1、XXXXXXXX電能質(zhì)量分析培訓(xùn)教案培訓(xùn)人：XXXXXXXXXX年XX月XX日電能質(zhì)量?jī)?yōu)化及控制分析概述：目前，電力系統(tǒng)已發(fā)展成為集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電的大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，電能質(zhì)量已逐漸成為我們重要關(guān)注的問題。電能質(zhì)量指標(biāo)的偏離,是發(fā)電、輸變電和用電三部分造成的,同時(shí)也給自身和其他兩個(gè)部分帶來(lái)不同程度的危害。改善電能質(zhì)量對(duì)于電網(wǎng)和用戶電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,進(jìn)而促進(jìn)電力行業(yè)發(fā)展有重要意義。此次培訓(xùn)班將對(duì)電能質(zhì)量方面的新問題、改善與治理方案等進(jìn)行系統(tǒng)講解，使我們能更好地做好電能質(zhì)量?jī)?yōu)化及控制工作。 一、電能質(zhì)量概念電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻

2、率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓對(duì)用戶供電。同時(shí)，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應(yīng)大小相等、相位對(duì)稱且互差120。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對(duì)稱，負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來(lái)干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行、電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。從本質(zhì)上講，電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量和頻率質(zhì)量三個(gè)方面。(1)電壓質(zhì)量又稱電壓輻值質(zhì)量，一般認(rèn)為電壓輻值質(zhì)量主要受供電側(cè)影響，用實(shí)際電壓與理想電壓間的廣義偏差反映供電水平。(2)電流質(zhì)量，主要受用戶影響，電流質(zhì)量問題一般就是指諧波。(3)頻率質(zhì)量一般就

3、是指系統(tǒng)供電的同步頻率不滿足系統(tǒng)的額定偏差范圍的規(guī)范，在電源較弱的地區(qū)，隨著大容量的有功負(fù)荷的較快變化，系統(tǒng)頻率會(huì)出現(xiàn)周期性或非周期性的偏移，目前的調(diào)頻控制技術(shù)和發(fā)電管理已經(jīng)能夠較好地控制頻率變動(dòng)。此外，有學(xué)者指出電能質(zhì)量還應(yīng)包括非技術(shù)成分質(zhì)量問題。 從現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)和研究結(jié)果來(lái)看，破壞程度較為嚴(yán)重的是電壓輻值質(zhì)量問題。 二、主要的電能質(zhì)量問題 從電力系統(tǒng)和電力用戶共同關(guān)心的問題來(lái)看，電能質(zhì)量可以歸結(jié)為：電能質(zhì)量供電質(zhì)量電壓質(zhì)量供電可靠性。其中供電可靠性包含系統(tǒng)的容量（儲(chǔ)備滿足供電需求的能力）和安全性（承受突發(fā)擾動(dòng)的能力）。而對(duì)于電壓質(zhì)量，國(guó)際上的IEC和IEEE給出了比較詳細(xì)的定義。 IEC（1

4、000-2-2/4）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能質(zhì)量是這樣定義的：電能質(zhì)量是指供電裝置在正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性。最嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題是電壓跌落和電壓完全中斷。 IEEE給出的電能質(zhì)量問題的一般解釋為：在供電過程中導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)誤動(dòng)作或故障損壞的任何異常現(xiàn)象。 針對(duì)過去對(duì)各種擾動(dòng)引起的電能質(zhì)量問題的提法不一，IEEE第22標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)籌委員和其它國(guó)際委員會(huì)推薦如下幾種術(shù)語(yǔ)來(lái)描述主要的電能質(zhì)量干擾。 電壓跌落：電壓或電流有效值降至額定值的10%-90%，持續(xù)時(shí)間為0.5個(gè)周期至一分鐘。 電壓中斷：在一相或多相線路中完全失去電壓（低于額定值的10%）一段時(shí)間。持續(xù)時(shí)間0.5個(gè)周期至3s為瞬時(shí)中斷

5、;持續(xù)時(shí)間3s至60s為暫時(shí)中斷;持續(xù)時(shí)間大于60s為持續(xù)中斷。 電壓上升：電壓或電流有效值升至額定值的110%以上，典型值為額定值的110%一180%，持續(xù)時(shí)間為0.5個(gè)周期至一分鐘。 電壓瞬變：指在一定時(shí)間間隔內(nèi)兩個(gè)穩(wěn)態(tài)量之間的變化。電壓瞬變可以是任意極性的單方向脈沖或是第一個(gè)峰值為任意極性的衰減振蕩波。 過電壓：電壓為額定值的110%一120%，持續(xù)時(shí)間大于1分鐘。 欠電壓：電壓為額定值的80%-90%，持續(xù)時(shí)間大于1分鐘。 諧波：頻率為電源基波頻率整數(shù)倍的正弦電壓或電流。由電力系統(tǒng)中的裝置和負(fù)載的非線性特性引起的波形畸變可分解為基波和諧波之和。 間諧波：電壓和電流的頻率不是基波頻率的整

6、數(shù)倍。間諧波主要由靜止變頻器、周波變頻器、感應(yīng)電機(jī)和電弧設(shè)備產(chǎn)生，電力載波信號(hào)也認(rèn)為是一種間諧波。 電壓缺口：持續(xù)時(shí)間小于0.5個(gè)周期的周期性的電壓擾動(dòng)。電壓缺口主要是電力電子裝置由一相換至另一相時(shí)參與換相的電路瞬時(shí)短路造成的，與電壓缺口有關(guān)的頻率分量很高，采用諧波分析儀測(cè)量可能是很困難的。 電壓波動(dòng)（閃變）：電壓波動(dòng)（閃變）是指電壓幅值在一定范圍內(nèi)有規(guī)律地或隨機(jī)地變化。其電壓幅值的變化通常為額定值的90%-110%。這種電壓波動(dòng)常稱為電壓閃變。閃變一詞是從電壓的波動(dòng)引起電燈的閃動(dòng)得來(lái)的。在輸電和配電系統(tǒng)中電壓閃變主要是由電弧爐引起的。 1、電壓跌落 基本概念：電壓跌落是交流電力系統(tǒng)中最常見的

7、一種電壓質(zhì)量干擾，要保證電能質(zhì)量安全可靠，首先就要考慮電壓跌落的問題。 電壓跌落是電壓短暫下降的一種電壓波動(dòng)現(xiàn)象，典型的電壓跌落持續(xù)時(shí)間一個(gè)電壓周期到一秒鐘的時(shí)間，或者持續(xù)幾十毫秒至幾百毫秒。持續(xù)時(shí)間小于半個(gè)電壓周期的電壓降低稱為瞬時(shí)頻率下降，持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)（超過一分鐘）的電壓降低稱為“欠電壓”。電壓跌落波形圖 電壓跌落一般由于負(fù)荷的突然增加引起，例如線路的短路或故障、電機(jī)啟動(dòng)、或者電熱器的開啟等等。或者由于電源阻抗的突然增加，代表性的原因就是線路連接不緊密。 電壓跌落是最為常見的一種電能干擾現(xiàn)象，在典型工業(yè)企業(yè)中，其用戶引入線上每年出現(xiàn)幾次電壓跌落是很尋常的事情，而在終端設(shè)備上出現(xiàn)電壓跌落的次

8、數(shù)要多得多。 電壓跌落可能產(chǎn)生于電力線路上，但是主要的電壓跌落產(chǎn)生在建筑內(nèi)。例如，在住宅線路中出現(xiàn)的電壓跌落，通常是由于電冰箱或者空調(diào)的壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的起始沖擊電流。 電壓跌落情況下的不同負(fù)荷系統(tǒng)之間的性能差別是十分明顯的（城市與鄉(xiāng)村、高空和地下），在新的電能質(zhì)量等級(jí)規(guī)范中就不能不考慮這些重要因素的影響。瞬時(shí)斷路情況下的性能要求也是十分重要的內(nèi)容，因?yàn)樗请娏τ脩粲龅降奶厥鈫栴}，而且在可靠性評(píng)估中并沒有考慮。 需要提醒的是，電壓跌落必須是兩個(gè)導(dǎo)體之間的電壓干擾現(xiàn)象，因此一定是相間電壓跌落或者是相與中線之間的電壓跌落，而不存在單純的A相電壓跌落。 電壓跌落的產(chǎn)生原因：電力系統(tǒng)中存在非零阻抗，因

9、此任何強(qiáng)度的電流增加都會(huì)引起相應(yīng)的電壓下降。通常情況下這種因?yàn)殡娏髟黾佣鸬碾妷合陆岛苄。匀槐３终５碾妷航邮芊秶鷥?nèi)。但是，當(dāng)遇到電流突然增量很大或者系統(tǒng)的阻抗很高的情況，電壓下降就是很顯著的了。所以從原理上說，電壓跌落有兩個(gè)原因：大電流增量和高系統(tǒng)阻抗。而實(shí)際上，大多數(shù)的電壓跌落都是由于電流增加引起的。 我們可以把電力系統(tǒng)形象地比喻成一個(gè)大樹，敏感的負(fù)荷設(shè)備就掛在樹的末梢上，樹干或者樹枝上的任何電壓跌落都會(huì)引起末梢負(fù)荷的電壓跌落。而且在樹枝上如果發(fā)生短路，就會(huì)使樹干的電壓下降，這就是導(dǎo)致即使是很遠(yuǎn)的地方發(fā)生了故障，也會(huì)使負(fù)荷處出現(xiàn)電壓跌落。 通常電壓跌落是由于用電設(shè)備而產(chǎn)生的，最常見的三

10、種用電設(shè)備導(dǎo)致電壓跌落是： 大負(fù)荷設(shè)備啟動(dòng)。例如電動(dòng)機(jī)或者電阻加熱器，電機(jī)在其加速至額定轉(zhuǎn)速的過程中會(huì)產(chǎn)生1.55倍于其額定電流的啟動(dòng)電流；而電阻加熱器在達(dá)到額定溫度的升溫過程中的電流是其額定電流的1.5倍。 配線松動(dòng)或者缺陷。例如在安裝設(shè)備的時(shí)候與電源相聯(lián)接的部分沒有安裝緊密，那么會(huì)造成接觸阻抗的明顯提高，這就是的電流變化產(chǎn)生的電壓下降更為明顯。 設(shè)備中某處發(fā)生故障或者短路。雖然發(fā)生故障的線路會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被保險(xiǎn)絲或者斷路器切除，但是在切除之前的一段時(shí)間（大約幾個(gè)周期到幾秒鐘）內(nèi)，電壓會(huì)受影響而下降。 電壓跌落也可能是由電力設(shè)施產(chǎn)生，常見的類型有： 遠(yuǎn)端線路故障。遠(yuǎn)端線路發(fā)生故障會(huì)影響到負(fù)荷，

11、發(fā)生電壓跌落擾動(dòng)。通常，這些故障會(huì)被線路中配置的“自動(dòng)繼電器”或者自動(dòng)重合閘保護(hù)器切除，但是如果重合閘不成功，而在自動(dòng)繼電器切除線路后，會(huì)在15秒后自動(dòng)重合閘，如果故障依然存在，自動(dòng)繼電器還要再次切除線路。在這個(gè)過程中（15秒）會(huì)在負(fù)荷處產(chǎn)生一系列的電壓跌落。電力設(shè)施故障可能是相間故障，也可能是線對(duì)地故障或者相對(duì)中線故障，由負(fù)荷與故障點(diǎn)之間的變壓器類型決定，負(fù)荷處可能出現(xiàn)不同水平的電壓跌落。 在著手解決電壓跌落帶來(lái)的影響之前，搞清楚電壓跌落的原因是十分重要的，如果采用了不當(dāng)?shù)拇胧赡軙?huì)使問題更為嚴(yán)重。例如，當(dāng)你配置了一臺(tái)電池控制型UPS電源來(lái)補(bǔ)償電壓跌落，但是安裝的時(shí)候沒有分清楚把極性安裝反

12、了，那么不但不會(huì)有改善反而會(huì)加重電壓跌落的程度。 多數(shù)情況下，正確的解決方法是通過調(diào)整設(shè)備而降低其對(duì)電壓跌落的敏感性。 電壓跌落對(duì)設(shè)備的造成的影響 為什么在交流系統(tǒng)中發(fā)生電壓跌落干擾時(shí)設(shè)備會(huì)停止呢？一共有五種原因，一種是顯而易見的，而其它四中則不是很明顯。 （1）電壓不足：這是一個(gè)顯而易見的原因，電壓跌落使得電壓幅值過低，電源所提供的電能不能滿足負(fù)荷設(shè)備的需求，所以負(fù)荷停止運(yùn)行。實(shí)際上，這個(gè)問題更為深?yuàn)W一些。在典型的敏感負(fù)荷中，AC交流電是要通過整流成為DC直流電，整流是通過電力電子開關(guān)使交流電變?yōu)槊}沖直流，而且通過大電容使直流脈沖能夠成為平緩直流波形輸出給負(fù)荷。當(dāng)電壓跌落嚴(yán)重時(shí)，整流電容不能

13、輸出平緩的電壓波形，甚至出現(xiàn)斷流，當(dāng)電壓跌落低于臨界值的時(shí)候，負(fù)荷設(shè)備就不能工作了。 （2）低壓保護(hù)電路誤動(dòng)作：許多設(shè)備中都設(shè)有低壓保護(hù)電路以監(jiān)測(cè)交流電源電壓是否滿足運(yùn)行要求，但是對(duì)于合格的電壓大小的確定是很困難的。例如，將負(fù)荷設(shè)備的合格電壓定義為額定電壓的90%110%，但是當(dāng)設(shè)備半負(fù)荷工作時(shí)，可能僅需70%額定電壓就能正常工作，但是當(dāng)電壓跌落達(dá)到70%額定電壓水平的時(shí)候，本來(lái)設(shè)備仍能正常運(yùn)行，但是低壓保護(hù)電路會(huì)動(dòng)作切斷電源，使設(shè)備停止運(yùn)行。 （3）不平衡繼電器誤動(dòng)作：在三相交流系統(tǒng)中，電壓跌落通常是不對(duì)稱的（僅影響單相或兩相）。電動(dòng)機(jī)和變壓器受三相不對(duì)稱電壓的影響會(huì)因?yàn)檫^熱而損壞，因此會(huì)安

14、裝不平衡繼電器以保護(hù)設(shè)備。但是電壓跌落的產(chǎn)生的不對(duì)稱電壓持續(xù)時(shí)間很短（20%50%不平衡持續(xù)12秒），并不會(huì)使電動(dòng)機(jī)和變壓器產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，因此并不會(huì)損壞設(shè)備。如果不平衡繼電器的動(dòng)作時(shí)間過短，就會(huì)因?yàn)殡妷旱洚a(chǎn)生的電壓不平衡而動(dòng)作，切除線路，使設(shè)備停止運(yùn)行。 （4）快速響應(yīng)繼電器誤動(dòng)作：在EMO（emergency off）緊急關(guān)斷電路中通常是由一個(gè)快速響應(yīng)繼電器控制著緊急關(guān)斷開關(guān)，但是當(dāng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)，快速響應(yīng)繼電器可能會(huì)把電壓跌落脈沖誤認(rèn)為是開關(guān)動(dòng)作控制信號(hào)，從而EMO電路工作，使電源被切除，設(shè)備停止運(yùn)行。 （5）復(fù)位電路誤動(dòng)作：這是電壓跌落造成的影響中最難被注意到的，許多電子設(shè)備都設(shè)有復(fù)位

15、電路，以保證在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)正確的初始化，而復(fù)位電路工作的控制信號(hào)通常是一個(gè)很陡的尖峰脈沖電壓。當(dāng)發(fā)生電壓跌落，在電壓水平恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)幅值時(shí)，會(huì)有一個(gè)電壓幅值突然增加的過程，而復(fù)位電路可能會(huì)把這個(gè)“電壓脈沖”誤認(rèn)為是復(fù)位信號(hào)，從而使整個(gè)電子設(shè)備重啟復(fù)位，造成負(fù)荷設(shè)備停止運(yùn)行。 如何提高電壓跌落抗擾度： 從理論上講，可以按照下面的方法來(lái)提高負(fù)荷對(duì)電壓跌落的抗擾度，但是對(duì)于實(shí)際的設(shè)備而言，應(yīng)該針對(duì)具體問題尋求最合適的解決方法，這里我們僅僅提出一些概念性的方法。 首先，確定電壓跌落的原因，前面已經(jīng)提到過，這是解決問題最根本的一個(gè)環(huán)節(jié)。裝設(shè)電能質(zhì)量繼電器，當(dāng)監(jiān)測(cè)到電壓跌落時(shí)，繼電器會(huì)進(jìn)行電壓補(bǔ)償使負(fù)荷設(shè)備繼續(xù)

16、運(yùn)行。更改電源設(shè)置，通過對(duì)電源供電方案的調(diào)整，提高符合設(shè)備對(duì)電壓跌落的抗擾度。單相供電時(shí)用線電壓取代相電壓，會(huì)顯著提高電壓跌落裕量，保證負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。減小負(fù)荷總量，或者增加供電容量。盡量采用三相電源取代單相電源。直接從直流網(wǎng)獲得電能。調(diào)整繼電器的動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作信號(hào)敏感度，盡量避免由于繼電設(shè)備在電壓跌落時(shí)的誤動(dòng)作導(dǎo)致設(shè)備停止運(yùn)行。 上面這些方法針對(duì)不同的情況有所不同，而且每一種方法都有一定的負(fù)面影響，比如對(duì)負(fù)荷的調(diào)整、資金的投入、占地面積增加、受多相電壓跌落影響、對(duì)電壓上升的保護(hù)裕度減小、繼電器工作靈敏性下降等等。因此，在解決實(shí)際問題時(shí)，要根據(jù)不同的情況來(lái)制定不同的解決方案，才能真正提高負(fù)荷對(duì)電壓跌

17、落的抗擾度。 2、電壓上升 電壓上升是和電壓跌落相對(duì)應(yīng)的一種電壓干擾，它典型的持續(xù)時(shí)間與電壓跌落是相同的，一般上升幅度約達(dá)到額定電壓的110%180%。長(zhǎng)時(shí)間的電壓升高稱之為“過電壓”。電壓上升波形圖 電壓上升產(chǎn)生的原因與電壓跌落正好相反，是由于負(fù)荷的突然撤出（同時(shí)電壓調(diào)整器工作不可靠）造成的，也可能是由于三相系統(tǒng)的中線連接不緊密造成的。 電壓上升并沒有電壓跌落那么常見，而其解決辦法也和電壓跌落相應(yīng)，通常針對(duì)電壓跌落和電壓上升的解決方案是一體的，即可以同時(shí)提高負(fù)荷設(shè)備對(duì)電壓跌落和電壓升高的抗擾度。 短時(shí)過電壓：短時(shí)過電壓是出現(xiàn)在交流系統(tǒng)中的短時(shí)間的高頻電壓升高干擾現(xiàn)象。 一般來(lái)說，短時(shí)過電壓有

18、兩種形式。一種是低頻的過電壓，其過電壓成分頻率大約有幾百Hz，產(chǎn)生的主要原因是由于電容器的開關(guān)。另一種是高頻過電壓，其過電壓成分約為幾百KHz，主要來(lái)源是雷電感應(yīng)過電壓。一般我們把低頻過電壓稱為“電容器操作過電壓”，而把高頻過電壓稱為“沖擊”、“尖峰”、“浪涌”。電容器操作過電壓波形圖 低頻的短時(shí)過電壓是由于功率因數(shù)補(bǔ)償電容器通過線路放電而產(chǎn)生的，電容器與配電網(wǎng)中的電感產(chǎn)生諧振，頻率大約為400Hz600Hz，從而產(chǎn)生一個(gè)指數(shù)規(guī)律衰減的振蕩過電壓，這個(gè)過電壓的波形理論上不會(huì)達(dá)到正常值的兩倍，一般實(shí)際中約為正弦電壓峰值的120%140%。但是在一些特殊的線路中，這種過電壓會(huì)因?yàn)槠渌β室驍?shù)補(bǔ)償電

19、容的存在而倍增。 高頻的短時(shí)過電壓是由于雷電感應(yīng)和感性負(fù)載的切除引起的，典型的電壓上升過程約為1ms，衰減過程約為幾十到幾百ms，通常也為指數(shù)衰減，振蕩頻率約為100KHz，與低壓電力系統(tǒng)的LC等值模型相符合。一般在終端用戶處的過電壓約有幾百上千伏，可能出現(xiàn)數(shù)千安的沖擊電流。 3、諧波 基本概念：電力系統(tǒng)的工頻電源主要為發(fā)電廠中的同步發(fā)電機(jī)，由于采取了一系列削弱高次諧波的措施，其產(chǎn)生的諧波電勢(shì)極為微小，與日益增長(zhǎng)的系統(tǒng)諧波水平相比，可以忽略不計(jì)。因此可以認(rèn)為電力系統(tǒng)的電源是頻率為工頻。波形為正弦波、三相對(duì)稱的電壓源，是系統(tǒng)中一切工頻電能（電功率）的來(lái)源。 諧波產(chǎn)生的根本原因是系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)

20、荷的非線性特性，即所加電壓與產(chǎn)生電流不成線性關(guān)系，而造成的波形畸變，當(dāng)系統(tǒng)的正弦波形電壓施加其上時(shí)，產(chǎn)生的電流為非正弦波，波形的畸變，產(chǎn)生了諧波。 諧波有三種分類方法:一是按諧波次數(shù)的奇偶性來(lái)分，有奇次諧波(3,5,7次諧波)與偶次諧波(2,4,6-二次諧波);二是按諧波的頻率大小來(lái)分，如頻率為基波頻率的2倍稱為二次諧波，頻率為基波頻率的3倍稱為3次諧波，;三是按諧波的序列來(lái)分，有正序諧波、零序諧波與負(fù)序諧波。 一個(gè)非正弦、周期性的電壓或電流，用付里葉級(jí)數(shù)的方法分解，得到頻率與原波形工頻相同的正弦波分量稱為基波，而頻率為基波頻率整數(shù)倍的正弦波分量稱為諧波。 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型

21、用電設(shè)備越來(lái)越多地問世和使用，高次諧波的影響越來(lái)越嚴(yán)重。電力系統(tǒng)受到諧波污染后，輕則影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率，重則損壞設(shè)備以至危害電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。以前，電力系統(tǒng)考核電能質(zhì)量的主要指標(biāo)是電壓的幅值和頻率，現(xiàn)在世界各國(guó)都把電網(wǎng)電壓正諧波形畸變率極限值作為電能質(zhì)量考核指標(biāo)之一，研究和分析諧波產(chǎn)生的原因、危害和抑制諧波的措施具有重要的實(shí)際意義。 諧波產(chǎn)生的原因：一方面，可控硅整流裝置和調(diào)壓裝置等的廣泛使用，晶閘管在大量家用電器中的普通采用以及各種非線性負(fù)荷的增加導(dǎo)致波形畸變。另一方面是由于設(shè)備設(shè)計(jì)思想的改變。過去傾向于采用在額定情況以下工作或裕量較大的設(shè)計(jì)。現(xiàn)在為了競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)電工設(shè)備傾向于采用在臨界情況下

22、的設(shè)計(jì)。例如有些設(shè)計(jì)為了節(jié)省材料使磁性材料工作在磁化曲線的深飽和區(qū)段，而在這些區(qū)段內(nèi)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致激磁材料波形嚴(yán)重畸變。造成系經(jīng)正弦波形的畸變，產(chǎn)生高次諧波的設(shè)備和負(fù)荷，稱為諧波源。一切非線性的設(shè)備和負(fù)荷都是諧波源。 諧波源的非線特性主要有三大類： 鐵磁飽和型：如變壓器、電抗器等鐵芯設(shè)備的激磁電流，波形與橫軸成鏡對(duì)稱，主要諧波為3、5、7次。 電子開關(guān)型：如整流器、逆變器等各種電力電子設(shè)備，其交流側(cè)電流波形呈開關(guān)切合和換向特性，特征諧波與脈動(dòng)數(shù)p有關(guān)。 電弧型：如電弧爐，其諧波電流具有很大的隨機(jī)性，主要諧波為2、3、4、5、7次。 電力系統(tǒng)諧波問題日益嚴(yán)重的主要原因： 電力電子設(shè)備及其新技術(shù)在化工

23、、冶金、礦山、電氣化鐵道等工礦企業(yè)中廣泛采用，使得非線性負(fù)荷大量增加，以及各種家用電器的普遍使用，形成遍及整個(gè)電網(wǎng)的用戶諧波源，從電網(wǎng)的各個(gè)供電點(diǎn)向系統(tǒng)注入大量諧波；為了節(jié)省原材料，鐵芯設(shè)備的工作點(diǎn)深入包和區(qū)，引起諧波增加；電弧爐用戶的增多及其容量增大。可見，由于非線性用戶的不斷增多和容量增大，使系統(tǒng)諧波水平日益上升，成為相當(dāng)嚴(yán)重的問題。 諧波電流源：系統(tǒng)電壓基本不變，諧波源負(fù)荷通過向系統(tǒng)取得一定的電流作功，該電流不因系統(tǒng)外界條件和運(yùn)行方式而改變，而諧波源固有的非線性特性決定了電流波形的畸變，其產(chǎn)生的諧波電流與基波電流具有一定的比例，因此非線性負(fù)荷為諧波電流源，向系統(tǒng)注入一定量的諧波電流。諧波

24、電流源在電力系統(tǒng)中一般可按恒流源對(duì)待。 諧波電壓：諧波源注入系統(tǒng)的諧波電流，在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生相應(yīng)的諧波壓降，便形成系統(tǒng)內(nèi)部的諧波電壓，使原有的正弦波電壓產(chǎn)生畸變。 諧波的主要危害和影響：使旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯及定子繞級(jí)產(chǎn)生諧波附加損耗，引起發(fā)熱，并使機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。對(duì)于同步發(fā)電機(jī)，流入定子繞組的諧波電流，將使轉(zhuǎn)子鐵芯、套箍、槽鍥(汽輪發(fā)電機(jī))以及轉(zhuǎn)子上的阻尼繞組(水輪發(fā)電機(jī))產(chǎn)生局部過熱而損壞。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，諧波電流使定子繞組產(chǎn)生附加銅損耗，形成過熱而燒毀：使變壓器和線路產(chǎn)生諧波附加損耗一引起網(wǎng)損增大(諧波網(wǎng)損)。還引起變壓器的振動(dòng)和噪聲。在發(fā)生系統(tǒng)諧波諧振或諧波放大的情況下，諧波網(wǎng)損可以達(dá)

25、到相當(dāng)大的程度。 在系統(tǒng)電容和電感的配合下，對(duì)于注入相應(yīng)于其諧振頻率的諧波所激勵(lì)，產(chǎn)生諧波諧振和諧波放大，從而引起電容補(bǔ)償裝置中的電容器和串聯(lián)電抗損壞，也會(huì)使電力電纜擊穿，以及如干擾保護(hù)，增大網(wǎng)損等。 電子計(jì)算機(jī)會(huì)由于諧波干擾發(fā)生失真;工業(yè)電子設(shè)備功能會(huì)因其被破壞。 對(duì)繼電保護(hù)、自動(dòng)控制裝置和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生干擾和造成誤動(dòng)作，造成電能計(jì)量的誤差。 諧波電流在高壓架空線路上的流動(dòng)除增加線損外，還將對(duì)相鄰?fù)ㄓ嵕€路產(chǎn)生干擾影響。 諧波的描述：總諧波扭曲度（THD）是用來(lái)描述諧波影響大小的一個(gè)參數(shù)。它是所有諧波累加的電壓電流有效值。它由可以由基波的有效值表示，也可以用各次諧波總的有效值表示。兩種定義方法都有

26、道理，而且在諧波干擾不太嚴(yán)重的情況下，兩種定義方法得到的數(shù)值基本上相同。 但是處于這樣或那樣的原因，很多專家反對(duì)采用THD作為衡量諧波程度的標(biāo)準(zhǔn)。其它的一些方式例如TDD（IEEE 519）或者電壓電流定義法更為直觀也更有道理。如下圖中，我們可以清楚地看出特定的諧波的電流的大小。 諧波的解決辦法： 在電力系統(tǒng)中完全的消除諧波是不可能的，但是我們可以盡量削弱和抑制諧波的影響。主要有三個(gè)解決思路： 降低諧波源的諧波含量。這種方法比較積極，它在諧波源上采取措施，盡量避免諧波的產(chǎn)生，能有效提高電能質(zhì)量。具體的方法有例如：增加整流器脈動(dòng)數(shù)、PWM調(diào)制、變壓器采用Y-d或D-y接法。 在諧波源處吸收諧波電

27、流。這是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種諧波解決辦法。具體方法可有：設(shè)置無(wú)源濾波器、有源濾波器，防止并聯(lián)電容器組對(duì)諧波放大，加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置等。 改善用電環(huán)境。選擇合理的供電電壓，并且盡量保持三相電壓平衡，諧波源由單一的較大容量電源專線供電，可以提高系統(tǒng)的諧波承受能力，也能夠減小諧波源的影響，還可以集中抑制和消除高次諧波。 4、電壓波動(dòng) 電壓波動(dòng)描述的是長(zhǎng)期的電壓變化，不包括前面提到的電壓跌落和上升。 根據(jù)電壓波動(dòng)與閃變的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12326-2000（參考國(guó)際電工委員會(huì)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-3-7制定），電壓波動(dòng)是指每半個(gè)基波電壓周期均方根值的一系列變動(dòng)或連續(xù)的改變。其每一次改

28、變稱作電壓變動(dòng)，以標(biāo)稱基波電壓的百分比表示。衡量電壓變動(dòng)的量是幅度和頻度（指每秒、每分鐘或每小時(shí)電壓變動(dòng)的次數(shù)），頻度在數(shù)值上是頻率的2倍。 目前各個(gè)國(guó)家和協(xié)會(huì)，甚至不同電網(wǎng)之間，都有不同的電壓波動(dòng)允許范圍，對(duì)于不同的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)可以查閱相關(guān)的資料。 5、閃變 基本概念：電壓閃變是一個(gè)很特殊的電能質(zhì)量問題，它是由于電壓波動(dòng)造成的，但是它與人的敏感程度有關(guān)系。 閃變是人對(duì)光線照度波動(dòng)的主觀視感，即人的視覺所覺察到的由電壓波動(dòng)引起的光線變化。IEC以試驗(yàn)觀察者50%閃變覺察率作為瞬時(shí)閃變的衡量單位。閃變較為敏感的頻率范圍大約在6-12 Hz，并與波形有關(guān)。這樣，閃變值應(yīng)理解為一定頻率、波形與強(qiáng)度這3

29、種要素支配的電壓變動(dòng)水平的綜合評(píng)估，并用持續(xù)一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表示。 閃變的危害： 電壓波動(dòng)常會(huì)引起許多電工設(shè)備不能正常工作。因?yàn)榘谉霟舻墓β逝c電源電壓二次方成比例，影響最大，如果電壓波動(dòng)的大小不足以引起白熾燈閃變，則可以肯定不會(huì)使電視和日光燈等工作異常。為此，選擇白熾燈的工況作為判斷電壓波動(dòng)值是否被接受的依據(jù)。因?yàn)殚W變是人對(duì)照度波動(dòng)的主觀視感。 閃變影響電氣設(shè)備，例如：0.1 Vs的電壓方均根值變動(dòng)會(huì)使生產(chǎn)的精密產(chǎn)品質(zhì)量受到損失；電視機(jī)或監(jiān)視器畫面閃爍、抖動(dòng)；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，影響電機(jī)壽命和產(chǎn)品質(zhì)量等。 閃變的描述：根據(jù)IEC的閃變?cè)囼?yàn)規(guī)則，我國(guó)的國(guó)標(biāo)也提出了對(duì)閃變的描述方法，目前較為統(tǒng)一的

30、方法就是采用IEC的閃變電壓限值曲線，如下圖：IEC閃變電壓限值曲線 它規(guī)定了在一定頻率下，電壓波動(dòng)程度與閃變的關(guān)系，超過這個(gè)限值，人就會(huì)明顯的感到燈光的閃爍。 對(duì)于電壓閃變的等級(jí)并沒有在IEEE的標(biāo)準(zhǔn)中特別的指出，針對(duì)單個(gè)的設(shè)備一般采用與上面類似的曲線圖來(lái)控制其電壓閃變的指導(dǎo)方針。 電壓閃變的等級(jí)在IEC的標(biāo)準(zhǔn)中采用兩個(gè)參量來(lái)衡量。 Pst是一個(gè)描述電壓波動(dòng)造成電壓閃變可能性的參量，通過10分鐘以上時(shí)間的測(cè)量得出。Pst1.0表示人們有50%的可能性感覺到一個(gè)60W的白熾燈泡發(fā)生電壓閃變。 Plt是由兩個(gè)小時(shí)的Pst值綜合而來(lái)。 IEEE采用了同樣的方法來(lái)描述電壓閃變（IEEE 1453）。

31、 IEC 61000-2-2詳細(xì)地指出了電壓閃變的兼容性標(biāo)準(zhǔn)： 短時(shí)間的電壓閃變等級(jí)為（Pst）1.0。 長(zhǎng)時(shí)間的電壓閃變等級(jí)為（Plt）0.8。 目前，國(guó)際公認(rèn)并不需要嚴(yán)格的保證電壓閃變水平在上面的要求范圍內(nèi)，例如EN 50160就提出了較為寬松的標(biāo)準(zhǔn)。而且在實(shí)際中不同的操作會(huì)產(chǎn)生不同的電壓波動(dòng)，而閃變水平很難統(tǒng)一規(guī)定。因此目前IEC、IEEE、EN 50160等均提出了針對(duì)不同具體情況的電壓閃變兼容性要求。 閃變的解決辦法： 目前，大部分用于改善和提高電能質(zhì)量的補(bǔ)償裝置都具有抑制電壓波動(dòng)與閃變的功能如靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC），有源濾波器（APF），動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR），以及配電系統(tǒng)電能

32、質(zhì)量統(tǒng)一控制器（DS- UniCon）等。 靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）。在高電壓或中壓配電網(wǎng)中，電壓波動(dòng)主要與無(wú)功負(fù)荷的變化量以及電網(wǎng)的短路容量有關(guān)。在電網(wǎng)短路容量一定的情況下，電壓閃變主要是由于無(wú)功負(fù)荷的劇烈變動(dòng)所致，因此對(duì)于電壓閃變的抑制，最常用方法是安裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，目前這方面技術(shù)已相當(dāng)成熟。 有源電力濾波器（APF）。要抑制電壓閃變，必須在負(fù)荷電流急劇波動(dòng)的情況下，跟隨負(fù)荷變化實(shí)時(shí)補(bǔ)償無(wú)功電流。近年來(lái)采用電力晶體管（GTR）和可關(guān)斷晶閘管（GTO）及脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)等構(gòu)成的有源濾波器，可對(duì)負(fù)荷電流作實(shí)時(shí)補(bǔ)償。 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）。在中低壓配電網(wǎng)中，由于R與X相差不大，有功

33、功率的快速波動(dòng)同樣會(huì)導(dǎo)致電壓區(qū)變，這就要求補(bǔ)償裝置在抑制電壓波動(dòng)與閃變時(shí)除了進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償使供電線路無(wú)功功率波動(dòng)減小外，還得提供瞬時(shí)有功功率補(bǔ)償。因而傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償方法不能有效的改善這類電能質(zhì)量問題，只有帶儲(chǔ)能單元的補(bǔ)償裝置才能滿足要求。由于DVR通過自身的儲(chǔ)能單元，能夠在ms級(jí)內(nèi)向系統(tǒng)注入正常電壓與故障電壓之差，可用于克服系統(tǒng)電壓波動(dòng)對(duì)用戶的影響，因此是解決電壓波動(dòng)、不對(duì)稱、諧波等動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問題的有效工具。 統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器及其它補(bǔ)償裝置。統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPFC）結(jié)合了串、并聯(lián)補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)，具有對(duì)電壓、電流質(zhì)量問題統(tǒng)一補(bǔ)償?shù)墓δ埽瑢儆诰C合的補(bǔ)償裝置。如文獻(xiàn)14提出的含有儲(chǔ)能單元

34、的串、并聯(lián)組合的用戶電力綜合補(bǔ)償裝置，該裝置除了應(yīng)用于配電系統(tǒng)的諧波補(bǔ)償外，還可以解決瞬時(shí)供電中斷和電壓波動(dòng)等動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問題，提高供電的可靠性。 另外，除了前面的所介紹的補(bǔ)償裝置外，柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）也能抑制電壓波動(dòng)和閃變。該系統(tǒng)通過控制電力系統(tǒng)的基本參數(shù)來(lái)靈活控制系統(tǒng)潮流，使輸送容量更接近線路的熱穩(wěn)定極限，能提高輸電系統(tǒng)輸送容量。 其它電能干擾： 就像前面提到的，在交流電力系統(tǒng)中，最常見的電能干擾是電壓跌落。其它的一些干擾，例如短時(shí)過電壓、電壓中斷可能發(fā)生在任何地方。而諧波、閃變則在很大的范圍內(nèi)存在。 除此之外，還有一些其它的電能干擾，它們往往出現(xiàn)在一些特定的場(chǎng)合。 頻率變化，

35、在電網(wǎng)中是很罕見的現(xiàn)象，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)強(qiáng)烈的頻率變化往往意味著整個(gè)電網(wǎng)的癱瘓。但是，在裝設(shè)有備用柴油發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)中，頻率變化比較常見。 高頻噪聲，產(chǎn)生的原因很多，比如電機(jī)產(chǎn)生電刷電弧或者是本地電臺(tái)信號(hào)發(fā)射站，都會(huì)造成高頻噪聲干擾。 基波擾動(dòng)，一些電網(wǎng)在基波波形上故意疊加上了一些小信號(hào)作為電網(wǎng)控制信號(hào)，形成基波擾動(dòng)。 超瞬態(tài)過電壓（EFT），往往由電弧放電產(chǎn)生，但是在很短的距離和極短的時(shí)間內(nèi)就衰減掉。 三相不平衡，理論上三相交流系統(tǒng)中，每一相的電壓電流波形都應(yīng)該與其它兩項(xiàng)相同，但是實(shí)際系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)完全的三相平衡。 在眾多對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響的干擾中，最常見的是電壓跌落現(xiàn)象，因?yàn)樗粌H出現(xiàn)的頻率比較

36、高，而且它相對(duì)于其它一些更為嚴(yán)重的干擾現(xiàn)象來(lái)說，是可以通過一些方法來(lái)解決的。而其它一些嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題，一般都是通過繼電保護(hù)器切除負(fù)荷來(lái)避免對(duì)設(shè)備的損害。對(duì)于不同的電能質(zhì)量問題，國(guó)際組織和不同國(guó)家有各自不同的定義和推薦標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)中應(yīng)該根據(jù)具體情況查閱相關(guān)的資料提出解決方案。 三、電能質(zhì)量問題的危害與產(chǎn)生的原因 （1）諧波對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的影響并采取相應(yīng)的對(duì)策。由于鋼鐵等金屬熔煉企業(yè)的發(fā)展，化工行業(yè)整流設(shè)備的增加，大功率晶閘管整流裝置及電力電子器件的開發(fā)應(yīng)用，使公用電網(wǎng)的諧波影響日趨嚴(yán)重，電源的波形產(chǎn)生了嚴(yán)重的畸變，影響了電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。 （2）諧波對(duì)電力計(jì)量裝置的影響并采取相應(yīng)的措施。

37、由于波形畸變，使電力計(jì)量的準(zhǔn)確度與精確度到影響，致使計(jì)量誤差，產(chǎn)生附加的功率損耗，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。 （3）電能質(zhì)量污染對(duì)高新技術(shù)企業(yè)的影響并采取相應(yīng)的技術(shù)手段。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和基于微電子技術(shù)控制的自動(dòng)化生產(chǎn)流水線以及新興的IT產(chǎn)業(yè)、微電子芯片制造企業(yè)等，對(duì)電能質(zhì)量的要求和敏感程度比一般電力設(shè)備要高得多，任何暫態(tài)和瞬態(tài)的電能質(zhì)量問題都可能造成設(shè)備的損壞或運(yùn)行異常，影響正常的生產(chǎn)，給電力用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。 （4）加強(qiáng)電能質(zhì)量控裝置的研制。電能質(zhì)量控制裝置的基本功能即使要在任何條件，甚至是極為惡劣的供電條件下改善電能質(zhì)量，保證供電電壓、電流的穩(wěn)定、可靠，在諧波干擾產(chǎn)生的瞬間能立即將其抑制或消除

38、。 四、電能質(zhì)量控制技術(shù) 1、保證供電質(zhì)量的方法無(wú)非是兩個(gè)方面： 進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，就是使負(fù)荷減少敏感程度，這不易做到。如遇該負(fù)荷的電能質(zhì)量要求特別高而單靠電力企業(yè)確實(shí)無(wú)法在短時(shí)期滿足其要求時(shí)，就必須和用戶共同采取必要措施，以降低負(fù)荷敏感程度和降低電能質(zhì)量不良程度雙管齊下克服困難。進(jìn)行電力網(wǎng)改進(jìn)，既由電力企業(yè)安裝必要的設(shè)備以抑制或抵消電力擾動(dòng)。目前主要采用的是第種方法。 2、改善電能質(zhì)量的裝置和措施很多: 以大功率電力電子器件為核心的新型裝置可以用來(lái)有效地抑制或抵消電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種短時(shí)、瞬時(shí)擾動(dòng);而常規(guī)措施則很好地適用于穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整。 電能質(zhì)量控制裝置按功能可分為以下三大類:(1)無(wú)功補(bǔ)償裝置;(2) 濾波器;(3) 著重于解決暫態(tài)電能質(zhì)量問題的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)。 3、控制策略 一旦檢測(cè)、分析出存在的有關(guān)電能質(zhì)量問題的信息,就必須采用有效的控制方法消除或抑制這些信息。采用何種控制方法與電能質(zhì)量問題類型以及控制裝置密切相關(guān)。 傳統(tǒng)方法：一些用于穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整的裝置,如并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、變壓器分接頭等都是機(jī)械式的,它們對(duì)電能質(zhì)量問題反應(yīng)速度慢、控制不精確、調(diào)節(jié)能力有限,過去一般采用手動(dòng)控制的方法。 現(xiàn)代方法：現(xiàn)在有一部分裝置采用了自動(dòng)投切的方法,其控制策略既有非常簡(jiǎn)單的開環(huán)控制,也有采用模糊控制、智能控制等現(xiàn)代控