電能質(zhì)量的概念

1、什么是電能質(zhì)量？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品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻 率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)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應(yīng)大小相等、 相位對稱且互差120。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，這種理想的狀態(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。圍繞電能質(zhì)量含義， 從不同角度理解通常包括：（1）電壓質(zhì)量：是以實(shí)際電壓與理想電壓的偏差，反映供電企業(yè)向用戶供應(yīng)的電能是否合格的 概念。這個定義能包括大

2、多數(shù)電能質(zhì)量問題，但不能包括頻率造成的電能質(zhì)量問題，也不包括用電設(shè) 備對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和污染。（2）電流質(zhì)量：反映了與電壓質(zhì)量有密切關(guān)系的電流的變化，是電力用戶除對交流電源有恒定 頻率、正弦波形的要求外，還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率因素運(yùn)行。這個定義有助 于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善和降低線損，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的電能質(zhì)量問題。（3）供電質(zhì)量：其技術(shù)含義是指電壓質(zhì)量和供電可靠性，非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量。包括供電 企業(yè)對用戶投訴的反映速度以及電價組成的合理性、透明度等。（4）用電質(zhì)量：包括電流質(zhì)量與反映供用電雙方相互作用和影響中的用電方的權(quán)利、責(zé)任和義 務(wù)，也包括電力用戶是

3、否按期、如數(shù)交納電費(fèi)等。目前針對電能質(zhì)量問題研究的主要內(nèi)容有哪些？目前，研究和解決電能質(zhì)量問題已成為電力發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。主要研究課題包括：（1）研究諧波對電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的影響并采取相應(yīng)的對策。由于鋼鐵等金屬熔煉企業(yè)的發(fā)展， 化工行業(yè)整流設(shè)備的增加，大功率晶閘管整流裝置及電力電子器件的開發(fā)應(yīng)用，使公用電網(wǎng)的諧波影 響日趨嚴(yán)重，電源的波形產(chǎn)生了嚴(yán)重的畸變，影響了電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。（2）研究諧波對電力計(jì)量裝置的影響并采取相應(yīng)的措施。由于波形畸變，使電力計(jì)量的準(zhǔn)確度 與精確度到影響，致使計(jì)量誤差，產(chǎn)生附加的功率損耗，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。（3）研究電能質(zhì)量污染對高新技術(shù)企業(yè)的影響并采取相應(yīng)的技術(shù)手段

4、。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和基于 微電子技術(shù)控制的自動化生產(chǎn)流水線以及新興的IT產(chǎn)業(yè)、微電子芯片制造企業(yè)等，對電能質(zhì)量的要 求和敏感程度比一般電力設(shè)備要高得多，任何暫態(tài)和瞬態(tài)的電能質(zhì)量問題都可能造成設(shè)備的損壞或運(yùn) 行異常，影響正常的生產(chǎn)，給電力用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。（4）加強(qiáng)電能質(zhì)量控裝置的研制。電能質(zhì)量控制裝置的基本功能即使要在任何條件，甚至是極 為惡劣的供電條件下改善電能質(zhì)量，保證供電電壓、電流的穩(wěn)定、可靠，在諧波干擾產(chǎn)生的瞬間能立 即將其抑制或消除。我國對電網(wǎng)的電能質(zhì)量制定了哪些國家標(biāo)準(zhǔn)？（1）GB 12325-1990供電電壓允許偏差。（2）GB/T 14549-1993公用電網(wǎng)諧波。（3）GT/T

5、 15543-1995三相電壓允許不平衡度。（4）GB/T 15945-1995電力系統(tǒng)頻率允許偏差。（5） GB 12326-2000電壓允許波動和閃變。該標(biāo)準(zhǔn)是在GB 12326-1990電冶允許波 動和閃變的基礎(chǔ)上，參考了國際電工委員會IEC電磁兼容IEC6100-3-7等文件和標(biāo)準(zhǔn)修訂后重新頒 布實(shí)施的。（6）GB/T 18481-2001電能質(zhì)量 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓。國際電工委員會IEC對電能質(zhì)量是怎樣分類的？國際電工委員會IEC從電磁兼容及相互干擾的角度考慮，對引起電磁干擾的基本現(xiàn)象進(jìn)行了分 類，見表1 1。表1 1IEC對電能質(zhì)量根據(jù)電磁干擾現(xiàn)象的分類方式序號電磁干擾現(xiàn)象對應(yīng)

6、電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響因素1傳導(dǎo)型低頻現(xiàn)象諧波、間諧波；載波干擾；電壓波動；電壓跌落和間斷；電壓不對稱工頻偏差；感應(yīng)低頻電壓；交流電網(wǎng)中的直流分量2輻射型低頻現(xiàn)象工頻電磁場3傳導(dǎo)型高頻現(xiàn)象感應(yīng)連續(xù)波電壓或電流；單方向瞬變；振蕩性瞬變4輻射性高頻現(xiàn)象磁場；電場；電磁場；連續(xù)波；瞬變5靜電放電現(xiàn)象6核電磁脈沖國際電力電子工程師協(xié)會IEEE對電能質(zhì)量問題是怎樣分類的？國際電力電子工程師協(xié)會IEEE根據(jù)電壓擾動的頻譜特征、持續(xù)時間、幅值變化等將其進(jìn)行了細(xì) 分，并對供電系統(tǒng)典型的電磁干擾現(xiàn)象進(jìn)行了特征分類，為準(zhǔn)確地區(qū)分電壓暫態(tài)現(xiàn)象提供了依據(jù)，見 表 12。表12IEEE電力系統(tǒng)電磁現(xiàn)象的特性與分類種類頻譜成

7、分持續(xù)時間電壓幅值電磁瞬態(tài)沖擊上升沿5ns1ms振蕩低頻5kHz0.350ms04p.u.中頻5500kHz20s08p.u.高頻0.55MHz5ps04p.u.短時電壓變動瞬時中斷0.530周波0.1p.u.跌落0.530周波0.1p.u.0.9p.u.升高0.530周波1.1p.u.1.8p.u.暫時中斷30周波3s0.1p.u.跌落30周波3s0.1p.u.0.9p.u.升高30周波3s1.1p.u.1.4p.u.短時中斷3s1min1ms0.0p.u.欠電壓1ms0.8p.u.0.9p.u.過電壓1ms1.1p.u.1.2p.u.電壓不平衡穩(wěn)態(tài)0.5%2%波形畸變直流偏移穩(wěn)態(tài)0%0.1

8、%諧波0100th穩(wěn)態(tài)0%20%間諧波06kHz穩(wěn)態(tài)0%2%陷波穩(wěn)態(tài)噪聲寬帶穩(wěn)態(tài)0%1%電壓波動25Hz間歇0.1%7%工頻變化2）諧波治理諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，現(xiàn)在廣泛采用的 濾波器為無源濾波器，另外有利用時域補(bǔ)償原理的有源濾波器，這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是能做到適 時補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價較高。無源濾波裝置，吸收高次諧波，而所有濾波 支路對基波呈現(xiàn)容性，正好滿足無功補(bǔ)償要求，不必另裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，這種方法經(jīng)濟(jì)、 簡便，國內(nèi)外廣泛采用。濾波器的種類。濾波器大致分為以下六種類型，如圖：600）this.width=600 border=0（

9、a）單調(diào)諧波濾波器；（b）雙調(diào)諧濾波器；（c）一階高通濾波器；（d）二階高通濾波器；（e）三階高通濾波器；（f） “c”式高通濾波器。單調(diào)諧濾波器通頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類型。雙調(diào)諧濾波器可替代兩個單調(diào)諧濾波器，只有一個電抗器（ L1）承受全部沖擊電壓，但接 線復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。一階高通濾波器因基波損耗大，一般不采用。二階高通濾波器通頻帶很寬，濾波效果好，既可調(diào)諧振點(diǎn)，又可調(diào)諧曲線銳度，并可防意 外共振與放大，因此也有以二階寬通帶做低次濾波器。三階高通濾波器一般用電孤爐濾波。“C”式高通濾波器，用于電孤爐濾波，對二次諧波特別有效。編輯本段國內(nèi)

10、對諧波污染的治理幾種方法目前常用的諧波治理的方法無外乎有二種，無源濾波和有源濾波。下面就談?wù)勥@二種方法 的優(yōu)缺點(diǎn)以及市場前景及其經(jīng)濟(jì)效益的分析。無源諧波濾除裝置無源濾波的主要結(jié)構(gòu)是用電抗器與電容器串聯(lián)起來，組成LC串聯(lián)回路，并聯(lián)于系統(tǒng)中，LC回路的諧振頻率設(shè)定在需要濾除的諧波頻率上，例如5次、7次、11次諧振點(diǎn)上，達(dá)到濾除這3次諧波的目的。其成本低，但濾波效果不太好，如果諧振頻率設(shè)定得不好，會與系統(tǒng)產(chǎn) 生諧振?，F(xiàn)在，市場上流通較多的采取的濾波方法就是這一種，主要是因?yàn)榈统杀?，用戶容?接受。雖濾波的效果較差，只要滿足國家對諧波的限制標(biāo)準(zhǔn)和電力部門對無功的要求就行了。 由于其低成本，市場的需求也

11、就大，一般而言，低壓0.4KV系統(tǒng)大多數(shù)采用無源濾波方式，高壓10KV幾乎都是采用這種方式對諧波進(jìn)行治理。由于我國的中小企業(yè)大多數(shù)是私有的，業(yè)主 對諧波的危害認(rèn)識不足，一般不愿意拿出大量的經(jīng)費(fèi)來治理諧波，而有的企業(yè)由于諧波的含量 太大，常規(guī)的無功補(bǔ)償不能湊效，供電部門對無功的要求又是十分嚴(yán)格的，達(dá)不到就要罰款。 因此，業(yè)主不得不要求濾波。因而，其市場的前景可觀，經(jīng)濟(jì)效益也就可觀了。有源諧波濾除裝置有源諧波濾除裝置是在無源濾波的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的濾波效果好，在其額定的無功 功率范圍內(nèi)，濾波效果是百分之百的。它主要是由電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生一個和系 統(tǒng)的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的

12、諧波電流與系統(tǒng)中的諧波電流抵消。但由于受到電力 電子元件耐壓，額定電流的發(fā)展限制，成本極高，其制作也較之無源濾波裝置復(fù)雜得多，成本 也就高得多了。其主要的應(yīng)用范圍是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，尤其是寫字樓的供電系統(tǒng)， 工廠的計(jì)算機(jī)控制供電系統(tǒng)。對單臺的裝置而言，其利潤是可觀的，但用戶一般不愿意用有源 濾波，對于諧波的含量，不必濾得太干凈，只要不危害其他用電器也就可以了。無源濾波器的分類及技術(shù)含量無源濾波器也稱為LC濾波器，可分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器和高通濾波器，實(shí)際 應(yīng)用中常采用幾組單調(diào)諧濾波器和幾組高通濾波器組成一個濾波裝置，單調(diào)諧濾波器也叫單調(diào)諧濾波回路，其主要由控制器、電容器、電抗器

13、和投切開關(guān)以及其控制回路和保護(hù)回路組成。 無論高壓和低壓，都是一樣的。由于單調(diào)諧濾波器使用的元件少，成本也較低，因此，極為受 歡迎，應(yīng)用也就較廣泛了。高壓濾波器和低壓濾波器的區(qū)別，主要是使用的元器件的耐壓不同， 其所承受的電流也不同，要求的安全距離也就不同了，其設(shè)計(jì)和制造的難易程度也就有極大的 區(qū)別了。 濾除諧波的多少視每一個工程的實(shí)際情況而不同，一般為系統(tǒng)原含有諧波量的20%50%不等。也可視工程的具體情況，多設(shè)幾組濾波器，濾波效果達(dá)到原有諧波含量的70%以上，但這要在保護(hù)回路上多下功夫，其保護(hù)回路也就相對復(fù)雜一點(diǎn)了?？傊?，濾波的最后結(jié)果 是要使系統(tǒng)的諧波含量滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求或用戶對諧波的

14、要求為止。我們知道，電容器對無 功功率進(jìn)行補(bǔ)償，我們在濾波回路當(dāng)中也使用了電容器，它在諧波頻率上的作用是濾波，但在 基波頻率上的作用則是無功補(bǔ)償，因此，濾波電容器在基波頻率上是起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔玫?。低壓LC濾波器的主要電壓等級為400V、660V、1000V幾種，這主要視用戶的電壓等級 不同而不同。濾除的電流大小也要視所要濾除諧波的系統(tǒng)的諧波電流大小而定。高壓濾波一般 是指6KV、10 KV、35 KV電壓等級而言，一般而言，主要濾波在 6 KV、10 KV系統(tǒng)。低壓補(bǔ)償濾波裝置簡介低壓濾波補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)，要遵循國家的相關(guān)規(guī)定。一般而言，低壓濾波補(bǔ)償裝置采用柜 式安裝。濾波裝置的設(shè)計(jì)和效果的評

15、估，主要是看效果是否真正濾除了諧波，是否遵循了國家 關(guān)于諧波的標(biāo)準(zhǔn)。每一個柜殼可以安裝 25路不等，視具體情況而定。高壓濾波補(bǔ)償裝置簡介高壓濾波補(bǔ)償裝置可以采用柜式安裝，也可以采用框架式安裝。用濾波電容器、濾波電抗 器組成LC單調(diào)諧濾波回路，針對某次諧波進(jìn)行濾除，電抗器可以是鐵心的，視應(yīng)用的功率大 小，電抗器還可以使用空心電抗器。因是高壓，必須滿足國家對于高壓裝置的相關(guān)規(guī)定.編輯本段諧波的危害1、由于諧波不經(jīng)治理是無法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊 加導(dǎo)致線路損耗增加、電力設(shè)備過熱，從而加大了電力運(yùn)行成本，增加了電費(fèi)的支出。2、諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅

16、導(dǎo)致變壓器、電容器等電氣設(shè)備的 磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應(yīng)力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加， 所以變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下將產(chǎn)生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了 變壓器、電動機(jī)的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過程中造成斷電的嚴(yán)重后果。3、電網(wǎng)中含有大量的諧波源（變頻或整流設(shè)備）以及電力電容器、變壓器、電纜、電動 機(jī)等負(fù)荷，這些電氣設(shè)備處于經(jīng)常的變動之中，極易構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù) 配合不利時，在一定的頻率下，形成諧波振蕩，產(chǎn)生過電壓或過電流，危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn) 行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。4、對旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)、電動機(jī)，

17、由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉(zhuǎn)子回路及鐵芯中 產(chǎn)生附加損耗，從而降低發(fā)輸電及用電設(shè)備的效率，更為嚴(yán)重的是諧波振蕩容易使汽輪發(fā)電機(jī) 產(chǎn)生震蕩力矩，可能引起機(jī)械共振，造成汽輪機(jī)葉片扭曲及產(chǎn)生疲勞循環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常 工作。5、繼電保護(hù)自動裝置對于保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的 大量存在，易使電網(wǎng)的各類保護(hù)及自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動，特別在廣泛應(yīng)用的微機(jī)保護(hù)、綜 合自動化裝置中表現(xiàn)突出，引起區(qū)域（廠內(nèi)）電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電等惡性事故。6、 另外，電網(wǎng)諧波將使測量儀表、計(jì)量裝置產(chǎn)生誤差，達(dá)不到正確指示及計(jì)量（計(jì)量儀表 的誤差主要反映在電能表上）。斷路器開斷諧波含量較高

18、的電流時，斷路器的遮斷能力將大大 降低，造成電孤重燃，發(fā)生短路，甚至斷路器爆炸。7、由于諧振波的長期存在，電機(jī)等設(shè)備運(yùn)行增大了振動，使生產(chǎn)誤差加大，降低產(chǎn)品的加工 精度，降低產(chǎn)品質(zhì)量。8、當(dāng)輸電線路與通訊線路平行或相距較近時，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)， 形成電場耦合和磁場耦合，諧波分量將在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，從而降低信號的傳輸質(zhì)量， 破壞信號的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴(yán)重時將威脅通訊設(shè)備及人身安全。供電可靠性供電可靠性是指供電系統(tǒng)持續(xù)供電的能力，是考核供電系統(tǒng) 電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，反映了電力工業(yè)對國民經(jīng) 濟(jì)電能需求的滿足程度，已經(jīng)成為衡量一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)準(zhǔn)之一；供電可靠性可以用如下一系列指標(biāo) 加以衡量：供電可靠率、用戶平均停電時間、用戶平均停電次數(shù)、用戶平均故障停電次數(shù)；我國供電可靠率目 前一般城市地區(qū)達(dá)到了 3個9 （即99.9%）以上，用戶年平均停電時間 3.5小時；重要城市中心地區(qū)達(dá)到了 4個9 （即99.99%）以上，用戶年平均停電時間 53分鐘。在電力系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時，衡量能使由該故障設(shè)備供電的用戶供電障礙盡量減