1、 第十章第十章 電能質量的提高電能質量的提高第一節第一節 概述概述第二節第二節 電壓偏差及其調節電壓偏差及其調節 （重點）第三節第三節 電壓波動和閃變及其抑制電壓波動和閃變及其抑制 （難點）第四節第四節 高次諧波及其抑制高次諧波及其抑制第五節第五節 供電系統的三相不平衡供電系統的三相不平衡第一節第一節 概述概述 一、衡量電能質量的指標及標準一、衡量電能質量的指標及標準 自自1990年以來，我國相繼發布的五項電能質量國家標準：年以來，我國相繼發布的五項電能質量國家標準： 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 GB12326-2000電能質量電能質量 電壓波動

2、和閃變電壓波動和閃變 GB/T14549-1993電能質量電能質量 公用電網諧波公用電網諧波 GB/T15543- 1995電能質量電能質量 三相電壓允許不平衡度三相電壓允許不平衡度 GB/T15945-1995電能質量電能質量 電力系統頻率容許偏差電力系統頻率容許偏差 電能質量的問題有五個比較大的方面：電能質量的問題有五個比較大的方面：頻率頻率、電壓偏差電壓偏差、電壓波動電壓波動、高次諧波高次諧波和和三相不平衡三相不平衡（三相系統）（三相系統） 除此之外還包括供電可靠性、操作容易、維護費用低和能除此之外還包括供電可靠性、操作容易、維護費用低和能源使用合理等。源使用合理等。二、電力系統的頻率調

3、整二、電力系統的頻率調整 我國電力系統的額定頻率為我國電力系統的額定頻率為50Hz，頻率的允許偏差規定頻率的允許偏差規定為：電網裝機容量在為：電網裝機容量在300萬萬kW及以上的，為及以上的，為0.2 Hz；電網裝電網裝機容量在機容量在300萬萬kW以下的，為以下的，為0.5Hz。 如果電力系統發生短路故障，或用電負荷突然大幅度增加如果電力系統發生短路故障，或用電負荷突然大幅度增加時，電網頻率將顯著降低，致使電力系統不能正常運行，這時時，電網頻率將顯著降低，致使電力系統不能正常運行，這時候也可以通過設置低頻減負裝置來使電力系統的頻率得到有效候也可以通過設置低頻減負裝置來使電力系統的頻率得到有效

4、的恢復。的恢復。 電力系統頻率的變化主要是由有功負荷變化引起的。電力系統頻率的變化主要是由有功負荷變化引起的。 系統負荷變化有三種情況。系統負荷變化有三種情況。第二節第二節 電壓偏差及其調節電壓偏差及其調節 一、電壓偏差的含義一、電壓偏差的含義 reNN%100UUUU201N2N201Nff2Nf2N%100(1) 100U UUU UUUUU 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，即百分數，即 產生電壓偏差

5、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各元件上流過時所產生的電壓損失所引起的。系統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 Uf（1f）U1N 續上頁續上頁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%10PRQXUU22NT2N%100UUUU 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

6、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： 20T21N2Nf%100UUUUUU20T1N2Nf2N%1001100UUUUUU201NTf2N(1) 100%U UUU UfT%UUGUA%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 四、電壓偏差的調節四、電壓偏差的調節 GB12325-1990電能質量電能質量 供電電壓允許偏差中規定，供電電壓允許偏差中規定，供電部

7、門與用戶的產權分界處或供用電協議規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議規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%。 （一）電壓調節的方式（一）電壓調節的方式 對中樞點的電壓進行監視和調節。對中樞點的電壓進行監視和調節。 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

8、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，升高母線電壓，在最小負荷時，降低母 線電壓。線電壓。續上頁續上頁（二）電壓調節的方法（二）電壓調節的方法 對于電力用戶的對于電力用戶的供配電系統，電壓偏供配電系統，電壓偏差調節主要以下兩方差調節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的阻抗，合理地減少系統的阻抗，減少系統的變壓級數；減少系統的變壓級數；盡量保持系統三相平衡；盡量保持系統三相平衡；使高壓線路深入負荷中心；使高壓線路

9、深入負荷中心；采用多回路并聯供電；采用多回路并聯供電；設置無功補償裝置等。設置無功補償裝置等。 0 .3 8 k V21Ul2% = 66 1 0 k V5 .5Ul1% = 1 4a )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第三節第三節 電壓波動和閃變及其抑制電壓波動和閃變及其抑制 電壓波動是指電壓在系統電網中作快速短時

10、的變化。電電壓波動是指電壓在系統電網中作快速短時的變化。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。 maxminN%100tUUUU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

11、電壓，稱為閃變電壓。 二、電壓波動值的估算二、電壓波動值的估算 1）對于平衡的三相負荷，可按下式計算：）對于平衡的三相負荷，可按下式計算： tk%100SUS式中，式中，S為負荷容量的變化量；為負荷容量的變化量；Sk為公共連接點的短路容量。為公共連接點的短路容量。 2）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： t2N%100RPXQUU 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。 3）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

12、QUS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；減少系統阻抗；提高供電電壓；減少電壓損失；增大供電容量；減少系統阻抗；增加系統的短路容量等方法，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。在系統運行時，也可以在電壓波動嚴重時減少、

13、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。 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。這種裝置在調節的快速性、功能的多樣性、工作的可靠性、投這種裝置在調節的快速性、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點。資和運行費用的經濟性等方面具有顯著的優點。 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

14、并聯聯接的無之一為可控的，有的是兩者都是可控的，是一種并聯聯接的無功功率發生器和吸收器。近年來，電力系統中主要應用的靜止功功率發生器和吸收器。近年來，電力系統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。第四節第四節 高次諧波及其抑制高次諧波及其抑制 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，主要表現為產生諧波損耗，使設備過熱以及諧波過電壓、加速設表現為產生諧波損耗，使設備過熱以及諧波過

15、電壓、加速設備絕緣老化等。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，也稱為高次諧波。率的整倍數，也稱為高次諧波。 系統中的主要諧波源可分為兩大類：含半導體非線性系統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。 如在系統和用戶中存在諧波干擾，將會使系統中的電壓和如在系統和用戶中存在諧波干擾，將會使系統

16、中的電壓和電流發生畸變。供電系統中的諧波源主要是諧波電流源，諧波電流發生畸變。供電系統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。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次諧波電壓（方均根值）；次諧波電壓（方

17、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 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定值可參考諧波電壓限值及諧波電流允許值的規定值可參考GB/T14549-1993電能質量電能質量 公用電網諧波。公用電網諧波。三、并聯電容器對諧波的放大作用三、并聯電容器對諧波的放大作用

18、在供電系統中，并聯電容器作為無功補償設備已得到了廣在供電系統中，并聯電容器作為無功補償設備已得到了廣泛的應用。系統中的電容器，一方面由于其諧波阻抗小，系統泛的應用。系統中的電容器，一方面由于其諧波阻抗小，系統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可能引起熱，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諧波嚴重放大。系統諧波嚴重放大。 在含有諧波的供電系統中，應注意適當在含有諧波的供電系統中，應注意適當選擇其電容器的參數，防止其出現過電流和選擇其電容器的參數，防止其出現過

19、電流和過電壓，同時兼顧無功補償的要求和消除諧過電壓，同時兼顧無功補償的要求和消除諧波放大，可在電容器支路串聯電抗器，通過波放大，可在電容器支路串聯電抗器，通過選擇電抗器值使電容器回路在最低次諧波頻選擇電抗器值使電容器回路在最低次諧波頻率下呈現出感性如圖所示。率下呈現出感性如圖所示。CLTLR2min(1.31.5)CXXh 對于整流裝置，對于整流裝置，hmin=5，可取，可取XLR=(56)% XC ， 對 于 含 有 三 次 諧 波 的 系 統 ， 可 取對 于 含 有 三 次 諧 波 的 系 統 ， 可 取XLR=(1213)% XC 。 四、高次諧波的抑制四、高次諧波的抑制高次諧波的抑制

20、方法：高次諧波的抑制方法： 1 1增加整流裝置的相數增加整流裝置的相數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。 R( a )C2R3RLC( c )( b )L2R2( d )RL1C1RLCC( e )( f )LRC2C1LC2RC1二二階階高高通通濾濾波波器器 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 續上頁續上頁3 3裝設有源電力濾波器裝設有源

21、電力濾波器 iSGiFLiL系 統 電 源有 源 濾 波 器負 荷 諧 波 源A P FFS(d )(c )(b )(a )HLttttiiii 有源電力濾波器分并聯型有源電力濾波器分并聯型和串聯型兩種，實際應用中多和串聯型兩種，實際應用中多為并聯型。為并聯型。 并聯型有源電力濾波器是并聯型有源電力濾波器是一種向電網注入補償諧波電流，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，其主要電路由靜的濾波裝置，其主要電路由靜態功率變流器（逆變器）構成，態功率變流器（逆變器）構成，故具有半導體功率變流器的高故具有半導體功率變流器的高可控性和快速響應性。可控

22、性和快速響應性。 諧波電流的補償諧波電流的補償 第五節第五節 供電系統的三相不平衡供電系統的三相不平衡 在三相供電系統中，當電流和電壓的三相相量間幅值不在三相供電系統中，當電流和電壓的三相相量間幅值不等或相位差不為等或相位差不為1200時，則三相電流和電壓不平衡。時，則三相電流和電壓不平衡。 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。 三相不平衡程度通常用不平衡系數表示。三相不平衡程度通常用不平衡系數表示。 供電系統的三相不平衡主要是由三相負荷不對稱所引起的。供電系統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象有短時的（一相不對稱短路，斷線等），電

23、流和電壓不平衡現象有短時的（一相不對稱短路，斷線等），也有持續的（一相非對稱運行方式；以及非對稱負荷等）。也有持續的（一相非對稱運行方式；以及非對稱負荷等）。2U1%100UU2I1%100II式中，式中，U%、 I%表示電壓及電流的不平衡系數；表示電壓及電流的不平衡系數；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。本章小結本章小結 隨著現代工業技術發展，電能質量問題越來越受到人們的重視。隨著現代工業技術發展，電能質量問題越來越受到人們的重視。 本章首先概述電能質量的主要指標、標準及系統頻率的調整本章首先概述電能質量的主要指標、標準及系統頻率的調整 ；然后分；然后分別討論了電