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供电系统电能质量1第一章电能质量概论1.电能质量的基本要求P.2答：（1）以单一恒定的电网标称频率（50Hz或60Hz，我国采用50Hz）、规定的若干电压等级（如配电系统一般为110kV，35kV，10kV，380V/220V）和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并且这些运行参数不受用电负荷特性的影响。（2）始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡。用电设备汲取电能应当保证最大传输效率，即达到单位功率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。（3）电能的供应充足，即向电力用户的供电不中断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并且每时每刻系统中的电能供需都是平衡的。2.电能质量的特征P.3答：（1）电力系统的电能质量始终处在动态变化中。（2）电力系统是一个整体,其电能质量状况相互影响。电能不易储存，其生产、输送、分配和转换直至消耗几乎是同时进行的。（3）电能质量扰动具有潜在危害性与广泛传播性。（4）有些情况下用户是保证电能质量的主体部分。（5）对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常困难。（6）控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。3.电能质量的定义P.8答：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时中断以及供电连续性等。4.IEEE制定的电磁干扰现象的分类P.9答：瞬变现象（冲击脉冲、震荡）、短时间电压变动（瞬时、暂时、短时）、长时间电压变动（持续中断、欠电压、过电压）、电压不平衡、波形畸变（直流偏置、谐波、简谐波、陷波、噪声）、电压波动、工频变化。第二章电能质量的数学分析方法1.αβ变换，dq变换，120变换的含义分别是什么P.41答：αβ变换:根据电机双反应原理，用α、β两相绕组等效代替定子三相绕组的作用。其变换后的参考坐标仍置于电机定子侧，abc三相正弦交流电流经过αβ变换后，在αβ两相绕组上呈现为两相交流电。dq变换：用转子两轴线直流电流dI、qI替代定子三相电流相量aI、bI和cI。dI相当于定子三相基波有功电流的作用，qI相当于定子三相基波无功电流的作用。其将参考坐标自旋转电机的定子侧转移到了转子侧。120变换：即对称分量变换，把三相电流相量用正序、负序和零序对称分量来表示的变换。第三章传统电能质量分析与改善措施1.电压偏差的定义P.51答：供电系统在正常运行方式下，某一节点的实际电压与系统标称电压(通常，电力系统的供电系统电能质量2额定电压采用标称电压去描述，对电气设备则采用额定电压的术语)之差对系统标称电压的百分数称为该节点的电压偏差。2.改善电压偏差的措施P.57答：（1）配置充足的无功功率电源1)同步发电机2)同步调相机3)电容器4)电抗器5)静止无功补偿装置和静止无功发生器（2）系统调压手段1)电压偏差的调整方式（逆调压、顺调压和恒调压）2)电压偏差的调整手段:用发电机调压改变变压器变比调压改变线路参数调压(采用分裂导线，串联电容器)3.频率偏差的定义P.65答：电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频率偏差。4.电压偏差和频率偏差产生的原因P.65答：当系统负荷功率总需求(包括电能传输环节的损耗)与系统电源的总供给相平衡时，才能维持所以发电机组转速的恒定。但是，电力系统中的负荷以及发电机组的出力随时都在变化。当发电机与负荷间出现有功功率不平衡时，系统频率就会产生变动，出现频率偏差。5.三相不平衡度的定义P.70答：电力系统在正常运行方式下，电量的负序分量均方根值与正序分量均方根值之比定义为该电量的三相不平衡度。6.改善三相不平衡的措施P.73答：（1）将不对称负荷合理分布于三相中，使各相负荷尽可能平衡。（2）将不对称负荷分散接于不同的供电点，减小集中连接造成的不平衡度过大。（3）将不对称负荷接于高一级电压供电。（4）将不对称负荷采用单独的变压器供电。（5）采用特殊接线的平衡变压器供电。（6）加装三相平衡装置。7.提高供电可靠性的措施P.78答：（1）加大平时状态检测力度，及时维修或更换老化设备。（2）加强运行人员培训，提高技术水平。（3）提高天气预报准确性，提前做好电气设备检修维护工作，制定周密的事故应急措施。（4）加大对二次设计及接线的审核力度，加强对保护定值的校验力度。（5）注重检修计划的合理性和科学性，提高系统运行管理水平。除此以外还应该%100NNreUUUUreNfff21100%III21100%UUU供电系统电能质量3（1）加强网架结构，合理分布电源及无功补偿设备。（2）采用自动化程度很高的系统，装设分散协调控制装置。（3）各负荷的供电方式应根据负荷对供电可靠性的要求和地区供电条件确定。1）一级负荷应由两个独立电源供电。2）二级负荷应由两回线路供电。3）三级负荷对供电方式无要求。第四章电压波动与闪变1.常见的电压变动现象有哪几种？分别有什么特点？P.83答：（1）电压偏差：符合所需无功功率与配电系统提供的无功功率不平衡，导致供电电压出现持续性的逐渐偏离变成电压的情况。（2）电压波动：出现冲击性功率变化，造成公共连接点电压在短时间里急剧变动，明显偏离标称电压。（3）电压暂升、暂降：系统发生短路或大容量设备启动时，供电母线甚至远方母线电压迅速下降，且跌幅较大，后随即回升称为电压暂降。由于其他相发生故障或甩负荷，造成该相电压骤然升高后随即下降并恢复到标称电压允许范围称为电压暂升。（4）短时间电压中断：系统发生短路，故障点保护动作，供电端电压方均根值迅速下降至小于0.1p.u.，一段时间后重合闸成功，重新恢复供电电压至电压允许范围。（5）长时间电压中断：由于各种原因。供电电压迅速下降跌至零且长时间不能恢复的现象。2.电压波动的含义P.84答：电压波动定义为电压均方根值一系列相对快速变动或连续改变的现象。其变化周期大于工频周期。3.波动性负荷对电压特性的影响P.86答：由于波动性负荷的功率因数低，无功功率变动量也相对较大，并且其功率变化的过程快，因此在实际运行中可以认为波动性负荷是引起供电电压波动的主要原因。1）由于频繁启动和间歇通电时常引起电压按一定规律周期变动的负荷。例如，轧钢机和绞车，电动机，电焊机等。2）引起供电点出现连续的不规则的随机电压变动的负荷。例如，炼钢电弧炉等。4.闪变的基本概念与定义P.89答：电光源的电压波动造成灯光照度不稳定的人眼视感反应称为闪变。5.电压波动与闪变的起因和危害P.94答：起因：供电系统出现电压波动，一方面是由于各种类型的大功率波动性负荷投运引起的，另一方面也会由于配电线路短时间承载过重，而且馈电终端的电压调整调整能力很弱等原因，难以保证电压的稳定。危害：（1）引起车间，工作室和生活居室等场所的照明灯光闪烁，使人的视觉易于疲劳甚至难以忍受而产生烦躁情绪，从而降低了工作效率和生活质量。（2）使得电视机画面亮度频繁变化以及垂直水平幅度摇晃。（3）造成对直接与交流电源相连的电动机的转速不稳定，时而加速时而制动，由此可能影响产品质量，严重时危及设备本身安全运行。例如，对于造纸业，丝织业和精加工机床制品等行业，如果在生产运行时发生电压波动甚至会使产品报废等。（4）对电压波动较为敏感的工艺过程或实验结果产生不良影响。例如使光电比色仪工作不供电系统电能质量4正常，使化验结果出差错。（5）导致电子仪器和设备，计算机系统，自动控制生产线以及办公自动化设备等工作不正常，或受到损害。（6）导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱，致使电力电力换流器换向失败等。（7）波动性负荷产生大量的谐波，其三相严重不对称带来的的负序分量，危及供电系统的安全稳定运行。第五章电压暂降与短时中断6.电压暂降与中断的起因P.119答：当输配电系统中发生短路故障、感应电机启动、雷击、开关操作、变压器以及电容器组的投切等时间，均可引起电压暂降。其中，短路故障、感应电机启动和雷击是引起电压暂降的最主要原因。保护装置切除故障、误动以及运行人员误操作等均可引起供电段中断。第六章波形畸变与电力谐波7.谐波、简谐波和次谐波的区别P.158答：（1）谐波的次数h必须为基波频率的整数倍。（2）在一定供电条件下，有些用电负荷会出现非工频频率整数倍的周期性电流变动，根据该电流周期分解出的傅里叶级数得出的不是基波整数倍频率的分量，称为简谐波。（3）次谐波是指频率低于工频的简谐波。8.电力系统的非线性谐波源有哪几类？P.162答：（1）铁磁饱和型：各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现非线性。（2）电子开关型：主要为各种交直流换流装置、双向晶闸管可控开关设备以及PWM变频器等电力电子设备。（3）电弧型：交流电弧炉和交流电焊机等。9.谐波的污染与危害主要表现在哪些方面？P.175答：在电力危害方面：（1）旋转电机等的（换流变压器过载）附加谐波损耗与发热，缩短使用寿命。（2）谐波谐振过电压，造成电气元件及设备的故障与损坏。（3）电能计量错误。在信号干扰方面：（1）对通信系统产生电磁干扰，使电信质量下降。（2）重要的和敏感的自动控制、保护装置不正确动作。（3）危害到功率处理器自身的正常运行。10.谐波对变压器、电机的影响以及对通信的干扰P.177答：对变压器的影响：（1）使总均方根值电流增大引起导体损耗增加。（2）谐波引起的涡流损耗以谐波电流的频率的平方增加，该损耗失变压器谐波发热损耗的重要组成部分。（3）电压畸变的增加使得铁芯叠片中涡流电流增加。对电机的影响：谐波电压畸变将引起电机的效率下降、发热、振动和高频噪声。对通信的干扰：配电系统或终端用户设备中的谐波电流，将会对同一路径中的通信线路产生供电系统电能质量5干扰。配电系统中的谐波电流，可通过感应或直接传导的方式与通信线路耦合。