无功补偿及电能质量标准

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。 （4）畸变波形下的无功功率 Budeanu 定义
Fryze 定义
Qt S 2 P 2
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
计算机

电压暂降造成的事故
事故名
主要的 敏感工 序 拉丝制 造、自 动纺织 制奶粉 工序 造纸工 序（调 速电机） 芯片制 造
原因
危害
Orian ugs company, USA Bonlac Foods,Au stralia Caledonia n Paper,UK 华虹NEC， 上海
系统干 扰 系统故 障 雷击
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无功补偿及电能质量标准
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
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 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）
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2、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。 （1）畸变波形下的电压、电流、功率
V VR jV X

RS P X S Q X P RS Q j S V V
（2）频率偏差（基波有功问题）
S P2 Q2 P2 Q2 S ( ) 2 Z s R j Xs s V V2 V2
（3）三相不平衡度（基波负荷配置问题）
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S
V
2 h

I
2 h
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。 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。 （5）畸变波形下的畸变功率 2 当采用 Budeanu 定义时，由于 ,因此，Budeanu 又提出畸变功率概念。该 S 2 P 2 QB 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。
2 QD S 2 P 2 QB
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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。
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1） 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。 2） 电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定，例如旋转 电机按 GB 755《旋转电机 定额和性能》要求规定。 3） 瞬时(0.5~30 周波）和暂时（30 周波～3 秒）的不平衡问题不适用于本标准。 4、电压波动闪变 电压变动： 不同于电压偏差， 是电压有效值曲线上两个相邻极值的差相对于额定值的变化幅 度 电压波动：电压波动属于连续的电压变动在时间轴上的延伸，属于一系列电压变动的集合， 因此，电压波动的分析实际上是在分析一个集合的特征
h
Pq V hI h sin h sin ( 2 h t )
h
m n , m , n 1
2V
m n
I sin ( m t m ) sin ( n t n )
Baidu Nhomakorabea
（2）畸变波形下的瞬时功率
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（3）畸变波形下的有功功率 有功功率：
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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。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 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。 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
（2）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。
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电能质量国家标准动态
1）GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》 2）GB/T 15945 -2008《电能质量 电力系统频率偏差》 3）GB/T 15543 -2008《电能质量 三相电压不平衡》 4）GB/T 15945 -2008《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 -2005 《电能质量监测设备通用要求》 8）GB/T20298-2006《静止无功补偿装置（SVC）功能特性》 9）GB/T20297-2006《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） 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 1、传统的无功功率问题
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电压闪变的几个概念问题 1）电压闪变 电压闪变是从另外一个角度对电压波动的定量描述，是将一种看不见摸不着的物理现象 转化为人体视觉能感觉到的物理现象。应该明白，只有 0.5～35HZ 的电压波动对电压闪变 有直接贡献。在各国包括国内电压波动闪变的标准中，该参数的描述是最详细的，IEC 有该 参数测量的详细步骤要求，国内标准基本等同进行了采纳。可见，电压波动的最后衡量指标 在于电压闪变，尽管两个参数的定义及其物理意义有异。 2）视感度加权 在闪变分析中经常提到的视感度加权实际上是通过实验数据获取经验系数形成的一个 数学窗口，仅让能通过该窗口的信号通过，相当于模拟电路中的滤波技术，从而体现不同频 度的电压波动对电压闪变的贡献程度 。 3）长、短时间闪变 这是电压闪变的最后结果参数， 是衡量电压波动闪变严重程度的具体量化指标。 是在瞬时 视感度的基础上通过一定的取值方法及计算公式获取的一个数值。 因为瞬时视感度与电压波 动之间呈非线性关系， 而通过这种处理后获取的短时闪变水平与电压波动呈线性关系， 能更 好地将闪变与波动进行挂钩
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（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 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。 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；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。 电压暂降、暂升、短时中断
系统干 扰
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（2） 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。 （3） 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。
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3、瞬态电能质量问题 （1）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 万伏之变化。
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PMW 技术
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同步机风力发电通过逆变器实现并网
风力机 齿轮箱 同步发电机 电网 整流器 逆变器 变压器 电力开关
太阳能发电
MC
PV
工频变压器方式
高频连接方式
三、主要电能质量国家标准介绍
1、电压偏差
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
i1 2 I 1 sin(t 1 ) v H 2 Vh sin(ht h ) h 1 i H 2 I h sin(ht h ) h 1 v1 2V1 sin(t 1 )
P a V hI h c o s h 1 c o s ( 2 h t )
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（1） 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。 电压暂降造成的影响
设备名称 制冷电子控制 器 芯片制造业 PLC 精密机械工具 直流电机 调 速 电 机 （VSD） 交流接触器
造成的影响 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 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