電能質量治理分析基礎定義、超標影響、基礎規范、治理設備、案例分析基礎定義第一章超標影響第二章質量標準第三章治理基礎第四章目錄Contents治理設備第五章案例分析第六章1基礎定義電能質量應用基礎?；A概念電力系統的組成和特點頻率有功功率電壓無功功率動態功率平衡各種干擾負荷變化運行操作故障雷擊電力系統電磁現象理想波形電能質量定義PowerQuality——電能質量（電源質量、電力質量、電力品質）導致用戶設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。合格電能質量的概念是指給敏感設備提供的電力和設置的接地系統是都適合于該設備正常工作的。在電力系統中某一指定點上電的特性，這些特性可根據預定的基準技術參數來評價。電壓質量、電流質量、供電質量、用電質量。實際上電能質量就是供電電壓特性，即關系到供用電設備工作（或運行）的供電電壓各種指標偏離理想值（額定值或標稱值）的程度。

電能質量問題的由來

隨電力工業誕生而存在的一個傳統問題；現代用電負荷結構發生了質的變化。電力電子技術廣泛應用，家用電器普及，煉鋼電弧爐和軋機的發展等，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性引起電能質量的惡化。計算機的普及、IT產業的發展、微電子控制技術應用，智能電網和微電網發展，分布式電源大量接入，導致電能質量問題越來越嚴峻，對電能質量要求越來越高。例如：一個計算中心失電2s就可能破壞幾十個小時數據處理結果，導致幾十萬美元損失。

電能質量問題的特點時空差異電能質量在空間上和時間上均處于動態變化之中。對于不同的供（或用）電點在不同的供（或用）電時刻電能質量指標是不同的供用雙方需要供、用電雙方共同合作維護2超標影響電能質量問題的影響（1）（1）供電電壓偏差照明設備的發光和壽命；（a）白熾燈；（b）熒光燈電能質量問題的影響（1）電動機的力矩、轉速、發熱、工效以及產品質量（圖3）變壓器的發熱、溫升、損耗；并聯電容器無功出力、壽命；家用電器如電視機的視感、壽命；電子計算機和控制設備不正常；電能質量問題的影響（1）電能質量問題的影響（1）電動機轉速變化，影響紡織、造紙等產品質量；傳動機械出力變化，影響生產效率；對測量、控制和計時等電子設備精度和性能影響；使感應式電能表計量誤差加大；影響發電機和電力系統安全；當頻率下降到45～46Hz時，會導致發電機的電動勢下降，全系統的電壓水平大為降低，可能出現電壓崩潰現象。發生頻率或電壓崩潰，會使整個系統瓦解，造成大面積停電。

電力系統頻率偏差電能質量問題的影響（1）（3）諧波非線性負載產生諧波；頻率是50Hz的整數倍；除絕對的正弦/余弦波外，任何其他波形均含諧波，如：方波，矩形波電能質量問題的影響（1）（3）諧波產生電子開關型:各種交直流換流裝置、變頻裝置鐵磁飽和型:各種鐵芯設備,如變壓器、電抗器等，其鐵磁飽和特性呈現非線性電弧型:各種煉鋼電弧爐、交流電弧焊機電能質量問題的影響（1）（3）諧波超標干擾繼電保護、自動裝置和計算機系統；供電波形產生畸變，精密設備工作異常；使測量和計量儀器（感應式電度表）、儀表誤差加大；降低信號傳輸質量，干擾通信系統；增加電力網中諧振可能性，誘發過電壓或過電流的危害；（電容出現問題）減少設備（變壓器、電動機）的使用壽命。電能質量問題的影響（1）（3）諧波超標降低電力設備的利用率，使電氣設備（如旋轉電機、電容器、變壓器）以及導線（如低壓中性線、電纜、母排等）過載運行（發熱、振動、異常聲響等），縮短使用壽命、增加線損；降低斷路器遮斷容量。饋供給整流負荷的普通電力變壓器，其出力應相應的降低。降低值和變壓器的雜損比（即附加損耗與基本損耗之比）有關，如表3所列。電能質量問題的影響（1）（4）電壓波動和閃變原因：負荷劇烈變化引起沖擊負荷，如電機起動、電焊機、電弧爐、軋鋼機。影響：照明燈光閃爍，引起人的視覺疲勞；電視機屏幕圖像失真、擺動翻滾和亮度變化；電動機轉速不均勻、振動、異響，影響產品質量；電子計算機、監測和控制設備等工作不正常電能質量問題的影響（1）（5）三相電壓不平衡

原因:電力線負荷的增減、不平衡設備機器的增設等因素造成特定的單相重負荷。因此，產生電壓、電流波形的變形，電壓下降和逆相電壓電能質量問題的影響（1）2.3超標的危害（5）三相電壓不平衡電機附加發熱，并引起二倍頻的附加振動力矩使電機負載能力降低（圖5、表4）；電能質量問題的影響（1）（5）三相電壓不平衡引起以負序分量為啟動元件的多種保護誤動作；換流設備產生附加的諧波電流（非特征諧波）；變壓器負載能力下降；在低壓配電線路中，引起照明燈的壽命縮短或燒損、電視機損壞、中性線過負荷等；引起線損及線路電壓損失增大；電能質量問題的影響（1）（6）暫時過電壓和瞬態過電壓使設備絕緣破壞，引發事故（7）電壓暫降（包括短時中斷）引起變速驅動裝置（ASD）跳閘、程序邏輯控制器（PLC）損壞、各種數字式自動控制裝置誤動、計算機系統失常，數據丟失；導致相關加工生產線（例如塑料、玻璃、石化、紡織、造紙、半導體以及橡膠等）停頓，大型場所照明失電（例如鏑燈，燈滅后需冷卻好幾分鐘后才能啟動）等等。電能質量問題的影響（1）電能質量問題的影響（1）電能質量問題的影響（1）（8）電壓波形缺口由變流裝置換相過程造成的電壓波形缺口可能影響交流裝置的同步或以電壓過零進行控制的電子裝置正常工作。注意，電壓缺口雖然屬于波形畸變，但不能用諧波分析來說明它的影響。一般用缺口的深度和面積描述。3質量標準點擊此處添加標題為了適應電力市場發展，我國于1995年通過了《電力法》，并于1996年4月1日起實施。有關電能質量方面，《電力法》規定：“供電企業應當保證供給用戶的供電質量符合國家標準”（第二十八條），“上網電價實行同網同質同價”（第三十七條）。這些規定為電能質量市場運作提供了基本準則?！峨娏Ψā分邢嚓P規定已發布的GB系列國家電能質量標準GB/T

14549-93《電能質量

公用電網諧波》；GB/T

12325-2008

《電能質量

供電電壓偏差》；GB/T

15945-2008

《電能質量

電力系統頻率偏差》；GB/T

12326-2008

《電能質量

電壓波動和閃變》；GB/T

15543-2008

《電能質量

三相電壓不平衡》；GB/T30137-2013

《電能質量電壓暫降與短時中斷》；GB/T

24337-2009

《電能質量

公用電網間諧波》；GB/T

18481-2001

《電能質量

暫時過電壓和瞬態過電壓》。已發布的電能質量治理裝置的國家標準GB/T

20297-2006

《靜止無功補償裝置(SVC)現場試驗》；GB/T

20298-2006

《靜止無功補償裝置(SVC)功能特性》；GB/T

15576-2008

《低壓成套無功功率補償裝置》；GB/T

26868-2011

《高壓濾波裝置設計與應用導則》；GB/T

22582-2008

《電力電容器低壓功率因數補償裝置》；GB/T

50227-2008

《并聯電容器裝置設計規范》；GB/T

25839-2010

《

零過渡過程低壓動態無功補償裝置》；GB/T

26870-2011

《濾波器和并聯電容器在受諧波影響的工業交流電網中的應用》。公用電網電能質量主要規定和限值

公用電網電能質量主要規定和限值

公用電網電能質量主要規定和限值

（1）整數次諧波：40次諧波以下的總畸變率（THD）不超過8%，且各次諧波上限均有明確規定。

（2）間諧波：缺乏公認的實驗數據，未作規定（但IEC61000-2-4規定一般限值為0.2%）

公用電網電能質量主要規定和限值

公用電網電能質量主要規定和限值

說明：①暫時過電壓包括工頻過電壓和諧振過電壓。瞬態過電壓包括操作過電壓和雷擊過電壓；②工頻過電壓1.0p.u.=Um/3。諧振過電壓和操作過電壓1.0p.u.=2Um/3；③還對空載線路分閘過電壓、斷路器開斷并聯補償裝置及變壓器等瞬態過電壓限值作出了規定。

公用電網電能質量主要規定和限值

4治理基礎電能質量控制技術電能質量控制技術：改善輸配電網電能質量的技術。電能質量控制技術包括用戶定制電力（CustomPower,CP）技術和柔性交流輸電系統（FlexibleACTransmissionSystems,FACTS）技術。

CP技術：CP技術是面向配電系統的，其主要功能是提高用戶端供電的可靠性和電能質量。FACTS技術：FACTS技術是針對輸電系統的，其基本作用是控制輸電系統中的潮流和提高輸電線路的輸送能力，以保證輸電系統的穩定性和電能質量。展望未來：CP技術和FACTS技術的概念是二十世紀八十年代末被提出來的，兩者都是電力電子技術在電力系統中的應用，它們代表了電力系統技術的一個主要發展方向，其應用將會越來越廣泛。電能質量控制設備：改善電網電能質量的設備。電能質量控制工程：集成電能質量技術和相關設備構成較大規模的用于改善電網電能質量的人造系統。電能質量控制技術電能質量控制工程系統仿真設計方法：建立在對象整個供配用電特性大尺度宏觀層次工程科學模型基礎上的系統仿真設計方法。電能質量控制工程系統仿真設計是電能質量控制工程中最重要的基礎工作。電能質量控制工程系統仿真設計的主要內容：收集整理對象的供配用電資料；確定電能質量考核點及考核內容；電能質量限值計算；用戶電能質量干擾計算；電能質量控制系統構成設計與參數計算；電能質量控制系統仿真及優化。電能質量控制工程系統仿真設計的用途：

電能質量治理公司設計并優化電能質量控制工程；電網公司或電力用戶校核電能質量控制工程的設計；配電網重構的安全穩定運行校核和參數優化；配電網故障診斷分析及解決方案仿真；

電能質量控制技術——術語電力濾波與無功補償裝置（PFRC）powerfilterandreactivepowercompensator將電力信號中特定波段頻率濾除或者向電力系統提供無功功率的裝置。串聯型電力濾波與無功補償裝置（SPFRC）series

powerfilterandreactivepowercompensator串聯在供電線路中的電力濾波與無功補償裝置。基于阻抗補償的串聯電力濾波與無功補償裝置（SPFRC-IC）seriespowerfilterandreactivepowercompensatorbasedonimpedancecompensation通過串聯在電力線路中的無源阻抗單元實現對電力線路阻抗特性補償的電力濾波與無功補償裝置。阻波器（TRAP）阻止高頻載波信號進入開關站或分支線電力設備的電氣設備。

電能質量控制技術——術語晶閘管可控串聯補償器（TCSC）thyristorcontrolledseriescompensator一種容性電抗補償器，它由一個串聯電容器組并上一個晶閘管控制電抗器組成，用以提供平穩變化的串聯容性電抗?；诠β恃a償的串聯電力濾波與無功補償裝置（SPFRC-PC）seriespowerfilterandreactivepowercompensatorbasedonpowercompensation通過串聯在電力線路中的電壓源實現對電力線路功率特性補償的電力濾波與無功補償裝置。靜止同步串聯補償器（SSSC）staticsynchronousseriescompensator一種沒有外部電源供電的、作為串聯方式運行的靜止同步無功補償設備。動態電壓恢復器（DVR）dynamicvoltagerestorer一種串聯在電力線路中動態受控的電壓源，采用適當的控制方法可以使該電壓源輸出抵消電力系統擾動對負荷電壓造成的不良影響，如電壓暫降、電壓不平衡及諧波等。電能質量控制技術——術語開關控制型動態電力濾波與無功補償裝置（SW-DPFRC）switcheddynamicpowerfilterandreactivepowercompensator無功補償量隨考核點的無功變化而階梯式變化的電力濾波與無功補償裝置。晶閘管投切電容器（TSC）thyristorswitchedcapacitor通過控制晶閘管導通與關斷控制電容器組的容性無功，以平衡系統中的感性無功的裝置。晶閘管投切電容器-靜止無功補償器（TSC-SVC）thyristor

switchedcapacitor?staticvarcompensator由TSC和FC組合而成的靜止無功補償裝置。晶閘管投切電抗器（TSR）thyristorswitchedreactor通過控制晶閘管閥導通與關斷控制電抗器的感性無功，以平衡系統中的容性無功的裝置。電能質量控制技術——術語晶閘管投切電抗器-靜止無功補償器（TSR-SVC）thyristorswitchedreactor?staticvarcompensator由TSR和FC組合而成的靜止無功補償裝置。連續控制型動態電力濾波與無功補償裝置（CNT-DPFRC）continuousdynamicpowerfilterandreactivepowercompensator無功補償量隨考核點的無功變化而連續變化的電力濾波與無功補償裝置。晶閘管控制電抗器（TCR）thyristorcontrolledreactor通過晶閘管導通角變化連續控制電抗器的感性無功，以平衡系統中的容性無功的裝置。晶閘管控制電抗器-靜止無功補償器（TCR-SVC）thyristorcontrolledreactor?staticvarcompensator由TCR和FC組成的靜止無功補償裝置。磁控電抗器（MCR）magneticallycontrolledreactor利用磁控原理連續控制電感值的電抗器裝置。磁控電抗器-靜止無功補償器（MCR-SVC）magneticallycontrolledreactor?staticvarcompensator由MCR和FC組成的靜止無功補償裝置。電能質量控制技術——體系電能質量控制技術——體系5治理設備46常用無源濾波和無功補償裝置，由下圖示的三種濾波器組合而成。常用無源濾波器

電能質量治理設備----無源濾波裝置47無源濾波器由LC等被動元件組成，將其設計為某頻率下極低阻抗，對相應頻率諧波電流進行分流，其行為模式為提供被動式諧波電流旁路通道；而有源濾波器由電力電子元件和DSP等構成的電能變換設備，檢測負載諧波電流并主動提供對應的補償電流，補償后的源電流幾乎為純正弦波，其行為模式為主動式電流源輸出。無源濾波器只能濾除某頻率范圍內的諧波；但完全可以解決系統中的諧波問題，解決企業用電過程中的實際問題，且可以達到國家電力部門的標準；有源濾波器可動態濾除特定次數的諧波。優點：由于無源濾波器具有結構簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低等優點，至今仍是被廣泛應用諧波治理方法。電能質量治理設備----無源濾波裝置動態電壓恢復器是帶有儲能裝置的串聯補償裝置。應用現代電力電子技術可以實現電能質量的控制。原理是：在電源和負載之間串聯一只補償變壓器，通過補償變壓器的初級線圈的逆變器向負載側提供同頻、鎖相、幅值可變的補償電壓保持輸出電壓的穩定。優點：相應速度快缺點：電壓跌落50%或電壓中斷，DVR無能為力。電能質量治理設備----動態電壓恢復器（DVR）dynamicvoltagerestorer功能特點：1、抑制動態和穩態的電壓跌落、浪涌、閃變2、具有良好的動態電壓補償能力3、可以有效抑制諧波、三相不平衡，提高電能質量

不間斷電源（UPS）能夠有效的改善下列供電異常情況：開關瞬態（亦稱暫態，由電氣設備開關或放電造成的電壓偏差，有時可高達20000伏。）線噪（因線路屏蔽差而引入的射頻或電磁干擾）頻率漂移（發電機不穩定造成的電網頻率偏差）諧波、短時停電、壓降。持續欠壓、持續過壓電能質量治理設備----不間斷電源（UPS）UninterruptiblePowerSystem/UninterruptiblePowerSupply優點：電壓補償范圍寬，能夠補償短時電壓跌落；也能補償電壓短時中斷。缺點：投入比較大，特別是大容量時；

調壓調容并聯電容器裝置由調壓器、控制器及屏體、常規并聯電容器裝置組成。裝置通過調節調壓器有載分接開關來調節其輸出電壓，來改變電容器裝置的端電壓，進而改變裝置輸出的無功功率。可實現9檔輸出，電壓調節范圍為(100-60)%Un，容量調節范圍為(100一36)%Qn。電能質量治理設備----并聯電容器shuntcapacitor對現存的供電半徑超限的10千伏線路，采取加裝10千伏線路調壓器等技術措施提升線路末端電壓。電能質量治理設備----線路調壓器對供電半徑長、線損率高、電壓質量差的10千伏架空線路，尤其是功率因數低、動力負荷比重大、存在重負荷啟停電壓波動問題的線路，加裝線路串補裝置。電能質量治理設備----線路串補裝置SVC是一種可以控制的無功功率補償裝置。SVC與一般并聯電容器補償裝置的區別是能夠跟蹤電網或負荷的波動無功，進行隨機性造時補償，從而維持電壓穩定。SVC可以對不平衡負載進行分相補償，已被廣泛應用于電力系統。電能質量治理設備----靜止無功補償裝置（SVC）StaticVarCompensatory優點：容量大、成本低、響應速度快、連續調節、分相補償。缺點：含有較多的電抗器和電容器，體積大。電能質量治理設備----靜止無功發生器（SVG）SVG的基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。SVG主要由主電路、控制電路、驅動電躋等組成。功率開關器件，采用具有自關斷能力的開關器件IGBTSVG類似于SVC。與SVC相比：采用橋式變流電路，體積更小、費用更低。電能質量治理設備----有源電力濾波器（APF）有源電力濾波器，是采用現代電力電子技術和基于高速DSP器件的數字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。ActivePowerFilter優點：可動態濾除各次諧波，對系統內的諧波能夠完全吸收；不會產生諧振。缺點：造價太高；1.能抑制電壓閃變、補償三相不平衡、提高功率因數；2.濾波精度高，諧波電流濾除率可達97%以上；3.濾波范圍廣，濾波次數：2--50次諧波及間諧波；4.對負載的波動響應快，響應時間為1us；5.可多臺組合擴展容量;6.阻尼電力系統功率振蕩；7.系統的自我保護和穩定性極強。電能質量治理設備----相間有功轉移裝置（E710）相間有功轉移裝置時采用現代高速芯片技術、數字信號處理技術和電力電子技術制成的新型三相不平衡治理治理設備。適合于配電網配變側三相不平衡治理。同時可選配治理諧波、無功補償等。優點是：體積小，選型、安裝方便，治理效果好。補償效果佳：補償后PF≥98%；裝置效率高：損耗≤3%；響應時間短：瞬時響應≤100us，完全響應≤5ms；補償功能全：連續、平滑、線性無功補償，可代替傳統分相電容；運行范圍廣：工作電壓滿足國內電網波動，電壓/頻率范圍寬；電能質量治理設備----智能臺區三相不平衡線監控系統智能臺區三相不平衡線監控系統是由智能換相新技術發展起來的新型三相不平衡治理治理設備。它融合了半導體器件與接觸器開關的優點，能夠避免接觸器開關在負荷投切瞬間產生的較大涌流和開通、關斷時間間隔長的問題,使負載用戶在負載換相投切過程中可正常供電；第n單相負載支路LN換相開關n換相開關1換相開關2換相開關3第一單相負載支路LN第二單相負載支路LN第三單相負載支路LN換相控制器GPRS服務器主站主站可選配電力載波或GPRS系統由主站（可選配）、換相控制器和換相開關三部分組成。電能質量治理設備----智能臺區三相不平衡線監控系統智能換相開關是裝置的分支和執行機構，根據配變的容量與負載的分布情況不同可靈活選擇換相開關的容量和數量。換相開關接收主控制器的換相命令進行換相操作，實現帶負載快速切換，且切換完成后基本沒有損耗；換相開關也負責采集負載電流數據，與自身的狀態信息一起通過電力載波或無線通信方式上傳給換相控制器。

CT可控硅繼電器A相輸入B相輸入C相輸入換相輸出觸發器6案例分析案例分析（1）----增加靜止同步補償器（TATCOM）的治理效果某牽引站長期存在對電網的諧波、三相不平衡污染問題，2015年3月在此牽引站內配置了一套STATCOM裝置用于電氣化鐵路綜合治理。STATCOM投入前后110kV側電流測量波形對比STATCOM投入前后110kV側三相電壓不平衡