傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施

傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施

20世紀(jì)70年代以前，電力系統(tǒng)中使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的設(shè)備和電子裝置的數(shù)量不多，非線性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷占系統(tǒng)總負(fù)荷的比例很小，電力工作者關(guān)心的電能質(zhì)量問題主要局限在電壓、頻率和連續(xù)供電方面。因此，電壓偏差、頻率偏差、電壓三相不平衡和供電可靠性構(gòu)成了傳統(tǒng)電能質(zhì)量的主要內(nèi)容。第一節(jié)概述電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備是按額定電壓和額定頻率設(shè)計(jì)、制造的。在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備的運(yùn)行性能最優(yōu)、效率最高。

反之，電氣設(shè)備的運(yùn)行性能會(huì)減弱，效率下降，嚴(yán)重時(shí)可能使設(shè)備無法正常工作，甚至導(dǎo)致設(shè)備絕緣損壞、燒毀或爆炸等，從而間接或直接危害設(shè)備、人身及系統(tǒng)的安全。

由此可見，系統(tǒng)電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量以及供電可靠性的好壞對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行與使用壽命有著重要的影響，同時(shí)也直接關(guān)系到電力系統(tǒng)自身的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。保證系統(tǒng)頻率和各點(diǎn)電壓偏差在允許的范圍之內(nèi)，保證電壓三相平衡以及提高系統(tǒng)的供電可靠性是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)。

本章主要介紹了電壓偏差、頻率偏差、電壓三相不平衡和供電可靠性的概念、產(chǎn)生的原因、相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)以及改善這些電能質(zhì)量指標(biāo)的常規(guī)方法。概念原因標(biāo)準(zhǔn)方法電壓偏差頻率偏差電壓三相不平衡供電可靠性第二節(jié)供電電壓偏差電壓是電能質(zhì)量的重要指標(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(xiàng)主要指標(biāo)。一、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)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓之差對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)稱為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：——電壓偏差；——實(shí)際電壓，kV；——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV。

(3-1)視頻六視頻五視頻四視頻三視頻二視頻一請(qǐng)觀察電壓的波動(dòng)范圍請(qǐng)觀察電壓的波動(dòng)范圍，思考模擬表盤與數(shù)字表盤在觀察電壓變動(dòng)時(shí)的區(qū)別電壓偏差與電壓波動(dòng)的關(guān)系電壓波動(dòng)電壓偏差對(duì)電壓波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間無要求系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下的電壓變動(dòng)

我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB12325—1990《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》對(duì)電壓偏差做出了詳盡規(guī)定。二、電壓偏差的標(biāo)準(zhǔn)(1)35kV及以上供電電壓的正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%。如供電電壓上下偏差同號(hào)時(shí)(均為正或負(fù)),按較大的偏差絕對(duì)值作為衡量依據(jù)。(2)10kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的-7%、+7%。(3)220V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%。三、電壓偏差產(chǎn)生的原因電力系統(tǒng)中的負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組的出力隨時(shí)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨著運(yùn)行方式的改變而改變，系統(tǒng)故障等因素都將引起電力系統(tǒng)功率的不平衡。

系統(tǒng)無功功率不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱值的根本原因。

在系統(tǒng)運(yùn)行中的任何時(shí)刻，無功電源供給的無功功率與系統(tǒng)需求的無功功率相等。什么是無功功率不平衡？什么是無功功率平衡？電源供給的無功=系統(tǒng)需求的無功可能會(huì)用到的公式：我們自己推導(dǎo)一下無功功率與電壓偏差的關(guān)系。已知一條供電線路的等值電路如圖所示。且證明：設(shè)，負(fù)載的復(fù)功率為

(3-2)所以(3-3)線路首末端電壓的相量差，即線路的電壓降為(3-4)將公式(3-3)代入式(3-4)，得

(3-5)

記為(3-6)其中，和分別是電壓降的縱分量和橫分量。其表達(dá)式分別為

(3-7)

(3-8)規(guī)定電壓損失為線路首末端電壓的均方根值之差，即電壓損失為

(3-9)

一般，線路兩端電壓的相差角較小，電壓降橫分量對(duì)電壓損失的影響可以忽略不計(jì)，把電壓降縱分量近似看作電壓損失，即

（3-10）

在110kV及以上電壓等級(jí)的輸電線路中，電感值遠(yuǎn)大于電阻值。由式（3-10）可知無功功率Q對(duì)電壓損失的影響遠(yuǎn)大于有功功率P對(duì)電壓損失的影響。無功功率不平衡越嚴(yán)重，電壓偏差越大。母線2的無功功率充足，需要向系統(tǒng)輸出無功；電壓偏差為負(fù)；母線2的無功功率不足，需要從系統(tǒng)吸收無功；電壓偏差為正。Q>0Q<0四、電壓偏差過大的危害1.縮短用電設(shè)備的使用壽命不僅會(huì)影響我們?nèi)粘Ｉ钪械募矣秒娖?，還會(huì)殃及工業(yè)生產(chǎn)中的各類大型設(shè)備。視頻六視頻五視頻四視頻三視頻二視頻一小區(qū)電壓持續(xù)升高，燒壞電器若干這樣的小區(qū)你敢住嗎？小區(qū)電壓一直不高，電器不能工作這樣的小區(qū)你敢住嗎。。。四、電壓偏差過大的危害2.威脅電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定

系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低時(shí)缺乏無功電源時(shí)頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定破壞時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行電壓過高

造成系統(tǒng)解列導(dǎo)致電壓崩潰威脅系統(tǒng)中設(shè)備的絕緣和鐵心給生產(chǎn)生活帶來損失五、改善電壓偏差的措施保證電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓正常水平的充分必要條件是系統(tǒng)具備充足的無功功率電源，同時(shí)采取必要的調(diào)壓手段。

現(xiàn)以圖3-2為例，說明各種調(diào)壓措施所依據(jù)的基本原理。為簡化起見，忽略系統(tǒng)各元件的對(duì)地電容，網(wǎng)絡(luò)阻抗已歸算至高壓側(cè)負(fù)荷接入點(diǎn)電壓可表示為

(3-11)

式中——?dú)w算至高壓側(cè)網(wǎng)絡(luò)的電壓損失kV；

——高壓側(cè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱電壓，kV。

公式（3-11）表明:改變以下各量即可調(diào)整負(fù)荷接入節(jié)點(diǎn)的電壓UL。

（1）改變系統(tǒng)無功功率的分布；（2）改變發(fā)電機(jī)端電壓US；（3）改變變壓器變比k1，k2。（4）改變輸電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)X。下面從電力系統(tǒng)無功功率電源和調(diào)壓手段兩方面對(duì)電壓偏差的改善措施作詳細(xì)的介紹。（一）配置充足的無功功率電源電力系統(tǒng)中的無功功率損耗很大一部分是線路和變壓器中的無功功率損耗。由于高壓線路和變壓器的等值電抗遠(yuǎn)大于等值電阻，變壓器的無功損耗也比有功損耗大得多，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)僅靠發(fā)電機(jī)提供的無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)對(duì)無功功率的需要，因此必須裝設(shè)大量的無功補(bǔ)償設(shè)備。

電力系統(tǒng)的無功功率電源有同步發(fā)電機(jī)，同步調(diào)相機(jī)，電容器，電抗器和靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）等。1、同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中唯一的有功功率電源，同時(shí)也是最基本的無功功率電源。發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)無功功率的速度快且不需要額外投資，所以充分利用發(fā)電機(jī)改善系統(tǒng)無功功率的平衡是一種十分經(jīng)濟(jì)實(shí)用的調(diào)節(jié)手段，其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)能力不大。2、同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)。改變同步調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁，可以使同步調(diào)相機(jī)工作在過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁狀態(tài)，從而發(fā)出或吸收無功功率。它是最早采用的無功調(diào)節(jié)設(shè)備之一。

同步調(diào)相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：有電壓支撐的作用、可迅速提高無功功率、可吸收多余的無功功率。

缺點(diǎn)：本身設(shè)備的有功功率損耗大、維護(hù)復(fù)雜、投資大。所以它不是主要的無功功率調(diào)節(jié)設(shè)備。

3、電容器作為無功功率補(bǔ)償用的電容器以并聯(lián)的方式接入系統(tǒng)，其接線方式如圖3-3所示。

電容器具有有功功率損耗小、設(shè)計(jì)簡單、容量組合靈活、安全可靠、運(yùn)行維護(hù)方便、投資省等優(yōu)點(diǎn)。所以長期以來電容器一直是電力系統(tǒng)優(yōu)先采用的無功功率補(bǔ)償設(shè)備。但當(dāng)系統(tǒng)電壓下降時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電壓進(jìn)一步降低；當(dāng)系統(tǒng)電壓偏高時(shí)，系統(tǒng)電壓進(jìn)一步升高。這種正反饋的電壓調(diào)節(jié)特性不利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，這是電容器調(diào)壓的缺點(diǎn)。

電容器只能輸出無功功率。其產(chǎn)生無功功率的大小可表示成(3-12）

此外，這種調(diào)壓是不連續(xù)的。常規(guī)電容器采用分組投切的形式，每投入或切除一組電容器，可分別使系統(tǒng)電壓跳變式升高或降低。因此，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)容量、電壓等級(jí)、負(fù)荷大小等因素，合理地選擇電容器的分組數(shù)及每組容量。4、電抗器線路的分布電容所產(chǎn)生的無功功率，與電壓的平方成正比，同時(shí)與線路的長度成正比。因此，長距離、高電壓等級(jí)的線路產(chǎn)生的充電功率不容忽視。

圖中電容代表線路的分布電容，每個(gè)電容的電納為整個(gè)線路等效電納B的一半。每個(gè)電容產(chǎn)生的充電功率為線路總充電功率的一半。當(dāng)線路輕載或空載運(yùn)行時(shí)，線路電抗X中的無功損耗很小，其數(shù)值可能等于或小于線路的充電功率。這種情況下線路總的無功為零，甚至變負(fù)。

高壓線路在輕載時(shí)，將會(huì)存在大量過剩的充電功率，從而使電壓升高。從表3-2可見，高壓線路輕載時(shí)電壓升高現(xiàn)象十分嚴(yán)重，其升高幅度已經(jīng)大大超出了國家的有關(guān)規(guī)定。這對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行和用戶的正常生產(chǎn)構(gòu)成了極大的威脅。5、靜止無功補(bǔ)償裝置和靜止無功發(fā)生裝置基于電力電子半控器件無功補(bǔ)償裝置（SVC）和基于電力電子全控器件的靜止無功發(fā)生裝置（SVG）具有動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償特性。

與同步調(diào)相機(jī)一樣，它們既可以向系統(tǒng)輸出無功功率，也可吸收系統(tǒng)的無功功率。其動(dòng)態(tài)特性好，調(diào)壓速度快，調(diào)壓平滑，而且可實(shí)現(xiàn)分相無功補(bǔ)償，有功功率損耗也比較小。由于他們由靜止開關(guān)元件構(gòu)成，所以運(yùn)行維護(hù)方便、可靠性較高。但這類設(shè)備價(jià)格普遍較高，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較欠缺。（二）系統(tǒng)調(diào)壓手段電力系統(tǒng)是個(gè)龐大的系統(tǒng)，其中的負(fù)荷難以計(jì)數(shù)，無法對(duì)其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。通常的做法是選擇一些關(guān)鍵性的母線作為電壓監(jiān)視點(diǎn)。如果將這些母線的電壓偏差控制在允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)的電壓及負(fù)荷電壓就能基本滿足要求。這些電壓監(jiān)視點(diǎn)稱為電壓中樞點(diǎn)。一般選擇系統(tǒng)內(nèi)裝機(jī)容量較大的發(fā)電廠高壓母線，容量較大的變電所低壓母線，以及有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)母線作為電壓中樞點(diǎn)。

1、電壓偏差的調(diào)整方式中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式分為三種：逆調(diào)壓順調(diào)壓恒調(diào)壓三種調(diào)壓方式中，逆調(diào)壓適用于線路長、負(fù)荷變化有規(guī)律、負(fù)荷波動(dòng)大的中樞點(diǎn)；順調(diào)壓適用于線路短、負(fù)荷變動(dòng)小的中樞點(diǎn)；恒調(diào)壓適用于兩者之間。目前中樞點(diǎn)常用的調(diào)壓方式是逆調(diào)壓。2、電壓偏差的調(diào)整手段用發(fā)電機(jī)調(diào)壓：調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置改變變壓器變比調(diào)壓：即調(diào)節(jié)變比k普通電力變壓器除分接頭外，還有2-4個(gè)附加分接頭。通過選擇分接頭，可使變壓器的變比發(fā)生改變。但使用變壓器調(diào)壓只是將主網(wǎng)的無功功率轉(zhuǎn)移至負(fù)荷側(cè)，并不能解決整個(gè)電力系統(tǒng)的無功缺額，因此有可能引發(fā)電壓崩潰事故。改變線路參數(shù)調(diào)壓

1）采用分裂導(dǎo)線。

在相同導(dǎo)線有效截面積下，導(dǎo)線分裂數(shù)越多，導(dǎo)線電抗越??；導(dǎo)線分裂數(shù)越少，導(dǎo)線電抗越大。2）串聯(lián)電容器。接線圖見圖3-6.串聯(lián)電容補(bǔ)償線路電抗的程度可用補(bǔ)償度Kc來表示：

(3-14)式中XL--線路電抗；

XC--線路串聯(lián)電容容抗。叫過補(bǔ)償，整個(gè)線路的等值阻抗呈現(xiàn)容性；叫欠補(bǔ)償，整個(gè)線路的等值阻抗呈現(xiàn)感性；叫完全補(bǔ)償，整個(gè)線路的等值阻抗呈現(xiàn)阻性；

與裝設(shè)并聯(lián)電容器相比，串聯(lián)電容器補(bǔ)償法的調(diào)壓效果顯著，特別適合于電壓波動(dòng)頻繁、負(fù)荷功率因數(shù)低的場合。但采用串聯(lián)電容也會(huì)帶來一些新問題。

串聯(lián)電容與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)有可能發(fā)生共振。串聯(lián)電容與變壓器也可能發(fā)生共振。六、電壓偏差的監(jiān)測與考核電壓監(jiān)測的方法是在電壓監(jiān)測點(diǎn)安裝具有自動(dòng)記錄和統(tǒng)計(jì)功能的“電壓監(jiān)測儀”。它能直接監(jiān)測電壓的偏差，并能統(tǒng)計(jì)電壓合格率和電壓超限率。表3-4我國某大城市電網(wǎng)2002年供電電壓合格率統(tǒng)計(jì)表思考：1.什么是電壓偏差？電壓偏差針對(duì)系統(tǒng)的什么運(yùn)行方式成立？2.電壓降及電壓損失的定義是什么？試寫出電壓損失的近似表達(dá)式。3.為什么說無功功率是引起電壓偏差的主要原因？4.電壓偏差大對(duì)用電設(shè)備有什么危害？對(duì)電力系統(tǒng)有什么危害？5.電壓調(diào)節(jié)的方式有哪些？各有什么特點(diǎn)和適用性？思考：6.調(diào)壓手段有哪些？各自有什么特點(diǎn)？7.為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償？無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t是什么？8.電力系統(tǒng)的無功電源有哪些？各有什么特點(diǎn)？第三節(jié)電力系統(tǒng)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(duì)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)的頻率偏差控制在允許的范圍內(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(shí)反映了一個(gè)國家工業(yè)發(fā)達(dá)的程度。一、頻率偏差的定義根據(jù)工學(xué)理論，正弦量在單位時(shí)間內(nèi)交變的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz。交變一次所需的時(shí)間稱為周期，用T表示，單位為s。頻率和周期互為倒數(shù)，即f=1/T（3-18）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(jí)和以正弦函數(shù)波形變化的交流電向用戶供電。交流電力系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率分為50Hz和60Hz兩種，我國采用50Hz標(biāo)稱頻率（工頻）。一、頻率偏差的定義

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值之差稱為系統(tǒng)的頻率偏差，用公式表示為（3-19）式中——頻率偏差，Hz；

fre——實(shí)際頻率，Hz；

fN——系統(tǒng)標(biāo)稱頻率，Hz。頻率偏差屬于頻率變化范疇。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。

不同標(biāo)稱頻率的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，只能通過換流設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。

一個(gè)常蓄結(jié)合式抽水蓄能電站的原理接線圖如圖3-7所示。圖中，SFC稱為靜止頻率變換器；G代表常規(guī)發(fā)電機(jī)組，其額定頻率為50Hz；G/M代表抽水蓄能機(jī)組，其工作頻率為30-80Hz。二、頻率偏差限值

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15945-1995《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》規(guī)定：

系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為0.2Hz。系統(tǒng)容量較小時(shí)，可放寬到0.5Hz。用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般不得超過0.2Hz小閱讀一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)頻率允許偏差為±0.1Hz日本的系統(tǒng)頻率允許偏差達(dá)到±0.08Hz預(yù)計(jì)不遠(yuǎn)的將來，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)頻率允許偏差將達(dá)到±0.05Hz三、頻率偏差產(chǎn)生的原因當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷功率總需求(包括電能傳輸環(huán)節(jié)的損耗)與系統(tǒng)電源的總供給相平衡時(shí)，才能維持所以發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的恒定。但是，電力系統(tǒng)中的負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組的出力隨時(shí)都在變化。

系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率大于負(fù)荷消耗的有功功率時(shí)，系統(tǒng)頻率上升；

系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率小于于負(fù)荷消耗的有功功率時(shí)，系統(tǒng)頻率下降；

當(dāng)發(fā)電機(jī)與負(fù)荷間出現(xiàn)有功功率不平衡時(shí)，系統(tǒng)頻率就會(huì)產(chǎn)生變動(dòng)，出現(xiàn)頻率偏差。

系統(tǒng)有功功率不平衡是產(chǎn)生頻率偏差的根本原因

四、頻率偏差的危害1.系統(tǒng)頻率偏差過大對(duì)用電負(fù)荷的危害（1）產(chǎn)品質(zhì)量沒有保障。（紡織、造紙）（2）降低勞動(dòng)生產(chǎn)率。（車床設(shè)備）（3）使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運(yùn)行。（計(jì)算機(jī)控制流水線、銀行安全防護(hù)系統(tǒng)）2.系統(tǒng)頻率偏差過大對(duì)電力系統(tǒng)的危害（1）降低發(fā)電機(jī)組效率，引起頻率或電壓崩潰。（水泵、風(fēng)機(jī)；電容）（2）汽輪機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生葉片共振，造成葉片疲勞損傷和斷裂。（3）電力系統(tǒng)中的異步電動(dòng)機(jī)和變壓器由于頻率低，主磁通會(huì)增加，勵(lì)磁電流會(huì)隨之增加，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，造成調(diào)壓困難。（4）無功補(bǔ)償用電容器的補(bǔ)償容量與頻率成正比。頻率下降時(shí)，影響電容器對(duì)電壓的支撐作用。（5）頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差加大。頻率升高，計(jì)量電量減少。五、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整和控制電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，通過改變發(fā)電機(jī)的輸出功率使系統(tǒng)的頻率變動(dòng)保持在允許偏差范圍內(nèi)的過程，稱為頻率調(diào)整。分為：一次調(diào)整、二次調(diào)整。

一次調(diào)整：利用發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器，針對(duì)變化幅度小(0.1%-0.5%)，變動(dòng)周期短(10s)的頻率偏差。

二次調(diào)整：利用發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器，針對(duì)變化幅度大(0.5%-1.5%)，變動(dòng)周期長(10s-30s)的頻率偏差。

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抽水蓄能機(jī)組是一種特殊形式的水輪發(fā)電機(jī)組。當(dāng)系統(tǒng)處于低谷負(fù)荷期間，抽水蓄能機(jī)組工作在抽水電動(dòng)機(jī)工況。此時(shí)，機(jī)組吸收系統(tǒng)多余的電能，把下水庫的水抽到上水庫，將電能轉(zhuǎn)化為水的勢(shì)能存儲(chǔ)起來；當(dāng)系統(tǒng)處于高峰負(fù)荷期間，抽水蓄能機(jī)組工作在水輪發(fā)電機(jī)工況，機(jī)組利用上水庫的水進(jìn)行發(fā)電，將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能輸送到系統(tǒng)。1.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出的有功大于負(fù)荷的需求2.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出的有功小于負(fù)荷的需求

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自動(dòng)調(diào)頻是通過裝在調(diào)頻廠和調(diào)度所的自動(dòng)發(fā)電控制裝置實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)發(fā)電控制裝置隨系統(tǒng)頻率的變化自動(dòng)增減調(diào)頻機(jī)組的出力，一般可使系統(tǒng)頻率偏差保持在±0.1Hz之內(nèi)。自動(dòng)調(diào)頻是電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的組成部分，具有調(diào)頻、經(jīng)濟(jì)調(diào)度和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線交換功率控制等綜合功能。2.電力系統(tǒng)頻率控制電力系統(tǒng)在以下情況下可能出現(xiàn)頻率異常：（1）故障后系統(tǒng)失去大量電源，或系統(tǒng)解列（2）氣候變化或意外災(zāi)害使負(fù)荷發(fā)生突變（3）在電力供應(yīng)不足的系統(tǒng)中缺乏有效的控制負(fù)荷手段。（4）高峰和低峰負(fù)荷期間，發(fā)電機(jī)出力的增減速度與負(fù)荷的增減速度不一致。（5）大型沖擊負(fù)荷造成的頻率波動(dòng)。2.電力系統(tǒng)頻率控制

系統(tǒng)頻率異常時(shí)一般采取以下頻率控制措施：（1）應(yīng)具備足夠的負(fù)荷備用和事故備用容量；（2）在調(diào)度所或變電所裝設(shè)直接控制用戶負(fù)荷的裝置，并備有事故拉閘序位表。（3）在系統(tǒng)內(nèi)安裝按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置，和自動(dòng)切除發(fā)電機(jī)裝置。頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的差異：（1）全系統(tǒng)頻率相同，而系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓卻不同（2）系統(tǒng)頻率質(zhì)量主要由系統(tǒng)有功功率平衡狀況決定，而系統(tǒng)電壓質(zhì)量則主要由系統(tǒng)無功功率平衡狀況決定。（3）調(diào)整頻率只有改變發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)功率這一唯一的措施，而調(diào)整電壓的措施卻很多。思考題：1.什么是頻率？什么是頻率偏差？2.產(chǎn)生頻率偏差的根本原因是什么？3.頻率偏差大對(duì)用電設(shè)備有什么危害？對(duì)發(fā)電廠和電力系統(tǒng)有什么危害？4.頻率調(diào)整與電壓調(diào)整有什么區(qū)別？思考題：5.改善頻率偏差的措施主要有哪些？一次調(diào)頻和二次調(diào)頻有什么區(qū)別？手動(dòng)調(diào)頻和自動(dòng)調(diào)頻各有什么特點(diǎn)？6.頻率調(diào)整與頻率控制有什么不同？7.安裝自動(dòng)低頻減載的目的是什么？安裝自動(dòng)高頻切機(jī)裝置的目的又是什么？第四節(jié)電壓三相不平衡一、三相對(duì)稱與三相不平衡的概念設(shè)三相系統(tǒng)的電流和電壓分別為:

式中，iA、iB

、iC

和uA、uB

、uC

分別為A、B、C三相的瞬時(shí)電流和瞬時(shí)電壓；ＩA、ＩB

、ＩC

和ＵA、ＵB

、ＵC

分別為三相電流均方根值和電壓均方根值。

對(duì)稱三相系統(tǒng)是指三相電量數(shù)值相等、頻率相同、相位互差120度的系統(tǒng)。不同時(shí)滿足這三個(gè)條件的三相系統(tǒng)是不對(duì)稱三相系統(tǒng)。換言之，式（3-20）和（3-21）所表示的系統(tǒng)如果同時(shí)滿足以下條件

(3-22）（3-23）那么該系統(tǒng)是對(duì)稱的，反之則是不對(duì)稱的。

將式（3-22）、（3-23）代人式（3-20）和（3-21）同時(shí)選取A相電流為參考量，記及A相電壓超前于電流電角度，即令，則對(duì)稱三相系統(tǒng)可表示為

（3-24）（3-25）

三相系統(tǒng)的對(duì)稱性還表現(xiàn)為：在任意時(shí)刻，三相電量的瞬時(shí)值之和為零，用數(shù)學(xué)公式表示（3-26）（3-27）三相系統(tǒng)又可分為平衡三相系統(tǒng)和不平衡三相系統(tǒng)。在任意時(shí)刻，三相瞬時(shí)總功率與時(shí)間無關(guān)，這樣的系統(tǒng)稱為平衡三相系統(tǒng)；在任意時(shí)刻，三相瞬時(shí)總功率是時(shí)間的函數(shù)，這樣的系統(tǒng)稱為不平衡三相系統(tǒng)。

根據(jù)電工理論，系統(tǒng)在某一時(shí)間t吸收的總瞬時(shí)功率為三相瞬時(shí)功率之和，每一相的瞬時(shí)功率為同一時(shí)刻同相電壓和電流的乘積，即（3-28）式中——總瞬時(shí)功率，MVA.

PA、PB、PC——A、B、C三相瞬時(shí)功率，MVA。將式（3-20）和（3-21）代人式（3-28），經(jīng)整理后得（3-28）上式中第二個(gè)方括號(hào)與時(shí)間有關(guān)，一般來說，它不等于零。對(duì)于對(duì)稱三相系統(tǒng)，將式（3-22）和（3-23）代入（3-28），并計(jì)及得（3-29）

式（3-29）說明對(duì)稱三相系統(tǒng)在任意時(shí)刻的總瞬時(shí)功率是常數(shù)，也就是說對(duì)稱三相系統(tǒng)一定也是平衡三相系統(tǒng)。對(duì)于三相系統(tǒng)，系統(tǒng)的不對(duì)稱直接導(dǎo)致不平衡，所以不對(duì)稱三相系統(tǒng)和不平衡三相系統(tǒng)在使用上不作嚴(yán)格區(qū)分。三相電壓不平衡度是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。二、三相不平衡度的定義根據(jù)對(duì)稱分量法，三相系統(tǒng)中的電量可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量三個(gè)對(duì)稱分量。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，電量的負(fù)序分量均方根值與正序分量均方根值之比定義為該電量的三相不平衡度，即（3-30）（3-31）

由式（3-30）和（3-31）可見，要計(jì)算三相系統(tǒng)的不平衡度，必須首先計(jì)算三相系統(tǒng)的正序和負(fù)序分量。但在實(shí)際工作中，往往只知道三相電量的數(shù)值。在不含零序分量的三相系統(tǒng)中，只要知道三相電量a、b、c，即可由下式求出三相不平衡度：（3-32）式中：

工程上為了估算某個(gè)不對(duì)稱負(fù)荷的公共連接點(diǎn)上造成的三相電壓不平衡度，可用公式（3-33）進(jìn)行近似計(jì)算。(3-33)式中——負(fù)荷電流的負(fù)序分量，A；

——公共連接點(diǎn)的線電壓均方根值，KV；

——公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA。式（3-33）只能用于距離發(fā)電廠以及大型電機(jī)電氣距離較遠(yuǎn)的公共連接點(diǎn)處三相電壓不平衡度的近似計(jì)算。

在三相對(duì)稱系統(tǒng)中，由于在某一相上增設(shè)了單相負(fù)荷而引起的三相電壓不平衡度也可按下式估算（3-34）式中——單相負(fù)荷容量，MVA；

——計(jì)算點(diǎn)的三相短路容量，MVA。三、三相不平衡度的限值我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15543-1995《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過4%；接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶，引起該點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值一般為1.3%。四、三相不平衡產(chǎn)生的原因電力系統(tǒng)三相不平衡可以分為事故性不平衡和正常性不平衡兩大類。事故性不平衡由系統(tǒng)中各種非對(duì)稱性故障引起。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，供電環(huán)節(jié)的不平衡或用電環(huán)節(jié)的不平衡都將導(dǎo)致電力系統(tǒng)三相不平衡。而供電系統(tǒng)的不平衡主要來自于供電線路的不平衡。用電環(huán)節(jié)的不平衡

三相負(fù)荷不對(duì)稱是系統(tǒng)三相不平衡的主要因素。主要原因是由于單相大容量負(fù)荷（電氣化鐵路、電弧爐、電焊機(jī)）的電氣位置分布不合理。五、三相不平衡的危害系統(tǒng)處于三相不平衡運(yùn)行時(shí)，其電壓、電流中含大量負(fù)序分量。由于負(fù)序分量的存在，三相不平衡對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生不良影響，具體表現(xiàn)如下：（1）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（負(fù)序電壓產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩）（2）變壓器（不能充分利用變壓器容量）（3）換流器（換流器觸發(fā)角不對(duì)稱，產(chǎn)生諧波）（4）繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置（負(fù)序電流保護(hù)誤動(dòng)作）（5）線損。（6）計(jì)算機(jī)（電噪聲干擾）六、改善三相不平衡的措施減小系統(tǒng)三相不平衡的常用方法有如下幾種：（1）將不對(duì)稱負(fù)荷合理分布于三相中，使各相負(fù)荷盡可能平衡。（2）將不對(duì)稱負(fù)荷分散接于不同的供電點(diǎn)，減小集中連接造成的不平衡度過大。（3）將不對(duì)稱負(fù)荷接于高一級(jí)電壓供電。（4）將不對(duì)稱負(fù)荷采用單獨(dú)的變壓器供電。（5）采用特殊接線的平衡變壓器供電。（6）加裝三相平衡裝置。思考題：1.三相不對(duì)稱與三相不平衡指什么？為什么二者可以不加區(qū)別的使用？2.三相不平衡產(chǎn)生的主要原因有哪些？何為供電環(huán)節(jié)的不平衡？用電環(huán)節(jié)的不平衡產(chǎn)生的主要原因有哪些？3.三相不平衡對(duì)電氣設(shè)備有何影響？4.改善三相不平衡措施有哪些？第五節(jié)供電中斷與中斷可靠性一、供電可靠性的常用指標(biāo)供電系統(tǒng)供電可靠性用一系列指標(biāo)加以衡量。這些供電可靠性指標(biāo)按不同電壓等級(jí)分別計(jì)算，并分為主要指標(biāo)和參考指標(biāo)兩大類。1、供電可靠性主要指標(biāo)（1）供電可靠率（RS-1）。