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?jī)蓚€(gè)方面：電壓質(zhì)量問題指會(huì)影響用戶設(shè)備正常運(yùn)行的不理想的系統(tǒng)電壓，包括電壓的閃變(Flick)、瞬時(shí)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(fù)荷給電網(wǎng)帶來(lái)的電流畸變，包括流入電網(wǎng)的諧波電流，以及無(wú)功、不平衡負(fù)荷電流、低頻負(fù)荷變化造成的電流閃變等。目前電能質(zhì)量問題主要由負(fù)荷方面引起。例如沖擊性無(wú)功負(fù)載會(huì)使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，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(dòng)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(huì)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(dòng)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(jì)，一次電能質(zhì)量的不穩(wěn)定擾動(dòng)（電壓驟降低壓90％，持續(xù)時(shí)間超過35ms），可能造成半導(dǎo)體芯片工廠約100萬(wàn)美元的損失。電壓驟降對(duì)電能質(zhì)量敏感企業(yè),如含自動(dòng)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(lái)說,較敏感的可編程控制器,在電壓低于10％時(shí),只能持續(xù)工作300ms；芯片測(cè)試儀,在電壓低于85％時(shí),測(cè)試儀停止工作，芯片主板燒毀;工業(yè)機(jī)器人在電壓低于90％時(shí),持續(xù)時(shí)間超過60ms時(shí)將跳閘。由于電壓質(zhì)量不可靠，投資商搬家的現(xiàn)象在國(guó)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(shí)監(jiān)測(cè)、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(dòng)現(xiàn)象。表現(xiàn)為電壓、電流的幅值、頻率、相位差等在時(shí)間軸上的任一時(shí)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(dòng)、諧波電壓和電流畸變、電壓陷波、主網(wǎng)載波信號(hào)干擾等。質(zhì)量評(píng)估通常采用概率統(tǒng)計(jì)方法來(lái)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(dòng)現(xiàn)象。表現(xiàn)為電壓或電流短時(shí)嚴(yán)重偏離其額定值或理想波形。如：電壓暫降、電壓短時(shí)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(píng)估時(shí)通常采用其特征量如幅值偏離了多少、事件持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短以及發(fā)生的頻率來(lái)描述。用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)以及可靠性計(jì)算來(lái)處理。電能質(zhì)量的主要問題

——短時(shí)電壓波動(dòng)(<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(shí)間為10ms~1min的短時(shí)間電壓變動(dòng)現(xiàn)象。原因：?jiǎn)蜗鄬?duì)地故障會(huì)引起非故障相的電壓短時(shí)上升、大容量甩負(fù)荷、大容量電容器組投入等?？梢杂脮荷却笮『统掷m(xù)時(shí)間來(lái)描述此現(xiàn)象。電能質(zhì)量的主要問題

——長(zhǎng)時(shí)電壓波動(dòng)（>1min）過電壓工頻下電壓均方根值超出額定值的10%，持續(xù)時(shí)間>1min的電壓波動(dòng)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(shí)間>1min的電壓波動(dòng)現(xiàn)象。持續(xù)中斷指供電電壓迅速下降為０，持續(xù)時(shí)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(fù)序或零序分量與正序分量的百分比表示）原因：三相之間負(fù)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(huì)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(huì)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(yùn)行設(shè)計(jì)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(fù)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(lái)表示。也可以用總諧波畸變率（THD）來(lái)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(yùn)行設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)，交流輸入電流從一相切換到另一相時(shí)產(chǎn)生的周期性電壓擾動(dòng)。可以用電壓頻譜來(lái)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(cè)量手段來(lái)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?cè)肼曋笌в?lt;200kHz寬帶頻譜，混疊在電力系統(tǒng)的相線、中性線或信號(hào)線中的有害干擾信號(hào)。原因：電力電子裝置、控制器、電弧設(shè)備、整流負(fù)載以及供電電源的投切等都會(huì)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(duì)電子設(shè)備如微機(jī)、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(dòng)電壓波動(dòng)指電壓包絡(luò)線有規(guī)則的變化或一系列隨機(jī)電壓波動(dòng)。（但通常其幅值并未超出規(guī)定的90%~110%額定）負(fù)荷電流的大小呈現(xiàn)快速變化時(shí)，可能會(huì)引起電壓閃變。一般用其均方根值來(lái)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(fù)荷與發(fā)電機(jī)間出現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡變化。頻率變化大小與持續(xù)時(shí)間：取決于負(fù)荷特性和發(fā)電控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)時(shí)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(fù)荷、大容量發(fā)電設(shè)備脫機(jī)）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(yùn)行性能惡化，運(yùn)行效率降低，引起過電壓（流）而損壞；運(yùn)行電壓偏低時(shí)，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(yùn)行電壓過高時(shí)，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(shí)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(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定影響產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備安全運(yùn)行；電視機(jī)亮度頻繁變化以及水平和垂直幅度擺動(dòng)；影響檢測(cè)設(shè)備正確測(cè)試（光電比色儀）；電子儀器和設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線、辦公自動(dòng)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（換相失敗）。產(chǎn)生諧波，帶來(lái)負(fù)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(duì)電力與通訊信號(hào)的干擾）電力方面：旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jì)量錯(cuò)誤。信號(hào)干擾方面：對(duì)通訊系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降；影響自動(dòng)控制，保護(hù)裝置不正確動(dòng)作；危害功率處理器自身的安全運(yùn)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(dòng)閃變?nèi)嗖粚?duì)稱諧波缺口暫態(tài)電能質(zhì)量問題電壓幅值凹陷、凸升短時(shí)中斷暫態(tài)脈沖、暫態(tài)振蕩源頭確定時(shí)間持續(xù)源頭不明時(shí)間不定源頭附近就地補(bǔ)償重點(diǎn)用戶單獨(dú)保護(hù)設(shè)置于系統(tǒng)統(tǒng)一補(bǔ)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(jìn)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(bǔ)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(wú)功功率補(bǔ)償穩(wěn)定電壓。補(bǔ)償無(wú)功。抑制電壓波動(dòng)和閃變。諧波抑制解決電壓、電流波形畸變問題。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)補(bǔ)償短時(shí)電壓跌落。儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)響應(yīng)快速的控制元件，或者在電力系統(tǒng)中實(shí)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(dòng)閃變?nèi)嗖粚?duì)稱晶閘管投切電容器（TSC）晶閘管控制電抗器（TCR）TCR+TSC靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG，ASVC，STATCOM）無(wú)功功率補(bǔ)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(dòng))閃變?nèi)嗖粚?duì)稱有源電力濾波器（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(shí)中斷)動(dòng)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(gè)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(jìn)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(bǔ)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(wú)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(shí)：電力系統(tǒng)內(nèi)所有電源輸出的有功功率=所有負(fù)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(shí)：如有功功率電源不足或負(fù)荷增大，會(huì)引起頻率下降，反之頻率會(huì)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(wú)功功率補(bǔ)償穩(wěn)定電壓抑制電壓波動(dòng)和閃變諧波抑制解決電壓、電流波形畸變問題動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)補(bǔ)償短時(shí)電壓跌落儲(chǔ)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(wú)功功率補(bǔ)償同步調(diào)相機(jī)并聯(lián)電容器靜止無(wú)功補(bǔ)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(wú)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(wú)功補(bǔ)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(wú)功。TCR提供滯后的無(wú)功，大小連續(xù)可調(diào)?？傮w上既可提供超前的無(wú)功，也可提供滯后的無(wú)功?？蛇B續(xù)動(dòng)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(wú)功。動(dòng)態(tài)投切補(bǔ)償。分級(jí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償。電能質(zhì)量控制（10/17）靜止無(wú)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(wú)功電流。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。連續(xù)可調(diào)。電能質(zhì)量控制（11/17）諧波抑制LC無(wú)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(wú)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(wú)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(duì)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(bǔ)償電壓型的諧波源?？傻刃橐粋€(gè)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(wú)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(shí)解決電壓、電流的波形問題。電能質(zhì)量控制（17/17）動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)補(bǔ)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