供电系统的电能质量与无功补偿

第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-1)一、电能质量概述电能质量是指电气设备正常运行所需要的电气特性，任何导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差都属于电能质量问题。理想的电能质量：系统频率恒为额定频率；三相电压波形是三相对称的、幅值恒为额定电压的正弦波形；三相电流波形是三相对称的正弦波形；供电不间断。任何与理想电能质量的偏差都属于电能质量扰动。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-2)电能质量扰动的分类：暂态扰动通常指持续时间不超过3个周波的扰动。分为脉冲型和振荡型两种。短期电压变化电压跌落、电压突升和短暂断电。长期电压变化电压幅值长期偏离其额定值；包括电压偏差和持续断电。电压波动电压幅值周期性下降和上升。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-3)波形畸变包括电力谐波、电压缺口、直流偏置和宽带噪音；三相不平衡供电电源的三相电压不对称或负荷三相电流不对称，即三相幅值不等或相角差不等于1200。频率变化基波频率偏离其额定频率，包括频率偏差和频率波动，典型的频率波动周期为10s之内。电能质量扰动是客观存在的，它严重干扰着用电设备尤其是信息处理设备的正常运行。因此，一方面应该规定电网的电能质量扰动允许值，另一方面，用电设备也应该具有一定的电能质量扰动耐受容限。影响电压质量的主要因素：负荷无功功率或无功功率变化量。电网短路容量或电网等效电抗。负荷无功功率或无功变化量越大，对电压质量的影响越大；电网短路容量越大，则负荷变化对电网电压质量的影响越小。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-4)第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-5)我国已颁布的电能质量国家标准：GB12325-1990《电能质量供电电压允许偏差》GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T15945-1995《电能质量电力系统频率允许偏差》GB12326-2000《电能质量电压波动和闪变》GB/T18481-2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-6)本章主要讨论的电能质量问题：电压偏差及调节；电压波动和闪变及其抑制；电力谐波及其抑制；供电系统的三相不平衡；供电系统的无功功率补偿；二、电压偏差及其调节1、电压偏差及其限值电压偏差是指电网由于电力负荷的变化或运行方式的改变，使系统中某点的实际电压偏离额定电压。偏离的幅度定义为电压偏差。%100%NNUUUU第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-7)电压偏差表示为：产生电压偏差的根本原因系统中的电压损失第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-8)国标规定，供电部门与用户的产权分界处或供用电协议规定的电能计量点的最大允许电压偏差应不超过：UN≥35kV电压正、负偏差绝对值之和为10％UN≤10kV7％220V单相供电电压+7％，-10％第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-9)2、变压器对电压偏差的影响变压器分接头对电压偏差的影响降压变压器的一次侧，根据容量的不同都设有若干个分接头。普通变压器只能在不带电的情况下改换分接头，对每一台变压器在投入运行前都应该选择一个合适的分接头。kVKT5.10%5.2235kVKT4.0%5.210如：第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-10)5%-5%0kVU101UT20=0.38kVUT20=0.42kVUT20=0.4kVU2=0.36kVU2=0.38kVU2=0.4kV变压器参数表示符号tap％——变压器的分接头位置；Uf——变压器一次侧的分接头电压；UT1——变压器一次侧额定电压；UT2——变压器二次侧空载额定电压（零分接头和一次侧额定电压的条件下）；U20——变压器二次侧空载输出电压（实际分接头和一次侧实际电压的条件下）；U1——变压器一次侧实际输入电压；U2——变压器二次侧实际输出电压。变压器的分接头电压和二次侧空载输出电压分别可表示为：1Tf%1UtapU201T2201T2ffUUUUUUUU显然，当同一进线电压接在不同的分接头时，二次电压对电网额定电压的偏差量则不同。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-11)2020/1/612/129Example:S:1000kV·Ak=10／0.4kV，1、U1=10kV,tap％=0％时：U20=400V，=+5％；2、U1=10.5kV，tap％=+5％，U20=400V,=+5％；3、U1=10kV，tap％=+5％，U20=380V,=+0％；4、U1=10kV，tap％=-5％，U20=420V,=+10％；201T2201T2ffUUUUUUUUfδU%fδU%fδU%fδU%当同一进线电压接在不同的分接头时，二次电压对电网额定电压的偏差量则不同。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-12)当在变压器一次侧分接头上所加电压为U1时，单纯由变压器分接头调整而引入的电压偏差Uf%为：TTT2N%100%PRQXUU20212221001100NTfNfNUUUUδU%%%UUU变压器中的电压损失KTRTXTΔUTKTRTXTΔUT第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-12)221()TTfUUUUU考虑、影响,KTRTXTΔUTTUfU1UfU2TUKTRTXTΔUT1UfU2TU2U2U221TTfUUUUU这里考虑A方式。A:B:变压器引起的电压偏差考虑变压器的电压损失和分接头调整后，变压器一次侧与二次侧电压之间的关系为：可得由变压器本身所产生的总的电压偏差量：221Tf()TUUUUU%%%TfTUUU第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-13)3、电压偏差的计算第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-14)如图所示，设电源母线上的电压偏差量为UA%，线路l1的电压损失为Ul1%，变压器引起的电压偏差量为UT%，低压线路l2的电压损失为Ul2%，则B、C、D各点的电压偏差分别为：%%%1ABlUUU%%%%T1ACUUUUl%%%%%2T1ADllUUUUU%%%EUUU第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-15)将上述概念推广到任一供电系统，如果由供电电源到某指定地点有多级多压或装有调压设备，则指定地点的电压偏差可由下式计算第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-16)4、电压偏差的调节调节电压的目的是要在正常运行条件下，保持供电系统中各用电设备的端电压偏差不超过规定值。电压调节的方式通常选择电网的电压中枢点（发电厂、区域变电所或用户总降压变电所）作为电压调节点，对其电压进行监视和调节。中枢点调压方式有常调压和逆调压两种。常调压无论负荷怎样变化，维持中枢点电压恒定。逆调压最大负荷时，升高中枢点电压；最小负荷时，降低中枢点电压。电压调节的方法对于用户供电系统，电压偏差调节主要从降低线路电压损失和调整变压器分接头两方面入手。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-17)合理设计供电系统，减小线路电压损失高压深入负荷中心供电；配电变压器分散设置到用电中心；按允许电压损失选择导线截面；用电缆替代架空线路；设置无功补偿装置等。.alTNTfUUU%ΔUUUmax221maxmax112）合理选择变压器的分接头变压器的分接头电压应满足下列条件：最大负荷时最小负荷时根据上述要求，应就近选取标称的分接头。.alTNTfUUU%ΔUUUmin221minmin12第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-18)221fffUUU设计中取选取最接近的标称分接头电压。例6-1某变电所装设一台10MVA变压器，变压器变比为KT=11022.5％／6.6kV。在最大负荷下，高压侧进线电压为112kV，变压器折算至高压侧的电压损失为5.63％；在最小负荷下，高压侧进线电压为115kV，变压器折算至高压侧的电压损失为2.81％。要求变电所低压母线的电压偏差为额定电压6kV的：最大负荷时0％，最小负荷时+7.5％。试合理选择该变压器的分接头。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-19)第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-20)kV0.66%01,%63.5%,kV112al.max2maxTmax1UUUkV45.66%5.71,%81.2%,kV115al.min2minTmin1UUUkV5.11445.66.6110%81.21152fUkV4.1160.66.6110%63.51121fU解：最大负荷时最小负荷时确定分接头电压kV45.11525.1144.116221fffUUU第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-21)结论：选取+5％分接头，分接头电压为115.5kV。则：%95.411011045.115%tap校验：最大负荷时：%0%58.10%10066635.6%635.65.1156.6)110%36.5112(max2max2UkVU第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-22)最小负荷时：%5.7%58.6%10066395.6%395.65.1156.6)110%81.2115(min2min2UkVU故选择5％的分接头电压，在最大负荷时，变电所低压母线的电压偏差不低于0％；在最小负荷时，变电所低压母线的电压偏差不高于7％；因此，满足调压要求。三、电压波动和闪变及其抑制1、定义电压波动：电网电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速变化。将电网电压每半周波的方均根值按时间序列排列，其包络线即为电压波动波形;电压波动波形上相邻两个极值之间的变化过程称为一次电压变动;电压变动的电压变化率应不低于每秒0.2％;当电压向同一方向变动时，若本次变动结束到下一次变动开始的时间不大于30ms，只算作一次变化。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-23)第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-24)t1~t2和t2~t3各为一次电压变动;t6~t7间的电压变化()不计为电压变动；t4~t5间的电压同方向变化间隔小于30ms,计为一次变动。%2.0dtdu第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-25)电压变动幅度d用各次电压变化量与电网额定电压之比来表示。即：%100NminmaxUUUd电压变动频度r是指单位时间（1h或1min）内电压变动的次数。电压从高到低或从低回到高的变化，各算一次电压变动。因此，对于周期性的电压波动而言，电压变动频度是电压波动频率的2倍。电压波动用电压变动幅度d和变动频度r来综合衡量。第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-26)电压波动是由波动负荷的剧烈变化引起的。大容量负荷的剧烈变化在供电系统阻抗上引起电压损失的变化，从而引起各级电网电压水平的快速变化。设供电系统中某一评价点的电力负荷由(P+jQ)变化为(P+P)+j(Q+Q)，则负荷变化在该点引起的电压变动值为：结论：在冲击性负荷下，电压变动值与负荷的无功功率变化量成正比，与电网的短路容量成反比。%100k2NSQUQXPRd第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-27)XUQRXPUQXPRdN22N%100k2NSQUQXPRd证明:XUQXUQRXPUQXPRdNN222N(由于冲击性负荷ΔP«ΔQ)(设UN=Uj)kkjjjjjjjjNSSXSXIUIUXUXXUXU)3(22233(R、X电源至评价点的电阻、电抗)第六章供电系统的电能质量与无功补偿(6-28)由于电压波动是用户中的波动负荷从电网取用快速变动的功率而引起的（典型的波动负荷有炼钢电弧炉、轧机、电弧焊机等）。根据负荷的变化特征，电压波动可分为：电压变动频繁