象，关于瞬变现象，IEEEStd100-1992电气与电电气与电子标准术语词典子标准术语词典有一个含义更宽、描述更简单的定有一个含义更宽、描述更简单的定义：义：变量的部分变化，且从一种稳态状态过渡到变量的部分变化，且从一种稳态状态过渡到另一种稳定状态的过程中该变化逐渐消失的现象

24、。另一种稳定状态的过程中该变化逐渐消失的现象。第三十一页，本课件共有195页瞬变现象的两种普遍类型瞬变现象的两种普遍类型冲击和振荡冲击和振荡1.1.冲击性瞬变现象冲击性瞬变现象冲击性瞬变是一种在稳冲击性瞬变是一种在稳态条件下，电压、电流态条件下，电压、电流非工频的、单极性的突非工频的、单极性的突然变化现象。然变化现象。最常见引发其的原因最常见引发其的原因 是雷电。如图是雷电。如图1-5 示。示。第三十二页，本课件共有195页2.振荡瞬变现象振荡瞬变现象 振荡瞬变是一种在稳态条件下，电压、电流的非工频、振荡瞬变是一种在稳态条件下，电压、电流的非工频、有正负极性的突然变化现象。常用频谱成分、持续时

25、有正负极性的突然变化现象。常用频谱成分、持续时间、和幅值大小来描述其特性。其频谱分为高、中、间、和幅值大小来描述其特性。其频谱分为高、中、低频，如表低频，如表1-21-2所示。所示。n高频振荡现象高频振荡现象n中频振荡现象中频振荡现象n低频振荡现象低频振荡现象第三十三页，本课件共有195页 图图1-61-6为背靠背电容器增能引起的几千赫电流振荡波为背靠背电容器增能引起的几千赫电流振荡波形。形。第三十四页，本课件共有195页 低频振荡现象出现在辅低频振荡现象出现在辅助输配电系统，最常见的是助输配电系统，最常见的是电容器组冲能。电压振荡频电容器组冲能。电压振荡频率为率为300900赫，峰值可赫，峰

26、值可达到达到2.0p.u.。一般其典型值。一般其典型值为为1.31.5p.u.，持续时间，持续时间在在0.53周波，具体情况周波，具体情况要根据系统的阻尼程度来确要根据系统的阻尼程度来确定（参见图定（参见图1-7）。）。第三十五页，本课件共有195页 主频低于主频低于300赫的振荡赫的振荡在配电系统中也时有发在配电系统中也时有发生，通常是由铁磁谐振生，通常是由铁磁谐振和变压器增能引起的，和变压器增能引起的，如图如图1-8所示。所示。第三十六页，本课件共有195页二、二、短时间电压变动短时间电压变动 包括包括电压暂降电压暂降和和短时间电压中断短时间电压中断现象。现象。造成电压变动的主要原因是系统

27、故障、大容量负荷启动造成电压变动的主要原因是系统故障、大容量负荷启动或电网松散连接的间歇性负荷运作。根据所在系统条件或电网松散连接的间歇性负荷运作。根据所在系统条件和故障位置的不同，可能引起暂时过电压或电压跌落，和故障位置的不同，可能引起暂时过电压或电压跌落，甚至使电压完全损失。甚至使电压完全损失。第三十七页，本课件共有195页二、二、短时间电压变动短时间电压变动1.1.电压中断电压中断 当电压降到当电压降到0.1p.u.0.1p.u.以下，且持续时间不超过以下，且持续时间不超过1min1min时，时，则认为出现了电压中断现象。造成电压中断的现象。则认为出现了电压中断现象。造成电压中断的现象。

28、造成电压中断的原因可能是可能是系统故障、用电设造成电压中断的原因可能是可能是系统故障、用电设备故障或控制失灵等。备故障或控制失灵等。电压中断往往是以其幅值总是低于额定值百分数的持续电压中断往往是以其幅值总是低于额定值百分数的持续时间来量度的。时间来量度的。第三十八页，本课件共有195页 对于有些由于系统故障对于有些由于系统故障造成的电压中断，在造成的电压中断，在其出现之前，既在故其出现之前，既在故障发生至保护动作期障发生至保护动作期间，可能先出现电压间，可能先出现电压暂降，之后进入短期暂降，之后进入短期中断，如图中断，如图1-9（a）所示。所示。第三十九页，本课件共有195页2.2.电压暂降电

29、压暂降“暂降暂降”是指工频条件均发根值减小到是指工频条件均发根值减小到0.10.9p.u.0.10.9p.u.之间、之间、持续时间为持续时间为0.50.5周波至周波至1min1min的短时间电压变动现象。的短时间电压变动现象。n暂降和骤降可以互相替换暂降和骤降可以互相替换图图1-101-10为发生短路故障引起的单相电压暂降的变化波形。为发生短路故障引起的单相电压暂降的变化波形。第四十页，本课件共有195页 图图1-111-11为大型电机启动为大型电机启动对电压的影响。对电压的影响。在启动期间，感应电在启动期间，感应电机将汲取机将汲取6-106-10倍的额倍的额定电流。定电流。第四十一页，本课件

30、共有195页3.3.电压暂升电压暂升“暂升暂升”的含义是指在工频条的含义是指在工频条件下，电压均方根值上升到件下，电压均方根值上升到1.11.11.8p.u.1.8p.u.之间、持续时间之间、持续时间为为0.50.5周波到周波到1min1min的电压变的电压变动现象。例如，当单相对动现象。例如，当单相对地发生故障，非故障相的地发生故障，非故障相的电压可能会短时上升。图电压可能会短时上升。图1 11212给出可该情况下引起的给出可该情况下引起的电压暂升的波形。电压暂升的波形。第四十二页，本课件共有195页三三 长时间电压变动长时间电压变动 长时间电压变动是指，在工频条件下电压均方根值偏长时间电压

31、变动是指，在工频条件下电压均方根值偏离额定值，并且持续时间超过离额定值，并且持续时间超过1min的电压变动现象。的电压变动现象。长时间电压变动可能时过电压也可能欠电压。长时间电压变动可能时过电压也可能欠电压。n 过电压过电压n 欠电压欠电压n 持续中断持续中断第四十三页，本课件共有195页四四 电压不平衡电压不平衡 电压不平衡，时常定义为与三相电压（或电流）的电压不平衡，时常定义为与三相电压（或电流）的平均值的最大偏差，并且用该偏差与平均值的百平均值的最大偏差，并且用该偏差与平均值的百分比表示。电压不平衡也可利用对称分量法来定分比表示。电压不平衡也可利用对称分量法来定义，即用幅负序或零序分量与

32、正序分量的百分比义，即用幅负序或零序分量与正序分量的百分比加以衡量。图加以衡量。图113给出了采用上述两种比值表示的给出了采用上述两种比值表示的某一民用溃电网一周内电压不平衡趋势。某一民用溃电网一周内电压不平衡趋势。第四十四页，本课件共有195页第四十五页，本课件共有195页五五 波形畸变波形畸变 波形畸变，是指电压或电流波形偏离稳态工频正弦波形波形畸变，是指电压或电流波形偏离稳态工频正弦波形的现象，可以用偏移频谱描述其特征。波形畸变有五种的现象，可以用偏移频谱描述其特征。波形畸变有五种主要类型，即直流偏置、谐波、间谐波、陷波、噪声。主要类型，即直流偏置、谐波、间谐波、陷波、噪声。谐波畸变水平

33、的描述方法，通常用具有各次谐波分量谐波畸变水平的描述方法，通常用具有各次谐波分量幅值和和相位角的频谱表示。图幅值和和相位角的频谱表示。图114给出了典型变给出了典型变速驱动输入电流波形和频谱图。速驱动输入电流波形和频谱图。第四十六页，本课件共有195页第四十七页，本课件共有195页 图图1 11515给出了连续直流式三相换流器的电压陷波例给出了连续直流式三相换流器的电压陷波例子。子。第四十八页，本课件共有195页 六六 电压波动电压波动 电压波动是指电压包络线有电压波动是指电压包络线有规则的变化或一系列随规则的变化或一系列随机电压变动机电压变动。通常，其幅值并未超过。通常，其幅值并未超过ANS

34、I C84.11995电力系统与设备电压等级电力系统与设备电压等级规定的规定的0.91.1p.u.范围。范围。IEC1000331994低压供低压供电系统电压波形和闪变限值（额定电流电系统电压波形和闪变限值（额定电流0Q0时，则意味着时，则意味着母线母线2 2的无功功率不足，需要从系统吸收无功功率的无功功率不足，需要从系统吸收无功功率Q Q。三、电压偏差产生的原因三、电压偏差产生的原因第七十二页，本课件共有195页由式（由式（3-103-10）可知）可知三、电压偏差产生的原因三、电压偏差产生的原因无功功率不平衡越严重，电压偏差越大。无功功率不平衡越严重，电压偏差越大。电压偏差为负；电压偏差为负

35、；电压偏差为正。电压偏差为正。第七十三页，本课件共有195页 供配电网络结构的不合理也能导致电压偏差供配电网络结构的不合理也能导致电压偏差。供配电线路输送距离过长，输送容量过大，导致截面供配电线路输送距离过长，输送容量过大，导致截面过小等因素都会加大线路的电压损失，从而产生电压过小等因素都会加大线路的电压损失，从而产生电压偏差。从此，我国对不同电压等级的供配线路规定了偏差。从此，我国对不同电压等级的供配线路规定了合理的输送距离和输送容量，见表合理的输送距离和输送容量，见表 3-1 3-1。三、电压偏差产生的原因三、电压偏差产生的原因第七十四页，本课件共有195页表表3-1 3-1 线路的输送距

36、离和输送容量线路的输送距离和输送容量第七十五页，本课件共有195页四、电压偏差过大的危害四、电压偏差过大的危害 电压偏差过大对广大用电设备以及电网的安全电压偏差过大对广大用电设备以及电网的安全稳定和经济运行都会产生极大的危害。稳定和经济运行都会产生极大的危害。1 1、对用电设备的危害、对用电设备的危害 所有用户的用电设备都是按照设备的额定电压进行设计所有用户的用电设备都是按照设备的额定电压进行设计和制造的。当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运和制造的。当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能恶化，不仅运行效率低，很可能会由于过电压或行性能恶化，不仅运行效率低，很可能会由于过电压或过电流而

37、损坏。过电流而损坏。第七十六页，本课件共有195页 2 2、对电网的危害、对电网的危害 输电线路的输送功率受功率稳定极限的限制，而输电线路的输送功率受功率稳定极限的限制，而线路的静态稳定功率极限近似与线路的电压平方成正线路的静态稳定功率极限近似与线路的电压平方成正比。比。系统运行电压偏低时系统运行电压偏低时 缺乏无功电源时缺乏无功电源时 频率稳定和电压稳定破坏时频率稳定和电压稳定破坏时 系统运行电压过高系统运行电压过高造成系统解列导致电压崩溃也会威胁系统的安全运行给生产生活到来损失四、电压偏差过大的危害四、电压偏差过大的危害第七十七页，本课件共有195页五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的

38、措施 电力系统分布广，节点数目多。系统运行时，电电力系统分布广，节点数目多。系统运行时，电压随节点位置、负荷水平不断发生变化。可以说，电压压随节点位置、负荷水平不断发生变化。可以说，电压水平的控制既有局域性，又有全局性；既于网络规划有水平的控制既有局域性，又有全局性；既于网络规划有关，又与运行控制密不可分。保证电力系统各节点电压关，又与运行控制密不可分。保证电力系统各节点电压正常水平的充分必要条件是系统具备正常水平的充分必要条件是系统具备充足的无功功率充足的无功功率电源，电源，同时采取同时采取必要的调压手段必要的调压手段。第七十八页，本课件共有195页 现以图现以图3-23-2为例，说明各种调

39、压措施所依据的基本原为例，说明各种调压措施所依据的基本原理。理。为简化起见，忽略系统各元件的对地电容，网络阻抗为简化起见，忽略系统各元件的对地电容，网络阻抗已归算至高压侧。已归算至高压侧。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第七十九页，本课件共有195页负荷接入点电压可表示为负荷接入点电压可表示为 (3-11)(3-11)式中式中 归算至高压侧网络的电压损失归算至高压侧网络的电压损失kVkV；高压侧网络标称电压，高压侧网络标称电压，kVkV。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十页，本课件共有195页五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施 公式（公式（3-113-11

40、）表明）表明:改变以下各量即可调整负荷接入节改变以下各量即可调整负荷接入节点的电压点的电压U UL L。（1 1）改变系统无功功率的分布；）改变系统无功功率的分布；（2 2）改变发电机端电压）改变发电机端电压U US S；（3 3）改变变压器变比）改变变压器变比K K1 1，K K2 2。（4 4）改变输电网络的参数）改变输电网络的参数X X。下面从电力系统无功功率电源和调压手段两方面对下面从电力系统无功功率电源和调压手段两方面对电压偏差的改善措施作详细的介绍。电压偏差的改善措施作详细的介绍。第八十一页，本课件共有195页（一）配置充足的无功功率电源（一）配置充足的无功功率电源 电力系统中的无

41、功功率损耗很大一部分是线路电力系统中的无功功率损耗很大一部分是线路和变压器中的无功功率损耗。由于高压线路和变压和变压器中的无功功率损耗。由于高压线路和变压器的等值电抗远大于等值电阻，变压器的无功损耗器的等值电抗远大于等值电阻，变压器的无功损耗也比有功损耗大得多，从而导致整个系统的无功损也比有功损耗大得多，从而导致整个系统的无功损耗远大于有功损耗。耗远大于有功损耗。系统运行时仅靠发电机提供的无功功率远远不系统运行时仅靠发电机提供的无功功率远远不能满足系统对无功功率的需要，因此必须装设大量能满足系统对无功功率的需要，因此必须装设大量的无功补偿设备。的无功补偿设备。电力系统的无功功率电源有同步发电机

42、，同步调电力系统的无功功率电源有同步发电机，同步调相机，电容器，电抗器和静止无功补偿装置（相机，电容器，电抗器和静止无功补偿装置（SVCSVC）等。等。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十二页，本课件共有195页 1 1、同步发电机、同步发电机 发电机是电力系统中唯一的有功功率电源，同发电机是电力系统中唯一的有功功率电源，同时也是最基本的无功功率电源。发电机调节无功功时也是最基本的无功功率电源。发电机调节无功功率的速度快且不需要额外投资，所以充分利用发电率的速度快且不需要额外投资，所以充分利用发电机改善系统无功功率的平衡是一种十分经济实用的机改善系统无功功率的平衡是一种十分经济实

43、用的调节手段，其缺点是调节能力不大。调节手段，其缺点是调节能力不大。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十三页，本课件共有195页2 2、同步调相机、同步调相机 同步调相机实质上是不带机械负载的同步电同步调相机实质上是不带机械负载的同步电 动机。动机。改变同步调相机的励磁，可以使同步调相机改变同步调相机的励磁，可以使同步调相机 工作在工作在过励磁或欠励磁状态，从而发出或吸收无功功率。它过励磁或欠励磁状态，从而发出或吸收无功功率。它是最早采用的无功调节设备之一。是最早采用的无功调节设备之一。同步同步调相机的优点：有电压支撑的作用、可迅速提高无功调相机的优点：有电压支撑的作用、可迅速提

44、高无功功率、可吸收多余的无功功率。功率、可吸收多余的无功功率。缺点：本身设备的有功功率损耗大、维护复杂、投资缺点：本身设备的有功功率损耗大、维护复杂、投资大。所以它不是主要的无功功率调节设备。大。所以它不是主要的无功功率调节设备。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十四页，本课件共有195页3 3、电容器、电容器 作为无功功率补偿用的电容器以并联的方式接入系作为无功功率补偿用的电容器以并联的方式接入系统，其接线方式如图统，其接线方式如图3-33-3所示。所示。电容器只能输出无功功率。其产生无功功率的大小可表电容器只能输出无功功率。其产生无功功率的大小可表示成示成 (3-12)(3-

45、12)式中，式中，为电力系统角频率；为电力系统角频率；C C为电容器的电容值。为电容器的电容值。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十五页，本课件共有195页 电容器具有有功功率损耗小、设计简单、容量组电容器具有有功功率损耗小、设计简单、容量组合灵活、安全可靠、运行维护方便、投资省等合灵活、安全可靠、运行维护方便、投资省等优点优点。所以长期以来电容器一直是电力系统优先采用的无功功所以长期以来电容器一直是电力系统优先采用的无功功率补偿设备。但当系统电压下降时，会导致电压进一步率补偿设备。但当系统电压下降时，会导致电压进一步降低；当系统电压偏高时，系统电压进一步升高。这种降低；当系统电

46、压偏高时，系统电压进一步升高。这种正反馈的电压调节特性不利于系统电压的稳定，这是电正反馈的电压调节特性不利于系统电压的稳定，这是电容器调压的容器调压的缺点缺点。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十六页，本课件共有195页 此外，这种调压是不连续的。常规电容器采用分组投此外，这种调压是不连续的。常规电容器采用分组投切的形式，每投入或切除一组电容器，可分别使系统电切的形式，每投入或切除一组电容器，可分别使系统电压跳变式升高或降低。因此，应综合考虑系统容量、电压跳变式升高或降低。因此，应综合考虑系统容量、电压等级、负荷大小等因素，合理地选择电容器的分组数压等级、负荷大小等因素，合理地选

47、择电容器的分组数及每组容量。及每组容量。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十七页，本课件共有195页4 4、电抗器、电抗器 线路的分布电容所产生的无功功率，与电压的平方成线路的分布电容所产生的无功功率，与电压的平方成正比，同时与线路的长度成正比。因此，长距离、高电压正比，同时与线路的长度成正比。因此，长距离、高电压等级的线路产生的充电功率不容忽视。图等级的线路产生的充电功率不容忽视。图3-43-4是线路是线路 形形等值电路。等值电路。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十八页，本课件共有195页 图中电容代表线路的分布电容，每个电容的电纳为整图中电容代表线路的分布电容

48、，每个电容的电纳为整个线路等效电纳个线路等效电纳B B的一半，即为的一半，即为 。每个电容产生的。每个电容产生的充电功率为线路总充电功率充电功率为线路总充电功率 的一半，即等于的一半，即等于 。当线路轻载或空载运行时，线路电抗。当线路轻载或空载运行时，线路电抗X X中的无功损耗中的无功损耗 很小，其数值可能等于或小于线路的充电功率。这种情况很小，其数值可能等于或小于线路的充电功率。这种情况下线路总的无功损耗下线路总的无功损耗 为零，甚至变负。为零，甚至变负。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第八十九页，本课件共有195页n高压线路在轻载时，将会存在大量过剩的充电功率，高压线路在轻载时

49、，将会存在大量过剩的充电功率，从而使电压升高。从表从而使电压升高。从表3-23-2可见，高压线路轻载时电压可见，高压线路轻载时电压搜升高现象十分严重，其升高幅度已经大大超出了国搜升高现象十分严重，其升高幅度已经大大超出了国家的有关规定。这对系统的安全运行和用户的正常生家的有关规定。这对系统的安全运行和用户的正常生产构成了极大的威胁产构成了极大的威胁。五、改善电压偏差的措施五、改善电压偏差的措施第九十页，本课件共有195页5 5、静止无功补偿装置和静止无功发生装置、静止无功补偿装置和静止无功发生装置 基于电力电子半控器件无功补偿装置（基于电力电子半控器件无功补偿装置（SVCSVC）和基）和基于电

50、力电子全控器件的静止无功发生装置（于电力电子全控器件的静止无功发生装置（SVGSVG）具有动态无功功率补偿特性。与同步调相机一样，具有动态无功功率补偿特性。与同步调相机一样，它们既可以向系统输出无功功率，也可吸收系统的它们既可以向系统输出无功功率，也可吸收系统的无功功率。其动态特性好，调压速度快，调压平滑，无功功率。其动态特性好，调压速度快，调压平滑，而且可实现分相无功补偿，有功功率损耗也比较小。而且可实现分相无功补偿，有功功率损耗也比较小。由于他们由静止开关元件构成，所以运行维护方便、由于他们由静止开关元件构成，所以运行维护方便、可靠性较高。但这类设备价格普遍较高，运行经验可靠性较高。但这类