電能質(zhì)量控制技術(shù)交流

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電能質(zhì)量控制技術(shù)交流

第一節(jié)：電能質(zhì)量基礎(chǔ)電能質(zhì)量的現(xiàn)狀電能質(zhì)量問題可分為電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量兩個方面：電壓質(zhì)量問題指會影響用戶設(shè)備正常運行的不理想的系統(tǒng)電壓，包括電壓的閃變(Flick)、瞬時過電壓(Swell)、諧波畸變(Harmonics)、各相電壓不平衡(Unbalance)等情況；電流質(zhì)量問題指電力電子設(shè)備等非線性負荷給電網(wǎng)帶來的電流畸變，包括流入電網(wǎng)的諧波電流，以及無功、不平衡負荷電流、低頻負荷變化造成的電流閃變等。目前電能質(zhì)量問題主要由負荷方面引起。例如沖擊性無功負載會使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈波動，降低供電質(zhì)量。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，使絕緣老化，壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波還會引起電力系統(tǒng)局部發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量被放大，致使電容器等設(shè)備損壞。電能質(zhì)量的主要問題電能質(zhì)量的定義

合格的電能質(zhì)量是指：提供給敏感設(shè)備的電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)均適合于該設(shè)備正常工作；造成用電設(shè)備故障或誤動作的任何電力問題都是電能質(zhì)量問題，其表現(xiàn)為電壓、電流或頻率的偏差；電能質(zhì)量就是電壓質(zhì)量，合格的電能質(zhì)量應(yīng)當(dāng)是恒定頻率和恒定幅值的正弦波形電壓與連續(xù)供電。據(jù)統(tǒng)計，一次電能質(zhì)量的不穩(wěn)定擾動（電壓驟降低壓90％，持續(xù)時間超過35ms），可能造成半導(dǎo)體芯片工廠約100萬美元的損失。電壓驟降對電能質(zhì)量敏感企業(yè),如含自動化生產(chǎn)線企業(yè),芯片生產(chǎn)廠的影響較為嚴(yán)重.一般來說,較敏感的可編程控制器,在電壓低于10％時,只能持續(xù)工作300ms；芯片測試儀,在電壓低于85％時,測試儀停止工作，芯片主板燒毀;工業(yè)機器人在電壓低于90％時,持續(xù)時間超過60ms時將跳閘。由于電壓質(zhì)量不可靠，投資商搬家的現(xiàn)象在國內(nèi)已屢見不鮮。因此供電企業(yè)和用戶必須高度重視電能質(zhì)量，及時監(jiān)測、分析和改善電能質(zhì)量。電能質(zhì)量問題的分類按照變化的連續(xù)性和事件的突發(fā)性分類：1.變化型：指連續(xù)出現(xiàn)的電能質(zhì)量擾動現(xiàn)象。表現(xiàn)為電壓、電流的幅值、頻率、相位差等在時間軸上的任一時刻總是在發(fā)生小的變化。如：電壓幅值變化、頻率變化、電壓與電流間的相位變化、電壓不平衡、電壓波動、諧波電壓和電流畸變、電壓陷波、主網(wǎng)載波信號干擾等。質(zhì)量評估通常采用概率統(tǒng)計方法來處理。電能質(zhì)量問題的分類2.事件型：指突然發(fā)生的電能質(zhì)量擾動現(xiàn)象。表現(xiàn)為電壓或電流短時嚴(yán)重偏離其額定值或理想波形。如：電壓暫降、電壓短時間中斷、欠電壓、瞬態(tài)過電壓、階梯型電壓變化、相位跳變等。評估時通常采用其特征量如幅值偏離了多少、事件持續(xù)時間長短以及發(fā)生的頻率來描述。用概率論和數(shù)理統(tǒng)計以及可靠性計算來處理。電能質(zhì)量的主要問題

——短時電壓波動(<1min)電壓暫升指工頻條件下電壓均方根值上升到110%~180%之間，持續(xù)時間為10ms~1min的短時間電壓變動現(xiàn)象。原因：單相對地故障會引起非故障相的電壓短時上升、大容量甩負荷、大容量電容器組投入等?？梢杂脮荷却笮『统掷m(xù)時間來描述此現(xiàn)象。電能質(zhì)量的主要問題

——長時電壓波動（>1min）過電壓工頻下電壓均方根值超出額定值的10%，持續(xù)時間>1min的電壓波動現(xiàn)象。欠電壓工頻下電壓均方根值小于額定值的９0%，持續(xù)時間>1min的電壓波動現(xiàn)象。持續(xù)中斷指供電電壓迅速下降為０，持續(xù)時間>1min的現(xiàn)象。電能質(zhì)量的主要問題

——電壓不平衡電壓不平衡定義為一相電壓（流）與三相電壓（流）平均值的最大偏差，用該偏差與平均值的百分比表示。（也可以用負序或零序分量與正序分量的百分比表示）原因：三相之間負荷不平衡電能質(zhì)量的主要問題

——波形畸變波形畸變指電壓或電流波形偏離工頻正弦波形的現(xiàn)象。一般用偏離頻譜描述其特征。５種類型：

直流偏移、諧波、間諧波、陷波、噪聲。電能質(zhì)量的主要問題

——波形畸變直流偏離交流系統(tǒng)中出現(xiàn)直流電壓或電流的現(xiàn)象。原因：地磁干擾或半波整流。危害：會使交流變壓器偏磁，發(fā)生磁飽和，引起變壓器鐵芯附加發(fā)熱，縮短壽命。會引起接地極與其他電氣連接設(shè)備的電解腐蝕。電能質(zhì)量的主要問題

——波形畸變諧波把含有供電系統(tǒng)運行設(shè)計頻率（工頻）整數(shù)倍頻率的電壓或電流定義為諧波。電力系統(tǒng)中的非線性負荷是造成波形畸變的源頭?？梢杂酶鞔沃C波分量的幅值和相角來表示。也可以用總諧波畸變率（THD）來度量。電能質(zhì)量的主要問題

——波形畸變間諧波把含有供電系統(tǒng)運行設(shè)計頻率（工頻）非整數(shù)倍頻率的電壓或電流定義為間諧波。表現(xiàn)為離散頻譜或?qū)拵ьl譜。間諧波源：靜止頻率變流器、循環(huán)換流器、感應(yīng)電機和電弧設(shè)備等。電能質(zhì)量的主要問題

——波形畸變陷波電力電子裝置正常工作時，交流輸入電流從一相切換到另一相時產(chǎn)生的周期性電壓擾動?？梢杂秒妷侯l譜來表述，但由于陷波的相關(guān)頻率相當(dāng)高，很難用習(xí)慣的測量手段來反映其特征，多數(shù)情況下按特殊情況處理。陷波的大小與系統(tǒng)阻抗密切相關(guān)電能質(zhì)量的主要問題

——波形畸變噪聲指帶有<200kHz寬帶頻譜，混疊在電力系統(tǒng)的相線、中性線或信號線中的有害干擾信號。原因：電力電子裝置、控制器、電弧設(shè)備、整流負載以及供電電源的投切等都會產(chǎn)生噪聲。由于接地線配置不當(dāng)，未能將噪聲抑制。危害：對電子設(shè)備如微機、PLC等正常工作造成危害。抑制：用濾波器、隔離變壓器和電力線調(diào)節(jié)器等減緩其影響。電能質(zhì)量的主要問題

——電壓波動電壓波動指電壓包絡(luò)線有規(guī)則的變化或一系列隨機電壓波動。（但通常其幅值并未超出規(guī)定的90%~110%額定）負荷電流的大小呈現(xiàn)快速變化時，可能會引起電壓閃變。一般用其均方根值來描述。電能質(zhì)量的主要問題

——頻率變化頻率變化：電力系統(tǒng)基波頻率偏離規(guī)定正常值的現(xiàn)象。原因：負荷與發(fā)電機間出現(xiàn)動態(tài)平衡變化。頻率變化大小與持續(xù)時間：取決于負荷特性和發(fā)電控制系統(tǒng)對負荷變化的響應(yīng)時間。頻率變化現(xiàn)象如何引起？輸配電系統(tǒng)的大面積故障（大面積甩負荷、大容量發(fā)電設(shè)備脫機）電能質(zhì)量問題的危害與影響1/3電壓偏差過大的危害用電設(shè)備運行性能惡化，運行效率降低，引起過電壓（流）而損壞；運行電壓偏低時，輸電線路的功率極限大幅度降低，產(chǎn)生頻率不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致頻率崩潰和低電壓解列；運行電壓過高時，絕緣受損、帶鐵芯設(shè)備磁化飽和（產(chǎn)生諧波），引發(fā)鐵磁諧振，系統(tǒng)附加損耗加大，同時超高壓電網(wǎng)的電暈損耗加大，供電成本增加。電能質(zhì)量問題的危害與影響2/3電壓波動與閃變的危害引起照明閃爍，使人易視覺疲勞，降低工作效率和生活質(zhì)量；電動機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定影響產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備安全運行；電視機亮度頻繁變化以及水平和垂直幅度擺動；影響檢測設(shè)備正確測試（光電比色儀）；電子儀器和設(shè)備、計算機系統(tǒng)、自動化生產(chǎn)線、辦公自動化設(shè)備工作不正常；使以電壓相位角為控制指令的控制系統(tǒng)功能紊亂（換相失?。?。產(chǎn)生諧波，帶來負序分量，影響三相平衡。電能質(zhì)量問題的危害與影響3/3諧波（主要表現(xiàn)在對電力與通訊信號的干擾）電力方面：旋轉(zhuǎn)電機等設(shè)備的附加諧波損耗增加與發(fā)熱，縮短使用壽命；諧振過電壓造成電氣元件及設(shè)備的故障與損壞；電能計量錯誤。信號干擾方面：對通訊系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降；影響自動控制，保護裝置不正確動作；危害功率處理器自身的安全運行。第二節(jié)電能質(zhì)量控制技術(shù)６.1電能質(zhì)量控制技術(shù)的分類1/3穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓和電壓波動閃變?nèi)嗖粚ΨQ諧波缺口暫態(tài)電能質(zhì)量問題電壓幅值凹陷、凸升短時中斷暫態(tài)脈沖、暫態(tài)振蕩源頭確定時間持續(xù)源頭不明時間不定源頭附近就地補償重點用戶單獨保護設(shè)置于系統(tǒng)統(tǒng)一補償6.1電能質(zhì)量控制技術(shù)的分類2/3電能質(zhì)量控制技術(shù)輸電系統(tǒng)柔性交流輸電（FACTS)采用高壓直流輸電技術(shù)進行電網(wǎng)互聯(lián)配電系統(tǒng)用戶電力技術(shù)（CustomPower）用戶端用戶設(shè)備改造各種補償裝置6.1電能質(zhì)量控制技術(shù)的分類3/3用戶端電能質(zhì)量控制技術(shù)無功功率補償穩(wěn)定電壓。補償無功。抑制電壓波動和閃變。諧波抑制解決電壓、電流波形畸變問題。動態(tài)電壓恢復(fù)補償短時電壓跌落。儲能裝置削峰填谷，平衡有功，穩(wěn)定頻率。6.2電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)、電能質(zhì)量控制的關(guān)系1/4

電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展使得在電力系統(tǒng)中實現(xiàn)響應(yīng)快速的控制元件，或者在電力系統(tǒng)中實現(xiàn)響應(yīng)快速、功率適宜、能產(chǎn)生任意波形的受控電源成為可能。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用用電配電發(fā)電輸電電能質(zhì)量控制6.2電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)、電能質(zhì)量控制的關(guān)系2/4可解決的問題穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓電壓波動閃變?nèi)嗖粚ΨQ晶閘管投切電容器（TSC）晶閘管控制電抗器（TCR）TCR+TSC靜止無功發(fā)生器（SVG，ASVC，STATCOM）無功功率補償裝置6.2電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)、電能質(zhì)量控制的關(guān)系3/4可解決的問題諧波(缺口)穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓(電壓波動)閃變?nèi)嗖粚ΨQ有源電力濾波器（APF）6.2電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)、電能質(zhì)量控制的關(guān)系4/4可解決的問題電壓幅度凹陷電壓幅度凸升(短時中斷)動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）電能質(zhì)量控制（1/17）電能質(zhì)量控制措施解決矛盾的兩個方面提高發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。提高用戶終端設(shè)備容許干擾的能力。提高電能質(zhì)量，應(yīng)該是用戶、電力部門、電氣設(shè)備制造商三方面共同的責(zé)任。電能質(zhì)量控制（2/17）電能質(zhì)量控制技術(shù)輸電系統(tǒng)柔性交流輸電（FACTS)采用高壓直流輸電技術(shù)進行電網(wǎng)互聯(lián)配電系統(tǒng)用戶電力技術(shù)（CustomPower）用戶端用戶設(shè)備改造各種補償裝置電能質(zhì)量控制（3/17）電力系統(tǒng)中的有功功率與無功功率電力系統(tǒng)中有功功率與頻率的關(guān)系：有功功率平衡時：電力系統(tǒng)內(nèi)所有電源輸出的有功功率=所有負荷消耗的有功功率+輸配電網(wǎng)損耗的有功功率有功功率不平衡時：如有功功率電源不足或負荷增大，會引起頻率下降，反之頻率會升高電能質(zhì)量控制（5/17）用戶端電能質(zhì)量控制技術(shù)無功功率補償穩(wěn)定電壓抑制電壓波動和閃變諧波抑制解決電壓、電流波形畸變問題動態(tài)電壓恢復(fù)補償短時電壓跌落儲能裝置削峰填谷，平衡有功，穩(wěn)定頻率電能質(zhì)量控制（6/17）無功功率補償同步調(diào)相機并聯(lián)電容器靜止無功補償裝置(SVC)晶閘管控制電抗器(TCR)晶閘管投切電容器(TSC)飽和電抗器靜止無功發(fā)生器(SVG)電能質(zhì)量控制（7/17）并聯(lián)電容器提供固定容量的超前無功補償電能質(zhì)量控制（8/17）晶閘管控制電抗器通常與固定電容器配合。電容器提供超前的無功。TCR提供滯后的無功，大小連續(xù)可調(diào)。總體上既可提供超前的無功，也可提供滯后的無功?？蛇B續(xù)動態(tài)調(diào)節(jié)。電能質(zhì)量控制（9/17）晶閘管投切電容器提供超前的無功。動態(tài)投切補償。分級調(diào)節(jié)補償。電能質(zhì)量控制（10/17）靜止無功發(fā)生器調(diào)節(jié)逆變器交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側(cè)電流?？墒乖撾娐肺栈蛘甙l(fā)出滿足要求的無功電流。動態(tài)補償。連續(xù)可調(diào)。電能質(zhì)量控制（11/17）諧波抑制LC無源濾波器單調(diào)諧濾波器高通濾波器雙調(diào)諧濾波器有源電力濾波器并聯(lián)型串聯(lián)型與無源濾波器混合統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器——并聯(lián)型和串聯(lián)型混合電能質(zhì)量控制（12/17）LC無源濾波器單調(diào)諧濾波器高通濾波器雙調(diào)諧濾波器

單調(diào)諧濾波器對某一頻率的諧波呈現(xiàn)低阻抗，與電網(wǎng)阻抗形成分流的關(guān)系，使大部分該頻率的諧波流入濾波器。電能質(zhì)量控制（13/17）有源電力濾波器——并聯(lián)型電能質(zhì)量控制（14/17）有源電力濾波器——串聯(lián)型通常用于補償電壓型的諧波源。可等效為一個諧波電壓源。解決電壓波形問題電能質(zhì)量控制（15/17）混合型——有源濾波器和無源濾波器混合電能質(zhì)量控制（16/17）統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器并聯(lián)型有源濾波器和串聯(lián)型有源濾波器的組合。同時解決電壓、電流的波形問題。電能質(zhì)量控制（17/17）動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)補償電壓跌落。需要提供一定的有功功率。第三節(jié)電力電子與電能質(zhì)量1.1電力電子與電能質(zhì)量1.2兩大分支1.3與相關(guān)學(xué)科