电能质量定义

电能质量作业学生姓名：王朝斌李洋刘佳滢王诗清学号：23、58、93、123作业题目：串联电抗器的谐波抑制与电抗率选择2013年6月4日作业题目1：对电能质量的定义进行总结。1.电能质量问题的提出电能是人类生活中最重要的能源。随着国民经济和科学技术的发展，微电子器件与电力电子技术的广泛应用，对电能质量的要求越来越高；同时由于扰动负荷（如非线性、冲击性或不对称负荷）接入电力系统或其他扰动源（系统短路故障）存在，造成了大量的电能质量问题。不但影响公用电网的安全运行，还对各种电力用户的用电过程造成直接与间接的危害。目前，对电能质量这一术语尚未形成统一定义。IEEE给出电能质量问题的一般解释为在供电过程中导致电气设备出现误动作或故障损坏的任何异常现象，如电压凹陷、过电压、暂态、谐波畸变和电气噪声等。前一部分描述电能质量=供电质量；后一部分给出电能质量问题在供电电压上的具体表现，似乎界定在电能质量=电压质量上。电能质量离不开电力系统的可靠性问题，其包含系统的容量储备（满足供电需求的能力）和安全性（承受突发扰动的能力）。但从电力系统与电力用户共同关心的内容看，可以认为电能质量=供电质量+电压质量。从本质上讲，电能质量包括电压质量、电流质量和频率质量三个方面。(1)电压质量又称电压辐值质量，一般认为电压辐值质量主要受供电侧影响，用实际电压与理想电压间的广义偏差反映供电水平。(2)电流质量，主要受用户影响，电流质量问题一般就是指谐波。(3)频率质量一般就是指系统供电的同步频率不满足系统的额定偏差范围的规范，在电源较弱的地区，随着大容量的有功负荷的较快变化，系统频率会出现周期性或非周期性的偏移，目前的调频控制技术和发电管理已经能够较好地控制频率变动。此外，有学者指出电能质量还应包括非技术成分质量问题。从现有的统计和研究结果来看，破坏程度较为严重的是电压辐值质量问题，也是近年国内外研究重点，故狭义上的电能质量主要是指电压质量，且IEEE在其标准中对电压质量推荐使用电能质量来表示。受电能质量扰动影响最重的是配电网中的工业负荷，故配电网电能质量问题在整个电能质量研究中处于重中之重的地位。影响电能质量的因素主要有四个方面：①自然现象和灾难，如雷击；②电力设备及装置故障或保护误动作；③终端用户非线性、冲击性污染型负荷的大量使用；④人为事故。保证电能质量水平需要多方面的配合，才能取得双赢或多赢的效果。2.电能质量定义电能质量目前没有完全统一的定义，从电能生产、输送和使用角度，因有着不同的参考框架而对电能质量有着不同的解释。IEEE组织一直在其官方文件中使用“电能质量”(PowerQuality)术语，并给出了有关定义；而IEC较多情况下是使用术语“电磁兼容性”(EMC)，最近才开始使用电能质量。经细心的对照比较，“电能质量”和“电磁兼容性”在很大程度上有重叠但并非完全一致。IEEE在其第1100号标准定义“电能质量是指对向敏感设备提供电力和设置接地系统以保持其正常运行能力的一种概念描述”，显然这是一个中性的、从技术本身出发的一种定义。对电磁兼容性，IEC61000-1-1中给出定义：设备和系统在其电磁环境内保持正常工作且不引发所在电磁环境内的任何设备所不能允许的扰动的物理能力。而最近，IEC的一个工作组明确将电能质量定义为“电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和不干扰用户使用电力的物理特性”，该定义偏于系统供电角度。可以看出IEEE和IEC在解释电能质量的相同点在于以保持用电设备正常运行作为定义电能质量的基础，所不同的是IEC更加明确的指出了改善电能质量的着手点就是供电装置。此外，业内也普遍接受一种直接简明、更多从用户角度出发的解释“电能质量问题是指任何导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差”，但我们必须认识到它含该的内容并不全，有关电能质量相关术语的定义请参见IEEE第1159号标准。3.电能质量现象的属性和分类依据电能质量问题从时间尺度上主要可以分为周期稳态(包含准稳态)和暂态(又称非稳态)两大类。稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括谐波、间谐波、波形裂痕以及噪声等；暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，可分脉冲暂态和振荡暂态两大类。对电能质量，除基本的幅值、频率、频谱和系统阻抗等四种属性外，通常还使用表1列出的附加属性来描述不同的电能质量问题。表1描述电能质量的附加属性除基本的稳态和暂态之分外，又可以根据其他因素，如持续时间长短、频谱分布、电压幅值范围等，对电能质量问题进行细分。各种电能质量现象并不是严格区分、物理独立的，调查统计和理论仿真均表明发生某些电能质量现象往往或必定伴随着其他电能质量问题出现，现有的研究还没有深入到这些电能质量现象的相互依赖性上。电能质量在时间和空间上是随机分布，处于动态变化之中，因此即使是同一扰动源引发的问题，在不同的PCC点，观察到现象和具体指标往往有一定的差异。与电能质量问题有关的电磁现象特征（频率、持续时间、幅值大小）见表4.电能质量各项指标的定义及国家标准为了能系统地了解、熟悉和研究电能质量问题，并能在工作中对电能质量反映的问题或测量结果进行分析和判，从而找出引起电能质量问题的根本原因和采取相应的措施，将电能质量现象进行科学、合理的分类是非常必要的。国际电工委员会IEC从电磁兼容及相互干扰的角度,将电能质量现象进行了分类；而国际电气电子工程师协会IEEE根据电压扰动的频谱特性、持续时间、幅值变化等方面，对电能质量现象进行了分类。鉴于这两个基础性的分类，世界主要电力大国也都制定了相应的电能质量指标及其标准。我国从20世纪90年代初到2001年,国家技术监督局先后组织制定并颁布了6项电能质量国家标准:GB12325-1990《供电电压允许偏差》；GB/T14549-1993《公用电网谐波》；GB/T15543-1995《三相电压允许不平衡度》；GB/T15945-1995《电力系统频率允许偏差》；GB12326-2000《电压波动和闪变》；GB/T18481-2001《暂时过电压和瞬态过电压》。这些标准是我国公用电网正常运行应满足的条件,给电能质量治理工作提供了参考与依据。5.供电质量与用户需求5.1供电质量参数供电质量参数通常可分为两个范畴。(1)由国际（或国家）标准明确定义的电能质量参数，如电压频率、偏差、波动与闪变、三相电压不平衡度、谐波等。在我国现有的6项电能质量标准中，《公用电网谐波》、《三相电压允许不平衡度》、《电压波动与闪变》三项国标指明了扰动负荷接入公用电网应满足的条件。执行电能质量国家标准是维护公用电网电能质量的基础。否则，未加治理的扰动负荷接入电网可能使其他负荷的正常用电权益受到损害。(2)暂时尚无国际（或国家）标准，仅仅给出一些指标值供参考。这些参数包含了一些电压指标和供电可靠性指标，如电压凹陷（voltagedip）、短期与中期电压中断。不能形成标准表明仍有大量工作要做，但并不掩饰其重要性。一些敏感负荷在用电申请与电能质量投诉上已多次涉及该类问题。如果从电压的幅值和波形（指非等幅正弦波）上划分，所涉及的电压质量问题如下：a.幅值问题，如电压偏差、三相电压不平衡（负序）等；b.波形问题，如谐波、电压波动与闪变等；c.既有幅值问题又有波形问题，如过电压、电压凹陷、电压中断等。在国际（或国家）标准中，电能质量指标通常以电压特征描述，电能质量国标中仅谐波用各次谐波电流表示用户注入电网的允许值。与电能质量问题有关的电磁现象特征（频率、持续时间、幅值大小）见表2。5.2敏感负荷与用电质量需求低水平的电能质量可能对敏感负荷造成损害。电能质量对用户和电网的影响可由图1说明。图1电能质量对用户的影响扰动负荷由其负荷特性决定，可能产生电压波动、过电压、电压凹陷（电压迭落）以及谐波、负序和其他干扰。如冶金电弧炉产生电压波动与闪变、谐波与负序等电能质量问题；电气化铁路牵引负荷产生电压波动、谐波与负序等电能质量问题。现场测量显示这一类冲击负荷还形成电压突然跌落（或电压凹陷），瞬间电压下降超过10%。较平稳的整流负荷如电解锌、铝厂等主要产生特征谐波。表2与电能质量有关的电磁现象需要特别指出的是，随着电力电子技术的推广，工业生产过程对电能质量与供电可靠性的要求越来越高。如电压凹陷与短期$中期电压中断对使用微电子器件的装置或生产过程产生严重影响，常常是装置误动、损坏或产品报废的主要原因。工业用户对电能质量与供电可靠性有不同的要求，见表3。传统电能质量问题如谐波或闪变通过在源头采取治理措施能够很好地解决。但是电压凹陷及电压中断这一类问题，适合于在电网侧解决。表3电能质量与供电可靠性对工业生产的影响5.3区域分割工业用户对电能质量/可靠性供电的不同要求提出了如何满足用户对高质量用电的要求和高质量供电对应较高的投资费用，而那些对供电质量没有特殊要求的用户是否也应承担高质量供电相应的建设费用，这样两个问题。从社会经济性出发，最好是按用户需求提供相应的供电质量，实现供电质量区域分割。用户电力技术能实现这一设想，其采用下面两种补偿技术“隔离”电能质量扰动源对用户的影响。(1)采用并联补偿技术的用户电力。由静止断路器SSB（SolidStateCircuitBreaker)和静止补偿器STATCOM（StaticCompensator)组成，见图2。图2由SSB和STATCOM组成的用户电力技术这里的STATCOM是使用IGBT或GTO电力电子器件的脉宽调制（PWM）逆变器，具有无功发生器和有源滤波的作用。在正常运行条件下它由电网供电，向联接点提供电压调节、功率因数校正和滤除谐波所需的补偿分量。但电网侧线路出现故障时，SSB迅速打开（小于一个工频周期），STATCOM把自备电容器储存的能量或其他储能装置的能量转变成电能向用户供电，直到排除故障由线路B通过断路器2恢复正常供电。从故障发生SSB打开直到故障排除SSB闭合的非常短的时间内，STATCOM作为一个标准电源向用户供电限制电压凹陷的影响。用超导储能技术SMES（SuperconductingMagneticEnergyStorage）替代STATCOM中的电容器很有发展前景。目前，STATCOM的主要应用范围在1MW·s至5000MW·h。图3使用串联电压补偿的用户电力技术(2)采用串联补偿技术的用户电力。主要由逆变器、储能装置与变压器组成动态电压恢复器DVR（DynamicVoltageRestorer），变压器串联接入向敏感负荷供电的线路，见图3。当电网电压发生变动时，DVR通过变压器提供一等量的反向电压变动校正输出电压至理想的电压波形，从而维持电压稳定，对谐波也有抑制作用。理论上DVR仅需负荷功率的30%就可以消除所有不大于30%额定电压的电压凹陷，通常覆盖了电压凹陷数量的95%。逆变器可使用IGBT，GTO等电力电子开关器件。DVR可以补偿电压凹陷、谐波、过电压和三相不平衡，但主要用于减轻电压凹陷的影响。其对电压凹陷的持续补偿能力依赖于储能装置的容量。6.主要电能质量指标对电能质量，除经济性指标外，目前没有统一的指标可以用来描述表2中提到的全部电能质量问题，而是根据不同扰动或扰动组的特征制定了一些具体的量化指标。6.1谐波谐波(Harmonics)污染是电能质量的一个基本问题。谐波问题并不新鲜，对谐波的研究可以追溯到电力系统形成初期。1916年，电气工程师Steinmetz就撰文探讨三相系统中的谐波问题；在近期研究人员提出了谐波组的概念用于进一步研究谐波问题。描述谐波的一般指标：各次谐波幅值和相位、各次谐波含有率(HR)、总谐波畸变率(THD)、谐波功率和谐波阻抗，以及部分演化指标如K因子等。通常THD定义为谐波分量(h≥2)有效值相对于基波分量(h=1)的百分比。间谐波又称分数谐波,顾名思义它指非工频频率整数倍的周期性电流或电压。间谐波往往由较大的电压波动或冲击性非线性负荷所引起的。非线性的波动负荷如电弧炉、电焊机、各种变频调速装置等都是间谐波源。间谐波的主要危害是：会放大电压闪变，对音频干扰，影响电视机画质，对收音机产