无功补偿及电能质量标准介绍
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2、频率偏差的测量方法 测量电网基波频率，每次取1s、3s或10s间隔内计到 的整数周期与整数周期累计时间之比（和1s、3s或 10s时钟重叠的单个周期应丢弃）。测量时间间隔不 能重叠，每1s、3s或10s间隔应在1s、3s或10s时钟 开始时计。 3、合格率的概念
3、三相电压允许不平衡度
• 本标准适用于标称频率为50Hz的交流电力系统正常运 行方式下由于负序基波分量引起的公共连接点的电压 不平衡及低压系统由于零序基波分量而引起的公共连 接点的电压不平衡。
上海
造
扰
危害
电压低于90％时，工厂馈线跳闸， 作业中断
电压低于90％时，吹干电机跳闸， 重新启动需很长时间，导致未处 理的鲜奶变质 电压低于90％时，电机跳闸，作 业中断，每次生产损失140000英 镑 电 压 低 于 87 ％ 持 续 0.12s 或 低 于 90 ％ 持 续 0.01s ， 造 成 芯 片 毁 坏 ， 每次直接损失100万美金
• Fryze定义是Fryze提出的，并为IEC NO.25技术委员会的1979年TC-25/WG7 报告采用。反映了能量的流动与交换，在这点上，与正玄电路中无功功率定义的 物理意义是一致的，因此这一定义也被广泛接受。但这一定义对无功功率的描述 是粗造的，它没有区别基波无功功率、同次谐波的无功功率及不同次谐波间产生 的无功功率，因此，无助于谐波源与无功功率的辨识，对于理解谐波和无功功率 的流动都缺乏明确的指导意义，也无助于谐波和无功功率的监测、管理和收费。 也就是说，该定义获不到实际的应用或无实际应用价值。
电压暂降、暂升、短时中断
• 电压暂降：在电力系统某一点的电压暂时下降，经历半个 周期到几秒钟的短暂持续期后恢复正常。
• 电压暂升：在电力系统某节点上出现的一个暂时的电压上 升。
• 电压短时中断：供电电压消失一段时间，一般不超过1 min。短时中断可以认为是90％～100%幅值的电压暂降。
设备名称
电能质量问题
以现象发生时，电网的运行方式进行区分： 1、稳态电能质量问题 2、暂态电能质量问题
狭隘的说，电能质量问题主要表现为电压质量问题 及电流波形问题；除频率指标之外，电能质量问题的主 要控制手段从无功调控的角度出发。因此从某种意义上 来说，电能质量问题主要是一种无功功率问题。
稳态电能质量
V V R j V X R S P V X S Q jX S P V R S Q S (V S )2 Z sP 2 V 2 Q 2R sjP 2 V 2 Q 2X s
风力机
齿轮箱
同步发电机 整流器 逆变器 变压器
电网
电力开关
同步机风力发电通过逆变器实现并网
PWM技术
SPWM调制
SPWM电路谐波频谱
PWM整流电路
双馈风力发电机组的并网
太V
无变压器方式
三、主要电能质量国家标准介绍
1、电压偏差
电压测量值－系统电标压称
11）电压暂降工作组 12）敏感负荷工作组 13）电能质量监测评估工作组
传统的无功功率问题
按照传统的电工理论，视在功率、有功功率、 无功功率及功率因数表达如下：
• 视在功率： SUI S2 P2Q2
• 有功功率： PT 1T 0pdtT 1T 0padtUcIos
• 无功功率：Q21udiUsIin
电压暂降造成的事故
事故名
主要的 敏感工 序
原因
Orian ugs company, USA
拉丝制 造、自 动纺织
系统干 扰
Bonlac Foods,Au stralia
制奶粉 系统故
工序
障
Caledonia n Paper,UK
造纸工 雷击
序（调 速电机）
华 虹 NEC ， 芯 片 制 系 统 干
差有特殊要求的用户，由供、用电双方协议确定。
电压偏差的监测
1、测量条件：供电电压偏差的测量应在电力系统正常运 行条件下进行。
2、测量仪器性能的分类 ：A、B级
3、供电电压偏差的测量方法 ：
• 获得电压有效值的基本的测量时间窗口应为10周波， 并且每个测量时间窗口应该与紧邻的测量时间窗口接 近而不重叠，连续测量并计算电压有效值的平均值， 最终计算获得供电电压偏差值。
瞬态电能质量问题
• 脉冲型浪涌：根据 IEEE的定义, 这种浪涌的电压在几微秒里从几百伏 至2万伏之间变化。
• 振荡型浪涌：根据 IEEE的定义, 这种浪涌的电压值在几微秒至几毫秒 内从几百伏 至6000伏之间变化。
ITIC曲线
电能质量国家标准动态
1）GB/T 12325-2019《电能质量 供电电压偏差》 2）GB/T 15945 -2019《电能质量 电力系统频率偏差》 3）GB/T 15543 -2019《电能质量 三相电压不平衡》 4）GB/T 15945 -2019《电能质量 电压波动和闪变》 5）GB/T14549 -1993 《电能质量 公用电网谐波》 6）GB/T24337－2009《电能质量 公用电网间谐波》 7）GB/T19862 -2019 《电能质量监测设备通用要求》 8）GB/T20298-2019《静止无功补偿装置（SVC）功能特性》 9）GB/T20297-2019《静止无功补偿装置（SVC）现场试验》 10）电特性标准化（Standardising the characteristics of electricity）
• 对A级性能电压监测仪，可以根据具体情况选择4个不 同类型的时间长度计算供电电压偏差：3s、1min、 10min、2h。对B级性能电压监测仪制造商应该标明 测量时间窗口、计算供电电压偏差的时间长度。时间 长度推荐采用1min或10min。
4、合格率的概念
2、频率偏差
系统频率的实际值和标称值之差。 1、电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz。 当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到±0.5Hz。
h
P q V h I h sh i s2 n h it ) n 2 ( V m I n sm it n m ) s ( n i t n n )(
h
m n , m , n 1
畸变波形下的瞬时功率
畸变波形下的有功功率
• 有功功率：
• 与传统理论相似。同次谐波有功功率的代数和。应注意： 含有谐波源的用户，根据该式计算出的有功功率P可能小 于它的基波有功功率P1，即它将吸收的一部分有功功率转 化为谐波功率反馈给电网并危机损坏其他用户。
• 相移功率因数：仅仅考虑基波因素。
• 视在功率因数：考虑相移及波形畸变两种因素。
二、清洁能源发电引起的电能质量问题
清洁能源发电引起的电能质量问题
• 产生谐波：励磁回路或主回路的整流、逆变设备的 引入；
• 功率波动：风速、日光的波动引起； • 电压冲击：风力发电感应电机的启动产生； • 电压偏差。
• 暂态电能质量问题其实质就是暂态电压质量问题，或 者电网遭受外来干扰侵袭及内部故障、操作所带来的 系统冲击问题，其主要性能指标是：电压暂降、暂升 及电压短时中断
• 其事件特征描述量一般为事件过程的电压“有效值” 及其持续时间（有时考虑其上升下降率等）。
• 目前，在所有暂态电能质量问题中 电压暂降的影响最为普遍。
无功补偿及电能质量标准介绍
（清洁能源相关）
刘军成 西安博宇电气有限公司
boyuu
主要内容
1、电能质量问题与无功功率问题的关系； 2、清洁能源发电引起的电能质量问题； 3、主要电能质量国家标准简介 4、无功功率补偿（电能质量控制）对策（电容补偿相关标准） 5、SVC国家标准介绍
一、电能质量问题与无功功率问题的关系
电压偏差（％）＝
系统标称电压 100%
供电电压偏差的限值
• 1 ）35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电 压的10％。
• 注:如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏 差绝对值作为衡量依据。
• 2） 20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7％。 • 3） 220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％，-10％。 • 4）对供电点短路容量较小、供电距离较长以及对供电电压偏
畸变波形下的畸变功率 • 当采用Budeanu定义时，由于S2P2Q,B 因2 此，Budeanu又提出
畸变功率概念。该畸变功率实际上是由不同频率的电压电流形成， 可以用来研究能量的交换过程。
QD S2P2QB 2
功率因数
•
相移功率因数：
PF 1 P1 S1
• 视在功率因数： PF P
畸变波形下的无功功率
• Budeanu定义
• Fryze定义 Qt S2 P2
S Vh2 Ih2
• Budeanu定义是Budeanu于30年代提出，并为ANSI/IEEE Std.100－1977采 纳，该公式是根据频率分析而定义的，是由同频率的电压电流产生的，实际上没 有明确的物理意义。在正玄波情况下，感性负载的无功功率为正，容性负载的为 负，若将该概念引入非正玄电路，将会引起不合理现象。同一谐波源有可能某次 谐波无功功率为正，某次为负，从而出现相互抵消的现象，而事实上，不同谐波 次数的无功功率是不能互相补偿的，因此，这时的无功功率已没有度量电源与负 载之间能量交换的幅度的物理意义了。但是尽管如此，该定义被看成是正玄情况 下无功功率定义的自然延伸，而且能够解决许多工程实际问题，同时，被广泛应 用于测量方面，具有广泛的实际应用价值。
调速电机 （VSD） 交流接触器
计算机
当电压低于70％，持续时间超过6个周波，VSD被切除；一些精 细加工业的电机，当电压低于90％持续时间超过3个周波，电机 跳闸退出运行 电压低于50％持续时间超过一个周波，接触器就会脱扣，有时 电压低于70％接触器就会脱扣
电压低于60％持续12个周波，计算机工作将受到影响，数据可 能丢失
S
• 功率因数是从经济角度提出的，是关系到电网经济运
行及经济管理、用户合理电费计量的重要因素。在正
玄电路中，功率因数是由于储能性元件（电感、电容）
造成的电压电流相位偏移产生的。但是在非正玄电路
中，功率因数不仅由电压电流的移相引起，也由于波
形的畸变引起，因此难以仅仅用电压电流间的相位移
动来表述功率因数。
•
功率因数：
cos
P S
• 上式中，U、I为电压、电流，Φ为U、I的夹角。
u(t) 2Usin(t) i(t) 2Isint() p(t) u(t)i(t) UIcos(1co2st)UIsinsin2t
畸变波形下的功率及其功率因
• 实际上，传统的功率及其功率因数概念是建立 在电压电流为纯正玄波形基础上的。而在畸变 波形下，电压电流波形形状已经发生了畸变， 通过FFT分析可以得到基波及一系列谐波分量， 因此，应该重新分析与定义功率及功率因数概 念，更好的指导电力生产。
电压暂降造成的影响
造成的影响
制冷电子控制 器 芯片制造业
PLC
精密机械工具
直流电机
当电压低于80％时，控制器切除制冷电机，导致巨大损失
当电压低于85％时，芯片被毁，测试仪停止工作，内部电子电 路主板故障 当电压低于90％持续几个周波，I/O设备切除，低于81％时PLC 停止工作 机器人控制操作的精密加工过程，当电压低于90％持续2～3周 波，其工作过程中断 当电压低于80％时，电机保护跳闸
畸变波形下的电压、电流、功率
v1 2V1 sin( t 1 )
i1 2 I1 sin( t 1 )
v H
2
h 1
Vh
sin(
h
t
h
)
iH
2
h 1
Ih
sin(
ht
h
)
P a V h Ihc o h 1 sco 2 h s t)(
• 稳态电能质量指标包含下述五个方面：
1、电压偏差（基波无功问题） （线径、供电距离、潮流分布、调压手段、无功容量） 2、频率偏差（基波有功问题） 3、三相不平衡度（基波负荷配置问题） 4、谐波（非线性问题） 5、电压闪变（非线性无功冲击问题） 谐波污染属于稳态电能质量的突出问题
暂态电能质量
暂态电能质量问题的研究起步较晚，国内刚刚有所认识， 它属于稳态电能质量问题的延伸，虽然其发生频度较 小，但后果却比较严重；
3、三相电压允许不平衡度
• 本标准适用于标称频率为50Hz的交流电力系统正常运 行方式下由于负序基波分量引起的公共连接点的电压 不平衡及低压系统由于零序基波分量而引起的公共连 接点的电压不平衡。
上海
造
扰
危害
电压低于90％时，工厂馈线跳闸， 作业中断
电压低于90％时，吹干电机跳闸， 重新启动需很长时间，导致未处 理的鲜奶变质 电压低于90％时，电机跳闸，作 业中断，每次生产损失140000英 镑 电 压 低 于 87 ％ 持 续 0.12s 或 低 于 90 ％ 持 续 0.01s ， 造 成 芯 片 毁 坏 ， 每次直接损失100万美金
• Fryze定义是Fryze提出的，并为IEC NO.25技术委员会的1979年TC-25/WG7 报告采用。反映了能量的流动与交换，在这点上，与正玄电路中无功功率定义的 物理意义是一致的，因此这一定义也被广泛接受。但这一定义对无功功率的描述 是粗造的，它没有区别基波无功功率、同次谐波的无功功率及不同次谐波间产生 的无功功率，因此，无助于谐波源与无功功率的辨识，对于理解谐波和无功功率 的流动都缺乏明确的指导意义，也无助于谐波和无功功率的监测、管理和收费。 也就是说，该定义获不到实际的应用或无实际应用价值。
电压暂降、暂升、短时中断
• 电压暂降：在电力系统某一点的电压暂时下降，经历半个 周期到几秒钟的短暂持续期后恢复正常。
• 电压暂升：在电力系统某节点上出现的一个暂时的电压上 升。
• 电压短时中断：供电电压消失一段时间，一般不超过1 min。短时中断可以认为是90％～100%幅值的电压暂降。
设备名称
电能质量问题
以现象发生时，电网的运行方式进行区分： 1、稳态电能质量问题 2、暂态电能质量问题
狭隘的说，电能质量问题主要表现为电压质量问题 及电流波形问题；除频率指标之外，电能质量问题的主 要控制手段从无功调控的角度出发。因此从某种意义上 来说，电能质量问题主要是一种无功功率问题。
稳态电能质量
V V R j V X R S P V X S Q jX S P V R S Q S (V S )2 Z sP 2 V 2 Q 2R sjP 2 V 2 Q 2X s
风力机
齿轮箱
同步发电机 整流器 逆变器 变压器
电网
电力开关
同步机风力发电通过逆变器实现并网
PWM技术
SPWM调制
SPWM电路谐波频谱
PWM整流电路
双馈风力发电机组的并网
太V
无变压器方式
三、主要电能质量国家标准介绍
1、电压偏差
电压测量值－系统电标压称
11）电压暂降工作组 12）敏感负荷工作组 13）电能质量监测评估工作组
传统的无功功率问题
按照传统的电工理论，视在功率、有功功率、 无功功率及功率因数表达如下：
• 视在功率： SUI S2 P2Q2
• 有功功率： PT 1T 0pdtT 1T 0padtUcIos
• 无功功率：Q21udiUsIin
电压暂降造成的事故
事故名
主要的 敏感工 序
原因
Orian ugs company, USA
拉丝制 造、自 动纺织
系统干 扰
Bonlac Foods,Au stralia
制奶粉 系统故
工序
障
Caledonia n Paper,UK
造纸工 雷击
序（调 速电机）
华 虹 NEC ， 芯 片 制 系 统 干
差有特殊要求的用户，由供、用电双方协议确定。
电压偏差的监测
1、测量条件：供电电压偏差的测量应在电力系统正常运 行条件下进行。
2、测量仪器性能的分类 ：A、B级
3、供电电压偏差的测量方法 ：
• 获得电压有效值的基本的测量时间窗口应为10周波， 并且每个测量时间窗口应该与紧邻的测量时间窗口接 近而不重叠，连续测量并计算电压有效值的平均值， 最终计算获得供电电压偏差值。
瞬态电能质量问题
• 脉冲型浪涌：根据 IEEE的定义, 这种浪涌的电压在几微秒里从几百伏 至2万伏之间变化。
• 振荡型浪涌：根据 IEEE的定义, 这种浪涌的电压值在几微秒至几毫秒 内从几百伏 至6000伏之间变化。
ITIC曲线
电能质量国家标准动态
1）GB/T 12325-2019《电能质量 供电电压偏差》 2）GB/T 15945 -2019《电能质量 电力系统频率偏差》 3）GB/T 15543 -2019《电能质量 三相电压不平衡》 4）GB/T 15945 -2019《电能质量 电压波动和闪变》 5）GB/T14549 -1993 《电能质量 公用电网谐波》 6）GB/T24337－2009《电能质量 公用电网间谐波》 7）GB/T19862 -2019 《电能质量监测设备通用要求》 8）GB/T20298-2019《静止无功补偿装置（SVC）功能特性》 9）GB/T20297-2019《静止无功补偿装置（SVC）现场试验》 10）电特性标准化（Standardising the characteristics of electricity）
• 对A级性能电压监测仪，可以根据具体情况选择4个不 同类型的时间长度计算供电电压偏差：3s、1min、 10min、2h。对B级性能电压监测仪制造商应该标明 测量时间窗口、计算供电电压偏差的时间长度。时间 长度推荐采用1min或10min。
4、合格率的概念
2、频率偏差
系统频率的实际值和标称值之差。 1、电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz。 当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到±0.5Hz。
h
P q V h I h sh i s2 n h it ) n 2 ( V m I n sm it n m ) s ( n i t n n )(
h
m n , m , n 1
畸变波形下的瞬时功率
畸变波形下的有功功率
• 有功功率：
• 与传统理论相似。同次谐波有功功率的代数和。应注意： 含有谐波源的用户，根据该式计算出的有功功率P可能小 于它的基波有功功率P1，即它将吸收的一部分有功功率转 化为谐波功率反馈给电网并危机损坏其他用户。
• 相移功率因数：仅仅考虑基波因素。
• 视在功率因数：考虑相移及波形畸变两种因素。
二、清洁能源发电引起的电能质量问题
清洁能源发电引起的电能质量问题
• 产生谐波：励磁回路或主回路的整流、逆变设备的 引入；
• 功率波动：风速、日光的波动引起； • 电压冲击：风力发电感应电机的启动产生； • 电压偏差。
• 暂态电能质量问题其实质就是暂态电压质量问题，或 者电网遭受外来干扰侵袭及内部故障、操作所带来的 系统冲击问题，其主要性能指标是：电压暂降、暂升 及电压短时中断
• 其事件特征描述量一般为事件过程的电压“有效值” 及其持续时间（有时考虑其上升下降率等）。
• 目前，在所有暂态电能质量问题中 电压暂降的影响最为普遍。
无功补偿及电能质量标准介绍
（清洁能源相关）
刘军成 西安博宇电气有限公司
boyuu
主要内容
1、电能质量问题与无功功率问题的关系； 2、清洁能源发电引起的电能质量问题； 3、主要电能质量国家标准简介 4、无功功率补偿（电能质量控制）对策（电容补偿相关标准） 5、SVC国家标准介绍
一、电能质量问题与无功功率问题的关系
电压偏差（％）＝
系统标称电压 100%
供电电压偏差的限值
• 1 ）35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电 压的10％。
• 注:如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏 差绝对值作为衡量依据。
• 2） 20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7％。 • 3） 220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％，-10％。 • 4）对供电点短路容量较小、供电距离较长以及对供电电压偏
畸变波形下的畸变功率 • 当采用Budeanu定义时，由于S2P2Q,B 因2 此，Budeanu又提出
畸变功率概念。该畸变功率实际上是由不同频率的电压电流形成， 可以用来研究能量的交换过程。
QD S2P2QB 2
功率因数
•
相移功率因数：
PF 1 P1 S1
• 视在功率因数： PF P
畸变波形下的无功功率
• Budeanu定义
• Fryze定义 Qt S2 P2
S Vh2 Ih2
• Budeanu定义是Budeanu于30年代提出，并为ANSI/IEEE Std.100－1977采 纳，该公式是根据频率分析而定义的，是由同频率的电压电流产生的，实际上没 有明确的物理意义。在正玄波情况下，感性负载的无功功率为正，容性负载的为 负，若将该概念引入非正玄电路，将会引起不合理现象。同一谐波源有可能某次 谐波无功功率为正，某次为负，从而出现相互抵消的现象，而事实上，不同谐波 次数的无功功率是不能互相补偿的，因此，这时的无功功率已没有度量电源与负 载之间能量交换的幅度的物理意义了。但是尽管如此，该定义被看成是正玄情况 下无功功率定义的自然延伸，而且能够解决许多工程实际问题，同时，被广泛应 用于测量方面，具有广泛的实际应用价值。
调速电机 （VSD） 交流接触器
计算机
当电压低于70％，持续时间超过6个周波，VSD被切除；一些精 细加工业的电机，当电压低于90％持续时间超过3个周波，电机 跳闸退出运行 电压低于50％持续时间超过一个周波，接触器就会脱扣，有时 电压低于70％接触器就会脱扣
电压低于60％持续12个周波，计算机工作将受到影响，数据可 能丢失
S
• 功率因数是从经济角度提出的，是关系到电网经济运
行及经济管理、用户合理电费计量的重要因素。在正
玄电路中，功率因数是由于储能性元件（电感、电容）
造成的电压电流相位偏移产生的。但是在非正玄电路
中，功率因数不仅由电压电流的移相引起，也由于波
形的畸变引起，因此难以仅仅用电压电流间的相位移
动来表述功率因数。
•
功率因数：
cos
P S
• 上式中，U、I为电压、电流，Φ为U、I的夹角。
u(t) 2Usin(t) i(t) 2Isint() p(t) u(t)i(t) UIcos(1co2st)UIsinsin2t
畸变波形下的功率及其功率因
• 实际上，传统的功率及其功率因数概念是建立 在电压电流为纯正玄波形基础上的。而在畸变 波形下，电压电流波形形状已经发生了畸变， 通过FFT分析可以得到基波及一系列谐波分量， 因此，应该重新分析与定义功率及功率因数概 念，更好的指导电力生产。
电压暂降造成的影响
造成的影响
制冷电子控制 器 芯片制造业
PLC
精密机械工具
直流电机
当电压低于80％时，控制器切除制冷电机，导致巨大损失
当电压低于85％时，芯片被毁，测试仪停止工作，内部电子电 路主板故障 当电压低于90％持续几个周波，I/O设备切除，低于81％时PLC 停止工作 机器人控制操作的精密加工过程，当电压低于90％持续2～3周 波，其工作过程中断 当电压低于80％时，电机保护跳闸
畸变波形下的电压、电流、功率
v1 2V1 sin( t 1 )
i1 2 I1 sin( t 1 )
v H
2
h 1
Vh
sin(
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iH
2
h 1
Ih
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P a V h Ihc o h 1 sco 2 h s t)(
• 稳态电能质量指标包含下述五个方面：
1、电压偏差（基波无功问题） （线径、供电距离、潮流分布、调压手段、无功容量） 2、频率偏差（基波有功问题） 3、三相不平衡度（基波负荷配置问题） 4、谐波（非线性问题） 5、电压闪变（非线性无功冲击问题） 谐波污染属于稳态电能质量的突出问题
暂态电能质量
暂态电能质量问题的研究起步较晚，国内刚刚有所认识， 它属于稳态电能质量问题的延伸，虽然其发生频度较 小，但后果却比较严重；