傳統(tǒng)電能質(zhì)量

傳統(tǒng)電能質(zhì)量第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月供電電壓偏差電壓偏差的定義

供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（額定電壓）之差對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)。計(jì)算方法第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓偏差的限值：國家標(biāo)準(zhǔn)GB12325-1990《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》的規(guī)定35kV及以上（無直接用電設(shè)備）：正負(fù)偏差的絕對值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%；10kV及以下三相供電電壓：±7%；220V單相供電電壓：+7%，-10%第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓偏差產(chǎn)生的原因設(shè)某一供電系統(tǒng)以簡化單線圖表示

PCCP+jQ圖中為供電系統(tǒng)的無限大電源母線電壓，即開路電壓；U2為公共連接點(diǎn)（PCC）的母線電壓；為PCC的系統(tǒng)阻抗，為負(fù)荷阻抗；P＋jQ為負(fù)荷的復(fù)功率。I第4頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)負(fù)載的復(fù)功率為所以線路中的電流相量為線路首末端的相量差，即線路的電壓降為分別稱為電壓降的縱向和橫向分量第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月線路首末端電壓有效值之差，即電壓損失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110kV及以上電壓等級輸電線路，其電抗遠(yuǎn)大于電阻，因此無功功率對電壓損失的影響遠(yuǎn)大于有功功率，即第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月輸送距離過長，輸送容量過大，導(dǎo)線截面過小都會加大線路的電壓損失，使得受端電壓出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。表3－1我國對線路輸送距離和輸送功率的規(guī)定。其中還需要考慮到技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，如電壓等級升高對絕緣強(qiáng)度的要求，電壓等級降低對導(dǎo)線截面的要求等。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、分配與分布不合理，如負(fù)荷與出力變化、運(yùn)行方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化等）是造成電壓偏移標(biāo)稱值的根本原因。第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3－1（b）給出簡化單線電路的穩(wěn)態(tài)相量圖，圖中U為參考相量；U0為無限大電源母線電壓相量；為供電母線電壓降相量；I為負(fù)荷電流相量。習(xí)慣上規(guī)定，當(dāng)電流滯后時(shí)，負(fù)荷阻抗角，負(fù)荷電流相量可表示為其共軛相量為負(fù)荷的復(fù)功率定義為第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)，負(fù)荷電流的變動(dòng)量為由此引起供電母線電壓變動(dòng)式中，為與U同相位的電壓變動(dòng)分量，為與U相差的電壓變動(dòng)分量。供電母線電壓幅值變化可以近似地以的大小來衡量；供電母線電壓相角變化可以近似以的大小來衡量。因此可給出電壓變動(dòng)量的算式第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月已知上式中，，

于是電壓變動(dòng)量大小與各參量的關(guān)系式可寫成將上式改寫可得到供電母線電壓變動(dòng)百分值d的計(jì)算公式第10頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)一步推導(dǎo)有在工程計(jì)算中，上式中各參量單位規(guī)范為

—PCC點(diǎn)電壓標(biāo)稱值（kV）

—系統(tǒng)等值電阻和電抗（）

—負(fù)荷汲取的有功功率和無功功率變化量（MW,Mvar)

—PCC點(diǎn)短路容量（）

通常在中壓和高壓電網(wǎng)中，等值電阻遠(yuǎn)小于其等值電抗，一般

<<1，供電母線電壓變動(dòng)百分值計(jì)算公式可近似簡化為

第11頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月從上式我們可以很清楚了解到，電壓波動(dòng)值與負(fù)荷的無功功率變動(dòng)量成正比，與公共連接點(diǎn)的短路容量成反比。這是計(jì)算電壓變動(dòng)的基本公式。在實(shí)際運(yùn)行中，由于波動(dòng)性負(fù)荷功率因數(shù)低，無功功率變動(dòng)量相對較大，并且功率變化過程快，所以波動(dòng)性負(fù)荷是引起電壓波動(dòng)的主要原因。短路容量：是系統(tǒng)電壓強(qiáng)度的標(biāo)志。短路容量大（對應(yīng)于系統(tǒng)等值阻抗小），表明電網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)強(qiáng)，負(fù)荷、并聯(lián)電容和或電抗的投切不會引起電壓幅值大的變化；反之依然。第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓波動(dòng)與無功補(bǔ)償容量的算例當(dāng)無功功率以Mvar為單位，短路容量用MVA表示，則例如，一個(gè)容量為200Mvar的電容器組投入運(yùn)行，接入點(diǎn)短路容量為10000MVA，則會引起2％的電壓波動(dòng)。又如，一個(gè)母線的電壓波動(dòng)為±3％，該點(diǎn)短路容量等于5000MVA，則為此安裝的抑制電壓波動(dòng)的無功補(bǔ)償容量為：±150Mvar。注意到，上例中±150MVA說明感性無功和容性無功補(bǔ)償?shù)幕パa(bǔ)作用。還需注意到，電容補(bǔ)償?shù)墓逃腥秉c(diǎn)：其補(bǔ)償容量與接入點(diǎn)電壓的平方成正比。因此，系統(tǒng)大量依靠電容器補(bǔ)償無功存在電壓穩(wěn)定的脆弱性。第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月功率波動(dòng)性負(fù)荷一般分類負(fù)荷特性是影響電壓穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵因素，系統(tǒng)電壓的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定主要取決于負(fù)荷與電壓控制措施的實(shí)效，電壓穩(wěn)定已經(jīng)被稱為負(fù)荷穩(wěn)定。根據(jù)用電設(shè)備的工作特征和對電壓特性的影響，波動(dòng)性負(fù)荷可分為兩大類型：1）軋鋼機(jī)和絞車等負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，焊機(jī)等負(fù)荷的間歇通電，都會引起時(shí)常電壓變動(dòng)，并且是有一定規(guī)律的周期電壓變動(dòng)；2）電弧爐等波動(dòng)性負(fù)荷則會引起供電點(diǎn)出現(xiàn)連續(xù)電壓變動(dòng)，并且是無規(guī)律的隨機(jī)電壓變動(dòng)。第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓偏差超過允許范圍的危害對用電設(shè)備（照明、電動(dòng)機(jī)、電子電器等）的危害

設(shè)備運(yùn)行性能惡化，運(yùn)行效率降低，過電壓或過電流使設(shè)備壽命減少，甚至損壞電氣設(shè)備。對電網(wǎng)的危害

由于線路的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限近似與線路的電壓平方成正比。當(dāng)系統(tǒng)電壓偏低時(shí)，輸電極限功率大幅度下降，可能引起系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定問題。電壓偏低可能使得負(fù)荷無功需求加大，無功分布和補(bǔ)償失衡，進(jìn)而引起電壓不穩(wěn)定問題。電壓過高，會造成系統(tǒng)設(shè)備絕緣受損、鐵芯飽和，產(chǎn)生諧波諧振，威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行。第15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓降低引起電力系統(tǒng)失穩(wěn)1）假定電動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)荷為恒功率負(fù)荷，端電壓的降低導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)定子電流的增加;2）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(dòng)機(jī)的端電壓;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)中無功更加短缺;4）電動(dòng)機(jī)定子電流增加導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電流的增加，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流已達(dá)極限不能再增加后，由于電樞反應(yīng)將引起氣隙磁通的減少，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)電動(dòng)勢的減小，從而降低發(fā)電機(jī)端電壓，同時(shí)也減少了發(fā)電機(jī)的無功輸出，使系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)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。第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月對經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響當(dāng)線路輸送功率一定時(shí)，輸電線路和變壓器的運(yùn)行電流與電壓成反比，低電壓導(dǎo)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。當(dāng)電壓過高時(shí)電暈損耗大大增加，使系統(tǒng)運(yùn)行成本明顯增加。第17頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jī)-單負(fù)荷兩極變壓器的簡單電力系統(tǒng)為例，忽略對地電容，并將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)歸算至高壓側(cè)，則可見使UL變化的措施：(1)調(diào)整US；(2)調(diào)整變比K1、K2；(3)改變功率分布(以Q為主)；(4)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX(以X為主)。第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月方式：調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓適用于直接由發(fā)電機(jī)供電的小系統(tǒng)、線路不長；易于實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓,實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的無功輸出。缺點(diǎn)：發(fā)電機(jī)通過較長線路、多電壓級輸電,此時(shí)最大、最小負(fù)荷時(shí)電壓損耗之差往往大于5%;而發(fā)電機(jī)的機(jī)端負(fù)荷允許發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整范圍為5%-0,所以滿足不了遠(yuǎn)方負(fù)荷的要求。多機(jī)系統(tǒng)中,實(shí)際上是改變發(fā)電機(jī)間無功分配,與無功備用、無功的經(jīng)濟(jì)分配有矛盾。因此,發(fā)電機(jī)調(diào)壓僅作輔助措施

改善電壓偏差的措施—利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月改善電壓偏差的措施—改變變壓器變比

普通變壓器有載調(diào)壓變壓器條件:從整個(gè)系統(tǒng)來看,必須無功電源充足。變壓器本身不是無功電源,當(dāng)系統(tǒng)中無功電源不足時(shí),達(dá)不到調(diào)壓要求。特別注意：當(dāng)系統(tǒng)無功電源缺額較大時(shí)，系統(tǒng)電壓水平偏低。如果此時(shí)采用有載調(diào)壓變壓器進(jìn)行調(diào)壓，使二次測電壓升高則無功缺額將全部轉(zhuǎn)嫁到主網(wǎng)上，使主網(wǎng)電壓下降更加嚴(yán)重，甚至甚至可能造成系統(tǒng)電壓崩潰第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月利用TVR裝置改善復(fù)雜配電網(wǎng)電壓偏差

第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月改善電壓偏差的措施—無功補(bǔ)償

同步調(diào)相機(jī)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)速度快；雙向調(diào)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(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)機(jī)械，維護(hù)復(fù)雜；投資較大并聯(lián)電容器優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡單；容量靈活；安全可靠；投資少；維護(hù)方便。缺點(diǎn)：對系統(tǒng)有一定沖擊；不能連續(xù)調(diào)節(jié)。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。第22頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月靜止無功補(bǔ)償器（SVC）

調(diào)節(jié)速度快；雙向調(diào)節(jié)；連續(xù)平滑調(diào)節(jié)；靜止器件，維護(hù)方便，可靠性高。第23頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

一條500kV架空輸電線路，相間距離9.4米，導(dǎo)線半徑2.54厘米，幾何平均半徑2.03厘米，分裂導(dǎo)線間距45.72厘米，計(jì)算線路典型參數(shù)為分裂導(dǎo)線數(shù)電抗值歐/Km充電無功Mvar/Km波阻抗歐/Km自然功率MW10.460.9836176220.351.29271101530.311.45241114240.281.582211246改善電壓偏差的措施—改變線路參數(shù)采用分裂導(dǎo)線減小線路電抗第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月線路中串聯(lián)電容器R+jXL

P+jQ

-jXC

并補(bǔ)串補(bǔ)減少無功流動(dòng)，直接減少線路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(bǔ)作用強(qiáng)減少無功流動(dòng)而減少電壓損耗，不如串補(bǔ)明顯由XC上負(fù)電壓損耗抵償XL上的電壓損耗，適用于電壓波動(dòng)頻繁、功率因數(shù)低的場合優(yōu)點(diǎn)：提高線路輸送能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：可能引起鐵磁諧振、次同步諧振。補(bǔ)償系數(shù)KC=XC/XL第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓偏差的監(jiān)測與考核電壓監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置原則：1）與主網(wǎng)（220kV及以上）直接連接的發(fā)電廠高壓母線；2）各級調(diào)度界面處330kV及以上變電所的一、二次母線，220kV變電所的一次或二次母線；3）所有變電所的10kV母線；4）具有一定代表性的用戶電壓監(jiān)測點(diǎn)；所有110kV及以上供電的用戶；所有35kV專線供電的用戶；其它35kV和10kV用戶中每1萬kW負(fù)荷至少設(shè)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，重要用戶，代表性10kV末端用戶；低壓用戶（0.4kV）每百臺配變至少設(shè)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，并且應(yīng)設(shè)置于重要用戶及有代表性的配電網(wǎng)首末端用戶。第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月考核指標(biāo)：電壓合格率電壓合格率=（電壓合格時(shí)間/電壓監(jiān)測總時(shí)間）*100%=（1-電壓超限時(shí)間/電壓監(jiān)測總時(shí)間）*100%電壓超限率=（電壓超限時(shí)間/電壓監(jiān)測總時(shí)間）*100%A類電壓合格率：城市10kVB類電壓合格率：110kV及35kV、63kV專線供電C類電壓合格率:其它高壓用戶C類電壓合格率：0.4kV供電電壓合格率=0.5*A+0.5*(B+C+D)/3第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)頻率偏差頻率偏差的定義

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值稱為系統(tǒng)的頻率偏差。計(jì)算方法頻率

正弦量在單位時(shí)間內(nèi)交變的次數(shù)稱為頻率。我國采用50Hz為標(biāo)稱頻率。第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月頻率偏差的限值：國家標(biāo)準(zhǔn)GB15945-1995《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》的規(guī)定電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為±0.2Hz；當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)頻率偏差可放寬到±0.5Hz。頻率偏差產(chǎn)生的原因：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(shí)刻，如果系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的輸出的總有功功率大于系統(tǒng)負(fù)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。第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月頻率偏差過大的危害對用電負(fù)荷的危害

（1）產(chǎn)品質(zhì)量沒有保障。系統(tǒng)頻率變化將引起轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。（2）降低勞動(dòng)生產(chǎn)率。系統(tǒng)頻率下降使電動(dòng)機(jī)的輸出功率降低，從而影響所傳動(dòng)機(jī)械的出力，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率降低。（3）使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運(yùn)行。現(xiàn)代工業(yè)大量采用的電子設(shè)備，系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定會影響對系統(tǒng)頻率非常敏感的電子設(shè)備的工作特性，降低準(zhǔn)確度，造成誤差。

第30頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月對電力系統(tǒng)的危害（1）降低發(fā)電機(jī)組效率，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰。如果系統(tǒng)頻率減低，電動(dòng)機(jī)輸出功率將以與頻率成三次方的比例減少，當(dāng)頻率降至臨界運(yùn)行頻率45Hz以下時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的功率明顯降低。一旦發(fā)電機(jī)輸出功率減少，系統(tǒng)頻率會進(jìn)一步下降，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致系統(tǒng)因頻率崩潰而瓦解。此外，頻率下降，即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢將減少，無功功率出力降低，系統(tǒng)內(nèi)部并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)某隽σ搽S之下降，而用戶需要?jiǎng)?lì)磁用的無功功率卻增加，促使系統(tǒng)電壓隨頻率的下降而降低，威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。第31頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）汽輪機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生葉片共振，造成葉片疲勞損傷和斷裂。（3）處于低頻率系統(tǒng)中的異步電動(dòng)機(jī)和變壓器其主磁通會增加，勵(lì)磁電流也就隨之加大，系統(tǒng)所需無功功率大為增加，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平降低，給系統(tǒng)電壓調(diào)整帶來困難。（4）無功補(bǔ)償用電容器的補(bǔ)償容量與頻率成正比。當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時(shí)，電容器的無功出力成比例降低。此時(shí)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(diào)整。（5）頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差加大。頻率加大，感應(yīng)式電能表將少計(jì)電量。第32頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月改善頻率偏差的措施在正常運(yùn)行方式下，進(jìn)行頻率調(diào)整：一次調(diào)整：利用發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器，對于變動(dòng)幅度?。?.1％～0.5％）、周期短（10s以內(nèi)）的頻率偏差所做的調(diào)整，

投運(yùn)的所有發(fā)電