電能質(zhì)量與解決辦法.doc

大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板 遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 題 目：電能質(zhì)量與解決辦法請把你所在的學(xué)習(xí)中心名稱完整填寫。閱后刪除此文本框?qū)W習(xí)中心： 春季入學(xué)則去掉“/秋” 字，秋季入學(xué)則去掉“/春” 字。添加內(nèi)容的時候注意文字下劃線要完整。閱后刪除此文本框。層 次： 專科起點(diǎn)本科 專 業(yè)： 年 級： 年 春/秋 季 學(xué) 號： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 年 月 日19電能質(zhì)量與解決辦法內(nèi)容摘要電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的質(zhì)量。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、標(biāo)準(zhǔn)正弦波和額定電壓對用戶供電。同時，在三項交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值大小應(yīng)相等、相位對稱且相差120度。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對稱、負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想狀態(tài)并不存在。因此，產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。本文主要描述電能質(zhì)量問題、概念以及電能質(zhì)量問題的解決辦法。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；諧波；解決辦法目 錄內(nèi)容摘要I第一章 概述41.1 引言41.2電能質(zhì)量問題概述51.2.1電能質(zhì)量的定義51.2.2衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)61.3電能質(zhì)量治理概述7第二章 電能質(zhì)量指標(biāo)研究92.1電壓偏差92.1.1電壓偏差的定義92.1.2電壓偏差過大的危害92.2頻率偏差112.2.1頻率偏差的定義112.2.2頻率偏差過大的危害12第三章電能質(zhì)量治理143.1電能質(zhì)量的普查是治理的前提143.2消除局部諧波143.3諧波相消法143.4濾波153.5并聯(lián)電容器153.6正確設(shè)計和布置用電設(shè)備153.7大功率沖擊性、非線性負(fù)荷的綜合治理16第四章 電能質(zhì)量監(jiān)測分析展望174.1基礎(chǔ)理論的研究174.2新型算法的開發(fā)174.3電能質(zhì)量監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化、智能化17第五章 結(jié)論19第六章 參考資料20第一章 概述1.1 引言電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的質(zhì)量。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、標(biāo)準(zhǔn)正弦波和額定電壓對用戶供電。同時，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值大小應(yīng)相等、相位對稱且相差120度。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對稱、負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想狀態(tài)并不存在。因此，產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生主要有以下幾個原因：（1）電力系統(tǒng)元件存在的非線性問題電力系統(tǒng)元件的非線性問題主要包括：發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波；變壓器產(chǎn)生的諧波；直流輸電產(chǎn)生的諧波。此外，還有變電站并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置等因素對諧波的影響。其中，直流輸電是目前電力系統(tǒng)最大的諧波源。（2）非線性負(fù)荷在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，非線性負(fù)載占很大比例，這是電力系統(tǒng)諧波問題的主要來源。電弧爐（包括交流電弧爐和直流電弧爐）是主要的非線性負(fù)載，它的諧波主要是由起弧的時延和電弧的嚴(yán)重非線性引起的。居民生活負(fù)荷中，熒光燈的伏安特性是嚴(yán)重非線性的，會引起較為嚴(yán)重的諧波電流，其中3次諧波的含量最高。大功率整流或變頻裝置也會產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流，對電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，同時也使功率因數(shù)降低。（3）電力系統(tǒng)故障電力系統(tǒng)運(yùn)行的各種故障也會造成電能質(zhì)量問題，如各種短路故障、自然災(zāi)害、人為誤操作、電網(wǎng)故障時發(fā)電機(jī)及勵磁系統(tǒng)的工作狀態(tài)的改變、故障保護(hù)裝置中的電力電子設(shè)備的啟動等都將造成各種電能質(zhì)量問題。電能質(zhì)量問題不僅僅關(guān)系到用電設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，而且還關(guān)系到供用電市場的規(guī)范化。它的產(chǎn)生可能來源于供電方的輸配電系統(tǒng)，也可能來源于用戶端的不合理用電，還可能來源于雷電等自然現(xiàn)象。只有對電能質(zhì)量進(jìn)行有效地監(jiān)測才會對問題的產(chǎn)生和影響有清楚的認(rèn)識，這樣才能為電能質(zhì)量的改善供用電雙方的協(xié)調(diào)和供用電市場的規(guī)范提供真實依據(jù)，以便采取有效的解決措施。在這樣的環(huán)境下，探討電能質(zhì)量領(lǐng)域的相關(guān)理論及其控制技術(shù)，分析我國電能質(zhì)量管理和控制的發(fā)展趨勢，具有現(xiàn)實意義。1.2電能質(zhì)量問題概述隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些帶有基于微處理器的控制器和大功率電子開關(guān)器件的現(xiàn)代用電設(shè)備對電能質(zhì)量的要求越來越高，他們對電磁干擾都極為敏感，而且隨著電力用戶對電能質(zhì)量認(rèn)識的提高，越來越多的用戶向電力部門提出了高質(zhì)量的供電要求，另外，電能質(zhì)量的惡化會帶來比如使繼電保護(hù)誤動，附加損耗增加等問題，而且電力企業(yè)處于提高自身運(yùn)行效率的需要，也在努力尋求提高電能質(zhì)量的新途徑。1.2.1電能質(zhì)量的定義從普通意義上講，電能質(zhì)量是指優(yōu)質(zhì)供電。但迄今為止，對電能質(zhì)量的技術(shù)含義還存在著不同的認(rèn)識，一方面是由于人們看問題的角度不同，如電力企業(yè)可能把電能質(zhì)量簡單地看成是電壓（偏差）與（頻率）的合格率，并且用統(tǒng)計數(shù)字來說明電力系統(tǒng)電能99%是符合質(zhì)量要求的；電力用戶則可能把電能質(zhì)量籠統(tǒng)地看成是否向符合正常供電；而設(shè)備制造廠家則認(rèn)為合格的電能質(zhì)量就是指電源特性完全滿足電氣設(shè)備正常設(shè)計工況的需要，但實際上不同廠家和不同設(shè)備對電源特性的要求可能相去甚遠(yuǎn)。一種普遍接受和采用的技術(shù)名詞與定義方法是：從工程使用角度出發(fā)，將電能質(zhì)量概念進(jìn)一步具體分解并給出解析。其內(nèi)容如下：（1）電壓質(zhì)量。給出實際電壓與理想電壓間的偏差，以反映供電部門想用戶分配的電力是否合格。電壓質(zhì)量通常包括電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電壓瞬變現(xiàn)象、電壓波動與閃變、電壓暫降（升）與中斷、電壓諧波、電壓陷波、欠電壓、過電壓等。（2）電流質(zhì)量。電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量密切相關(guān)。為了提高電能的傳輸效率，除了要求用戶汲取的電流是單一頻率正弦波形外，還應(yīng)盡量保持該電流波形與供電電壓同相位。電流質(zhì)量通常包括電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位超前與滯后、噪聲等。（3）供電質(zhì)量。它包括技術(shù)含義和非技術(shù)含義兩部分。技術(shù)含義有電壓質(zhì)量和供電可靠性；非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量，它包括供電部門對用戶投訴與抱怨的反應(yīng)速度和電力價目的透明度。 （4）用電質(zhì)量。它包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義等，如用戶是否按時、如數(shù)繳納電費(fèi)等。上述關(guān)于電能質(zhì)量的含義與解析反映了供用電雙方的互相作用和影響以及責(zé)任和義務(wù)。雖然其含義很工程化，但對理解和認(rèn)識電能質(zhì)量是很有實用價值的。另外，國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)則對電能質(zhì)量定義為，電能質(zhì)量是指導(dǎo)致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。這里的“偏差”應(yīng)廣義理解，其內(nèi)容涉及頻率偏差、電壓偏差、電磁暫態(tài)、供電可靠性、波形失真、三相不平衡以及電壓波動和閃變等。但是，IEC并沒有采用“PowerQuality”（電能質(zhì)量）這一術(shù)語，而是用“EMC”（電磁兼容）術(shù)語來強(qiáng)調(diào)設(shè)備與設(shè)備之前，電源與設(shè)備之間的相互作用及影響，定義電磁兼容為設(shè)備或系統(tǒng)能在所處的電磁環(huán)境中正常運(yùn)行并且不對該電磁環(huán)境產(chǎn)生任何不能容忍的電磁擾動。在電磁兼容的概念中，用排放（Emission）表示設(shè)備產(chǎn)生的電磁污染，用（Immunity）表示設(shè)備抗電磁污染的能力，并以此為基礎(chǔ)，制定了一系列電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)。1.2.2衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)由于所處立場不同，關(guān)注電能質(zhì)量的角度不同，人們對電能質(zhì)量的定義還未能達(dá)成完全的共識，但是對其主要技術(shù)指標(biāo)都有較為一致的認(rèn)識。主要指標(biāo)為國家技術(shù)監(jiān)督局相繼頒布的涉及電能質(zhì)量五個方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動和閃變，供電三相電壓允許不平衡度，公用電網(wǎng)諧波，以及供電頻率允許偏差等的指標(biāo)限制。(1)電壓偏差（voltagedeviation）：是電壓下跌(電壓跌落)和電壓上升(電壓隆起）的總稱。(2)頻率偏差（frequencydeviation）：對頻率質(zhì)量的要求全網(wǎng)相同，不因用戶而異，各國對于該項偏差標(biāo)準(zhǔn)都有相關(guān)規(guī)定。 (3)電壓三相不平衡（unbalance）：表現(xiàn)為電壓的最大偏移與三相電壓的平均值超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。 (4)諧波和間諧波（harmonics&inter-harmonics）：含有基波整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為諧波。含有基波非整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為間諧波，小于基波頻率的分?jǐn)?shù)次諧波也屬于間諧波。(5)電壓波動和閃變（fluctuation&flicker）：電壓波動是指在包絡(luò)線內(nèi)的電壓的有規(guī)則變動，或是幅值通常不超出0.91.1倍電壓范圍的一系列電壓隨機(jī)變化。閃變則是指電壓波動對照明燈的視覺影響。此外IEEE第22標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)委員會和其他國際委員會從電壓幅值和電壓波形兩個方面采用1種指標(biāo)來衡量電能質(zhì)量，其中電壓幅值指標(biāo)包括：斷電（interruption）、電壓下跌（sag）、電壓上升（swell）、瞬時脈沖（impulse）、電壓波動（fluctuation）與閃變（flicker）、電壓切痕（notch）、過電壓（over-voltage）、欠電壓（under-voltage）、電壓波形指標(biāo)包括：諧波（harmonic）、間諧波（interharmonic）、頻率偏差（frequencydeviation）。1.3電能質(zhì)量治理概述影響電能質(zhì)量的原因各種各樣，大體可以分為： （1）內(nèi)因。系統(tǒng)本身接有電弧爐、整流器、單相負(fù)荷、大功率電動機(jī)等干擾性負(fù)荷。這些負(fù)荷對電網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，如諧波、無功沖擊、負(fù)序等，而且這些負(fù)面影響可能通過公共連接點(diǎn)（PCC）波及其它終端用戶。因此，系統(tǒng)中必須安裝相關(guān)裝置，以及時緩解這些問題，而且還應(yīng)根據(jù)電能質(zhì)量評估體系，利用經(jīng)濟(jì)杠桿約束此類用戶對電能質(zhì)量的影響。（2）外因。雷電、外力破壞、樹枝影響、配電設(shè)備故障、電容器投切、線路切換等都可能干擾系統(tǒng)，造成斷電或電壓變動，甚至影響到相鄰線路，導(dǎo)致有害影響蔓延。現(xiàn)在采取的措施，一是減少故障發(fā)生的次數(shù)和改變排除故障的方式，目前配電系統(tǒng)中的線路主保護(hù)是電流保護(hù)，該保護(hù)最大的缺陷是線路中相當(dāng)大部分區(qū)域上的故障不能無時延地予以切除，此外即使無時延保護(hù)，從檢測出故障到斷路器開斷故障，最快也需要3-6個周波。若是永久性故障，多次重合閘則導(dǎo)致電壓的不斷波動。二是降低裝置對電能質(zhì)量問題的敏感性，主要是用戶側(cè)在敏感負(fù)荷或關(guān)鍵負(fù)荷處安裝補(bǔ)償裝置，這種方法對單個負(fù)荷可有直接和明顯的效果，但是受限于補(bǔ)償裝置的容量和價格，應(yīng)用范圍也受到限制。目前在電能質(zhì)量檢測與控制中，有兩個重要環(huán)節(jié)需要深入探討： （1）實時準(zhǔn)確地檢測。檢測值可能是要濾除的諧波、要補(bǔ)償?shù)臒o功或要平衡的不對稱值等。已經(jīng)出現(xiàn)的檢測方法很多，大多數(shù)的檢測方法在信號平穩(wěn)時，能準(zhǔn)確地檢測出干擾值。而這里的“實時檢測”主要是指當(dāng)信號被干擾時，檢測電路的實時跟蹤速度，目前大多數(shù)的常規(guī)檢測方法很少能做到這一點(diǎn)，而實時性對于持續(xù)時間較短的電壓跌落、突升、閃變、諧波等尤為重要。以諧波檢測方法為例，為提高實時性，文獻(xiàn)提出了不同的方法，有的是常規(guī)方法的改進(jìn)，更多的是新理論的靈活應(yīng)用。但這些檢測方法在改進(jìn)的同時也帶來了新的問題，如要選擇合適的數(shù)學(xué)函數(shù)、變換結(jié)果的相位與幅值會出現(xiàn)偏差等，所以它們的有效性還有待進(jìn)一步研究。（2）求得補(bǔ)償信號的參考值后，要快速準(zhǔn)確地驅(qū)動變流器，產(chǎn)生補(bǔ)償信號。目前出現(xiàn)的控制方法有：滯環(huán)比較控制、空間矢量控制、無差拍控制等。這些方法各有優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)實際情況靈活選用。無論是檢測還是控制，存在的主要問題都是如何減小以至消除時滯，使補(bǔ)償偏差最小。電能質(zhì)量控制器（或有源濾波器）的結(jié)構(gòu)一般是：靠近源側(cè)（或負(fù)荷側(cè)）連接 一并聯(lián)逆變器，靠近負(fù)荷側(cè)（或源側(cè)）連接一串聯(lián)逆變器，兩逆變器通過公共的直流電容結(jié)合在一起。串聯(lián)部分的功能為補(bǔ)償各種干擾，并聯(lián)部分的功能為有源濾波、動態(tài)補(bǔ)償無功、為直流電容提供能量等。當(dāng)在直流側(cè)并聯(lián)能量儲存裝置時，還能使負(fù)載不受瞬時停電的干擾。第二章 電能質(zhì)量指標(biāo)研究2.1電壓偏差電壓是電能質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一，其中電壓偏差是衡量供電系統(tǒng)正常運(yùn)行與否的一項主要指標(biāo)。2.1.1電壓偏差的定義 供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的電壓測量值與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（通常，電力系統(tǒng)的額定電壓采用標(biāo)稱電壓去描述，對電器設(shè)備則采用額定電壓的術(shù)語）只差對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)稱為該電壓節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。供電系統(tǒng)正常運(yùn)行方式是指系統(tǒng)中所有電氣元件按預(yù)定工況運(yùn)行。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行時，負(fù)荷時刻發(fā)生著變化，系統(tǒng)的運(yùn)行方式也經(jīng)常變化，系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓隨之發(fā)生改變，會偏離系統(tǒng)電壓額定值。電壓的這種變化是緩慢的，其每秒電壓變化率小于額定電壓的1%。電壓的方均根值偏離額定值的現(xiàn)象稱為電壓變動，所以電壓偏差屬于電壓變動的范疇。與同屬電壓變動范疇的過電壓和欠電壓相比，電壓偏差僅僅針對電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)而言。過電壓和欠電壓既可能出現(xiàn)在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，也可能出現(xiàn)在電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行方式下，如故障狀態(tài)等。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，機(jī)組或負(fù)荷的投切所引起的系統(tǒng)電壓偏差并不大，起絕對值不大于標(biāo)稱電壓的10%。系統(tǒng)在非正常運(yùn)行方式下，由于故障所引發(fā)的系統(tǒng)電壓變動與故障點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近有很大關(guān)系。 此時，系統(tǒng)實際電壓可能嚴(yán)重偏離標(biāo)稱值，也可能偏離標(biāo)稱值的幅度并不大，距離越近，電壓低于標(biāo)稱值越多。反之，距離越遠(yuǎn)，電壓低于標(biāo)稱值越少。此時，電壓偏差強(qiáng)調(diào)的是實際偏離標(biāo)稱電壓，分別未高于標(biāo)稱電壓的110%和維持在標(biāo)稱電壓的10%90%，并且持續(xù)時間超過1min。2.1.2電壓偏差過大的危害電壓偏差過大對廣大用電設(shè)備以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都會差生極大的危害。1、電壓偏差過大對用電設(shè)備的危害所有用戶的用電設(shè)備都是按照額定定壓進(jìn)行設(shè)計和制造的，當(dāng)電壓偏離額定電壓較大時，用電設(shè)備的運(yùn)行性能惡化，很可能會由于過電壓過過電流而損壞。（1）對照明設(shè)備的危害。照明常用的白熾燈、熒光燈等設(shè)備，其發(fā)光效率、光通量以及使用壽命均與電壓有關(guān)。（2）對電動機(jī)的危害。用電設(shè)備中大量使用的異步電動機(jī)，其電磁轉(zhuǎn)矩、效率和電流與端電壓關(guān)系十分密切。其最大電磁轉(zhuǎn)矩（功率）與端電壓的平方成正比。此外， 電壓降低時，電動機(jī)滑差加大，電動機(jī)電流顯著增加，導(dǎo)致繞組溫度升高，從而加速絕緣老化，縮短電動機(jī)壽命，嚴(yán)重時可能燒毀電動機(jī)；電壓過高時，可能損壞電動機(jī)絕緣或由于勵磁電流過大而過電流，同樣也會縮短電動機(jī)壽命。同步電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比、最大轉(zhuǎn)矩與端電壓成正比。因此，電壓偏差對同步電動機(jī)的影響和異步電動機(jī)相似，只是電壓變化不會引起同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。（3）對鐵芯設(shè)備的危害。變壓器、互感器等帶鐵芯的電器設(shè)備在高電壓寫的危害體現(xiàn)在兩方面：一是勵磁電流增加，使鐵芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度B增加，導(dǎo)致鐵損增加，鐵芯溫升加大。二是油中和繞組表面電場強(qiáng)度增加，促使這些元件加速老化，嚴(yán)重時將使其絕緣損壞。當(dāng)電壓降低時，在傳輸同樣功率條件下，繞組電流增加，繞組損耗與電流平方比例地增加。（4）對并聯(lián)電容器的危害。電容器輸出的無功功率與電壓平方成正比，電壓降低使其輸出無功功率大大降低。電壓升高雖然無功功率提高，但由于電場增強(qiáng)，使局部放電加強(qiáng)，使絕緣壽命下降。（5）對家用電器的危害。電壓降低使電視機(jī)色彩變壞，亮度變暗，屏幕顯示不穩(wěn)定，圖像模糊；電壓升高是電子設(shè)備陰極加熱電流增加，顯像管壽命降低。電壓便宜過大時，電子計算機(jī)和控制設(shè)備出現(xiàn)錯誤結(jié)果和誤工。（6）對其他用電設(shè)備的危害。所有用電設(shè)備的輸出功率、效率和使用壽命都不同程度地受電壓的影響。過大的電壓偏差會使其電能損耗增加，產(chǎn)品質(zhì)量下降或報廢，產(chǎn)量減少，設(shè)備損壞，甚至被迫停產(chǎn)，對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)影響很大。2、電壓偏差過大對電力系統(tǒng)運(yùn)行的危害電壓過低或者過高都會對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生危害。電壓降低的危害主要表現(xiàn)為以下三個方面：（1）輸電線路的輸送功率手功率穩(wěn)定極限的限制，而輸電線路輸送功率的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限近似與系統(tǒng)電壓平方成正比，與線路等效電抗成反比。系統(tǒng)電壓降低，穩(wěn)定功率極限越低，功率極限與線路輸送功率的差值（即功率儲備）越低，越容易發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，甚至?xí)斐上到y(tǒng)瓦解的重大事故。（2）當(dāng)電網(wǎng)缺乏無功功率，電網(wǎng)運(yùn)行電壓低時，可能因電壓不穩(wěn)定造成系統(tǒng)電壓崩潰，也可能造成大量用戶停電或系統(tǒng)瓦解。根據(jù)單電發(fā)電機(jī)-單電動機(jī)系統(tǒng)分析，當(dāng)電壓偏低時，系統(tǒng)發(fā)出的無功功率小于負(fù)荷吸收的無功功率使電壓下降，電壓下降無功功率缺額增大，惡性循環(huán)而導(dǎo)致電壓崩潰。（3）輸電線路和變壓器在輸送相同功率的條件下，其電流大小與運(yùn)行電壓成反比。電網(wǎng)低電壓運(yùn)行，會使線路和變壓器電流增加。線路和變壓器繞組的有功損耗與電流平方成正比。低電壓運(yùn)行會使電流系統(tǒng)有功功率損耗和無功功率損耗大大增加，從而加大線損率，增加供電成本。電壓升高使系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的絕緣受損，使帶鐵芯的設(shè)備飽和，產(chǎn)生諧波，并可能引發(fā)鐵磁諧振，同樣威脅電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。同時，使超高壓系統(tǒng)的電暈損耗加大，使供電成本增加。2.2頻率偏差頻率是電能質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一，系統(tǒng)負(fù)荷特別是發(fā)電廠廠用電負(fù)荷對頻率的要求非常嚴(yán)格。要保證用戶和發(fā)電廠的正常運(yùn)行就必須嚴(yán)格控制系統(tǒng)頻率，使系統(tǒng)的頻率偏差控制的允許范圍之內(nèi)。允許頻率偏差的大小不僅體現(xiàn)了電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平的高低，同時反映了一個國家工業(yè)發(fā)達(dá)的程度。2.2.1頻率偏差的定義根據(jù)電工學(xué)理論，正弦量在單位時間內(nèi)交變的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz（赫茲）。交變（含正弦負(fù)半波的變化）一次所需要的時間稱為周期，同T表示， 單位為s（秒）。頻率和周期互為倒數(shù)，即交流電力系統(tǒng)是以單一恒定的標(biāo)稱頻率、規(guī)定的幾種電壓等級和以正弦函數(shù)波形變化的交流電向用戶供電。交流系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率分為50Hz和60Hz兩種。我果采用50Hz標(biāo)稱頻率稱為工頻。不同標(biāo)稱頻率的系統(tǒng)要實現(xiàn)互聯(lián)，只能通過換流設(shè)備才能實現(xiàn)。電氣設(shè)備如果與系統(tǒng)進(jìn)行非同步運(yùn)行，必須通過變頻調(diào)速裝置才能實現(xiàn)并網(wǎng)。 電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實際值和標(biāo)稱值之差稱為系統(tǒng)的頻率偏差。頻率偏差屬于頻率變化的范疇。電力系統(tǒng)的頻率變化是指基波頻率偏離規(guī)定正常值的現(xiàn)象。2.2.2頻率偏差過大的危害頻率偏差過大對廣大用電負(fù)荷以及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都會造成很大的危害。1、系統(tǒng)頻率偏差過大對用電負(fù)荷的危害（1）產(chǎn)品質(zhì)量沒有保障。工業(yè)企業(yè)所使用的用電設(shè)備大多數(shù)是異步電動機(jī)，其轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)。系統(tǒng)頻率變化將引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速改變，從而影響產(chǎn)品得質(zhì)量。（2）降低勞動生產(chǎn)率。電動機(jī)的輸出功率與系統(tǒng)頻率有關(guān)。系統(tǒng)頻率下降使電動機(jī)的輸出功率降低，從而影響所傳動機(jī)械的出力（如機(jī)械工業(yè)仲大量的機(jī)床設(shè)備），導(dǎo)致勞動生產(chǎn)率降低。（3）使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運(yùn)行?，F(xiàn)代工業(yè)大量采用的電子設(shè)備如電子計算機(jī)、電子通信設(shè)備、銀行安全防護(hù)系統(tǒng)和采用自動控制設(shè)備的工業(yè)生產(chǎn)流水線等，對系統(tǒng)頻率非常敏感。系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定會影響這些電子設(shè)備的工作特性，降低準(zhǔn)確度，造成誤差。2、系統(tǒng)頻率偏差過大對電力系統(tǒng)的危害（1）降低發(fā)電機(jī)組效率，嚴(yán)重時可能引發(fā)系統(tǒng)頻率崩潰和電壓崩潰?；鹆Πl(fā)電廠的主要設(shè)備是水泵和風(fēng)機(jī)，它們由異步電動機(jī)帶動。如果系統(tǒng)頻率減低，電動機(jī)輸出功率將以與頻率成三次方的比例減少，則它們所供應(yīng)的水量和風(fēng)量就會迅速減少，從而影響鍋爐和發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。當(dāng)頻率降低至臨界運(yùn)行頻率45Hz以下時，發(fā)電機(jī)輸出的功率明顯降低。一旦發(fā)電機(jī)輸出功率減少，系統(tǒng)頻率會進(jìn)一步下降，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致系統(tǒng)陰頻率崩潰而瓦解。此外，頻率下降，即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降時，發(fā)電機(jī)的電動勢將減少，無功功率出力降低，電力系統(tǒng)內(nèi)部并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)某隽σ搽S之下降，而用于用戶電氣設(shè)備勵磁的無功功率卻增加，促使系統(tǒng)電壓隨頻率的下降而降低，威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。當(dāng)頻率降至4345Hz時，極易引起電壓崩潰。（2）汽輪機(jī)在低頻下運(yùn)行時候容易產(chǎn)生葉片共振，造成葉片疲勞損壞和斷裂。（3）處于低頻率電力系統(tǒng)中的異步電動機(jī)和電壓器的主磁通會增加，勵磁電流隨之加大，系統(tǒng)所需無功功率大為增加，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平降低，給系統(tǒng)電壓調(diào)整帶來困難。（4）無功補(bǔ)償用電容器的補(bǔ)償容量與頻率成正比。當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，電容器的無功出力成比例降低。此時電容器對電壓的支撐作用受到削弱，不利于系統(tǒng)電壓的調(diào)整。（5）頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計量誤差加大。研究表明，頻率改變1%，感應(yīng)式電能變的計量誤差約增大0.1%。頻率加大，感應(yīng)式電能表將少計電量。第三章電能質(zhì)量治理3.1電能質(zhì)量的普查是治理的前提電能質(zhì)量治理技術(shù)包括無功補(bǔ)償，高次諧波抑制，平衡三相負(fù)荷，降低損耗等，技術(shù)難度大、投資高，是一向極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。要制定科學(xué)的治理方案，提高投資效益，必須首先對電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行普查。內(nèi)容應(yīng)包括：在生產(chǎn)周期內(nèi)，諧波電壓、諧波電流、基波電壓、基波功率、諧波功率、諧波阻抗、諧波流向、電壓波動和閃變動態(tài)分析趨勢及統(tǒng)計數(shù)據(jù)。3.2消除局部諧波電力系統(tǒng)中為補(bǔ)償負(fù)荷的功率因數(shù)，提高電壓水平，在變電所或負(fù)荷點(diǎn)處裝有并聯(lián)電容器，用以補(bǔ)償無功功率。對于工頻，系統(tǒng)的感抗一般比容抗小得多，因而不會發(fā)生諧振，但當(dāng)系統(tǒng)中含有諧波分量時，就可能發(fā)生并聯(lián)或者串聯(lián)諧振。不大的諧波電流，由于并聯(lián)諧振會引起變電站母線諧波電壓升高，諧振之路諧波電流過大；不大的諧波電壓，由于串聯(lián)諧振會使電路中流過很大的諧波電流。電網(wǎng)中局部諧振引起的過電流、過電壓將增大損耗。損壞設(shè)備，使自動裝置誤動作，危害很大。局部諧振問題，可通過調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷分布貨電路參數(shù)，改變系統(tǒng)頻率和等值電路中的頻率而解決。3.3諧波相消法電力系統(tǒng)中接入的非線性器件，往往正是利用它們的非線性來達(dá)到技術(shù)上的某種目的，因此不能用降低甚至消除非線性來消除諧波。但是高次諧波都是一些正弦交流量，其大小和方向與相位有關(guān)，因此總可以設(shè)法讓次數(shù)相同，相位相反的諧波互相抵消。諧波消除也可用注入諧波電流的方法來達(dá)到，基本原理是想環(huán)流變壓器直流側(cè)的繞組注入一定頻率的諧波電流以改善其電流波形。電流的注入是通過一諧波電流源與直流側(cè)線圈形成就被注入的諧波電流改善，交流側(cè)電流的諧波分量就被削弱了。用磁通補(bǔ)償法也可消除甲流諧波，基本原理是對鐵芯中的諧波磁通警醒補(bǔ)償。這種方法在自飽和靜止無功補(bǔ)償裝置中廣泛采用，能將諧波限制在相當(dāng)?shù)偷乃街?。如國外有人設(shè)計1種三-三柱電抗器，其結(jié)構(gòu)是9柱鐵芯，共15嘅主線圈，9個二次補(bǔ)償繞組，外加1個可調(diào)電抗器，如不用二次補(bǔ)償繞組能消除17次一下的諧波，殘余的諧波不超過2%。如應(yīng)用二次補(bǔ)償繞組及可變電抗器則基本上能消除35次一下的諧波，殘余的諧波可以忽略。3.4濾波為技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理起見，只采用并聯(lián)濾波器。通過并聯(lián)電路來濾波，在理論上和實踐上都簡單的。將諧波阻抗低的并聯(lián)濾波器接入系統(tǒng)，將換流器所產(chǎn)生的大部分諧波電流轉(zhuǎn)移出去，從而使系統(tǒng)其他部分的諧波電壓降到很小。在一個給定頻率下有低阻抗的最簡單電路時RLC串聯(lián)諧振電路，其優(yōu)點(diǎn)是在基波下具有容性阻抗，因此接入濾波器可以起到接入無功功率補(bǔ)償器的作用，可補(bǔ)償換流器換相所吸收的無功。對于次數(shù)較高的高次諧波采用減幅濾波器。對6脈沖換流器一般采用諧振電路來濾除第5、7、11、13次諧波，有時還采用1個減幅濾波器來濾除高次諧波。對于12脈沖換流器，通常由第11次、13次諧波和1個減幅濾波器來濾波。濾波器的配制和電力系統(tǒng)的規(guī)模有關(guān)，它要考慮到無功功率補(bǔ)償所需的電容器容量和數(shù)目及系統(tǒng)的換流負(fù)載等。3.5并聯(lián)電容器一般說來，濾波器的造價較高，且占用場地大，對諧波發(fā)生量大、主動諧波為3次的系統(tǒng)，為了減少投入，可考慮在裝設(shè)無功補(bǔ)償電容器時，串聯(lián)電抗器參數(shù)選擇在3次諧波附近諧波，因此具有濾波作用。并聯(lián)補(bǔ)償裝置確實能濾除一部分注入系統(tǒng)的諧波電流，但其濾波效果是有限的。3.6正確設(shè)計和布置用電設(shè)備前述辦法一般可把諧波降至相當(dāng)?shù)偷乃?，但系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，負(fù)載的波動，設(shè)備的陳舊都會影響其效果。此外，在不少情況下，并不一定要增加設(shè)備才能防止諧波的影響，正確的設(shè)計和正確的布置有時就有效。例如，直流輸電的整流器直接由發(fā)電器供電，而不是由交流系統(tǒng)的母線供電，這樣可避免整流器產(chǎn)生的高次諧波傳播到交流系統(tǒng)中，既省去了濾波器，又將配電裝置縮減到每臺發(fā)電機(jī)1組斷路器，沒有發(fā)電機(jī)端的電壓器，它們由整流變壓器代替。又如對大型整流裝置可設(shè)計成2組或多組，這可減少因負(fù)載波動產(chǎn)生較嚴(yán)重的諧波。增加整流器到供電母線間的阻抗，可降低該母線的電壓畸變。把換流器負(fù)載與其他交流負(fù)載分開布置，可減輕諧波對其它負(fù)載的影響。3.7大功率沖擊性、非線性負(fù)荷的綜合治理電力系統(tǒng)中大功率、沖擊性、非線性負(fù)荷，如電弧爐、軋鋼機(jī)、電氣化鐵路等，對電力系統(tǒng)的影響的特點(diǎn)：非線性，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生高次諧波；不對稱性，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序分量；波動性，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生電壓波動與閃變；功率大，對電力系統(tǒng)影響嚴(yán)重。此類負(fù)荷使電能質(zhì)量的各項指標(biāo)全面下降，必須采取綜合治理措施，以最少的投資，缺的最佳的治理效果。所謂綜合治理，就是治理裝置能夠同時起降低諧波、減少三相不平衡度、提高功率因數(shù)、穩(wěn)定電壓、減少電壓波動和閃變的作用。如使用SR型SVC裝置（自飽和電抗器型靜止補(bǔ)償裝置）加裝單調(diào)諧波濾波器效果為佳，因此自飽和電抗器響應(yīng)時間極快，可使系統(tǒng)動態(tài)地保持無功平衡，提高了功率因數(shù)，減少了典雅波動和閃變，同時也減少波形畸變，自飽和電抗器和分相調(diào)節(jié)作用，使三相不平衡度（負(fù)序分量）減少，在次基礎(chǔ)上若經(jīng)測試，仍有較大的諧波電流，則應(yīng)加裝單調(diào)諧波濾波器。電力治理的治理問題一直是國內(nèi)外電力行業(yè)十分關(guān)注的問題。因此，研究電能質(zhì)量的治理技術(shù)很有價值。相信隨著電力電子技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，將有更多的，更能更強(qiáng)大的店里質(zhì)量治理裝置被研制出，使電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量得到保證。第四章 電能質(zhì)量監(jiān)測分析展望電能質(zhì)量的分析和監(jiān)測是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它設(shè)計到電力系統(tǒng)、自動控制、現(xiàn)代通信等多個方面。目前乃至今后一段時間內(nèi)，它在發(fā)展中要解決以下幾方面的問題：4.1基礎(chǔ)理論的研究電能質(zhì)量基礎(chǔ)理論研究是對其本質(zhì)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)，包括統(tǒng)一的畸變波形行電能質(zhì)量的含義，各功率成分的定義、產(chǎn)生機(jī)理、評價體系研究，及物理意義，科學(xué)的計算方法研究等。目前為適應(yīng)不同的需要提出許多的定義方法。各方法在數(shù)學(xué)表達(dá)式、物理意義、建立模型及實施方面各有所長，但距離理論上和實際上的統(tǒng)一并易于接受的表達(dá)式尚有一定的差距，無法對電能質(zhì)量做出綜合的分析和評估。這一理論的短缺無疑將會阻礙對電能質(zhì)量進(jìn)一步的深入研究。4.2新型算法的開發(fā)隨著近代數(shù)學(xué)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展及大量跨學(xué)科、跨專業(yè)交叉理論的出現(xiàn)，電能質(zhì)量分析的模型、方法和手段呈現(xiàn)