电能质量分析.docx

这学期我选修了《电能质量分析与控制》这门课，这门课主要是介绍有关电能质量的定义、影响电能质量的因素以及解决对策的。通过学习我了解到了与电能质量相关的各种问题。

电能质量包括四个方面的相关术语和概念：电压质量(Voltagequality)即用实际电压与额定电压间的偏差(偏差含电压幅值，波形和相位的偏差)，反映供电企业向用户供给的电力是否合格；电流质量(Current quality)即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求，并使电流波形与供电电压同相位，以保证系统以高功率因数运行，这个定义有助于电网电能质量的改善，并降低网损；供电质量 (qualityofsupply)包含技术含义和非技术含义两个方面：技术含义有电压质量和供电可靠性；非技术含义是指服务质量(qualityofservice)包括供电企业对用户投诉的反应速度和电力价格等；用电质量(qualityofconsumption)包括电流质量和非技术含义，如用户是否按时、如数缴纳电费等，它反映供用双方相互作用与影响用电方的责任和义务。

   一般地，电能质量的定义：导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。这个定义简单明晰，概括了电能质量问题的成因和后果。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用，电力系统中用电负荷结构发生改变，即变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷造成对电能质量的污染与破坏，而电能作为商品，人们会对电能质量提出更高的要求，电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题，有关电能质量的问题已经成为电工领域的前沿性课题，有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差 120 。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量的含义，从不同角度理解通常包括： 

(1) 电压质量。是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。 

(2) 电流质量。反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。 

(3) 供电质量。其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。 

(4) 用电质量。包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。国内外对电能质量确切的定义至今尚没有形成统一的共识。但大多数专家认为，对现代电能质量的定义应理解为“导致用户电力设备不能正常工作的电压、电流或频率偏差，造成用电设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题”，根据这一定义，电能质量除了保证额定电压和额定频率下的正弦波形外，还包括所有电压瞬变现象，如冲击脉冲、电压下跌、瞬时间断等。这个定义概括了电能质量问题的成因和后果，当然这里的“偏差”应作广义的理解，它还包括供电可靠性的问题。 

无功功率补偿 

无功功率补偿的基本原理是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。 

力率电费 

是指电力用户感性负载无功消耗量过大，造成功率因数低于国家标准，从而按电费额的百分比追收的电费（详细了解力率电费调整办法）。 

过零模块 

采样及触发可控硅（晶闸管）。是通过过零模块对可控硅两端进行采样，当可控硅两端电压为零时，触发可控硅，使电容器投入或切除。投入时无涌流，切除时无过电压。 

涌流及过电压 

涌流是将电容器投入时瞬间产生的电流．如接触器投入电容器时采用不了过零点，所以当电容器投入时瞬间相当于短路，产生的电流会比电容器额定电流大几十倍或上百倍．同时会将电容器的极板的许多耐压薄弱点击穿，造成电容器无法储存能量，影响电容器的使用寿命．所以接触器式电容柜不可以频繁投切。

电压是将电容器切除时瞬间产生的电压．切除时由于电网电压与电容器的端电压产生迭加，从而产生过电压。 

投切振荡 

当投入电容器时出现过补偿，切除后又欠补偿，造成电容器来回频繁投切，产生振荡。 

过补和欠补 

欠补是指用电系统中感性无功大于容性无功。　

过补是指用电系统中容性无功大于感性无功。 

编码式投切 是指控制器投入电容器时采取的一种方式，如 1—2—2 

例：现做一台 100KVAR 的电容柜。 

1 、无编码：可做 10 路，每路 10KVAR ，以 10KVAR 等级投切。 

2 、有编码：可做 6 路，前两路每路为 10KVAR ，后 4 路每路 20KVAR ，投切等级也为 10KVAR 。

两种方法比较起来都以 10KVAR 等级进行投切，无编码用了 10 路，而有编码的只用了 6 路就可达到同样的效果，减少了 4 回路。降低了产品的成本。 

响应速度 接触器动作时间为几百毫秒。（机械）可控硅 ( 采样和触发 )20 毫秒就能将电容器投入。（电子） 

谐 波 是由于非线性负载所引起电压及电流的畸变，污染电网，是电气设备的一种公害。 

反送无功的害处

反送无功与无功欠补偿同样会使电压电流产生电位差，造成功率因数过低。如果长期向电网反送大量的无功，将会引起电网电压升高造成对电网的污染，严重时会造成电网崩溃耗．（电业局不允许长期向电网反送无功）。 

投切信号的比较 功率因数，无功电流，无功功率三种方式。 

1. 功率因数：用功率因数作为电容器投切信号的一种方式。如果系统功率因较低，无功功率又比较小，投入电容器又过补，过补后在切，就容易产生投切振荡． 

2. 无功电流及无功功率：用无功电流或无功功率作为电容器投切信号的一种方式，采系统中无功电流或无功功率，当系统中无功功率小于控制器所设置的参数，控制器不发出投入电容器的信号，避免了投切振荡。减少了动作次数。 

就地补偿 全国供用电规则规定：无功电力应就地平衡。 

就地补偿是指针对于某一台设备进行补偿，安装在设备附近，具有投资少、体积小、安装方便，补偿效果好等特点．就地补偿适用于单台设备容量较大，电力用户输电线路较长。就地平衡无功电流。使电压质量得到保证，减少线路损耗。 

灯力分算

是指用户的照明用电量与动力用电量占总用电量的比例。有些用户照明和动力是用一块计量表计量，其中照明用电不收取力率电费，所以电业局在计算力率电费时将用户的照明与动力用电的多少按比例将总电量中的照明部分划分出去后再计算。也就是说计算力率是按动力用电量的多少来计算。

我国目前的能源现状是能源丰富地区远离经济发达地区。我国2/3以上的经济可开发水能资源分布在四川、和云南，2/3以上探明煤炭资源分布在山西、陕西和内蒙古。东部地区经济发达，能源消费量大，但能源资源十分匮乏。西部能源基地与东部负荷中心距离在500-2000km左右。因此，长距离、大容量输电是我国未来电网发展的必然趋势。特高压输电正是具备这一能力的输电方式。截止2001年底，我国已建成500kV输电线路31483km、330kV输电线路约9177km、220kV输电线路约135976km，实现了东北和华北电网的交流联网，实现了华中和华东电网的直流联网，华中与川渝电网的交流联网，以及广东、云南、贵州、广西交直流联网形成了南方互联电网。我国电力工业已开始从大电网、大机组、超高压、高自动化阶段进入到优化资源配置、实施全国联网建设的新阶段。以特高压输电、高压直流输电和轻型直流输电作为电网目前和将来的重要输供电方式 。这就带来了一系列的问题，超高压远距离输电容易引起电网振荡，使电压与频率不能满足电能质量的要求。同时直流输电的引进，也使得大功率电力电子装置的开关向电网输入许多谐波，造成电网的谐波污染。

电力系统电压的稳定和频率的稳定很重要，若电压超出了允许的范围，说明电网的无功潮流分布不合理，很可能造成电压崩溃，使电网最终瘫痪。频率若超出允许范围则说明有功潮流分布不合理，可能使同步运行的发电机解列运行，最终导致电网崩溃。

电力系统的谐波危害也很大，主要表现在（1）发电机的铜耗和铁耗增加,电容器组﹑变压器和电动机的发热和故障；（2）输电线路的谐波放大及系统谐振(当发电机的自然振荡频率在脉动磁场频率附近时,发电机发生超同步谐振)；（3）谐波(尤其是零序谐波分量)对通信线路的影响；（4）电力系统继电保护系统(如线路的高频保护和行波保护等)和自动控制系统(如自动准同期装置)误动作或拒动作；（5）较大的高次谐波电流(数十安培或更大)能显著地延缓潜供电流的熄灭,导致单相重合闸失败,或不能采用较短的自动重合闸时间(超高压长距离输电线路,常采用单相自动重合闸来提高电力系统暂态稳定性)。

正是由于现在电网存在着这样的问题，为了保证电能质量我们就研究各种装置，使用各种对策来治理电网谐波，保证电能质量。我们所使用的对策包括以下几方面：

1、治理的基础性工作

首先要掌握供电网络运行状态，对电能质量开展实时监测，以掌握其动态；第二是分析诊断其变化，即在详细分析电能质量数据的基础上，利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析，排除虚假的谐波干扰；第三是开展系统的合理设计和改造，变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询，线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施，以降低线损，降低设备损失事故，最后才是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试，以了解治理后的效果，并总结经验。

2、无源滤波装置

该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。

　　国际上广泛使用的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。

　　1)单调谐滤波器：一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单；缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随谐波次数的减少而增加，而电炉正好是低次谐波，主要是2～7次，因此，基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时，基波损耗可减少20～50％，属节能型，滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但组成复杂些，投资也高些，用于电弧炉系统中，2次滤波器选用三阶滤波器为好，其它次选用二阶单调谐滤波器。

　　2)高通(宽频带)滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时，对5次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。

3、有源滤波器

虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter，缩写为APF)。

　　APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点：

a．不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；

b．滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；

c．具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

通过以上这些对策以求达到改善电能质量的目的。

这门课让我初步了解了电能质量的相关定义，知道了电能质量包含哪些问题，知道了如何改善电能质量。学习这门课感觉收获颇丰，它将我之前所学过的专业课知识贯穿，使我重新复习了电力系统分析、电气工程基础、电力电子的相关知识。同时又概括性的介绍了有关电能质量的若干问题，使我及时了解了我国目前电力事业的发展动态，对我以后工作有很大帮助。未来电能质量问题仍将是电力系统关注的热门话题，随着分布式发电及微电网概念的提出，电力系统的发电方式发生重大变革。新能源的利用必将对电力系统产生巨大影响。围绕新能源发电所带来影响，尤其是对大电网的影响以及对电能质量的影响必将是未来的研究趋势。所以通过课程的学习我对电能质量方面相关问题有所了解，这对我后续学习及工作都有很大帮助。