钢铁行业电能质量技术探讨

一、电能质量概述(4/5)
产生电能质量问题的原因 ➢干扰性负荷 电弧炉、整流器、单相负荷及各种电源的变换设备等 ➢雷电、外力破坏
➢配电设备故障、电容器投切、线路切换等
一、电能质量概述(5/5)
国家标准
– 《供电电压允许偏差》(GB12325-1990) – 《电压允许波动和闪变》(GB12326-2000) – 《公用电网谐波》(GB/T14549-1993) – 《三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995) – 《电力系统频率允许偏差》(GB/T15945-1995) – 《暂态过电压和瞬态过电压》(GB/T18481-2001)
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非正弦电路的有功功率和功率因数
• 有功功率、视在功率和功率因数的定义与正弦电路中 相关概念的定义相同。
• 有功功率
P2120udi(t)n 1UnIncojns
• 电压电流有效值
U
U
2 n
n 1
I
I
2 n
n 1
SUI Un2 In2
n1
n1
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非正弦电路的无功功率和功率因数
• 含有谐波的非正弦电路中的无功功率的情况比较复杂，至 今没有被广泛接受的科学而权威性的定义。
• 为什么要引入功率因数的概念？
– 有功功率P的最大值为视在功率S，P越接近S，电气设备的 容量越得到充分利用。为了反映P接近S的程度，专门引入功 率因数的概念
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几点说明
• 视在功率和有功S2功U 率2及I无2 功功率的关系是什么？
• 视在功率是否满足能量守恒定律？
– 视在功率只是电压和电流有效值的乘积，它并不能反映 能量交换和消耗的强度。在一般电路中，视在功率并不 遵守能量守恒定律
二、无功与谐波的基础知识(1/9)
无功功率
无功功率只是描述了能量交换的幅度，而并不消耗功率。无功功 率分为感性无功与容性无功，感性无功表现为电压相位超前电流 相位，容性无功表现为电压相位滞后电流相位。
功率因数的概念
有功功率、无功功率与功率因数
电源
升压 变压器
输电线
降压 变压器
PG+jQG
ΔP+j ΔQ
钢铁行业电能质量技术探讨
2016年
报告内容：
电能质量概述 无功与谐波的基础知识 无功与谐波的危害 无功治理方案 谐波治理方案 钢厂谐波治理案例 总结
一、电能质量概述(1/5)
电能质量的定义：
从普遍意义上讲是指供电和用电质量，包括电压、电流 的稳态及暂态量值的偏差、波形畸变的程度、闪变等对 用电设备造成影响的供电和用电问题。
M
电力用户
PL+jQL
交流发电机 输出的功率
(视在功率：容量) （kVA）
有功功率（kW）：用于做功和发热损耗的那部分电能。 例如： 转换成机械能、热能、光能等；方向：电源至负载。
一个周期的平均功率大于零。
无功功率（kVar）：用于电路内电场与磁场交换的那部分电能。 方向：上半周期从电源至负载，下半周期从负载至电源。 一个周期的平均功率等于零。建立磁场，用于交换能量，没有做功
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非正弦电路的无功功率和功率因数
• 无功功率定义之二
Qf UnInsinjn n1
• 反映了同频率电压电流正弦波分量之间产生的无功功率。
• 可能出现同一个谐波源不同次数谐波产生的无功功率相互 抵消的情况。而实际上，不同频率的无功功率是无法互相 补偿的。
• 没有度量电源和负载之间能量交换幅度的物理意义。
• 无功功率定义之一
Q S2 P2
• 反映了能量的流动和交换，但不反映能量在负载中的消耗。 • 没有区别基波电压电流之间产生的无功功率、同频率谐波
电压电流之间的产生的无功功率，以及不同频率谐波电压 电流之间产生的无功功率。 • 对于谐波源和无功功率的辨识，对于理解谐波和无功功率 的流动，都无指导意义；也无助于对谐波和无功功率的监 测、管理和收费。
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非正弦电路的有功功率和功率因数
➢公共电网中，通常电压的波形畸变小（正弦波电压有效值设为U），
ui )d(t) q
1
2来自百度文库
2
0
(UI cosj UI cosj cos2t)d(t)
1
2
2
0
(UI sinj sin2t)d(t)
UI cosj
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• 无功功率定义， QUsIinj
就是
ui
，其平均值为0，只能量交换，不做功。
q
• 视在功率定义
S UI
• 功率因数定义
P
S
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功率因数的概念
功率因数：有功功率出力在设备容量中所占的比重。
电能形成 （电源）
电能转换 （负载）
9
基本概念： 负载有：电阻性、电感性、电容性。
当然纯的RLC负荷没有，工程上是R-L-C综合性负载
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电路的参数（R、L、C）不同，则电压与电流间的 相位差就不同。在同样的电压U和电流I之下，P和Q 也不同， cosj =P/S 为功率因数
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正弦电路的无功功率和功率因数
• 负载线性，假设正弦电压和电流
u 2U sin t
i 2 I sin( t j )
2 I cos j sin t 2 I sin j cos t
ip iq i 被分解为和电压
u 同相位的分量
和比电压 u 滞后 90 0 的分量 iq。
i
，
p
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• 瞬时功率定义 pui
P
•21有 功02功u率i dP(定义t)：平21均功02 率(uii
cosj =P/S
0≤cosj≤1.0
功率三角形
Q
S
j
P
S2＝P2＋Q2 P＝Scos j Q＝Ssin j
P →S 或 cos j→1.0 节电：
Q →0
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几点说明
• 为什么要引入视在功率概念？
– 对于发电机和变压器等电气设备来说，其额定电流值与导线 的截面积及铜损耗有关，其额定电压和绕组电气绝缘有关， 在工作频率一定的情况下，其额定电压还和铁心尺寸及铁心 损耗有关。因此，工程上把电压和电流有效值的乘积作为电 气设备功率设计极限值，也就是电气设备最大可利用容量， 并据此引入视在功率概念。
一、电能质量概述(2/5)
电能质量问题：
➢频率问题
➢幅度问题
✓稳态过电压、欠电压及电压波动 ✓闪变（flicker） ✓幅度暂低（sag，dip）、暂高（swell）、短时中断 （interruption）
一、电能质量概述(3/5)
➢波形和对称度
✓三相不对称 ✓谐波（harmonics） ✓暂态脉冲（impulsive transient） ✓暂态振荡（oscillatory transient）