第三章传统电能质量分析与改善

第三章传统电能质量分析与改善措施一、电力系统运行特性二、频率稳定与频率偏差三、电压稳定与电压偏差四、三相不平衡1、电力系统的基本任务不间断地向用户供应质量（电压和频率）合乎规定的电能。对其性能要求通常以可靠性表征。电力系统可靠性是按可接受的质量（Quality）标准和所需数量（Quantity）连续地向电力用户提供电力和电量的能力的量度。可靠性包括充裕性（adequacy）和安全性（security）。一、从电力系统运行特性看频率供电质量的定义2、电力系统正常运行中诸要素关系示意图电力充裕性电力安全性（稳定性）电力经济性电能质量电能数量系统正常运行电力系统可靠性电力充裕性电力经济性电力安全性电力系统稳定性静态稳定暂态稳定动态稳定设备性能调节系统保护与控制系统规划系统改造运行方式单位煤耗，线损，功率因数节能增效，市场运行系统正常运行应满足的2个条件：任一节点的P、Q必须平衡；各节点和各元件的基本电气参数不应超过允许偏差。3、对电力系统运行三点基本要求的考核指标保证可靠地连续供电---供电可靠性指标：1)定性分类：按对可靠性的要求将负荷分为三级；2)定量考核：开展可靠性概率统计计算考核。保证系统的经济运行---发输两个重要环节的考核指标：1)煤耗率(g/kW·h)2)线损率（网损率）(电力网络电能损耗／电力网络供应电能量)×１００％保证良好的电能质量---国家电能质量标准和行业规定：1)电网规划设计(有功和无功电源的设置，电压等级选择)和运行方式(结线方式和接地方式等)调配中的综合保证2)电能质量的六项指标（但评估考核办法很不健全）可靠经济优质4、当代电力系统应当关注的几个相关问题设备敏感度不同。本微不足道的电压扰动或特性变化可能影响到控制系统，导致掉闸或误动作。这些敏感设备相互连接在一起，连接在一个大的电网络中，或一系列自动化过程中。这就意味着，整个系统与最敏感设备有相同的敏感度了。市场竞争环境。突出了优质电能的问题。电力成为产品和商品后，用户逐渐成为主导。用户通过买卖得到的电力所包含的任何质量问题都不能不计算在内了。认识的提高。对于电力系统中时常出现的各种电力干扰现象，通过实时监测和理论分析与探讨，正在不断深入认识。供用双方的相互影响与作用越来越紧密。关于电力供应可靠与否，人们正在探索，试图重新给出定义和具体内容。5、供电可用率（可靠率指标－RS-1）“9s”可靠性指标适应场合累计年停电时间3个999.9%生活居住9h4个999.99%工厂59min5个999.999%医院、机场5min6个999.9999%银行32s9个999.9999999%联网市场30ms99.91%8h国家电网公司十五规划（):供电质量的具体内容：电网频率合格率不低于99.9%供电电压合格率97.8%城市供电可靠率99.892%城市居民客户端电压合格率不低于95.5%农村供电可靠率99%农村居民客户端电压合格率不低于90%统计评价遵循《供电系统用户供电可靠性统计评价规程》中RS1指标，承诺2002年优质服务年供电可靠率目标为99.98%城市供电可靠率指标见P80表３－７和３－８，一般城市或地区：99.96%------3.5h;重要城市，中心地区：99.99%------53min2002年北京供电可靠性指标完成情况，供电可靠率：99.97%2004年仍然为99.97％，低于国际水平。而纽约、东京、香港达到99.99％以上.根据国际一流城市的要求，大中城市应达到99.99％。按照北京奥运规划，2008年达到99.99％，运动场馆达到99.999％。5.关于电能质量与供电可靠性可以讲，过去的电能质量与可靠性概念是十分相似的，常常用供电质量一言以蔽之。这是因为传统负荷几乎都是线性的和惯性时间长，如典型设备有照明、加热和电机等；非线性电力电子装备数量几乎可以忽略不计。所以，它们对短时电压变动是没有反映的。况且负荷之间多少是相互隔离的，自动过程几乎不存在。传统电能质量指标在满足稳态电压偏差的条件下，供电水平如何，通常使用供电可靠性来表征．概括而言，传统负荷只在电压长时间偏离额定电压值或供电电压长时间中断时才不能正常工作。5.关于电能质量与供电可靠性供电可靠性是指，供电系统持续供电的能力．以往在供电中断的程度与起因等方面与电能质量和用户实际受电情况是分开考虑的．供电与否是以其电气的物理连接为标志的。如今，专家们认为，电力供应可靠与否应当以电力系统和电力用户的生产过程保持连续正常工作，不会因受到电力干扰而中止为准则．因此，供电可靠性应包含着许多相关内容，需要提供包括电能质量这一重要组成部分在内的广泛意义上的可靠性评价报告．见6.还有一种说法，即供电可靠性是供电连续性的具体体现，是电能质量的重要组成（三因素）部分之一．因此，可靠性指标应是电能质量指标体系中的有机组成部分。供电可靠性系列指标见P79１.供电可靠性常用指标２.供电可靠性参考指标供电中断的性质划分见P81预知安排供电中断；故障供电中断．传统意义上的供电可靠性仅限于计及长时间电压中断（一般只考虑持续时间为5min，个别国家规定为１min).6、电压稳定和频率稳定是保证电力系统正常（稳定）运行的基本条件电力系统稳定性功角稳定性频率稳定性电压稳定性小扰动角度稳定性暂态稳定性短期（1／n秒）长期（n分钟）系统故障无功电源损失等大扰动系统负荷少量变化等小扰动短期和长期现象电压连续频率电压稳定：系统从一个给定的初始状态承受扰动后保持母线静态电压的能力。频率稳定：系统由于发电和负荷显著不平衡或故障引起严重不平衡后保持系统静态频率的能力。二、频率稳定与频率偏差1、电力系统频率的基本概念交流电系统运行过程中最重要的指标之一就是供电电压频率，其定义为规定时间间隔内测量的基波电压波形重复次数。从物理意义讲，交流电的频率，是与发电机组的极对数、转速直接相对应的电频率:发电机组转速取决于机组输入、输出能量的平衡程度，并且受到机械惯性的制约；因此，电频率是一个惯性量（系统功率振荡的物理涵义）。npf601、电力系统频率的基本概念负荷功率的增减，发电出力的变动，一直是处在动态变化中，加之电力设备的操作也时有发生，这就使系统中不同节点的频率出现不同程度的波动，也称之为能量均衡的动态过程；但由于电频率的惯性制约，从概率统计的意义上系统中各节点的频率相等，并做同步变化。因此也说，（系统稳定运行前提下，）电网中所有的节点共享同一频率，即所谓系统频率。动态过程的极端情况下，临界失步，失步和再同步的过程中，系统各节点的频率不再相等，但在仍能维持同步的系统局部区域内，频率是相等的。又有了“局部系统频率”的说法。LoadsActivepower足够的调频功率储备与控制手段增减机电力矩，控制发电机的调速器，保证系统总发电容量动态变化的负荷容量；紧急状态下采取切负荷保持频率稳定频率在限定范围内变化；频率是系统供需稳定与否的晴雨表一个信息量充足、可靠，能提供给系统运行人员所需要的数据的信息网络，是对系统频率进行实时控制的先决条件。涡轮蒸汽(水)控制系统调速器发电机1、电力系统频率的基本概念能把频率控制和保持在允许限值之内，这就要求在系统操作层面上有大量的功率储备，从而能自动保证在任一时刻，电能消耗和电能产生之间的平衡，做到频率稳定在规定值。系统运行人员对系统中每个区域的发电和能耗的有效控制，以及与相邻区域运行人员的良好协作，共同保证了整个系统的频率稳定在设定值。频率稳定性：系统由于发电和负荷显著功率不平衡导致严重系统故障后保持静态频率的能力。在保持过程中，控制装置作用的特性时间又会引起短期频率波动和长期频率波动现象。2、设定电力系统的额定运行频率的目的设定电力系统的额定运行频率（假定此频率能保证供需平衡）的目的：是考虑到设备制造业的生产可能性；是使特殊生产者及用户的需求最优化。3、频率质量指标为了表征电力系统频率，在正常运行工况下使用以下指标：频率偏差：Δf，用于缓慢频率变化的评价：其中是标称频率(50Hz或60Hz)，是实际频率(Hz)相对频率偏差：εf(%)：rfffrff(%)100rfrfff3、频率质量指标日累计偏差，要求保证时钟与电网频率同步正常运行：240fIfdt3、频率质量指标根据欧洲EN50160/2006标准，电源电压额定频率是50Hz。在正常运行条件下，基波频率在10s时间测量的平均值应在以下范围内：与互联电网同步连接的系统：(即49.5-50.5Hz)，一年中99.5%；(即47-52Hz)，一年中100%；与互联电网非同步连接的系统(例如某些岛屿的供电系统)：(即49-51Hz)，一星期中95%；(即42.5-57.5Hz)，一星期中100%；4、电力系统的频率特性5、电力系统的频率特性系统频率特性：系统功率不平衡时，频率变化的特性。负荷频率特性：系统频率变化后负荷随之变化的特性；发电频率特性：系统频率变化后发电功率＝随之变化的特性；系统频率特性为负荷频率特性、发电频率特性和电压影响的综合结果。系统频率调节系数Ks：反应系统功率变化量与频率变化量之比；为负荷调节系数与发电调节系数之和。GLSKKfPK汽轮机转速控制涡轮蒸汽(水)控制系统调速器发电机三、供用电频率的演变历程1）.交流电的起因1831年，英国物理学家法拉第通过大量实验发现了电磁感应定律，为电能的大规模应用奠定了基础。供用电频率的演变历程1.）交流电的起因1893年，在芝加哥举办的世界博览会上，用交流电点亮了18万只电灯。之后，利用变压器变换的交流电力系统以其长距离、低损耗的优势在世界上被广泛采用。供用电频率的演变历程2）交流电波形的选取1893年4月，美国电气工程师A.E.Kennelly发表了一篇论文，他说如果交流电采用正弦波，就可以引入“阻抗”概念，和直流电路一样利用欧姆定律计算交流电路。供用电频率的演变历程2）交流电波形的选取这篇文章发表后，正弦波立即在电气工程领域得到应用。正弦交流电的三要素之一就是变化频率。21631333266311333供用电频率的演变历程3）交流电频率的选取在电力发展早期，有大约20种赫兹数：15，，20，25，30，，40，42，46，50，60，，80，83.3，87，100，125，。供用电频率的演变历程1887年英国的发电厂概貌如果频率高，电灯的闪烁就少，变压器和发电机的铁心体积都会减少；如果频率低，交流电路特有的电抗效应就会减弱，对于二极感应电机而言，如果频率为60赫兹，电机转速就接近3600转/分，这在当时的技术条件下是过高了。供用电频率的演变历程4）欧洲交流电频率的选取1900年，巴黎举办世界博览会，大会向欧洲各国订购了20套发电设备，其中16套是50赫兹，3套是42赫兹，1套是25赫兹。此后，欧洲逐渐向50赫兹靠拢。供用电频率的演变历程5）美国交流电频率的选取在美国，威斯汀豪斯和特斯拉进行了不同频率的交流电实验，结果表明，频率低输电线上的电能损耗也低，他们打算采用20赫兹的交流电，但20赫兹时照明设备产生了闪烁，至少50赫兹人才感觉不到闪烁。因此，他们把电源频率定为60赫兹。供用电频率的演变历程在日本，1896年东京电灯公司从德国订购了6台50赫兹的发电机，1897年大阪电灯公司从美国订购了5台60赫兹发电机，因此，日本东部是50赫兹，西部是60赫兹。6）日本交流电频率的选取供用电频率的演变历程7）我国50赫兹标准频率的制订经过1929年2月，国民政府建设委员会电气处分六个步骤开始制订我国电压频率标准。调查表明，外国最通行的是50和60，还有一小部分是25和。供用电频率的演变历程①调查国内外电气标准。2163在中国自办电厂中，105家采用50赫兹，73家采用60赫兹；洋商经营的35家电厂中，大多数采用50赫兹；在全国发电总容量方面，50赫兹占62%，超过了半数。供用电频率的演变历程②起草方案。当时中国口岸城市多数用了美国的60赫兹设备，