第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善

第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善2023/12/28第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善1、電力系統(tǒng)的基本任務(wù)不間斷地向用戶供應(yīng)質(zhì)量（電壓和頻率）合乎規(guī)定的電能。對其性能要求通常以可靠性表征。電力系統(tǒng)可靠性是按可接受的質(zhì)量（Quality）標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量（Quantity）連續(xù)地向電力用戶提供電力和電量的能力的量度?？煽啃园ǔ湓Ｐ裕╝dequacy）和安全性（security）。一、從電力系統(tǒng)運(yùn)行特性看頻率

供電質(zhì)量的定義第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善2、電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中諸要素關(guān)系示意圖電力充裕性電力安全性（穩(wěn)定性）電力經(jīng)濟(jì)性電能質(zhì)量電能數(shù)量系統(tǒng)正常運(yùn)行電力系統(tǒng)可靠性電力充裕性電力經(jīng)濟(jì)性電力安全性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定動態(tài)穩(wěn)定設(shè)備性能調(diào)節(jié)系統(tǒng)保護(hù)與控制系統(tǒng)規(guī)劃系統(tǒng)改造運(yùn)行方式單位煤耗，線損，功率因數(shù)節(jié)能增效，市場運(yùn)行系統(tǒng)正常運(yùn)行應(yīng)滿足的2個(gè)條件：任一節(jié)點(diǎn)的P、Q必須平衡；各節(jié)點(diǎn)和各元件的基本電氣參數(shù)不應(yīng)超過允許偏差。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善3、對電力系統(tǒng)運(yùn)行三點(diǎn)基本要求的考核指標(biāo)保證可靠地連續(xù)供電---供電可靠性指標(biāo)：1)定性分類：按對可靠性的要求將負(fù)荷分為三級；2)定量考核：開展可靠性概率統(tǒng)計(jì)計(jì)算考核。

保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行---發(fā)輸兩個(gè)重要環(huán)節(jié)的考核指標(biāo)：1)煤耗率(g/kW·h)2)線損率（網(wǎng)損率）

(電力網(wǎng)絡(luò)電能損耗／電力網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)電能量)×１００％保證良好的電能質(zhì)量---國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)定：1)電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)(有功和無功電源的設(shè)置，電壓等級選擇)和運(yùn)行方式(結(jié)線方式和接地方式等)調(diào)配中的綜合保證2)電能質(zhì)量的六項(xiàng)指標(biāo)（但評估考核辦法很不健全）可靠經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善4、當(dāng)代電力系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)關(guān)注的幾個(gè)相關(guān)問題設(shè)備敏感度不同。本微不足道的電壓擾動或特性變化可能影響到控制系統(tǒng)，導(dǎo)致掉閘或誤動作。這些敏感設(shè)備相互連接在一起，連接在一個(gè)大的電網(wǎng)絡(luò)中，或一系列自動化過程中。這就意味著，整個(gè)系統(tǒng)與最敏感設(shè)備有相同的敏感度了。市場競爭環(huán)境。突出了優(yōu)質(zhì)電能的問題。電力成為產(chǎn)品和商品后，用戶逐漸成為主導(dǎo)。用戶通過買賣得到的電力所包含的任何質(zhì)量問題都不能不計(jì)算在內(nèi)了。認(rèn)識的提高。對于電力系統(tǒng)中時(shí)常出現(xiàn)的各種電力干擾現(xiàn)象，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和理論分析與探討，正在不斷深入認(rèn)識。供用雙方的相互影響與作用越來越緊密。關(guān)于電力供應(yīng)可靠與否，人們正在探索，試圖重新給出定義和具體內(nèi)容。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善

5、供電可用率（可靠率指標(biāo)－RS-1）“9s”可靠性指標(biāo)適應(yīng)場合累計(jì)年停電時(shí)間3個(gè)999.9%生活居住9h4個(gè)999.99%工廠59min5個(gè)999.999%醫(yī)院、機(jī)場5min6個(gè)999.9999%銀行32s9個(gè)999.9999999%聯(lián)網(wǎng)市場30ms99.91%8h第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善國家電網(wǎng)公司十五規(guī)劃（):供電質(zhì)量的具體內(nèi)容：電網(wǎng)頻率合格率不低于99.9%供電電壓合格率97.8%城市供電可靠率99.892%城市居民客戶端電壓合格率不低于95.5%農(nóng)村供電可靠率99%農(nóng)村居民客戶端電壓合格率不低于90%統(tǒng)計(jì)評價(jià)遵循《供電系統(tǒng)用戶供電可靠性統(tǒng)計(jì)評價(jià)規(guī)程》中RS1指標(biāo)，承諾2002年優(yōu)質(zhì)服務(wù)年供電可靠率目標(biāo)為99.98%第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善城市供電可靠率指標(biāo)見P80表３－７和３－８，一般城市或地區(qū)：99.96%------3.5h;重要城市，中心地區(qū)：99.99%------53min2002年北京供電可靠性指標(biāo)完成情況，供電可靠率：99.97%2004年仍然為99.97％，低于國際水平。而紐約、東京、香港達(dá)到99.99％以上.根據(jù)國際一流城市的要求，大中城市應(yīng)達(dá)到99.99％。按照北京奧運(yùn)規(guī)劃，2008年達(dá)到99.99％，運(yùn)動場館達(dá)到99.999％。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善5.關(guān)于電能質(zhì)量與供電可靠性

可以講，過去的電能質(zhì)量與可靠性概念是十分相似的，常常用供電質(zhì)量一言以蔽之。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)負(fù)荷幾乎都是線性的和慣性時(shí)間長，如典型設(shè)備有照明、加熱和電機(jī)等；非線性電力電子裝備數(shù)量幾乎可以忽略不計(jì)。所以，它們對短時(shí)電壓變動是沒有反映的。況且負(fù)荷之間多少是相互隔離的，自動過程幾乎不存在。傳統(tǒng)電能質(zhì)量指標(biāo)在滿足穩(wěn)態(tài)電壓偏差的條件下，供電水平如何，通常使用供電可靠性來表征．

概括而言，傳統(tǒng)負(fù)荷只在電壓長時(shí)間偏離額定電壓值或供電電壓長時(shí)間中斷時(shí)才不能正常工作。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善5.關(guān)于電能質(zhì)量與供電可靠性供電可靠性是指，供電系統(tǒng)持續(xù)供電的能力．以往在供電中斷的程度與起因等方面與電能質(zhì)量和用戶實(shí)際受電情況是分開考慮的．供電與否是以其電氣的物理連接為標(biāo)志的。如今，專家們認(rèn)為，電力供應(yīng)可靠與否應(yīng)當(dāng)以電力系統(tǒng)和電力用戶的生產(chǎn)過程保持連續(xù)正常工作，不會因受到電力干擾而中止為準(zhǔn)則．因此，供電可靠性應(yīng)包含著許多相關(guān)內(nèi)容，需要提供包括電能質(zhì)量這一重要組成部分在內(nèi)的廣泛意義上的可靠性評價(jià)報(bào)告．見6.還有一種說法，即供電可靠性是供電連續(xù)性的具體體現(xiàn)，是電能質(zhì)量的重要組成（三因素）部分之一．因此，可靠性指標(biāo)應(yīng)是電能質(zhì)量指標(biāo)體系中的有機(jī)組成部分。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供電可靠性系列指標(biāo)見P79１.供電可靠性常用指標(biāo)２.供電可靠性參考指標(biāo)第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供電中斷的性質(zhì)劃分見P81預(yù)知安排供電中斷；故障供電中斷．傳統(tǒng)意義上的供電可靠性僅限于計(jì)及長時(shí)間電壓中斷（一般只考慮持續(xù)時(shí)間為5min，個(gè)別國家規(guī)定為１min).第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善6、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定是保證電力系統(tǒng)

正常（穩(wěn)定）運(yùn)行的基本條件電力系統(tǒng)穩(wěn)定性功角穩(wěn)定性頻率穩(wěn)定性電壓穩(wěn)定性小擾動角度穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定性短期（1／n秒）長期（n分鐘）系統(tǒng)故障無功電源損失等大擾動系統(tǒng)負(fù)荷少量變化等小擾動短期和長期現(xiàn)象電壓連續(xù)頻率電壓穩(wěn)定：系統(tǒng)從一個(gè)給定的初始狀態(tài)承受擾動后保持母線靜態(tài)電壓的能力。頻率穩(wěn)定：系統(tǒng)由于發(fā)電和負(fù)荷顯著不平衡或故障引起嚴(yán)重不平衡后保持系統(tǒng)靜態(tài)頻率的能力。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善二、頻率穩(wěn)定與頻率偏差

1、電力系統(tǒng)頻率的基本概念交流電系統(tǒng)運(yùn)行過程中最重要的指標(biāo)之一就是供電電壓頻率，其定義為規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)測量的基波電壓波形重復(fù)次數(shù)。從物理意義講，交流電的頻率，是與發(fā)電機(jī)組的極對數(shù)、轉(zhuǎn)速直接相對應(yīng)的電頻率:

發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速取決于機(jī)組輸入、輸出能量的平衡程度，并且受到機(jī)械慣性的制約；因此，電頻率是一個(gè)慣性量（系統(tǒng)功率振蕩的物理涵義）。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善1、電力系統(tǒng)頻率的基本概念負(fù)荷功率的增減，發(fā)電出力的變動，一直是處在動態(tài)變化中，加之電力設(shè)備的操作也時(shí)有發(fā)生，這就使系統(tǒng)中不同節(jié)點(diǎn)的頻率出現(xiàn)不同程度的波動，也稱之為能量均衡的動態(tài)過程；但由于電頻率的慣性制約，從概率統(tǒng)計(jì)的意義上系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的頻率相等，并做同步變化。因此也說，（系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行前提下，）電網(wǎng)中所有的節(jié)點(diǎn)共享同一頻率，即所謂系統(tǒng)頻率。動態(tài)過程的極端情況下，臨界失步，失步和再同步的過程中，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的頻率不再相等，但在仍能維持同步的系統(tǒng)局部區(qū)域內(nèi)，頻率是相等的。又有了“局部系統(tǒng)頻率”的說法。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善LoadsActivepower足夠的調(diào)頻功率儲備與控制手段增減機(jī)電力矩，控制發(fā)電機(jī)的調(diào)速器，保證系統(tǒng)總發(fā)電容量動態(tài)變化的負(fù)荷容量；緊急狀態(tài)下采取切負(fù)荷保持頻率穩(wěn)定頻率在限定范圍內(nèi)變化；頻率是系統(tǒng)供需穩(wěn)定與否的晴雨表一個(gè)信息量充足、可靠，能提供給系統(tǒng)運(yùn)行人員所需要的數(shù)據(jù)的信息網(wǎng)絡(luò)，是對系統(tǒng)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的先決條件。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善1、電力系統(tǒng)頻率的基本概念能把頻率控制和保持在允許限值之內(nèi)，這就要求在系統(tǒng)操作層面上有大量的功率儲備，從而能自動保證在任一時(shí)刻，電能消耗和電能產(chǎn)生之間的平衡，做到頻率穩(wěn)定在規(guī)定值。系統(tǒng)運(yùn)行人員對系統(tǒng)中每個(gè)區(qū)域的發(fā)電和能耗的有效控制，以及與相鄰區(qū)域運(yùn)行人員的良好協(xié)作，共同保證了整個(gè)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定在設(shè)定值。頻率穩(wěn)定性：系統(tǒng)由于發(fā)電和負(fù)荷顯著功率不平衡導(dǎo)致嚴(yán)重系統(tǒng)故障后保持靜態(tài)頻率的能力。在保持過程中，控制裝置作用的特性時(shí)間又會引起短期頻率波動和長期頻率波動現(xiàn)象。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善2、設(shè)定電力系統(tǒng)的額定運(yùn)行頻率的目的設(shè)定電力系統(tǒng)的額定運(yùn)行頻率（假定此頻率能保證供需平衡）的目的：是考慮到設(shè)備制造業(yè)的生產(chǎn)可能性；是使特殊生產(chǎn)者及用戶的需求最優(yōu)化。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善3、頻率質(zhì)量指標(biāo)

為了表征電力系統(tǒng)頻率，在正常運(yùn)行工況下使用以下指標(biāo)：頻率偏差：Δf，用于緩慢頻率變化的評價(jià)：其中是標(biāo)稱頻率(50Hz或60Hz)，是實(shí)際頻率(Hz)相對頻率偏差：εf(%)：

第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善3、頻率質(zhì)量指標(biāo)

日累計(jì)偏差，要求保證時(shí)鐘與電網(wǎng)頻率同步正常運(yùn)行：第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善3、頻率質(zhì)量指標(biāo)根據(jù)歐洲EN50160/2006標(biāo)準(zhǔn)，電源電壓額定頻率是50Hz。在正常運(yùn)行條件下，基波頻率在10s時(shí)間測量的平均值應(yīng)在以下范圍內(nèi)：與互聯(lián)電網(wǎng)同步連接的系統(tǒng)：(即49.5-50.5Hz)，一年中99.5%；(即47-52Hz)，一年中100%；與互聯(lián)電網(wǎng)非同步連接的系統(tǒng)(例如某些島嶼的供電系統(tǒng))：(即49-51Hz)，一星期中95%；(即42.5-57.5Hz)，一星期中100%；第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善4、電力系統(tǒng)的頻率特性第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善5、電力系統(tǒng)的頻率特性系統(tǒng)頻率特性：系統(tǒng)功率不平衡時(shí)，頻率變化的特性。負(fù)荷頻率特性：系統(tǒng)頻率變化后負(fù)荷隨之變化的特性；發(fā)電頻率特性：系統(tǒng)頻率變化后發(fā)電功率＝隨之變化的特性；系統(tǒng)頻率特性為負(fù)荷頻率特性、發(fā)電頻率特性和電壓影響的綜合結(jié)果。系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)系數(shù)Ks：反應(yīng)系統(tǒng)功率變化量與頻率變化量之比；為負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)與發(fā)電調(diào)節(jié)系數(shù)之和。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制

第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善三、供用電頻率的演變歷程1）.交流電的起因1831年，英國物理學(xué)家法拉第通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，為電能的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程1.）交流電的起因1893年，在芝加哥舉辦的世界博覽會上，用交流電點(diǎn)亮了18萬只電燈。之后，利用變壓器變換的交流電力系統(tǒng)以其長距離、低損耗的優(yōu)勢在世界上被廣泛采用。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程2）交流電波形的選取1893年4月，美國電氣工程師A.E.Kennelly發(fā)表了一篇論文，他說如果交流電采用正弦波，就可以引入“阻抗”概念，和直流電路一樣利用歐姆定律計(jì)算交流電路。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程2）交流電波形的選取這篇文章發(fā)表后，正弦波立即在電氣工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。

正弦交流電的三要素之一就是變化頻率。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程3）交流電頻率的選取在電力發(fā)展早期，有大約20種赫茲數(shù)：15，，20，25，30，，

40，42，46，50，60，，80，

83.3，87，100，125，。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程1887年英國的發(fā)電廠概貌如果頻率高，電燈的閃爍就少，變壓器和發(fā)電機(jī)的鐵心體積都會減少；如果頻率低，交流電路特有的電抗效應(yīng)就會減弱，對于二極感應(yīng)電機(jī)而言，如果頻率為60赫茲，電機(jī)轉(zhuǎn)速就接近3600轉(zhuǎn)/分，這在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下是過高了。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程4）歐洲交流電頻率的選取1900年，巴黎舉辦世界博覽會，大會向歐洲各國訂購了20套發(fā)電設(shè)備，其中16套是50赫茲，3套是42赫茲，1套是25赫茲。此后，歐洲逐漸向50赫茲靠攏。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程5）美國交流電頻率的選取在美國，威斯汀豪斯和特斯拉進(jìn)行了不同頻率的交流電實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，頻率低輸電線上的電能損耗也低，他們打算采用20赫茲的交流電，但20赫茲時(shí)照明設(shè)備產(chǎn)生了閃爍，至少50赫茲人才感覺不到閃爍。因此，他們把電源頻率定為60赫茲。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程在日本，1896年東京電燈公司從德國訂購了6臺50赫茲的發(fā)電機(jī)，1897年大阪電燈公司從美國訂購了5臺60赫茲發(fā)電機(jī)，因此，日本東部是50赫茲，西部是60赫茲。6）日本交流電頻率的選取第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善供用電頻率的演變歷程7）我國50赫茲標(biāo)準(zhǔn)頻率的制訂經(jīng)過1929年2月，國民政府建設(shè)委員會電氣處分六個(gè)步驟開始制訂我國電壓頻率標(biāo)準(zhǔn)。第三章傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與