電能質量限值計算

1、第3章 供配電網(wǎng)電能質量限值計算 3.1供配電網(wǎng)電能質量限值的定義對供配電電網(wǎng)特定供電點的供電指標限值和用電質量指標限值稱之為該供電點的電能質量限值。供配電網(wǎng)電能質量限值不包括設備定型試驗時對無條件接入公用低壓供電系統(tǒng)的設備的電磁兼容限值（諧波電流發(fā)射限值和電壓波動和閃爍的限制）。供配電網(wǎng)供電質量指標限值包括供電電壓偏差限值、電力系統(tǒng)頻率偏差限值、三相電壓不平衡度限值、電壓波動和閃變限值、諧波電壓限值、間諧波電壓限值、電壓暫降限值等。供配電網(wǎng)用電質量指標限值包括負序電流限值、波動負荷產(chǎn)生的電壓閃變限值、諧波電流限值、單個用戶引起的間諧波電壓限值、功率因數(shù)限值、有功沖擊限值等、。用電質量惡化是使

2、供電質量變差的主要因素，因此用戶對電網(wǎng)電能質量的干擾水平常用用電質量指標衡量。3.2供配電網(wǎng)電能質量限值計算的必要性嚴格地控制用戶或電力設備對電網(wǎng)的干擾水平和提高電網(wǎng)供電的電壓質量需要較高的電網(wǎng)控制和管理成本，但是可以降低電網(wǎng)損耗，凈化電網(wǎng)和電力設備的運行環(huán)境，使電網(wǎng)和電力設備更加安全高效運行，降低電力設備的設計制造費用。反之，如果放寬用戶或電力設備對電網(wǎng)的干擾和降低電網(wǎng)供電的電壓質量則會降低電網(wǎng)控制和管理成本，但是將使電網(wǎng)損耗增大，電網(wǎng)和電力設備運行環(huán)境惡化，增加電網(wǎng)和電力設備的運行故障，增大電力設備的設計制造難度和費用。為了協(xié)調維護電力公司、用戶和電力設備制造商三者之間的利益，以在整體社會

3、成本最小的條件下，把電能質量控制在允許的范圍內，需要一套統(tǒng)一而且完整的電能質量標準。電能質量限值計算實際上就是在相關各方的權利和利益平衡的基礎上，按照標準為相關各方提供一個共同的遵守規(guī)范，進而在整個社會成本最小的條件下，通過相關各方的合作，在電力公司、電力用戶和電力設備三者之間實現(xiàn)最大的兼容。3.3供配電網(wǎng)電能質量考核3.3.1公用電網(wǎng)公共連接點的電能質量考核（電網(wǎng)公司內部管理考核） （1）考核點公用電網(wǎng)公共連接點PCC,如圖3.1中的A點。 （2）供電質量考核考核對象：電網(wǎng)公司；考核內容考核PCC的供電電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動和閃變、諧波電壓、間諧波電壓是否在公

4、用電網(wǎng)電能質量標準規(guī)定的限值以內。 （3）用電質量考核考核對象：電網(wǎng)公司?？己藘热荩嚎己巳坑脩糇⑷隤CC的負序電流和諧波電流、波動負荷產(chǎn)生的電壓波動與閃變是否在公用電網(wǎng)電能質量標準規(guī)定的限值以內，考核PCC的功率因數(shù)、有功沖擊是否在企業(yè)標準或相關規(guī)定或供用電合同規(guī)定的限值以內。圖3.1 電能質量考核點分布圖（4）公用電網(wǎng)電能質量標準GB/T 14549 電能質量 公用電網(wǎng)諧波；GB/T 12325 電能質量 供電電壓偏差；GB/T 15945 電能質量 電力系統(tǒng)頻率偏差；GB/T 12326 電能質量 電壓波動和閃變；GB/T 15543 電能質量 三相電壓不平衡；GB/T 18481 電能

5、質量 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓；GB/T 24337 電能質量 公用電網(wǎng)間諧波。3.3.2公用電網(wǎng)單用戶供電關口的電能質量考核（供用電雙向考核） 單用戶指接于公用電網(wǎng)供電母線上的單條線路供電的用戶。（1）考核點公用電網(wǎng)單用戶供電關口, 如圖3.1中的B點。（2）供電質量考核同3.3.1（2）。（3）用電質量考核考核對象：接于公共供電母線的單個用戶；考核內容考核單個用戶注入PCC的負序電流和諧波電流、波動負荷產(chǎn)生的電壓波動與閃變、單個用戶在PCC點產(chǎn)生的間諧波電壓是否在公用電網(wǎng)電能質量標準規(guī)定的限值以內，考核B點的功率因數(shù)、有功沖擊是否在企業(yè)標準或相關規(guī)定或供用電合同規(guī)定的限值以內。3.3.3用戶

6、供配電網(wǎng)內部公共連接點的電能質量考核（用戶內部管理考核）（1）考核點用戶供配電網(wǎng)內部公共連接點，如圖3.1中的C點(高壓或中壓公共連接點)和E點（中壓或低壓公共連接點）。,（2）供電質量考核考核對象：用戶供配電技術管理部門；考核內容 考核供電電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動和閃變是否在公用電網(wǎng)電能質量標準規(guī)定的限值以內,考核間諧波電壓是否在企業(yè)標準規(guī)定的限值以內，對于與高壓或中壓系統(tǒng)，考核諧波電壓是否在電磁兼容限值標準規(guī)定的規(guī)劃水平以內，對于低壓系統(tǒng)，考核諧波電壓是否在電磁兼容限值標準規(guī)定的電磁兼容水平以內。 （3）用電質量考核考核對象：用戶供配電技術管理部門；考核內容全

7、部負荷注入對應的C點（和E點）的負序電流、波動負荷在對應的C點（和E點）產(chǎn)生的電壓閃變限值是否在公用電網(wǎng)電能質量標準規(guī)定的限值以內，全部負荷注入對應的C點（或E點）的諧波電流是否在IEEE 519 Harmonic Limits規(guī)定的發(fā)射水平的指標限值以內，C點（和E點）的功率因數(shù)、有功沖擊是否在企業(yè)標準或相關規(guī)定或供用電合同規(guī)定的限值以內。（4）電磁兼容限值標準GB17625.1 電磁兼容限值 諧波電流發(fā)射限值（設備每相輸入電流16A）；GB17625.2 電磁兼容限值 對額定電流不大于16A的設備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動和閃爍的限值；GB/Z17625.3 電磁兼容限值 對額定電流大

8、于16A的設備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動和閃爍的限值；GB/Z17625.4 電磁兼容限值 中高壓電力系統(tǒng)中畸變負荷發(fā)射限值的評估；GB/Z17625.5電磁兼容限值 中高壓電力系統(tǒng)中波動負荷發(fā)射限值的評估；GB/Z17625.6 電磁兼容限值 對額定電流大于16A的設備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流的限值；3.3.4用戶供配電網(wǎng)單負荷供電關口的電能質量考核（供用電雙向考核）單負荷指接于用戶供電母線上的單條線路供電的設備集成。（1）考核點用戶供配電網(wǎng)單負荷供電關口，如圖3.1中的D點（高壓或中壓單負荷供電關口）和F點（中壓或低壓單負荷供電關口）。 （2）供電質量考核考核對象用戶供配電技術管

9、理部門；考核內容 考核供電電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動和閃變、諧波電供電電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動和閃變是否在公用電網(wǎng)電能質量標準規(guī)定的限值以內,考核間諧波電壓是否在企業(yè)標準規(guī)定的限值以內，對于與高壓電網(wǎng)，考核諧波電壓是否在電磁兼容限值標準規(guī)定的規(guī)劃水平以內，對于中低壓電網(wǎng)，考核諧波電壓是否在電磁兼容限值標準規(guī)定的電磁兼容水平以內，對于中低壓電網(wǎng)，考核電壓暫降是否在企業(yè)標準或相關規(guī)定或供用電合同規(guī)定的限值以內。（3）用電質量考核考核對象：單負荷；考核內容考核單個負荷注入C點（和F點）的負序電流、波動負荷產(chǎn)生的電壓閃變限值是否在公用電網(wǎng)電能質

10、量標準規(guī)定的限值以內，單個負荷在C點（和F點）產(chǎn)生的間諧波電壓限值是否在公用電網(wǎng)電能質量標準規(guī)定的限值以內，單個負荷注入對應的C點（或E點）的諧波電流是否在IEEE 519 Harmonic Limits規(guī)定的發(fā)射水平的指標限值以內，C點（和F點）功率因數(shù)、有功沖擊是否在企業(yè)標準或相關規(guī)定或供用電合同規(guī)定的限值以內。3.4 供電電能質量限值計算包括供電電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動和閃變、諧波電壓、電壓暫降的限值計算。3.4.1系統(tǒng)頻率（1）頻率偏差限值電力系統(tǒng)正常運行條件下頻率偏差限值允許值為0.2Hz。當系統(tǒng)容量較小時，偏差限值可以放寬到0.5Hz。（2）頻率偏差的

11、測量采樣信號：交流電壓信號；測量周期：10s；采樣頻率：單通道不小于6.4；單次分析窗口寬度：4001000。（3）頻率合格率的統(tǒng)計方法統(tǒng)計時間以s為單位，計算公式如下： （4）適用考核點：公用電網(wǎng)公共連接點、公用電網(wǎng)單用戶供電關口、用戶供配電網(wǎng)內部公共連接點、用戶供配電網(wǎng)單負荷供電關口。3.4.2電壓偏差（1） 電壓偏差限值35kV及以上供電電壓正、負偏差絕對值之和不超過標稱電壓的10。20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的7。220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的7，10。對供電點短路容量較小、供電距離較長以及對供電電壓偏差有特殊要求的用戶，由供、用電雙方協(xié)商確定。（2）測量方法基本的測

12、量時間窗口：10周波。測量周期：1min, 電壓偏差值為1min內各次測量的平均值。計算公式：（3）電壓合格率統(tǒng)計統(tǒng)計周期：周、月、季、年。統(tǒng)計數(shù)據(jù)：每分鐘測量值。計算公式：（4）適用考核點：公用電網(wǎng)公共連接點、公用電網(wǎng)單用戶供電關口、用戶供配電網(wǎng)內部公共連接點、用戶供配電網(wǎng)單負荷供電關口。3.4.3電壓不平衡度 （1）電壓不平衡度限值電網(wǎng)正常運行時，負序電壓不平衡度的95%概率大值不超過2%，最大值不得超過4%。低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不規(guī)定，但各項電壓必須滿足GB/T 12325的要求。（2）測量方法測量條件：電力系統(tǒng)正常運行的最小方式，不平衡負荷處于正常、連續(xù)工作狀態(tài)，并包含不平衡負荷的最

13、大工作周期?；镜臏y量時間窗口：10周波。測量周期：3s, 電壓偏差值為3s內各次測量的方均根值。3s內測量次數(shù)不得少于6次。測量間隔：1min.統(tǒng)計周期：30min60min，其值是各測量周期方均根值的最大值和95%概率大值。最大值應不大于4%，95%概率大值不大于2%。（3）適用考核點：公用電網(wǎng)公共連接點、公用電網(wǎng)單用戶供電關口、用戶供配電網(wǎng)內部公共連接點、用戶供配電網(wǎng)單負荷供電關口。3.4.4諧波電壓 （1）公用電網(wǎng)諧波電壓諧波電壓限值公用電網(wǎng)諧波電壓限制如表3.1所示，諧波限值計算參見GB/T 14549 電能質量 公用電網(wǎng)諧波。測量方法測量條件：電網(wǎng)正常供電的最小運行方式、且諧波源工

14、作周期中產(chǎn)生的諧波量大的時段。測量次數(shù)：根據(jù)諧波源的特點或測試分析結果，一般在100次以內選擇測量次數(shù)?；镜臏y量時間窗口：10周波。測量周期：3s, 其值為各次測量值的方均根值。測量間隔：1min.統(tǒng)計周期：30min60min，其值是各測量周期方均根值的95%概率大值。取95%概率大值判斷是否超過國標限值。表3.1 公用電網(wǎng)諧波電壓限值電網(wǎng)標稱電壓（kV）電壓總諧波畸變率（%）各次諧波電壓含有率（%）奇 次偶 次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8適用考核點：公用電網(wǎng)公共連接點、公用電網(wǎng)單用戶供電關口。（2）用戶高中壓供配電網(wǎng)

15、內部諧波電壓規(guī)劃值諧波電壓規(guī)劃值：按照GB/17625.4 電磁兼容限值 中、高壓電力系統(tǒng)中畸變負荷發(fā)射限值的評估規(guī)定的諧波電壓規(guī)劃水平指標限值確定。MV、HV和EHV電力系統(tǒng)諧波電壓規(guī)劃水平的指標限值用標稱電壓的百分數(shù)表示見表3.2。表3.2 MV、HV和EHV電力系統(tǒng)諧波電壓規(guī)劃水平的指標限值非3倍次數(shù)奇次諧波3倍次數(shù)奇次諧波偶次諧波諧波次數(shù)h諧波電壓（%）諧波次數(shù)h諧波電壓（%）諧波次數(shù)h諧波電壓（%）MVHV-EHVMVHV-EHVMVHV-EHV55234221.61.574291.214111131.5150.30.360.50.5132.51.5210.20.280.40.417

16、1.61210.20.2100.40.4191.21120.20，2231.20.7120.20.2251.20.7250.2+0.5(25/h)0.2+0.5(25/h)1）對于HV系統(tǒng)而言，關于U2的規(guī)劃水平值1.5%似乎可能是相當高，但可能會遇到這樣的值，并值得注意，2次諧波并不總是與直流分量聯(lián)系在一起的。2）總諧波畸變率（THD）：MV網(wǎng)絡為6.5%，HV網(wǎng)絡為3%。適用考核點：用戶高中壓供配電網(wǎng)內部公共連接點、用戶高中壓供配電網(wǎng)單負荷供電關口。（3）用戶中低壓供配電網(wǎng)內部諧波電壓電磁兼容值按照GB/17625.4 電磁兼容限值中、高壓電力系統(tǒng)中畸變負荷發(fā)射限值的評估規(guī)定的諧波電壓兼容

17、水平指標限值確定。LV和MV系統(tǒng)的諧波電壓電磁兼容水平指標用標稱電壓的百分數(shù)表示，見表3.3。表3.3 LV和MV電力系統(tǒng)中諧波電壓電磁兼容水平非3倍次數(shù)奇次諧波3倍次數(shù)奇次諧波偶次諧波諧波次數(shù)h諧波電壓%諧波次數(shù)h諧波電壓%諧波次數(shù)h諧波電壓%5635227591.541113.5150.360.5133210.280.5172210.2100.5191.5120.2231.5120.2251.5250.2+1.3(25/h)注：總諧波畸變率（THD）：8%。適用考核點：用戶中低壓供配電網(wǎng)內部公共連接點、用戶中低壓供配電網(wǎng)單負荷供電關口。3.4.5間諧波電壓間諧波電壓限值220kV及以下電力

18、系統(tǒng)公共連接點（PCC）各次間諧波電壓含有率（%）限值規(guī)定如下：1000V及以下，100HZ：0.2； 1000V及以下，100HZ800HZ：0.5；1000V及以上，13|偶次1.11.21.41.8192諧波源的疊加兩個諧波源的同次諧波電流在一條線路的同一相上迭加，當相位角已知時按下式計算：式中：諧波源1的第n次諧波電流，A；諧波源2的第n次諧波電流，A；諧波源1和諧波源2的第n次諧波電流之間的相位角。當相位角不確定時，可按（C5）式進行計算：式中為諧波源疊加計算系數(shù)，其值按表3.8選取。表3.8 諧波源疊加計算系數(shù)35711139|13|偶次1.621.280.720.180.080兩

19、個以上同次諧波電流迭加時，首先將兩個諧波電流迭加，然后再與第三個諧波電流相迭加，以此類推。兩個及以上諧波源在同一節(jié)點同一相上下引起的同次諧波電壓迭加的計算也與前面類同。適用考核點：公用電網(wǎng)公共連接點、公用電網(wǎng)單用戶供電關口。（2）用戶供配電網(wǎng)諧波電流諧波電流限值根據(jù)IEEE 519 Harmonic Limits 有關規(guī)定，用戶諧波配電網(wǎng)所連設備諧波電流發(fā)射水平的指標限值由表3.9給出。表3.9 IEEE 519電流畸變限制值(%) 一般配電系統(tǒng)（120V69kV） (%)h1111h1717h2323h35h351000157.06.02.51.420 (%) 一般輸電系統(tǒng)（69161kV）

20、 (%)h1111h1717h2323h161kV） (%)h1111h1717h2323h35h35502.01.00.750.30.152.5503.01.51.150.450.223.75表中： 為被評估負荷接入點的最小短路電流；為被評估負荷最大工作周期內（1530min）的最大基波電流；為次諧波電流含量；為諧波電流總畸變率限值。 偶次諧波限值為表列奇次諧波限值的25%。適用考核點：用戶供配電網(wǎng)內部公共連接點、用戶供配電網(wǎng)單負荷供電關口。3.5.6單個用戶在PCC點產(chǎn)生的間諧波電壓（1）干擾限值單個用戶在220kV及以下電力系統(tǒng)公共連接點（PCC）上產(chǎn)生的各次間諧波電壓含有率（%）限值規(guī)

21、定如下：1000V及以下，100HZ：0.16； 1000V及以下，100HZ800HZ：0.4；1000V及以上，100HZ：0.13； 1000V及以下，100HZ800HZ：0.32；（2）測量評估：同3.4.53.6電能質量限值計算中的幾個問題3.6.1公用電網(wǎng)中多個用戶電能質量干擾限值的分配問題國標中對接于公共連接點的多個用戶對公用電網(wǎng)干擾限值分配是按照公平原則分配，協(xié)議用電容量越大，允許干擾限值越大。但多數(shù)情況下，每個用戶對公用電網(wǎng)的干擾性質和干擾水平是不一致的，如果每個電能質量指標都是公平分配，會造成單個用戶治理費用大，從而使整體社會成本太高。對于負荷較固定的場合，只要保證全部用

22、戶的干擾限值不超標和用戶的安全經(jīng)濟運行，在整體社會成本最小的條件下，可以對單個用戶的干擾限值適當放寬。舉例如下:接于公共連接點的三個干擾用戶分別為諧波源用戶、無功波動用戶和三相不平衡用戶，按照國標給的公平原則分配干擾限值，三個干擾用戶都超標，但三個用戶總體對公共連接點的干擾并不超標。因此，在用戶負荷相對固定的前提下，可以放寬各用戶的干擾限值，從而節(jié)省了用戶的電能質量治理費用。3.6.2用戶內部電網(wǎng)的電能質量限值在保證中高壓用戶對公用電網(wǎng)公共連接點干擾限值在國標限值以內的前提下，中高壓配電網(wǎng)用戶的電壓質量按照電磁兼容的規(guī)劃水平管理，中低壓子系統(tǒng)或設備對用戶配電網(wǎng)的干擾限值按照電磁兼容的規(guī)劃水平確

23、定。對同一電能質量指標，國標比電磁兼容的規(guī)劃水平嚴格，電磁兼容的規(guī)劃水平比電磁兼容水平嚴格，因此按照上述方法確定中高壓用戶內部配電網(wǎng)的電能質量和干擾限值可以最大限度地會降低用戶電能質量的技術和管理成本。3.6.3提高電力設備的電磁兼容水平隨著技術進步，設備制造商提高設備的電磁兼容水平往往比供電方提高供電電壓質量要經(jīng)濟的多。例如美國半導體制造商和電力公司合作后制定了一個國際半導體設備和材料組織（Semiconductor Equipment and Material Intonation，Inc SEMI）性能曲線，要求處理設備可以承受最大的電壓下降為50%，而持續(xù)時不超過200ms的電壓暫降，

24、從而形成了半導體工業(yè)自己的電磁兼容標準。這種方式對其他謀求提高生產(chǎn)設備電磁兼容水平的其他用戶而言，同樣是重要的。根據(jù)企業(yè)或行業(yè)的具體情況制定相應的電磁兼容標準，提高電力設備的電磁兼容水平，可以弱化電能質量問題，降低相應的技術和管理成本。3.7電能質量限值計算案例3.7.1計算案例1如圖3.1所示，供電變壓器容量為140MVA, 的供電電壓為220kV，用戶1的用電變壓器容量為80MVA，供電母線電壓為110kV。（1）計算全部波動負荷在A點產(chǎn)生的電壓長時閃變限值和用戶1在A點產(chǎn)生的電壓長時閃變限值。（2）設母線正常運行時的最小短路容量為2000MVA,請計算用戶1注入公共連接點A的5次諧波電流限值。（3）計算用戶1注入公共連接點的基波負序電流限值。解：（1）和。220kV的電壓長時閃變限值 A點的電壓長時閃變限值 220kV對110kV的閃變傳遞系數(shù) 110kV母線所帶全部波動用戶在A點產(chǎn)生的電壓長時間閃變限值波動用戶1在A點產(chǎn)生的電壓長時閃變限值（最大值）式中：第1個用戶協(xié)議用電容量，對于波動負荷，用電變壓器負載率較大，有時用戶協(xié)議用電容量等于用電變壓器容量；第1個用戶供電容量；波動用戶1的同時系數(shù)，典型取值范圍為0.20.3,但波動用戶1因用電容量比例太大，因此我們取。（2）計算根據(jù)3.5.5（1）計算全部用戶注入A點5次諧波電流限值:根據(jù)3.5.5（1）計算用