第三章傳統(tǒng)電能質量

1、傳統(tǒng)電能質量分析與改善措施傳統(tǒng)電能質量分析與改善措施定義（描述指標）、產(chǎn)生的原因、危害和改善措施定義（描述指標）、產(chǎn)生的原因、危害和改善措施供電電壓偏差供電電壓偏差100%reNNUUUU電壓偏差產(chǎn)生的原因電壓偏差產(chǎn)生的原因 2USZ1ULZ PCC P+jQ 圖中圖中 為供電系統(tǒng)的無限大電源母線電壓，即開路電壓；為供電系統(tǒng)的無限大電源母線電壓，即開路電壓；U2為公共連接點（為公共連接點（PCC）的母線電壓；）的母線電壓； 為為PCC的系統(tǒng)的系統(tǒng)阻抗，阻抗， 為負荷阻抗；為負荷阻抗；PjQ 為負荷的復功率。為負荷的復功率。0USZRjXLZZU1UU2UIHURUXURjX設設*2SPjQUI

2、220UU*22SPjQIUU負載的復功率為負載的復功率為所以線路中的電流相量為所以線路中的電流相量為線路首末端的相量差，即線路的電壓降為線路首末端的相量差，即線路的電壓降為12()UUUI RjX22ZHPRQXPXQRUjUjUUU ,ZHUU分別稱為電壓降分別稱為電壓降 的縱向和橫向分量的縱向和橫向分量U線路首末端電壓有效值之差，即電壓損失線路首末端電壓有效值之差，即電壓損失2PRQXUU12UUU一般來說線路兩端電壓的相角差很小，電壓降的橫向分量對一般來說線路兩端電壓的相角差很小，電壓降的橫向分量對電壓損失影響不大，可將縱向分量近似看成電壓損失，即電壓損失影響不大，可將縱向分量近似看成

3、電壓損失，即110kV及以上電壓等級輸電線路，其電抗遠大于電阻，因及以上電壓等級輸電線路，其電抗遠大于電阻，因此無功功率對電壓損失的影響遠大于有功功率，即此無功功率對電壓損失的影響遠大于有功功率，即2QXUU由以上分析可見：由以上分析可見：系統(tǒng)無功功率不平衡（無功電源不足或過剩、分配與分布系統(tǒng)無功功率不平衡（無功電源不足或過剩、分配與分布不合理，如負荷與出力變化、運行方式和網(wǎng)絡結構變化等）不合理，如負荷與出力變化、運行方式和網(wǎng)絡結構變化等）是造成電壓偏移標稱值的根本原因。是造成電壓偏移標稱值的根本原因。ULLjIIIsincosLLjIIIsincosLLjUIUIIUjQPSsincosLL

4、IjIIsincos)sinIRcosIX( jsinIXcosIRIZULSLSLSLSSXRUjURUXU090RUXULSLSsinIXcosIRUUPLcosIUQLsinIUQXPRUSS1002NSSUQXPR(%)d2(/)(%)100100SSSSNkR P XQRXPQdUS NUSRSXQ,P kSMVASSX/R100(%)kSQd電壓波動與無功補償容量的算例電壓波動與無功補償容量的算例當無功功率以當無功功率以Mvar為單位，短路容量用為單位，短路容量用MVA表示，則表示，則kSQd(%)例如，一個容量為例如，一個容量為200Mvar的電容器組投入運行，接入點短路容量為的

5、電容器組投入運行，接入點短路容量為10000MVA，則會引起，則會引起 2的電壓波動。的電壓波動。又如，一個母線的電壓波動為又如，一個母線的電壓波動為3，該點短路容量等于，該點短路容量等于5000MVA，則，則為此安裝的抑制電壓波動的無功補償容量為：為此安裝的抑制電壓波動的無功補償容量為： 150Mvar。注意到，上例中注意到，上例中150MVA說明感性無功和容性無功補償?shù)幕パa作用。說明感性無功和容性無功補償?shù)幕パa作用。還需注意到，電容補償?shù)墓逃腥秉c：其還需注意到，電容補償?shù)墓逃腥秉c：其補償容量與接入點電壓的平方成補償容量與接入點電壓的平方成正比。因此，系統(tǒng)大量依靠電容器補償無功存在電壓穩(wěn)定的

6、脆弱性。正比。因此，系統(tǒng)大量依靠電容器補償無功存在電壓穩(wěn)定的脆弱性。功率波動性負荷一般分類功率波動性負荷一般分類電壓偏差超過允許范圍的危害電壓偏差超過允許范圍的危害電壓降低引起電力系統(tǒng)失穩(wěn)電壓降低引起電力系統(tǒng)失穩(wěn)1 1）假定電動機機械負荷為恒功率負荷，）假定電動機機械負荷為恒功率負荷，端電壓的降低導致電動機定子電流的端電壓的降低導致電動機定子電流的增加增加; ;2 2）定子電流的增加增大了輸電線上）定子電流的增加增大了輸電線上的電壓降落，迸一步降低了電動機的的電壓降落，迸一步降低了電動機的端電壓端電壓3 3）端電壓的下降引起線路電容充電無功功率的減小，使系統(tǒng)中無功更加短）端電壓的下降引起線路電

7、容充電無功功率的減小，使系統(tǒng)中無功更加短缺缺; ;4 4）電動機定子電流增加導致發(fā)電機輸出電流的增加，在發(fā)電機勵磁電流已）電動機定子電流增加導致發(fā)電機輸出電流的增加，在發(fā)電機勵磁電流已達極限不能再增加后，由于電樞反應將引起氣隙磁通的減少，導致發(fā)電達極限不能再增加后，由于電樞反應將引起氣隙磁通的減少，導致發(fā)電機內電動勢的減小，從而降低發(fā)電機端電壓，同時也減少了發(fā)電機的無機內電動勢的減小，從而降低發(fā)電機端電壓，同時也減少了發(fā)電機的無功輸出，使系統(tǒng)各節(jié)點電壓進一步降低。功輸出，使系統(tǒng)各節(jié)點電壓進一步降低。如此形成惡性循環(huán)，引起電壓的持續(xù)下降，直至電壓崩潰。如此形成惡性循環(huán)，引起電壓的持續(xù)下降，直至電

8、壓崩潰。n對經(jīng)濟運行的影響對經(jīng)濟運行的影響當線路輸送功率一定時，輸電線路和變壓器的運行電流與電壓當線路輸送功率一定時，輸電線路和變壓器的運行電流與電壓成反比，低電壓導致電流增大，系統(tǒng)的有功損耗、無功損耗、成反比，低電壓導致電流增大，系統(tǒng)的有功損耗、無功損耗、電壓損失都會增加。電壓損失都會增加。當電壓過高時電暈損耗大大增加，使系統(tǒng)運行成本明顯增加。當電壓過高時電暈損耗大大增加，使系統(tǒng)運行成本明顯增加。改善電壓偏差的措施改善電壓偏差的措施R+jX 1:K1 K2:1 P +jQ T2 T1 US L UL 以上圖單機以上圖單機- -單負荷兩極變壓器的簡單電力系統(tǒng)為例，忽略對地電容，單負荷兩極變壓器

9、的簡單電力系統(tǒng)為例，忽略對地電容，并將網(wǎng)絡參數(shù)歸算至高壓側，則并將網(wǎng)絡參數(shù)歸算至高壓側，則可見使可見使U UL L變化的措施：變化的措施：(1) (1) 調整調整U US S；(2) (2) 調整變比調整變比K K1 1、K K2 2；(3) (3) 改變功率分布改變功率分布( (以以Q Q為主為主) )；(4) (4) 改變網(wǎng)絡參數(shù)改變網(wǎng)絡參數(shù)R+jX(R+jX(以以X X為主為主) )。11221P1()()LssNRQXUU kUU kkUk方式：調節(jié)勵磁電壓方式：調節(jié)勵磁電壓適用于直接由發(fā)電機供電的小系統(tǒng)、線路不長；適用于直接由發(fā)電機供電的小系統(tǒng)、線路不長；易于實現(xiàn)逆調壓易于實現(xiàn)逆調壓

10、, , 實質上是調節(jié)系統(tǒng)中發(fā)電機的無功輸出。實質上是調節(jié)系統(tǒng)中發(fā)電機的無功輸出。缺點：缺點：發(fā)電機通過較長線路、多電壓級輸電發(fā)電機通過較長線路、多電壓級輸電, , 此時最大、最小負此時最大、最小負荷時電壓損耗之差往往大于荷時電壓損耗之差往往大于5%; 5%; 而發(fā)電機的機端負荷允許發(fā)電而發(fā)電機的機端負荷允許發(fā)電機的電壓調整范圍為機的電壓調整范圍為5%-0, 5%-0, 所以滿足不了遠方負荷的要求。所以滿足不了遠方負荷的要求。多機系統(tǒng)中多機系統(tǒng)中, , 實際上是改變發(fā)電機間無功分配實際上是改變發(fā)電機間無功分配, , 與無功備與無功備用、無功的經(jīng)濟分配有矛盾。用、無功的經(jīng)濟分配有矛盾。因此因此,

11、, 發(fā)電機調壓僅作輔助措施發(fā)電機調壓僅作輔助措施 改善電壓偏差的措施改善電壓偏差的措施利用發(fā)電機調壓利用發(fā)電機調壓改善電壓偏差的措施改善電壓偏差的措施改變變壓器變比改變變壓器變比u 普通變壓器普通變壓器u 有載調壓變壓器有載調壓變壓器條件條件: 從整個系統(tǒng)來看從整個系統(tǒng)來看, , 必須無功電源充足。變壓器本身不是無必須無功電源充足。變壓器本身不是無功電源功電源, , 當系統(tǒng)中無功電源不足時當系統(tǒng)中無功電源不足時, , 達不到調壓要求達不到調壓要求。特別注意：特別注意：當系統(tǒng)無功電源缺額較大時，系統(tǒng)電壓水平偏低。如果此當系統(tǒng)無功電源缺額較大時，系統(tǒng)電壓水平偏低。如果此時采用有載調壓變壓器進行調壓

12、，使二次測電壓升高則無功缺時采用有載調壓變壓器進行調壓，使二次測電壓升高則無功缺額將全部轉嫁到主網(wǎng)上，使主網(wǎng)電壓下降更加嚴重，甚至甚至額將全部轉嫁到主網(wǎng)上，使主網(wǎng)電壓下降更加嚴重，甚至甚至可能造成系統(tǒng)電壓崩潰可能造成系統(tǒng)電壓崩潰利用利用TVR裝置改善復雜配電網(wǎng)電壓偏差裝置改善復雜配電網(wǎng)電壓偏差 改善電壓偏差的措施改善電壓偏差的措施無功補償無功補償u 同步調相機同步調相機優(yōu)點：調節(jié)速度快；優(yōu)點：調節(jié)速度快； 雙向調節(jié)（即可發(fā)出感性無功，也可吸收感性無功）；雙向調節(jié)（即可發(fā)出感性無功，也可吸收感性無功）； 連續(xù)平滑調節(jié)。連續(xù)平滑調節(jié)。缺點：旋轉機械，維護復雜；投資較大缺點：旋轉機械，維護復雜；投資

13、較大u 并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器優(yōu)點：設計簡單；容量靈活；安全可靠；投資少；維護方便。優(yōu)點：設計簡單；容量靈活；安全可靠；投資少；維護方便。缺點：對系統(tǒng)有一定沖擊；不能連續(xù)調節(jié)。缺點：對系統(tǒng)有一定沖擊；不能連續(xù)調節(jié)。u 并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器吸收線路充電功率，抑制過電壓；有利單相重合閘。吸收線路充電功率，抑制過電壓；有利單相重合閘。并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器u靜止無功補償器靜止無功補償器（SVCSVC） 調節(jié)速度快；雙向調節(jié)；連續(xù)平滑調節(jié)；靜止器件，維護方便，調節(jié)速度快；雙向調節(jié)；連續(xù)平滑調節(jié)；靜止器件，維護方便，可靠性高?？煽啃愿?。分裂導線數(shù)分裂導線數(shù)電抗值電抗值歐歐/Km充電無功充

14、電無功Mvar/Km波阻抗波阻抗歐歐/Km自然功率自然功率MW10.460.9836176220.351.29271101530.311.45241114240.281.582211246改善電壓偏差的措施改善電壓偏差的措施改變線路參數(shù)改變線路參數(shù)采用分裂導線減小線路電抗采用分裂導線減小線路電抗線路中串聯(lián)電容器線路中串聯(lián)電容器2U1U R+jXL P+jQ -jXC 并并 補補串串 補補減少無功流動，直接減少線路有功損耗減少無功流動，直接減少線路有功損耗提高電壓水平而減少有功損耗，提高電壓水平而減少有功損耗，等容量下不如并補作用強等容量下不如并補作用強減少無功流動而減少電壓損耗，不如串減少無功

15、流動而減少電壓損耗，不如串補明顯補明顯由由X XC C上負電壓損耗抵償上負電壓損耗抵償X XL L上上的的電壓損耗，適用于電壓波動電壓損耗，適用于電壓波動頻繁、功率因數(shù)低的場合頻繁、功率因數(shù)低的場合優(yōu)點：提高線路輸送能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。優(yōu)點：提高線路輸送能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。缺點：可能引起鐵磁諧振、次同步諧振。缺點：可能引起鐵磁諧振、次同步諧振。補償系數(shù)補償系數(shù) KC=XC/XL電壓偏差的監(jiān)測與考核電壓偏差的監(jiān)測與考核電壓監(jiān)測點的設置原則：電壓監(jiān)測點的設置原則：1 1）與主網(wǎng)（）與主網(wǎng)（220kV220kV及以上）直接連接的發(fā)電廠高壓母線；及以上）直接連接的發(fā)電廠高壓母線；2 2）各級調度界面處

16、）各級調度界面處330kV330kV及以上變電所的一、二次母線，及以上變電所的一、二次母線， 220kV220kV變電所的一次或二次母線；變電所的一次或二次母線；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(jiān)測點；）具有一定代表性的用戶電壓監(jiān)測點；u 所有所有110kV110kV及以上供電的用戶；及以上供電的用戶；u 所有所有35kV35kV專線供電的用戶；專線供電的用戶；u 其它其它35kV35kV和和10kV10kV用戶中每用戶中每1 1萬萬kWkW負荷至少設一個監(jiān)測點，重負荷至少設一個監(jiān)測點，重要用戶，代表性要用戶，代表性10kV10kV

17、末端用戶；末端用戶；u 低壓用戶（低壓用戶（0.4kV0.4kV）每百臺配變至少設一個監(jiān)測點，并且應）每百臺配變至少設一個監(jiān)測點，并且應設置于重要用戶及有代表性的配電網(wǎng)首末端用戶。設置于重要用戶及有代表性的配電網(wǎng)首末端用戶。考核指標考核指標 ：電壓合格率：電壓合格率電壓合格率電壓合格率=（電壓合格時間（電壓合格時間/電壓監(jiān)測總時間）電壓監(jiān)測總時間）* * 100%100% = =（1-1-電壓超限時間電壓超限時間/ /電壓監(jiān)測總時間）電壓監(jiān)測總時間）* 100%電壓超限率電壓超限率=（電壓超限時間（電壓超限時間/電壓監(jiān)測總時間）電壓監(jiān)測總時間）* 100%A A類電壓合格率：城市類電壓合格率：

18、城市10kV10kVB B類電壓合格率：類電壓合格率：110kV110kV及及35kV35kV、63kV63kV專線供電專線供電C C類電壓合格率類電壓合格率: : 其它高壓用戶其它高壓用戶C C類電壓合格率：類電壓合格率：0.0.4kV4kV供電電壓合格率供電電壓合格率=0.5=0.5* *A+0.5A+0.5* *(B+C+D)/3(B+C+D)/3電力系統(tǒng)頻率偏差電力系統(tǒng)頻率偏差reNfffn頻率頻率 正弦量在單位時間內交變的次數(shù)稱為頻率。我國采正弦量在單位時間內交變的次數(shù)稱為頻率。我國采用用50Hz50Hz為標稱頻率。為標稱頻率。頻率偏差產(chǎn)生的原因：頻率偏差產(chǎn)生的原因：系統(tǒng)有功功率不平

19、衡是產(chǎn)生頻率偏差的根本原因。系統(tǒng)有功功率不平衡是產(chǎn)生頻率偏差的根本原因。在任意時刻，如果系統(tǒng)發(fā)電機的輸出的總有功功在任意時刻，如果系統(tǒng)發(fā)電機的輸出的總有功功率大于系統(tǒng)負荷的有功功率需求（包括輸電環(huán)節(jié)率大于系統(tǒng)負荷的有功功率需求（包括輸電環(huán)節(jié)的有功損耗）則頻率上升。反之，頻率下降。的有功損耗）則頻率上升。反之，頻率下降。頻率偏差過大的危害頻率偏差過大的危害2 2）汽輪機在低頻下運行時容易產(chǎn)生葉片共振，造成）汽輪機在低頻下運行時容易產(chǎn)生葉片共振，造成葉片疲勞損傷和斷裂。葉片疲勞損傷和斷裂。（3 3）處于低頻率系統(tǒng)中的異步電動機和變壓器其主磁）處于低頻率系統(tǒng)中的異步電動機和變壓器其主磁通會增加，勵磁

20、電流也就隨之加大，系統(tǒng)所需無功功通會增加，勵磁電流也就隨之加大，系統(tǒng)所需無功功率大為增加，導致系統(tǒng)電壓水平降低，給系統(tǒng)電壓調率大為增加，導致系統(tǒng)電壓水平降低，給系統(tǒng)電壓調整帶來困難。整帶來困難。（4 4）無功補償用電容器的補償容量與頻率成正比。當）無功補償用電容器的補償容量與頻率成正比。當系統(tǒng)頻率下降時，電容器的無功出力成比例降低。此系統(tǒng)頻率下降時，電容器的無功出力成比例降低。此時電容器對電壓的支撐作用受到削弱，不利于系統(tǒng)電時電容器對電壓的支撐作用受到削弱，不利于系統(tǒng)電壓的調整。壓的調整。（5 5）頻率偏差大使感應式電能表的計量誤差加大。頻）頻率偏差大使感應式電能表的計量誤差加大。頻率加大，感

21、應式電能表將少計電量。率加大，感應式電能表將少計電量。改善頻率偏差的措施改善頻率偏差的措施在正常運行方式下，進行頻率調整：在正常運行方式下，進行頻率調整：n一次調整：利用發(fā)電機組的調速器，對于變動幅度小（一次調整：利用發(fā)電機組的調速器，對于變動幅度?。?.10.10.50.5）、周期短（）、周期短（10s10s以內）的頻率偏差所做的調整，以內）的頻率偏差所做的調整， 投運的所有發(fā)電機組都自動參與頻率的一次調整；投運的所有發(fā)電機組都自動參與頻率的一次調整；n二次調整：利用發(fā)電機組的調頻器。對于變動幅度較大二次調整：利用發(fā)電機組的調頻器。對于變動幅度較大（0.50.51.51.5）、周期較長（）、

22、周期較長（10s10s30min30min）的頻率偏差所）的頻率偏差所做的調整。擔任二次調整任務的發(fā)電廠稱為調頻廠，擔任二做的調整。擔任二次調整任務的發(fā)電廠稱為調頻廠，擔任二次調整任務的發(fā)電機組稱為調頻機組。次調整任務的發(fā)電機組稱為調頻機組。頻率的二次調整可經(jīng)運行人員手動操作或依靠自動裝置來完頻率的二次調整可經(jīng)運行人員手動操作或依靠自動裝置來完成，分別稱為手動調頻和自動調頻。成，分別稱為手動調頻和自動調頻。在非正常運行方式下，進行頻率控制：在非正常運行方式下，進行頻率控制：可能引起頻率異常的原因：可能引起頻率異常的原因：n故障后系統(tǒng)失去大量電源或系統(tǒng)解裂后局部系統(tǒng)有功失去平衡；故障后系統(tǒng)失去大量電源或系統(tǒng)解裂后局部系統(tǒng)有功失去平衡；n氣候變化或意外災害引起負荷發(fā)生突變；氣候變化或意外災害引起負荷發(fā)生突變；n電力供應不足且缺乏負荷控制手段；電力供應不足且