传统电能质量分析与改善措施(1)

电压偏差---仅仅针对电力系统正常运行状态而言。电力系统在正 常运行方式下，机组或负荷的投切所引起的系统电压偏差并不大， 其绝对值不大于标称电压的10%。电压偏差强调的是实际电压偏 离系统标称电压的数值，与偏差持续的时间无关。
过电压和欠电压---既可能出现在电力系统正常运行方式，也可能 出现在电力系统非正常运行方式，如故障状态等。过电压和欠电 压强调实际电压严重偏离标称电压，分别为高于标称电压的110 %和维持在标称电压的10 %~ 90% ，并且持续时间超过1min 。
我国电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz。当系统容量较小 时，频率偏差值可以放宽到0.5Hz。 三、频率偏差产生的原因：
系统有功功率不平衡（发电机与负荷间 ）是产生频率偏差的根 本原因。
四、频率偏差过大的危害：
1.系统频率偏差过大对用电负荷的危害： (1)产品质量没有保障。 (2)降低劳动生产率。 (3)使电子设备不能正
设三相系统的电流和电压分别为
iA
2I
A
c os (t

iA
)
iB 2I B cos(t iB )
uA
2U
A
cos(t


uA
)

uB 2U B cos(t uB )
iC 2IC cos(t iC )
uC 2U C cos(t uC )
三相系统可分为对称三相系统和不对称三相系统。
对称三相系统是指三相电量（电动势、电压或电流）数值相等、频率 相同、相位互差120 的系统。不同时满足这三个条件的三相系 统是不对称三相系统。
三相系统的对称性还表现为：在任意时刻，三相电量的瞬时值之和为 零，用数学公式表示就是
iA iB iC 0
(3)改变线路参数调压。 1)采用分裂导线。
U PR QX U2
2)串联电容器。
KC

XC XL
<1欠补偿、>1过补偿、=1完全补偿。
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六、电压偏差的监测与考核
安装“电压监测仪” --直接监测电压的偏差，统计电压合格率和电压 超限率。
电压合格率
系统电压水平降低，给系统电压调整带来困难。
五、电力系统频率调整和控制
1、电力系统频率调整 频率的一次调整： 频率的二次调整：
满足以下条件的发电厂（机组）宜选作调频厂(机组)： (1)足够的可调容量和调整范围；(2)机组调整速度快； (3)调频输出的功率满足系统安全稳定要求，同时经济性能好。
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电压合格时间 电压监测总时间100%

1
电电压压监超测限总时时间间
100%
电压监测点的设置原则： 设置足够数量并具有一定代表性的电压监测点。
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3电力系统频率偏差
一、频率偏差定义： f f re f N
二、频率偏差限值：
PR QX PX QR
U
j
U2
U2
PR QX U
U2
在110kv及以上电压等级的输电线路中，X

R
，U

QX U2
母线２的无功
功率只要不平衡，无论出现无功不足还是过剩，均会导致母线２
的电压偏离标称电压。无功功率不平衡越严重，电压偏差越大。
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在枯水季节，电力系统一般选择水电厂作为主调频厂，效率较低的汽 轮发电机组担任辅助调频机组；
在丰水季节，一般水轮发电机组以额定功率发电，选择中温中压凝气 式汽轮发电机组作为主调频机组，高温高压凝气式汽轮发电机组 作为辅助调频机组。
抽水蓄能机组是理想的调频机组，常配合核电机组使用。抽水蓄能机 组除担任系统调频任务外，还起到系统“削峰填谷”、调相以及 事故备用的作用。
一般说来，它不等于零。对于对称三相系统，
p

3UI
cos
UI
cos(2t
)

cos(2t


2
2 3
)

cos(2t


2
2 3
)
3UI cos
该式说明对称三相系统在任意时刻的总瞬时功率是常数，也就是说 对称三相系统一定也是平衡三相系统。对于三相系统，系统的不 对称直接导致不平衡，所以不对称三相系统和不平衡三相系统在 使用上不作严格区分。
影响电压稳定：如果电力系统缺乏无供电源，可能产生系统电压不稳定 现象，导致电压崩溃。
影响系统的经济运行：系统电压偏低将使电网的有功损耗、无功功率损
耗以及电压损失大大增加；系统电压偏高，超高压电网的电晕损
耗加大。
P

3I 2 R

3
S2 3U 2
R

P2 Q2 U2
R
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当线路轻载或空载运行时，线路电抗中的无功损耗 QX 3I 2 X 很小，其 数值可能等于或小于线路的充电功率。
当线路电抗上消耗的无功功率与线路充电功率相等时 ，Q QX QC 为 零，此时线路传输的有功功率称为线路的自然功率。
（1）电力系统应当具有足够的负荷备用和事故备用容量。 （2）自动低频减载装置--在系统内安装按频率降低自动减负荷装置。
自动高频切机装置--可能被解列而导致功率过剩的地区装设按频 率升高自动切除发电机装置。
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4电压三相不平衡
一、三相对称与三相不平衡的概念
频率的二次调整：可经运行人员手动操作或依靠自动装置来完成，分 别称为手动调频和自动调频。
自动调频是通过装在调频厂和调度所的自动发电控制（Automatic Generation Control －AGC）装置实现的．
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2.电力系统频率控制
电力系统在非正常运行方式下（故障后系统失去大量电源，或系统 解列等），系统频率会出现异常，严重偏离额定频率。 系统频率异常时一般采取频率控制措施：
高压线路在轻载时，将会存在大量过剩的充电功率，从而使电压升高。 作为吸收容性无功功率的主要设备，电抗器一般并联接入220kv
以上电压等级的电网。
5.静止无功补偿装置和静止无功发生装置
基于电力电子半控器件的静止无功补偿装置（Static Var Compensator—SVC）和基于电力电子全控器件的静止无功发 生装置（Static Var Generation—SVG）具有动态无功功率 补偿特性。
本章主要内容： 电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡和供电可靠性的概念、
产生的原因、相关的国家标准以及改善这些电能质量指标的常规方
法。
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2 供电电压偏差
一、 电压偏差的定义
U U re U N 100 % UN
电压变动---电压的均方根值偏离额定值的现象称为电压变动，
五、改善电压偏差的措施
保证电力系统各节点电压在正常水平的充分必要条件:
系统具备充足的无功功率电源，同时采取必要的调压手段。
（一）配置充足的无功电源
1、同步发电机
发电机不仅能发出无功功率，同时也能吸收无功功率。
发电机调节无功功率的速度快且不需要额外的投资，其缺点是调
节能力不大。
发电机的进相运行增大了系统静态不稳定的风险。静稳极限
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1. 电压偏差的调整方式 中枢点的调压方式有三种，即逆调压、顺调压和恒调压。 逆调压：在最大负荷时，提高中枢点电压以补偿线路上增加的电压损
失，最小负荷时降低中枢点电压以防止受端电压过高的电压调整 方式。 顺调压：在最大负荷时适当降低中枢点电压，最小负荷时适当加大中 枢点电压的电压调整方式。 恒调压：又称常调压，是指无论负荷如何变动，中枢点电压基本保持 不变的电压调整方式。 目前中枢点常用的调压方式是逆调压。 2.电压偏差的调整手段
（1）用发电机调压。简单、经济、作用有限。采用逆调压方式。
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（2）改变变压器变比调压。
目前，有载调压变压器已经在电力系统中得到广泛的应用，成为保证 电压质量的主要手段。
装设有载调压变压器的前提是系统无功功率电源充足（无功电源缺额 较大时，系统电压水平偏低。用有载调压变压器调压，使变压器 二次侧的电压抬高。则无功缺额全部转嫁到主网上，使主电网电 压严重下降。这种情况极有可能引发电压崩溃事故。）
传统电能质量分析与改善措施
1 概述
20世纪70 年代以前，电力系统中使用电子计算机进行控制的 设备和电子装置的数量不多，非线形负荷和冲击性负荷占系统负荷 的比例很小，电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡和供电可靠性 构成了传统电能质量的主要内容。
电力系统中的电气设备是按额定电压和额定频率设计、制造的 设备的运行性能最优、效率最高，反之，---
Pem,m ax

EU 1 Xd
同时，进相运行使发电机的端部发热加剧，对发电机的安全运行构成
潜在威胁。
同步发电机进相运行多用于超高压系统轻载运行时吸收系统多余无功 功率，抑制系统电压升高。
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2.同步调相机
并联电容器
电容器只能输出无功功率，其产生无功功率的大小可表示成
常工作，甚至停止运行。
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2.系统频率偏差大对电力系统的危害 (1)降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃。 (2)汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳和断裂 。 (3)频率偏差大使感应电能表的计量误差加大、 电容器的无功出力降低、
三、电压偏差产生的原因
系统无功功率不平衡是引起系统电压偏离标称值的根本原因。 电力系统的无功功率平衡是指：在系统运行中的任何时刻，无功电源
供给的无功功率与系统需求的无功功率相等。 系统无功功率不平衡意味着将有大量的无功功率流经供电线路和变压
器。
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图3-1(a)是当不计线路分布电容影响时一条供电线路的等值电路。
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静止无功补偿装置(SVC)
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优点：它们既可向系统输出无功功率，也可吸收系统得无功功率。其 动态特性好，调压速度快，调压平滑，而且可实现分相无功补偿， 有功功率损耗也比较小。由于它们由静止开关元件构成，所以运 行维护方便、可靠性高。
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二 、电压偏差的限值
⑴ 35kv及以上供电电压的正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压 的10%。如供电电压上下偏差同号时（均为正或负），按较大的 偏差绝对值作为衡量依据。
⑵ 20kv及以上三相供电电压允许偏差为标称电压的 7%。
⑶ 220v单相供电电压允许偏差为标称电压的+7%、-10%。
缺点：设备价格普遍较高，运行经验较欠缺（第七章介绍）。
（二）系统调压手段
对电力系统电压偏差的监视与调整就是监视与调整系统的电压中枢 点电压。 电压中枢点：将这些母线的电压偏差控制在允许范围内，系统中其他 节点的电压及负荷电压就能基本满足要求。 ---装机容量较大的发电厂高压母线，容量较大的变电所低压母线，以 及有大量地方负荷的发电机母线。
四、 电压偏差过大的危害
1、对用电设备的危害 系统中大量使用的异步电动机，其电磁转矩与电压的平方成正比。
白炽灯设备、家用电器的使用效率和寿命。
2、对电网的危害
影响频率稳定：线路的静态功率极限近似与线路的电压平方成正比、系 统运行电压偏低，输电线路的功率极限大幅度降低，可能产生系 统频率不稳定现象，甚至导致电力系统频率崩溃，造成系统解列。
uA uB uC 0
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三相系统又可分为平衡三相系统和不平衡三相系统。在任意时刻，三 相瞬时总功率与时间无关，这样的系统称为平衡三相系统；
在任意时刻，三相瞬时总功率是时间的函数，这样的系统称为不平衡 三相系统。
p pA pB pC uAiA uBiB uCiC
QC

CU
2 2
电容器具有有功损耗小（约为额定容量的0.3%~0.5%）、设计简单、
容量组合灵活、安全可靠、运行维护方便、投资省等优点。
电容器调压的缺点：正反馈的电压调节特性不利于系统电压的稳定， 此外，这种调压是不连续的。
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4.电抗器
图3-4等值电路，每个电容产生的充电功率为线路
总充电功率的一半，即等于 QC B U 2 CU 2