1、1電能質量分析與控制電能質量分析與控制2目錄目錄n電能質量概述電能質量概述n傳統電能質量分析與改善措施傳統電能質量分析與改善措施n電壓波動與閃變電壓波動與閃變3第一章第一章 電能質量概論電能質量概論 電能既是一種經濟實用、清潔方便且容易電能既是一種經濟實用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉換的能源形式，又是一種由電傳輸、控制和轉換的能源形式，又是一種由電力部門向電力用戶提供，并由供、用雙方共同力部門向電力用戶提供，并由供、用雙方共同保證質量的特殊產品。保證質量的特殊產品。4第一節第一節 概述概述 人們首先把電力系統運行中人們首先把電力系統運行中電壓和和頻率偏離偏離標稱值的多少作為檢驗電能質量的主要

2、指標。標稱值的多少作為檢驗電能質量的主要指標。 如何深入理解現代電能質量問題，如何把提高電如何深入理解現代電能質量問題，如何把提高電能質量與增強競爭意識、電力市場占有率聯系起能質量與增強競爭意識、電力市場占有率聯系起來，如何從技術、經濟和運行管理等方面加大力來，如何從技術、經濟和運行管理等方面加大力度，保證優質供電，以最小程度減少對現代工業度，保證優質供電，以最小程度減少對現代工業企業和重要電力用戶的影響，既是電力用戶需求企業和重要電力用戶的影響，既是電力用戶需求和電力系統運行給我們提出的新任務，也是信息和電力系統運行給我們提出的新任務，也是信息時代給我們提出的新挑戰。時代給我們提出的新挑戰。

3、5一、供電系統運行與電能質量的關系一、供電系統運行與電能質量的關系 1. 1.電能質量的基本要求電能質量的基本要求 為保證電能安全經濟地輸送、分配和使用，為保證電能安全經濟地輸送、分配和使用，理想供電系統的運行應具有如下基本特性：理想供電系統的運行應具有如下基本特性： （1 1）以）以單一恒定的電網標稱頻率單一恒定的電網標稱頻率（50Hz50Hz或或60Hz60Hz，我國采用，我國采用50Hz50Hz）、規定的若干電）、規定的若干電壓等級（如配電系統一般為壓等級（如配電系統一般為110kV, 35kV, 110kV, 35kV, 10kV,380V/220V10kV,380V/220V）和以正

4、弦函數波形變化的）和以正弦函數波形變化的交流電向用戶供電，并且這些運行參數不受交流電向用戶供電，并且這些運行參數不受用電負荷特性的影響。用電負荷特性的影響。 6 （2 2）始終保持）始終保持三相交流電壓和負荷電流的平衡三相交流電壓和負荷電流的平衡。用電設備汲取電能應當保證最大傳輸效率，即達用電設備汲取電能應當保證最大傳輸效率，即達到單位功率因數，同時各用電負荷之間互不干擾。到單位功率因數，同時各用電負荷之間互不干擾。 （3 3）電能的）電能的供應充足供應充足，即向電力用戶的供電不，即向電力用戶的供電不中斷，始終保證電氣設備的正常工作與運轉，并中斷，始終保證電氣設備的正常工作與運轉，并且每時每刻

5、系統中的功率供需都是平衡的。且每時每刻系統中的功率供需都是平衡的。 一、供電系統運行與電能質量的關系一、供電系統運行與電能質量的關系7一、供電系統運行與電能質量的關系一、供電系統運行與電能質量的關系 上述理想供電系統的基本上述理想供電系統的基本特性構成了供電運行對電特性構成了供電運行對電能質量的基本要求，如果能質量的基本要求，如果將其概括描述可如圖將其概括描述可如圖1-11-1所所示。示。 上圖中三個基本集合的交上圖中三個基本集合的交集之內確定了合格電能質集之內確定了合格電能質量的指標要求，是我們將量的指標要求，是我們將要闡述的供電系統電能質要闡述的供電系統電能質量的三個基本要素。圖量的三個基

6、本要素。圖1-11-1示意性地表明，這三項質示意性地表明，這三項質量指標相互間存在著緊密量指標相互間存在著緊密的依存和制約關系。的依存和制約關系。8一、供電系統運行與電能質量的關系一、供電系統運行與電能質量的關系 2. 2.電能質量的特征電能質量的特征 電能，或稱之為電產品，除了具有其他工業產品電能，或稱之為電產品，除了具有其他工業產品的基本特征之外，由于其產品形式單一，而且其的基本特征之外，由于其產品形式單一，而且其生產、輸送與消耗的全過程獨具特色，因此在引生產、輸送與消耗的全過程獨具特色，因此在引起電能質量問題的原因上、在劣質電能的影響與起電能質量問題的原因上、在劣質電能的影響與評價等方面

7、與一般產品的質量問題不同，具有以評價等方面與一般產品的質量問題不同，具有以下顯著特點：下顯著特點：9一、供電系統運行與電能質量的關系一、供電系統運行與電能質量的關系（1 1）電力系統的電能質量始終處在）電力系統的電能質量始終處在動態變化動態變化中。中。（2 2）電力系統是一個整體）電力系統是一個整體, ,其電能質量狀況相互影響。其電能質量狀況相互影響。電能不易儲存，其生產、輸送、分配和轉換直至消電能不易儲存，其生產、輸送、分配和轉換直至消耗幾乎是同時進行的。耗幾乎是同時進行的。（3 3）電能質量擾動具有潛在危害性與廣泛傳播性。）電能質量擾動具有潛在危害性與廣泛傳播性。（4 4）有些情況下用戶是

8、保證電能質量的主體部分。）有些情況下用戶是保證電能質量的主體部分。（5 5）對電力系統的電能質量指標進行綜合評估非常）對電力系統的電能質量指標進行綜合評估非常困難。困難。 （6 6）控制和管理電力系統電能質量是一項系統工程。）控制和管理電力系統電能質量是一項系統工程。10二、當代電力系統對電能質量的要求二、當代電力系統對電能質量的要求 隨著時代進步與科技的飛速發展，現代電網與隨著時代進步與科技的飛速發展，現代電網與負荷構成出現了新的變化趨勢，由此帶來的電負荷構成出現了新的變化趨勢，由此帶來的電能質量問題越來越引起電力部門和電力用戶的能質量問題越來越引起電力部門和電力用戶的高度重視。電網與負荷構

9、成出現的變化趨勢主高度重視。電網與負荷構成出現的變化趨勢主要表現在：要表現在： 11二、當代電力系統對電能質量的要求二、當代電力系統對電能質量的要求（1 1）電力系統擴張與聯網逐漸形成，系統運行）電力系統擴張與聯網逐漸形成，系統運行的安全穩定性和可靠性要求不斷提高。的安全穩定性和可靠性要求不斷提高。（2 2）在保證電力系統一定的自然壟斷特性的條）在保證電力系統一定的自然壟斷特性的條件下，引進競爭機制，實施電力市場化營運，件下，引進競爭機制，實施電力市場化營運，強化環境保護意識與提高信息管理水平已經勢強化環境保護意識與提高信息管理水平已經勢在必行。在必行。（3 3）當代電力系統與計算機技術和通信

10、技術的）當代電力系統與計算機技術和通信技術的結合更加緊密，采用高新技術（如結合更加緊密，采用高新技術（如TCSCTCSC、FACTSFACTS、HVDCHVDC、Cus-PowCus-Pow）以提高電力傳輸）以提高電力傳輸能力能力12二、當代電力系統對電能質量的要求二、當代電力系統對電能質量的要求 和實現配電自動化的趨勢方興未艾。和實現配電自動化的趨勢方興未艾。 （4 4）電力用戶為滿足其對產品的個性化、）電力用戶為滿足其對產品的個性化、多樣性生產的需求，從最大經濟利益出發，多樣性生產的需求，從最大經濟利益出發，在大功率沖擊性、非線性負荷容量迅速增長在大功率沖擊性、非線性負荷容量迅速增長的同時

11、，更大規模地采用科技含量高的器件、的同時，更大規模地采用科技含量高的器件、設備與技術。設備與技術。 13二、當代電力系統對電能質量的要求二、當代電力系統對電能質量的要求 負荷敏感度：是指負荷對電能質量問題的敏感程負荷敏感度：是指負荷對電能質量問題的敏感程度，即提供給負荷的電能質量不良時負荷能承受度，即提供給負荷的電能質量不良時負荷能承受干擾仍正常工作的能力。干擾仍正常工作的能力。 一般可將負荷分為三類：普通負荷（一般可將負荷分為三類：普通負荷（Common Common LoadLoad）、敏感負荷（）、敏感負荷（Sensitive LoadSensitive Load）和重要（要求）和重要（

12、要求嚴格的）負荷（嚴格的）負荷（Critical LoadCritical Load）。）。14二、當代電力系統對電能質量的要求二、當代電力系統對電能質量的要求 電力系統的各個部分都是相互聯系的，使用電電力系統的各個部分都是相互聯系的，使用電雙方的相互影響越來越緊密。因此，綜合協調處雙方的相互影響越來越緊密。因此，綜合協調處理電能質量問題至關重要。另外需要注意到，由理電能質量問題至關重要。另外需要注意到，由于看問題的角度不同，在導致電能質量下降的原于看問題的角度不同，在導致電能質量下降的原因與責任上，供用電雙方往往存在很大的分歧。因與責任上，供用電雙方往往存在很大的分歧。15 美國喬治動力公司

13、曾組織和實施了一項對電力美國喬治動力公司曾組織和實施了一項對電力部門和電力用戶關于電能質量問題起因的調查，部門和電力用戶關于電能質量問題起因的調查，其結果如圖其結果如圖1-21-2所示。據分析，雖然對電力市場的所示。據分析，雖然對電力市場的質量調查還存在分類方法上的不同，但是調查報質量調查還存在分類方法上的不同，但是調查報告清楚地表明，電力公司和電力用戶對引發電能告清楚地表明，電力公司和電力用戶對引發電能質量問題的原因的看法往往有很大的分歧，盡管質量問題的原因的看法往往有很大的分歧，盡管雙方都把雙方都把2/32/3的事件起因歸咎于自然因素（如雷電的事件起因歸咎于自然因素（如雷電等），但用戶仍然

14、認為電力部門在這方面的責任等），但用戶仍然認為電力部門在這方面的責任要比自我測評結果大得多。要比自我測評結果大得多。16二、當代電力系統對電能質量的要求二、當代電力系統對電能質量的要求17二、當代電力系統對電能質量的要求二、當代電力系統對電能質量的要求 綜上所述，現代電力系統結構與負荷構成的綜上所述，現代電力系統結構與負荷構成的變化是工業生產不斷發展的必然結果，有利于電變化是工業生產不斷發展的必然結果，有利于電力用戶提高生產率和獲得更大的經濟效益；同時力用戶提高生產率和獲得更大的經濟效益；同時通過采用高效的電力負荷設備，大量節約電能和通過采用高效的電力負荷設備，大量節約電能和延緩用電的需求，從

15、而節省電力建設所需的大量延緩用電的需求，從而節省電力建設所需的大量投資。投資。18三、改善電能質量的意義三、改善電能質量的意義 電能作為人們廣泛使用的能源，電能作為人們廣泛使用的能源，其應用程度是其應用程度是一個國家發展水平和綜合國力的主要標志之一。一個國家發展水平和綜合國力的主要標志之一。時至今日，電力工業面向市場經濟，引進競爭機時至今日，電力工業面向市場經濟，引進競爭機制，以求最小成本與最大效益，電能質量的優劣制，以求最小成本與最大效益，電能質量的優劣已經成為電力系統運行與管理水平高低的重要標已經成為電力系統運行與管理水平高低的重要標志，控制和改善電能質量也是保證電力系統自身志，控制和改善

16、電能質量也是保證電力系統自身可持續發展的必要條件。可持續發展的必要條件。19第二節第二節 電能質量概念、定義及分類電能質量概念、定義及分類 電能質量術語電能質量術語: :國際電氣電子工程室師協會（國際電氣電子工程室師協會（IEEEIEEE）標準化協調委員會已正式通過采用標準化協調委員會已正式通過采用“Power Quality”Power Quality”（電能質量）（電能質量）術語的決定。我國國家標準中已正術語的決定。我國國家標準中已正式更名采用國際通用的英文名稱。式更名采用國際通用的英文名稱。20一一 基本概念與定義基本概念與定義 電能質量：電能質量： 從普遍意義上講，電能質量是指優質供電

17、。從普遍意義上講，電能質量是指優質供電。 電力部門可能把電能質量定義為電力部門可能把電能質量定義為電壓、頻率的合電壓、頻率的合格率格率以及以及連續供電連續供電的年小時數，并且用統計數字的年小時數，并且用統計數字來說明電力系統是安全可靠運行的。來說明電力系統是安全可靠運行的。 電力用戶則可能把電能質量簡單定義為是否向設電力用戶則可能把電能質量簡單定義為是否向設備提供了電力。備提供了電力。21一一 基本概念與定義基本概念與定義 從工程實用角度出發，將電能質量概念進一步具從工程實用角度出發，將電能質量概念進一步具體分解并給出解釋。體分解并給出解釋。 電壓質量電壓質量。 給出實際電壓與理想電壓間的偏差

18、，給出實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。電以反映供電部門向用戶分配的電力是否合格。電壓質量通常包括壓質量通常包括電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電壓瞬變現象、電壓波動與閃變、電壓不平衡、電壓瞬變現象、電壓波動與閃變、電壓暫降（暫升）與中斷、電壓諧波、電壓陷波、欠暫降（暫升）與中斷、電壓諧波、電壓陷波、欠電壓、過電壓電壓、過電壓等。等。22一一 基本概念與定義基本概念與定義 電流質量。電流質量。 電流質量與電壓質量密切相關。電流電流質量與電壓質量密切相關。電流質量包括電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位質量包括電流諧波、間諧波或次諧

19、波、電流相位超前或滯后、噪聲等。超前或滯后、噪聲等。 供電質量。供電質量。 它包括技術含義（電壓質量和供電可它包括技術含義（電壓質量和供電可靠性）和非技術含義（供電部門對用戶投訴與抱靠性）和非技術含義（供電部門對用戶投訴與抱怨的反應速度和電力價目的透明度等）兩部分。怨的反應速度和電力價目的透明度等）兩部分。 用電質量用電質量 。 它包括電流質量和非技術含義等，它包括電流質量和非技術含義等，如用戶是否按時，如數繳納電費等。如用戶是否按時，如數繳納電費等。23二二 電能質量的分類電能質量的分類1. 1.電能質量的基本分類電能質量的基本分類 對于電能質量現象可以根據不同基礎來分類。對于電能質量現象可

20、以根據不同基礎來分類。以下介紹了近幾年國際上在電能質量現象分類和以下介紹了近幾年國際上在電能質量現象分類和特性描述等方面取得的研究成果。其中，在國際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電工界有影響的IECIEC以電磁現象及互干擾的途徑和以電磁現象及互干擾的途徑和頻率特性為基礎，引出了廣義的電磁擾動的基本頻率特性為基礎，引出了廣義的電磁擾動的基本想象分類，如表想象分類，如表1-11-1所示。所示。24二二 電能質量的分類電能質量的分類25 表表1-2給出了給出了IEEE制定的電力系統電磁現象的特制定的電力系統電磁現象的特性參數及分類。它為我們提供了一個清晰描述電性參數及分類。

21、它為我們提供了一個清晰描述電能質量及電磁干擾現象的實用工具。能質量及電磁干擾現象的實用工具。26272. 2.變化型和事件型分類變化型和事件型分類 按照電能質量擾動現象的兩個重要表現特征按照電能質量擾動現象的兩個重要表現特征變化的連續性和事件的突發性為基礎分成兩類。變化的連續性和事件的突發性為基礎分成兩類。連續型連續型 （連續出現）（連續出現）事件型事件型 （突然發生）（突然發生）圖圖1-31-3、圖、圖1-41-4所示為供電電壓幅值的概率密度函數曲所示為供電電壓幅值的概率密度函數曲線和概率分布函數曲線。線和概率分布函數曲線。282930第三節第三節 電能質量現象描述電能質量現象描述 本節中我

22、們重點對表本節中我們重點對表1-21-2中的七類現象作進一步描中的七類現象作進一步描述，以便讀者對電能質量涵蓋的內容有一個整體述，以便讀者對電能質量涵蓋的內容有一個整體的了解。的了解。31一、瞬變現象一、瞬變現象 關于瞬變現象，關于瞬變現象，IEEEStd100-1992電氣與電氣與電子標準術語詞典電子標準術語詞典有一個含義更寬、描述更簡有一個含義更寬、描述更簡單的定義：單的定義：變量的部分變化，且從一種穩態狀態變量的部分變化，且從一種穩態狀態過渡到另一種穩定狀態的過程中該變化逐漸消失過渡到另一種穩定狀態的過程中該變化逐漸消失的現象。的現象。32瞬變現象的兩種普遍類型瞬變現象的兩種普遍類型沖擊

23、和振蕩沖擊和振蕩1. 1.沖擊性瞬變現象沖擊性瞬變現象沖擊性瞬變是一種在沖擊性瞬變是一種在穩態條件下，電壓、穩態條件下，電壓、電流非工頻的、單極電流非工頻的、單極性的突然變化現象。性的突然變化現象。最常見引發其的原因最常見引發其的原因 是雷電。如圖是雷電。如圖1-5 示。示。332. 振蕩瞬變現象振蕩瞬變現象 振蕩瞬變是一種在穩態條件下，電壓、電流的非振蕩瞬變是一種在穩態條件下，電壓、電流的非工頻、有正負極性的突然變化現象。常用頻譜成工頻、有正負極性的突然變化現象。常用頻譜成分、持續時間、和幅值大小來描述其特性。其頻分、持續時間、和幅值大小來描述其特性。其頻譜分為高、中、低頻，如表譜分為高、中

24、、低頻，如表1-21-2所示。所示。高頻振蕩現象高頻振蕩現象中頻振蕩現象中頻振蕩現象低頻振蕩現象低頻振蕩現象34 圖圖1-61-6為背靠背電容器增能引起的幾千赫電流振蕩為背靠背電容器增能引起的幾千赫電流振蕩波形。波形。 35 低頻振蕩現象出現在輔低頻振蕩現象出現在輔助輸配電系統，最常見的助輸配電系統，最常見的是電容器組沖能。電壓振是電容器組沖能。電壓振蕩頻率為蕩頻率為300900赫，赫，峰值可達到峰值可達到2.0p.u.。一般。一般其典型值為其典型值為1.31.5p.u.，持續時間在持續時間在0.53周波，周波，具體情況要根據系統的阻具體情況要根據系統的阻尼程度來確定（參見圖尼程度來確定（參見

25、圖1-7）。）。36 主頻低于主頻低于300赫的振蕩赫的振蕩在配電系統中也時有在配電系統中也時有發生，通常是由鐵磁發生，通常是由鐵磁諧振和變壓器增能引諧振和變壓器增能引起的，如圖起的，如圖1-8所示。所示。37二、二、 短時間電壓變動短時間電壓變動 包括包括電壓暫降電壓暫降和和短時間電壓中斷短時間電壓中斷現象。現象。 造成電壓變動的主要原因是系統故障、大容量負造成電壓變動的主要原因是系統故障、大容量負荷啟動或電網松散連接的間歇性負荷運作。根據荷啟動或電網松散連接的間歇性負荷運作。根據所在系統條件和故障位置的不同，可能引起暫時所在系統條件和故障位置的不同，可能引起暫時過電壓或電壓跌落，甚至使電壓

26、完全損失。過電壓或電壓跌落，甚至使電壓完全損失。38二、二、 短時間電壓變動短時間電壓變動1. 1.電壓中斷電壓中斷 當電壓降到當電壓降到0.1p.u.0.1p.u.以下，且持續時間不超過以下，且持續時間不超過1min1min時，時，則認為出現了電壓中斷現象。造成電壓中斷的現則認為出現了電壓中斷現象。造成電壓中斷的現象。造成電壓中斷的原因可能是可能是系統故障、象。造成電壓中斷的原因可能是可能是系統故障、用電設備故障或控制失靈等。用電設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數電壓中斷往往是以其幅值總是低于額定值百分數的持續時間來量度的。的持續時間來量度的。39 對于有些由

27、于系統故對于有些由于系統故障造成的電壓中斷，障造成的電壓中斷，在其出現之前，既在在其出現之前，既在故障發生至保護動作故障發生至保護動作期間，可能先出現電期間，可能先出現電壓暫降，之后進入短壓暫降，之后進入短期中斷，如圖期中斷，如圖1-9（a）所示。所示。402. 2.電壓暫降電壓暫降“暫降暫降”是指工頻條件均發根值減小到是指工頻條件均發根值減小到0.10.9p.u.0.10.9p.u.之之間、持續時間為間、持續時間為0.50.5周波至周波至1min1min的短時間電壓變動的短時間電壓變動現象?，F象。暫降和驟降可以互相替換暫降和驟降可以互相替換圖圖1-101-10為發生短路故障引起的單相電壓暫降

28、的變化波為發生短路故障引起的單相電壓暫降的變化波形。形。41 圖圖1-111-11為大型電機啟為大型電機啟動對電壓的影響。動對電壓的影響。 在啟動期間，感應在啟動期間，感應電機將汲取電機將汲取6-106-10倍的倍的額定電流。額定電流。423. 3.電壓暫升電壓暫升“暫升暫升”的含義是指在工頻的含義是指在工頻條件下，電壓均方根值上條件下，電壓均方根值上升到升到1.11.11.8p.u.1.8p.u.之間、持之間、持續時間為續時間為0.50.5周波到周波到1min1min的的電壓變動現象。例如，當電壓變動現象。例如，當單相對地發生故障，非故單相對地發生故障，非故障相的電壓可能會短時上障相的電壓可

29、能會短時上升。圖升。圖1 11212給出可該情況給出可該情況下引起的電壓暫升的波形。下引起的電壓暫升的波形。43三三 長時間電壓變動長時間電壓變動 長時間電壓變動是指，在工頻條件下電壓均方根長時間電壓變動是指，在工頻條件下電壓均方根值偏離額定值，并且持續時間超過值偏離額定值，并且持續時間超過1min的電壓變的電壓變動現象。動現象。 長時間電壓變動可能時過電壓也可能欠電壓。長時間電壓變動可能時過電壓也可能欠電壓。 過電壓過電壓 欠電壓欠電壓 持續中斷持續中斷44四四 電壓不平衡電壓不平衡 電壓不平衡，時常定義為與三相電壓（或電流）電壓不平衡，時常定義為與三相電壓（或電流）的平均值的最大偏差，并且

30、用該偏差與平均值的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稱分量法來百分比表示。電壓不平衡也可利用對稱分量法來定義，即用幅負序或零序分量與正序分量的百分定義，即用幅負序或零序分量與正序分量的百分比加以衡量。圖比加以衡量。圖113給出了采用上述兩種比值給出了采用上述兩種比值表示的某一民用潰電網一周內電壓不平衡趨勢。表示的某一民用潰電網一周內電壓不平衡趨勢。4546五五 波形畸變波形畸變 波形畸變，是指電壓或電流波形偏離穩態工頻正波形畸變，是指電壓或電流波形偏離穩態工頻正弦波形的現象，可以用偏移頻譜描述其特征。波弦波形的現象，可以用偏移頻譜描述其特征。波形畸變有五

31、種主要類型，即直流偏置、諧波、間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、陷波、噪聲。 諧波畸變水平的描述方法，通常用具有各次諧波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。圖分量幅值和和相位角的頻譜表示。圖114給出給出了典型變速驅動輸入電流波形和頻譜圖。了典型變速驅動輸入電流波形和頻譜圖。4748 圖圖1 11515給出了連續直流式三相換流器的電壓陷波給出了連續直流式三相換流器的電壓陷波例子。例子。49 六六 電壓波動電壓波動 電壓波動是指電壓包絡線有電壓波動是指電壓包絡線有規則的變化或一系列規則的變化或一系列隨機電壓變動隨機電壓變動。通

32、常，其幅值并未超過。通常，其幅值并未超過ANSI C84.11995電力系統與設備電壓等級電力系統與設備電壓等級規定規定的的0.91.1p.u.范圍。范圍。IEC1000331994低壓供電系統電壓波形和閃變限值（額定電流低壓供電系統電壓波形和閃變限值（額定電流0Q0時，則時，則意味著母線意味著母線2 2的無功功率不足，需要從系統吸收無功功的無功功率不足，需要從系統吸收無功功率率Q Q。XR2PR QXUU三、電壓偏差產生的原因三、電壓偏差產生的原因73由式（由式（3-103-10）可知）可知20QXUU211UUUU211UUUU20QXUU三、電壓偏差產生的原因三、電壓偏差產生的原因無功功

33、率不平衡越嚴重，電壓偏差越大。無功功率不平衡越嚴重，電壓偏差越大。電壓偏差為負；電壓偏差為負；電壓偏差為正。電壓偏差為正。74 供配電網絡結構的不合理也能導致電壓偏差供配電網絡結構的不合理也能導致電壓偏差。供配電線路輸送距離過長，輸送容量過大，導致供配電線路輸送距離過長，輸送容量過大，導致截面過小等因素都會加大線路的電壓損失，從而截面過小等因素都會加大線路的電壓損失，從而產生電壓偏差。從此，我國對不同電壓等級的供產生電壓偏差。從此，我國對不同電壓等級的供配線路規定了合理的輸送距離和輸送容量，見表配線路規定了合理的輸送距離和輸送容量，見表 3-1 3-1 。三、電壓偏差產生的原因三、電壓偏差產生

34、的原因75表表3-1 3-1 線路的輸送距離和輸送容量線路的輸送距離和輸送容量76四、電壓偏差過大的危害四、電壓偏差過大的危害 電壓偏差過大對廣大用電設備以及電網的安電壓偏差過大對廣大用電設備以及電網的安全穩定和經濟運行都會產生極大的危害。全穩定和經濟運行都會產生極大的危害。 1 1、對用電設備的危害、對用電設備的危害 所有用戶的用電設備都是按照設備的額定電壓進所有用戶的用電設備都是按照設備的額定電壓進行設計和制造的。當電壓偏離額定電壓較大時，行設計和制造的。當電壓偏離額定電壓較大時，用電設備的運行性能惡化，不僅運行效率低，很用電設備的運行性能惡化，不僅運行效率低，很可能會由于過電壓或過電流而

35、損壞?？赡軙捎谶^電壓或過電流而損壞。77 2 2、對電網的危害、對電網的危害 輸電線路的輸送功率受功率穩定極限的限制，輸電線路的輸送功率受功率穩定極限的限制，而線路的靜態穩定功率極限近似與線路的電壓平而線路的靜態穩定功率極限近似與線路的電壓平方成正比。方成正比。 系統運行電壓偏低時系統運行電壓偏低時 缺乏無功電源時缺乏無功電源時 頻率穩定和電壓穩定破壞時頻率穩定和電壓穩定破壞時 系統運行電壓過高系統運行電壓過高造成系統解列導致電壓崩潰也會威脅系統的安全運行給生產生活到來損失四、電壓偏差過大的危害四、電壓偏差過大的危害78五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施 電力系統分布廣，節點數目多

36、。系統運行時，電力系統分布廣，節點數目多。系統運行時，電壓隨節點位置、負荷水平不斷發生變化。可以電壓隨節點位置、負荷水平不斷發生變化?？梢哉f，電壓水平的控制既有局域性，又有全局性；說，電壓水平的控制既有局域性，又有全局性；既于網絡規劃有關，又與運行控制密不可分。保既于網絡規劃有關，又與運行控制密不可分。保證電力系統各節點電壓正常水平的充分必要條件證電力系統各節點電壓正常水平的充分必要條件是系統具備是系統具備充足的無功功率電源，充足的無功功率電源，同時采取同時采取必要必要的調壓手段的調壓手段。79 現以圖現以圖3-23-2為例，說明各種調壓措施所依據的基為例，說明各種調壓措施所依據的基本原理。本

37、原理。 為簡化起見，忽略系統各元件的對地電容，網絡為簡化起見，忽略系統各元件的對地電容，網絡阻抗已歸算至高壓側。阻抗已歸算至高壓側。 五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施80負荷接入點電壓可表示為負荷接入點電壓可表示為 (3-11)(3-11) 式中式中 歸算至高壓側網絡的電壓損失歸算至高壓側網絡的電壓損失kVkV； 高壓側網絡標稱電壓，高壓側網絡標稱電壓，kVkV。UNU112211()()LssNPR QXUU kUU kkUk五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施81五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施 公式（公式（3-113-11）表明）表明: :改變以下各量即可

38、調整負荷接入改變以下各量即可調整負荷接入節點的電壓節點的電壓U UL L。 （1 1）改變系統無功功率的分布；）改變系統無功功率的分布； （2 2）改變發電機端電壓）改變發電機端電壓U US S； （3 3）改變變壓器變比）改變變壓器變比K K1 1，K K2 2。 （4 4）改變輸電網絡的參數）改變輸電網絡的參數X X。 下面從電力系統無功功率電源和調壓手段兩方面對下面從電力系統無功功率電源和調壓手段兩方面對電壓偏差的改善措施作詳細的介紹。電壓偏差的改善措施作詳細的介紹。121()LsNPRQXUU kUk82（一）配置充足的無功功率電源（一）配置充足的無功功率電源 電力系統中的無功功率損耗

39、很大一部分是線路電力系統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大于等值電阻，變壓器的無功損耗器的等值電抗遠大于等值電阻，變壓器的無功損耗也比有功損耗大得多，從而導致整個系統的無功損也比有功損耗大得多，從而導致整個系統的無功損耗遠大于有功損耗。耗遠大于有功損耗。 系統運行時僅靠發電機提供的無功功率遠遠不系統運行時僅靠發電機提供的無功功率遠遠不能滿足系統對無功功率的需要，因此必須裝設大量能滿足系統對無功功率的需要，因此必須裝設大量的無功補償設備。的無功補償設備。 電力系統的無功功率電源有同步發電機，同步

40、電力系統的無功功率電源有同步發電機，同步調相機，電容器，電抗器和靜止無功補償裝置調相機，電容器，電抗器和靜止無功補償裝置（SVCSVC）等。）等。五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施83 1 1、同步發電機、同步發電機 發電機是電力系統中唯一的有功功率電源，發電機是電力系統中唯一的有功功率電源，同時也是最基本的無功功率電源。發電機調節無同時也是最基本的無功功率電源。發電機調節無功功率的速度快且不需要額外投資，所以充分利功功率的速度快且不需要額外投資，所以充分利用發電機改善系統無功功率的平衡是一種十分經用發電機改善系統無功功率的平衡是一種十分經濟實用的調節手段，其缺點是調節能力不大。濟實

41、用的調節手段，其缺點是調節能力不大。 五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施842 2、同步調相機、同步調相機 同步調相機實質上是不帶機械負載的同步電同步調相機實質上是不帶機械負載的同步電 動動機。改變同步調相機的勵磁，可以使同步調相機機。改變同步調相機的勵磁，可以使同步調相機 工作在過勵磁或欠勵磁狀態，從而發出或吸收無功工作在過勵磁或欠勵磁狀態，從而發出或吸收無功功率。它是最早采用的無功調節設備之一。功率。它是最早采用的無功調節設備之一。 同步調相機的優點：有電壓支撐的作用、可迅速提同步調相機的優點：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。高無功功率、可吸收多余的無

42、功功率。 缺點：本身設備的有功功率損耗大、維護復雜、投缺點：本身設備的有功功率損耗大、維護復雜、投資大。所以它不是主要的無功功率調節設備。資大。所以它不是主要的無功功率調節設備。五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施853 3、電容器、電容器 作為無功功率補償用的電容器以并聯的方式接作為無功功率補償用的電容器以并聯的方式接入系統，其接線方式如圖入系統，其接線方式如圖3-33-3所示。所示。 電容器只能輸出無功功率。其產生無功功率的大電容器只能輸出無功功率。其產生無功功率的大小可表示成小可表示成 (3-12)(3-12) 式中，式中， 為電力系統角頻率；為電力系統角頻率；C C為電容器的電

43、容值。為電容器的電容值。22CQCU五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施86 電容器具有有功功率損耗小、設計簡單、容量電容器具有有功功率損耗小、設計簡單、容量組合靈活、安全可靠、運行維護方便、投資省等組合靈活、安全可靠、運行維護方便、投資省等優優點點。所以長期以來電容器一直是電力系統優先采用。所以長期以來電容器一直是電力系統優先采用的無功功率補償設備。但當系統電壓下降時，會導的無功功率補償設備。但當系統電壓下降時，會導致電壓進一步降低；當系統電壓偏高時，系統電壓致電壓進一步降低；當系統電壓偏高時，系統電壓進一步升高。這種正反饋的電壓調節特性不利于系進一步升高。這種正反饋的電壓調節特性不

44、利于系統電壓的穩定，這是電容器調壓的統電壓的穩定，這是電容器調壓的缺點缺點。五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施87 此外，這種調壓是不連續的。常規電容器采用分此外，這種調壓是不連續的。常規電容器采用分組投切的形式，每投入或切除一組電容器，可分別使組投切的形式，每投入或切除一組電容器，可分別使系統電壓跳變式升高或降低。因此，應綜合考慮系統系統電壓跳變式升高或降低。因此，應綜合考慮系統容量、電壓等級、負荷大小等因素，合理地選擇電容容量、電壓等級、負荷大小等因素，合理地選擇電容器的分組數及每組容量。器的分組數及每組容量。五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施884 4、電抗器、電抗器

45、 線路的分布電容所產生的無功功率，與電壓的線路的分布電容所產生的無功功率，與電壓的平方成正比，同時與線路的長度成正比。因此，長平方成正比，同時與線路的長度成正比。因此，長距離、高電壓等級的線路產生的充電功率不容忽視。距離、高電壓等級的線路產生的充電功率不容忽視。圖圖3-43-4是線路是線路 形等值電路。形等值電路。五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施89 圖中電容代表線路的分布電容，每個電容的電納圖中電容代表線路的分布電容，每個電容的電納為整個線路等效電納為整個線路等效電納B B的一半，即為的一半，即為 。每個電。每個電容產生的充電功率為線路總充電功率容產生的充電功率為線路總充電功率

46、的一半，即等的一半，即等于于 。當線路輕載或空載運行時，線路電。當線路輕載或空載運行時，線路電抗抗X X中的無功損耗中的無功損耗 很小，其數值可能等于或很小，其數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。為零，甚至變負。22BC22222CQBCUU23XQI XXCQQQCQ五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施90n高壓線路在輕載時，將會存在大量過剩的充電功高壓線路在輕載時，將會存在大量過剩的充電功率，從而使電壓升高。從表率，從而使電壓升高。從表3-23-2可見，高壓線路輕可見，高壓線路輕載時電壓搜升高現

47、象十分嚴重，其升高幅度已經載時電壓搜升高現象十分嚴重，其升高幅度已經大大超出了國家的有關規定。這對系統的安全運大大超出了國家的有關規定。這對系統的安全運行和用戶的正常生產構成了極大的威脅行和用戶的正常生產構成了極大的威脅。五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施915 5、靜止無功補償裝置和靜止無功發生裝置、靜止無功補償裝置和靜止無功發生裝置 基于電力電子半控器件無功補償裝置（基于電力電子半控器件無功補償裝置（SVCSVC）和基于電力電子全控器件的靜止無功發生裝置和基于電力電子全控器件的靜止無功發生裝置（SVGSVG）具有動態無功功率補償特性。與同步調相）具有動態無功功率補償特性。與同步調

48、相機一樣，它們既可以向系統輸出無功功率，也可吸機一樣，它們既可以向系統輸出無功功率，也可吸收系統的無功功率。其動態特性好，調壓速度快，收系統的無功功率。其動態特性好，調壓速度快，調壓平滑，而且可實現分相無功補償，有功功率損調壓平滑，而且可實現分相無功補償，有功功率損耗也比較小。由于他們由靜止開關元件構成，所以耗也比較小。由于他們由靜止開關元件構成，所以運行維護方便、可靠性較高。但這類設備價格普遍運行維護方便、可靠性較高。但這類設備價格普遍較高，運行經驗較欠缺。較高，運行經驗較欠缺。五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施92（二）系統調壓手段（二）系統調壓手段 電力系統是個龐大的系統，其中

49、的負荷難以計電力系統是個龐大的系統，其中的負荷難以計數，無法對其中每個節點的電壓進行監視和調整。數，無法對其中每個節點的電壓進行監視和調整。通常的做法是選擇一些通常的做法是選擇一些關鍵性的母線關鍵性的母線作為電壓監視作為電壓監視點。如果將這些母線的電壓偏差控制在允許范圍內，點。如果將這些母線的電壓偏差控制在允許范圍內，系統中的其他節點的電壓及負荷電壓就能基本滿足系統中的其他節點的電壓及負荷電壓就能基本滿足要求。這些電壓監視點稱為要求。這些電壓監視點稱為電壓中樞點電壓中樞點。一般選擇。一般選擇系統內系統內裝機容量較大的發電廠高壓母線裝機容量較大的發電廠高壓母線，容量較大容量較大的變電所低壓母線的

50、變電所低壓母線，以及，以及有大量地方負荷的發電機有大量地方負荷的發電機母線作為電壓中樞點母線作為電壓中樞點。五、改善電壓偏差的措施五、改善電壓偏差的措施931 1、電壓偏差的調整方式、電壓偏差的調整方式n中樞點的調壓方式分為三種：中樞點的調壓方式分為三種： 逆調壓逆調壓 順調壓順調壓 恒調壓恒調壓目前中樞點常用的調壓方式是目前中樞點常用的調壓方式是逆調壓逆調壓。942 2、電壓偏差的調整手段、電壓偏差的調整手段n用發電機調壓：調節自動調節勵磁裝置用發電機調壓：調節自動調節勵磁裝置n改變變壓器變比調壓：即調節變比改變變壓器變比調壓：即調節變比K K (3-13) (3-13) 普通電力變壓器除分

51、接頭外，還有普通電力變壓器除分接頭外，還有2-42-4個附加分接個附加分接頭。通過選擇分接頭，可使變壓器的變比發生改變。頭。通過選擇分接頭，可使變壓器的變比發生改變。2211NUkNU95n改變線路參數調壓改變線路參數調壓 1 1）采用分裂導線。）采用分裂導線。962 2）串聯電容器。接線圖見圖）串聯電容器。接線圖見圖3-6.3-6.根據公式根據公式3-103-10線路的電壓損失為：線路的電壓損失為：22()LCLPR Q XXPR QXUUU97串聯電容補償線路電抗的程度可用補償度串聯電容補償線路電抗的程度可用補償度KcKc來表示：來表示： (3-14)(3-14) 式中式中 X XL L

52、線路電抗，線路電抗， ； X XC C 線路串聯電容容抗，線路串聯電容容抗， 。 叫過補償，整個線路的等值阻抗呈現容性；叫過補償，整個線路的等值阻抗呈現容性； 叫欠補償，整個線路的等值阻抗呈現感性；叫欠補償，整個線路的等值阻抗呈現感性； 叫完全補償，整個線路的等值阻抗呈現阻性；叫完全補償，整個線路的等值阻抗呈現阻性；1cK ,LLXCCLXKX1,CCX1cK 1cK 98 與裝設并聯電容器相比，串聯電容器補償法的調與裝設并聯電容器相比，串聯電容器補償法的調壓效果顯著，特別適合于電壓波動頻繁、負荷功率因壓效果顯著，特別適合于電壓波動頻繁、負荷功率因數低的場合。數低的場合。 但采用串聯電容也會帶

53、來一些新問題。但采用串聯電容也會帶來一些新問題。 串聯電容與感應電動機有可能發生共振。串聯電容與感應電動機有可能發生共振。 串聯電容與變壓器也可能發生共振串聯電容與變壓器也可能發生共振。99六、電壓偏差的監測與考核六、電壓偏差的監測與考核 電壓偏差的監測與考核是評價電力系統電壓質量電壓偏差的監測與考核是評價電力系統電壓質量的重要方法，其結果也是修定無功功率和電壓曲線、的重要方法，其結果也是修定無功功率和電壓曲線、制定電網規劃和技術改造計劃的依據。制定電網規劃和技術改造計劃的依據。 電壓監測點的設置原則是：電壓監測點的設置原則是： （1 1）與主網（）與主網（220KV220KV及以上電力系統）

54、直接連接的發及以上電力系統）直接連接的發電廠高壓母線。電廠高壓母線。 （2 2）各級調度）各級調度“界面界面”處的處的330KV330KV及以上變電所的一、及以上變電所的一、二次母線，二次母線，220KV220KV變電所的二次母線或一次母線。變電所的二次母線或一次母線。100（3 3）所有變電所的）所有變電所的10KV10KV母線。母線。（4 4）具有一定代表性的用戶電壓監測點宜采用這樣的）具有一定代表性的用戶電壓監測點宜采用這樣的選取原則：選取原則： 所有所有110KV110KV及以上供電的用戶；及以上供電的用戶； 所有所有35KV35KV專線供電的用戶；專線供電的用戶； 其他其他35KV3

55、5KV用戶和用戶和10KV10KV用戶；用戶； 低壓低壓0.4KV0.4KV用戶用戶。101 電壓監測的方法是在電壓監測點安裝具有自動記電壓監測的方法是在電壓監測點安裝具有自動記錄和統計功能的錄和統計功能的“電壓監測儀電壓監測儀”。它能直接監測電壓。它能直接監測電壓的偏差，并能統計電壓合格率和電壓超限率。的偏差，并能統計電壓合格率和電壓超限率。 (3-15) (3-16)=100% = 1-100%電 壓 合 格 時 間電 壓 超 限 時 間電 壓 合 格 率（）電 壓 監 測 總 時 間電 壓 監 測 總 時 間=100%電壓超限時間電壓超限時間電壓監測總時間102 我國電力行業對電壓偏差的

56、考核是指各供電企業我國電力行業對電壓偏差的考核是指各供電企業的以下五類指標是否滿足供電企業安全文明生產達的以下五類指標是否滿足供電企業安全文明生產達標和創一流標準。標和創一流標準。（1 1）A A類電壓合格率類電壓合格率城市變電所城市變電所1010母線電壓母線電壓合格率；合格率；（2 2）B B 類電壓合格率類電壓合格率110KV110KV及以上供電或及以上供電或3535（6363）KVKV專線供電用戶的電壓合格率；專線供電用戶的電壓合格率；（3 3）C C類電壓合格率類電壓合格率其他高壓用戶的電壓合格率其他高壓用戶的電壓合格率103（4 4）D D類電壓合格率類電壓合格率0.4KV0.4KV

57、用戶的電壓合格率比；用戶的電壓合格率比；（5 5）供電綜合電壓合格率計算式為）供電綜合電壓合格率計算式為 (3-17)(3-17) 式中、和分別代表、和類式中、和分別代表、和類電壓合格率。電壓合格率。B+C+D=0.5A+0.53供電電壓合格率（）104表表3-4 3-4 我國某大城市電網我國某大城市電網20022002年供電電壓合格率統計表年供電電壓合格率統計表105第三節第三節 電力系統頻率偏差電力系統頻率偏差 頻率是電能質量最重要的指標之一。系統負荷頻率是電能質量最重要的指標之一。系統負荷特別是特別是發電廠廠用電負荷發電廠廠用電負荷對頻率的要求非常嚴格。對頻率的要求非常嚴格。要保證用戶和

58、發電廠的正常運行就必須嚴格控制系要保證用戶和發電廠的正常運行就必須嚴格控制系統頻率，使系統的頻率偏差控制在允許的范圍內。統頻率，使系統的頻率偏差控制在允許的范圍內。允許頻率偏差的大小不僅體現了電力系統運行管理允許頻率偏差的大小不僅體現了電力系統運行管理水平的高低，同時反映了一個國家工業發達的程度。水平的高低，同時反映了一個國家工業發達的程度。106一、頻率偏差的定義一、頻率偏差的定義 根據工學理論，正弦量在單位時間內交變的次數根據工學理論，正弦量在單位時間內交變的次數稱為頻率，用稱為頻率，用f f表示，單位為表示，單位為HzHz。交變一次所需的時。交變一次所需的時間稱為周期，用間稱為周期，用T

59、 T表示，單位為表示，單位為s s。頻率和周期互為倒。頻率和周期互為倒數，即數，即 f=1/T f=1/T （3-183-18） 交流電力系統是以單一恒定的標稱頻率、規定的交流電力系統是以單一恒定的標稱頻率、規定的幾種電壓等級和以正弦函數波形變化的交流電向用戶幾種電壓等級和以正弦函數波形變化的交流電向用戶供電。交流電力系統的標稱頻率分為供電。交流電力系統的標稱頻率分為50Hz50Hz和和60Hz60Hz兩兩種，我國采用種，我國采用50Hz50Hz標稱頻率（工頻）。標稱頻率（工頻）。107 不同標稱頻率的系統要實現互聯，必須通過變不同標稱頻率的系統要實現互聯，必須通過變頻調速裝置才能實現并網。頻

60、調速裝置才能實現并網。 一個常蓄結合式抽水蓄能電站的原理接線圖如圖一個常蓄結合式抽水蓄能電站的原理接線圖如圖3-73-7所示。圖中，所示。圖中，G G代表常規發電機組，其額定頻率代表常規發電機組，其額定頻率為為50Hz50Hz；G/MG/M代表抽水蓄能機組，其工作頻率為代表抽水蓄能機組，其工作頻率為30-30-80Hz80Hz。一、頻率偏差的定義一、頻率偏差的定義108圖圖3-73-7常蓄結合式抽水蓄能電站的原理接線常蓄結合式抽水蓄能電站的原理接線109 電力系統在電力系統在正常運行條件正常運行條件下，系統頻率的實際值與下，系統頻率的實際值與標稱值之差稱為系統的頻率偏差，用公示表示為標稱值之差