电能质量技术及控制
我们在生活和生产中曾经遇到过诸如下面的一些问题：
?电容补偿装置不能正常运行:电容经常坏,老是烧保险,接触器换了一批又一批…
?主开关经常跳闸:影响正常生产,损失大把钞票啊…
?收到供电局的电费单一看,其中有一项是功率调整电费,又多花了不少钱,心疼…
?变压器容量不小,负载也不太大,怎么容量还是不够,增容费用很高,又要掏银子…
?电压总是不稳定…
?哪里来的干扰,计算机都不能正常工作…
?日光灯不停的闪烁，镇流器也烧毁了…
?自动控制装置不再听话，经常误动作…
?烧电机…
?自动化设备的控制系统经常出故障…
?供电公司说我们谐波超标,给我们开了一张限期整改通知单…
?上了补偿滤波装置（高压侧），变压器温升怎么还这么高呀…
……
以上这些均由电力质量问题引起，电能是现代人类生产和生活中使用的最普遍也最不可或缺的能源形式。电能的质量问题直接关系到整个社会的进步与发展。
如果您的配电设备经常出现故障,请您关注电能质量(谐波)问题；如果您的电费单中有功率调整电费,请您关注智能无功补偿技术！
关于电能质量问题
电能可以方便的通过各种不同的用电器方便、高效率、可靠的转换成机械能、热能、光能、化学能等形式以供消费。
一、理想的电能供应形式
在理想的电力系统中，电能是以单一恒定的频率（50Hz或60Hz）和正弦波形，按规定的电压水平向用户供电，即理想的电能供应形式应满足：
?单一恒定的电网标称频率
50Hz：功率平衡，不中断
?规定的若干电压等级
配电系统一般为110kV，35kV，10kV，380V/220V
?理想的正弦波形
电压电流同相位，无其他频率成份
?三相系统的平衡
幅度相同，相位互差120度。
二、实际导致供电模式非理想的因素
电能质量（Power Quality-PQ）就是指电能的优劣程度，电能质量问题就是造成设备不能正常工作的各种电力问题，即任何出现的电压、电流以及频率偏移导致的用户设备损坏或运行不正常的电能问题。通常导致供电波形不理想的因素为：
?电力供应方的因素
?设备因素
?技术因素
?管理因素
?电力用户方的因素
?非线性负荷：如整流器、逆变器、静止无功补偿装置、变频器、高压直流输电设备等；
?冲击性负荷：如电弧炉、轧机等；
?负荷不平衡：如电力机车
?外在因素：
?自然灾害，雷电、风雪、鸟害…
?人为因素，恐怖活动
三、电能质量问题分类
电能质量问题一般可以分为以下几类:
?供电中断；
?电压偏差；
?频率偏差；
?三相不平衡；
?电力谐波（这是所有电能质量问题中最常见的一种）；
?电压波动与闪变；
?电压暂降与暂升；
…电能质量指公用电网对电力用户的供电电压质量和电力用户对公用电网的干扰水平。
公用电网对电力用户的供电电压质量一般用电压频率、谐波电压、电压偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、电压凹陷、电压凸起、电压中断、电压脉冲和振荡等参数描述。
电力用户对公用电网的干扰水平一般用谐波电流、无功波动、有功冲击、三相不平衡功率等参数描述。
四、波形畸变
实际上，系统中存在很多非线性负荷导致了电压电流波形发生畸变。下图给出了非线性电阻引起电流畸变的原理图.
根据傅立叶分析可以知道，非正弦波可以分解为一个基波频率的正弦波和多个整数倍基波频率的正弦波之和，这些整数倍基波频率的正弦波就是我们所说的谐波。即：
五、电能质量问题带来的危害 1、谐波对各种设备的危害
（1）变压器：电流谐波将增加铜损、铁损，使变压器温度上升，影响其绝缘
非线性电阻引起的电流畸变
)
(t u )
(t i i
+
. .
.
50Hz （h=1）
150Hz （h =3） 250Hz （h =5） 350Hz （h =7） 450Hz （h =9） 550Hz （h =11） 650Hz （h =13）
畸变波形的Fourier 级数表示：直流分量、基波、谐波
+ + + + + +
能力，并造成容量裕度减小。谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振，及引起铁心磁通饱和或歪斜，而产生噪声。
（2）电动机：输出谐波对电动机的影响主要有，引起电动机发热，导致电动机的额外升温，电动机往往要降额使用，由于输出波形失真，增加电动机的重复峰值电压，影响电动机的绝缘，谐波还会引起电动机转矩脉动，以及噪声增加。
（3）电力电容器组：一般电容器的标准规范最大电流只允许35％的超载，但实际运转时，由于谐波的影响，常发生严重过载。因而导致过热、增加介电质的应力，会发生振动短路、过电流及产生噪声。
（4）开关设备：由于谐波电流的存在，开关设备在起动瞬间产生很高di／dt的电流变化率，致使增加暂态恢复电压的峰值，以致破坏绝缘。
（5）保护电器：电流中含有谐波，必产生额外的转矩，改变电器的动作特性，以致引起误动作。
（6）计量仪表：电能表等计量仪表，因谐波而会造成感应转盘产生额外的电磁转矩，引起误差，降低精确度。
（7）电力电子设备：在多种场合，电子设备常会产生谐波的电流源，且很容易感受谐波失真而误动作。
（8）其他还有如照明设备、通信设备、电视及音响设备、电脑设备、载频遥控设备等都容易受谐波的干扰而影响其正常的工作或减少其使用寿命。
2.电压偏差的危害
（1）对用电设备的危害
用电设备设计在额定电压时性能最好、效率最高、发生电压偏差时、其性能和效率都会降低，又得还会减少使用寿命。电压偏差超过一定范围，设备会由于电压或过电流而损坏。
（2）对电网稳定、经济运行的危害
交流输电有个同步运行稳定问题，输电线的输送功率受稳定极限的限制，特别是小扰动下的静态稳定功率极限与电网运行电压有很大的关系，电压越低，功率极限超低，越是容易发生不稳定现象。电网缺乏无功功率，运行电压低，有可能产生电压不稳定现象，造成电网电压崩溃。同步运行稳定的破坏或电压不稳定
都是严重的电力系统事故，会造成大量负荷停电及系统瓦解等十分严重的后果。
电网电压过低或无功功率远距离流动，都会增大电网的线损（有功功率损耗），提高了用电成本。
3.频率偏差对系统和用电设备的影响
（1）对用电负荷的影响
?产品质量没有保障。
?降低劳动生产率。
?使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。
（2）对系统的影响
?降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃。
?汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳损伤和断裂。
?处于低频率系统中的异步电动机和变压器其主磁通会增加，励磁电流也就随之加大，系统所需无功功率大为增加，导致系统电压水平降低，给
系统电压调整带来困难。
?无功补偿用电容器的补偿容量与频率成正比。
?频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。研究表明：频率改变1％，感应式电能表的计量误差约增大0.1％。频率加大，感应式电能表将少
计电量。
（3）频率的变化还可能引起系统中滤波器的失谐和电容器组发出的无功功率变化。
4. 三相不平衡的危害和影响
三相不平衡是指三相电源各相的电压不对称。是各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。发生三相不平衡即与用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为50赫兹。在电力系统正常运行方式下，由于负序分量而引起的PCC点连接点的电压不平衡。该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。
（1）对变压器的危害。在生产、生活用电中，三相负载不平衡时，使变压器处于不对称运行状态。造成变压器的损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)。根
据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%。此外，三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。
（2）对用电设备的影响。三相电压不平衡的发生将导致达到数倍电流不平衡的发生。诱导电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗等影响。各相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本。断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象。中性线中流入过大的不平衡电流，导致中性线增粗。
（3）对线损的影响。三相四线制结线方式，当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量最大。当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。一般情况下，在小电流电路中，前面的塑料外壳断路器（装置式空气断路器）不会跳开。但在三相不平衡电流的任意相数值超过空气断路器的整定值时，断路器会跳开。
5.电压波动与闪变
由于电力系统中存在着许多冲击性负荷，在运行过程中频繁地从系统取用快速变动电能，出现冲击性功率变化，造成公共连接点（PCC）电压在短时间内急剧变动，并且明显偏离标称电压值，即产生了电压波动。
虽然电压波动会引起部分电气设备不能正常工作，但是由于实际运行中出现的电压波动值往往小于电气设备对电压敏感度门槛值，可以说由于电压波动使得电气设备运行出现问题甚至损坏的情况并不多见。但是在办公、商用和民用建筑的照明电光源中，白炽灯占有相当大的比例，白炽灯的光功率与电源电压的平方成正比，所以受电压波动影响最大。当白炽灯电源的电压波动在10％左右，并且当重复变动频率在5～15Hz时，就可能造成令人烦恼的灯光闪烁。这种由于电光源的电压波动造成灯光照度不稳定的人眼视觉感反应即是闪变。
电压波动与闪变会引起多种危害，概括起来主要有以下几方面：
（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和水平幅度摇动。
（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。
（4）对电压波动较敏感的工艺过程或试验结果产生不良影响。
（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，或受到损坏。
（6）导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱，致使电力电子换流器换相失败等。
6．瞬态过电压和暂态过电压
指峰值电压高达20000V，但持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉冲电压。其主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，主要由雷电所致。
危害：
以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其它现代生活的各个领域，以大型CMOS集成元件组成的这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，或者造成电子设备受到干扰，数据丢失，或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。
7．电压跌落（暂降）
定义：电压有效值降至额定值的10%-90%，持续时间为0.5个周期至一分钟；典型电压跌落持续时间一个周波到一秒钟的时间，通常持续几十毫秒至几百毫秒。
（1）计算机电压低于60％持续12个周波，计算机工作将受到影响，数据丢失。电压低于50％持续时间超过一个周波，接触器就会脱扣，有时电压低于70％接触器就会脱扣。
（2）交流接触器
当电压低于70％，持续时间超过6个周波，VSD被切除；一些精细加工业的
电机，当电压低于90％持续时间超过3个周波，电机跳闸退出运行。
（3）调速电机(VSD)
直流电机当电压低于80％时，电机保护跳闸。
（4）机器人控制操作的精密加工过程，当电压低于90％持续2～3周波，其工作过程中断。
（5）精密机械工具
PLC 当电压低于90％持续几个周波，I/O设备切除，低于81％时PLC停止工作。
（6）芯片制造业当电压低于85％时，芯片被毁，测试仪停止工作，内部电子电路主板故障。
（7）制冷电子控制器当电压低于80％时，控制器切除制冷电机，导致巨大损失。
8.供电中断
电力系统供电中断将使全系统的有功功率和无功功率的平衡遭到破坏，系统频率及电压严重偏离正常值，甚至可能导致系统频率崩溃和电压崩溃。电力系统供电中断还会对国民经济其他行业产生重大影响，将会导致生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，从而给国民经济带来严重损失。例如，供电中断时间超过15min，电解铝炉就会报废；高炉停电时间超过30min，铁水就要凝固；矿井停电时间过长，空气中瓦斯含量会升高，使井下矿工窒息，甚至引发瓦斯爆炸等事故；电气化铁路一旦供电中断，电气机车无法运行，严重影响游客及货物运输；交通信号供电中断，会造成交通堵塞甚至交通瘫痪等。
六、电能质量问题抑制
电能质量问题给电力系统和用户带来了很多负面影响，目前我国抑制电能质量问题的原则和措施为：
?电能质量问题抑制的现状：先污染，后治理
?电能质量问题抑制的原则：就地治理，谁污染，谁治理
?电能质量问题抑制的相关部门：供电方，用电方
?电能质量问题抑制的法规依据：电能质量国家标准
?GB 12325-2003 《电能质量供电电压允许偏差》
?GB 12326-2000 《电能质量电压允许波动和闪变》
?GB/T 14549-1993 《电能质量公用电网谐波》
?GB/T 15543-1995 《电能质量三相电压允许不平衡度》
?GB/T 15945-1995 《电能质量电力系统频率允许偏差》
?GB/T 18481-2001 《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》
七、电能质量控制技术
1. 电能质量控制技术的概念
定义：改善输配电网电能质量的技术称之为电能质量控制技术。
内容：电能质量控制技术包括柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission Systems,FACTS)技术和用户定制电力（Custom Power,CP)技术。
?FACTS技术：FACTS技术是针对输电系统的，其基本作用是控制输电系统中的潮流和提高输电线路的输送能力，以保证输电系统稳定性和电能质量。
?CP技术：CP技术是面向配电系统的，其主要功能是提高用户端供电的可靠性和电能质量。
展望未来：FACTS技术和CP技术的概念是二十世纪八十年代末被提出来的，两者都是电力电子技术在电力系统中的应用，它们代表了电力系统技术的一个主要发展方向，其应用将会越来越广泛。
2. 用户定制电力技术
2.1 概述
用户电力问题：电力负荷的非线性，冲击性和不对称性引起的谐波、电压波动与闪变和三相电压不平衡及短路引起的短时电压凹陷等用户电力问题越来越严重。
用户电力问题的解决方案即是用户定制电力技术：谐波滤波和无功补偿技术，快速动态电压恢复技术等。
2.2 无源滤波与无功补偿装置
无源滤波器除了滤除谐波外还在基波电压的作用下向谐波负载提供容性基波无功功率，同时兼顾谐波源无功补偿的需要。无源滤波器在工程中常用的有单
调谐滤波器、二阶高通滤波器、C型高通滤波器。
2.2.1 单调谐滤波器
单调谐滤波器为滤波电容器与空心滤波电抗器直接串联的一阶节能型式，根据R, L, C串联谐振原理构成，接线形式上一般采用图(2-1(a))的接线，即将滤波电抗器和电阻均接于电容器的低压侧，整个滤波器采用星形接法，并且在单调谐滤波器中的中性点加装避雷器接地。单调谐滤波器对特定频率的谐波滤波效果较好，但通频带窄，低次单调谐滤波器有功损耗较大，只适用于3次以上特征频率谐波的滤波。
2.2.2二阶高通滤波器
高通滤波器在高于某个频率之后很宽的频带范围内呈低阻抗特性，用以吸收若干较高次的谐波。高通滤波器有一阶减幅型、二阶减幅型、三阶减幅型和C型。其中二阶减幅型(如图2-1(b))的基波损耗较小，且阻抗频率特性较好，结构也简单，故工程上用的较多。
2.2.3 C型高通滤波器
C型高通滤波电抗器品质因数高，但滤波器品质因数不高，通频带宽，特别适合于对低次且含连续间谐波的谐波源（如电弧炉）进行滤波。同等条件下，比单调谐滤波器的基波有功损耗小。(如图2-1(c))
C
R
3
R
2
C
R
L
C1
C2
R
L
C1
L
C2
(a)(b)(c)(d)(e)(f)
R
C1
L
1
R1
L2
R
2
C
R
C
R
L2
C
(b)(c)(d)(e)(f)
C
L
R
C1
L
1
R1
3
R
2
C1
C2
R
L
C1
L
C2
(a)(b)(c)(d)(e)(f)
(a) (b) (c)
图2-1 无源滤波器结构图
2.3 有源滤波器
2.3.1概述
（1）无源滤波器存在如下问题，滤波特性依赖于电源阻抗，存在谐振危险，无法滤除非特征谐波，只能补偿固定的无功电流，体积大。
（2）针对上述问题，1976年L.Gyugi提出了用大功率晶体管PWM变换器构成电力有源滤波器（APF:Active Power Filters),并正式提出APF的概念。1983年日本学者赤木泰文提出的三相瞬时无功功率理论，使APF技术迅速发展，目前APF技术已基本成熟，并进入实用阶段。
（3）与无源滤波器比较，APF有如下优点：可控性强，响应速度快；自动跟踪补偿各次谐波；可实现动态无功补偿和电压电流的平衡控制；特性不受电源阻抗影响；不存在谐振问题；体积小，重量轻。
2.3.2 并联有源滤波器
并联有源滤波器通常用PWM电压源逆变来实现，它需要通过耦合电抗
器与交流系统相连，并需要电解电容来维持直流电压的恒定和无纹波。
dc
并联有源电力滤波器通过注入与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流对电流谐波进行补偿，辅以合理的控制方案，并联有源滤波器也可同时实现动态无功补偿，不平衡电流补偿，抑制电压闪变。
2.3.3 串联有源滤波器
串联有源滤波器也是用PWM电压源逆变器来实现的，它需要通过耦合变器与交流系统相连接。串联型有源滤波器注入与电源电压串联的电压分量，因此可以看作受控电压源，它可以对电压闪变、凹陷、短时中断，三相电压不平衡进行
补偿。由于它不需要储能，经济方面的原因使它在小功率运用中成为ups的有效竞争对手。
如果将LC滤波器与负载并联连接，串联有源滤波器就作为谐波隔离器，强迫负载谐波电流主要流过无源滤波器。这种方案的优点是有源滤波器的额定功率可以做的很小。串联型有源滤波器不适用于作无功补偿。
2.4 谐波源及滤波器分类
谐波源分电压源型非线性负荷和电流源型非线性负荷两类无源滤波器分并联型无源滤波器PPF和串联型无源滤波器SPF两类有源滤波器分为并联型有源滤波器PAF和串联型有源滤波器SAFPPF,SPF,PAF,SAF可以单独使用，也可以混合使用，理论上共有22种应用方式。
2.5 SVC装置
2.5.1 概述
（1）冲击性负荷无功功率的快速变化造成电压波动和闪变，不对称负荷三相无功功率不平衡造成三相电压不平衡，静止无功补偿器（Static Var Compensation,SVC）是近年发展起来的一种动态无功补偿装置。这里的“静止”是指SVC没有运动和旋转部件，SVC是静止设备，补偿过程是动态的，响应速度是ms级的。
（2）SVC的基本作用是连续（或分级）而迅速的控制无功功率，并通过吸收或发出无功功率实现无功功率的动态补偿，从而控制可连接的输电系统的节点电压。
（3）目前，SVC已广泛地应用于输配电系统。在输电系统，控制长距离输电甩负荷和空载引起的过电压；抑制系统的无功功率及电压振荡，对故障提供较好的阻尼，从而改善系统的暂态稳定；维持输电线的电压，提高线路输送有功的能力。在配电系统，动态调节功率因数，减小无功引起的损耗；稳定和平衡系统电压，抑制电压波动和闪变及三相电压不平衡；限制流向系统的谐波电流等。
2.5.2 SVC类型
（1）基本可控单元：晶闸管控制电抗器TCR（Thyristor Control Reactor）;晶闸管投切电容器TSC（Thyristor Switch Capacitor晶闸管投切电抗器TSR （Thyristor Switch Reactor）；晶闸管控制高阻电抗器（Thyristor Control Transformer）。基本类型是TCR和TSC。
(2)基本不可控滤波与无功补偿单元:并联型无源滤波器PPF(Parallel-Passive filter)
（3）SVC构成：SVC一般由一至两个可控单元加一个不可控滤波与无功补偿单元组成，主要构成方式有：TCR+PPF，TCR+TSC，TCR+TSC+PPF；TCT+PPF，TCT+TSC，TCT+TSC+PPF；TSR+PPF，TSR+TSC，TSCR+TSC+PPF。其中最常用的构成方式是TCR+PPF。
2.6 滤波与无功补偿系统设计方法
2.6.1 设计流程
2.6.2 基础数据收集、计算：
（1）配电系统数据：配电系统图、供电变压器参数、供电母线短路容量、馈线电缆参数、馈线负荷参数。
（2）实际测量或计算电压母线的总进线的功率参数（有功功率、无功功率、功率因数的最大值、最小值和平均值）、母线电压质量参数（谐波电压、电压偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡度）和总进线与主要干扰线路谐波电流的最大值、最小值、平均值、95%概率大值。
（3）电能质量参数超标及无功罚款情况。
（4）谐波滤波、电压幅值和无功补偿的预定目标，例如：注入公共连接点谐波电流及母线电压质量参数在规定的限值以内，平均功率因数不小于0.95
等。
2.6.3 确定方案
（1）根据供电母线总进线平均无功和注入系统谐波电流的数据确定PPF的组成和各滤波支路类型及无功补偿量，确定是否需要辅以APF及SPF。
（2）根据无功波动数据及对电压波动和闪变的影响，确定是否需要采用无功可控单元与PPF组成SVC，并计算SVC的主电路参数。
2.6.4 参数计算与仿真
（1）根据总无功补偿要求及各次谐波电流发生量，计算PPF各滤波支路补
偿容量及滤波元件参数
（2）若需要APF，则对APF提出技术要求
（3）若无功波动使电压变动或电压闪变超标，或三相负荷不平衡使负序电流
超标，则根据无功波动数据和三相负荷不平衡的数据计算SVC的主要参数
（4）根据各滤波与补偿支路元件参数及电源系统参数、配电电缆参数、负
荷参数画等效电路图，并仿真计算如下参数：从谐波电流源看网络阻抗的幅
频特性和相频特性；谐波电流系数（注入系统的谐波电流与谐波发生量的比值）；母线各次谐波电压含有率和电压总谐波畸变率；注入系统的各次谐波电流。
仿真计算SVC投入前后无功波动参数和由此引起的电压变动和电压闪变参数，仿真计算SVC投入前后负序电流及三相电压不平衡参数，并给出控制策略建议。仿真计算配电系统各补偿支路和负载支路在各组合运行方式下的安全性能和
电能质量控制性能，并给出运行方式的建议。动态仿真各种主要的开关操作条件和负载条件下，母线电压和各支路电流动态变化情况，并给出保护方案的建议。5）根据如下原则判断设计方案是否合理：
?谐波电流系数足以保证注入系统的特征谐波电流及母线谐波电压在规定的限值以内；其它频率的谐波电流系数，重负荷（大于5MW)不超过6，
轻负荷不超过10。
?各滤波支路的调谐频率小于对应特征谐波频率的2%到5%。
?对于运行中不可避免的短时间的运行方式，要保证电网的安全性，对于不可避免的长时间的运行方式，除了保证配电网的安全外还要保证配电
网的电能质量
2.7 电压凹陷解决方案
2.7.1 减少公用电网短路故障的发生
?使用绝缘性能好的电力电缆；
?减小过电压和过电流对电力电缆绝缘的破坏；
?定时修剪输电线路下的树枝；
?定时清洗绝缘子串；
?雷电频繁地区加装避雷器。
2.7.2 减小短路故障清除时间
?减小短路故障清除时间可以减小电压凹陷的持续时间。如增加线路的重合闸、选择合适的断路器等。
2.7.3 降低设备对电压凹陷的敏感度
?用户在设备订货时，应向订货商提出设备对电压凹陷的敏感度的技术指标要求，使设备具备一定的抗电压凹陷能力。
2.7.4 DVR解决方案
应用DVR(Dynamic voltage restorer)即动态电压恢复器是保证电压凹陷敏感设备不受电压凹陷影响的最好手段，其工作原理是在系统和负荷间同步串联三相交流电压，并控制电压幅值和相位，以消除电压凹陷事件对敏感负荷的影响。
下图为动态电压恢复器的工作原理示意图，DVR装置串联在系统与敏感负荷
之间，当系统电压发生凹陷时，DVR装置迅速输出补偿电压，保证敏感负荷感受不到系统电压凹陷，确保对敏感负荷的供电质量。
动态电压恢复器工作原理示意图
+=
V SYS V DVR
V LOAD
2.7.5 飞轮储能的动态不断电系统
?上海宏力半导体制造有限公司是一家从事集成电路制造的专业代工企业，座落于上海浦东张江高科技园区内。
?该半导体公司存在以电压凹陷为主的动态电能质量问题，每次动态电压波动的损失为几十至几百片芯片；
?该用户应用了EURO-DIESEL公司飞轮储能的动态不断电系统。
2.7.6 固态快速切换开关（STS）
上海华虹NEC电子有限公司是中国大陆集成电路制造业的领先者。该公司基于先进的0.35-0.15微米存储器、逻辑、混合信号生产工艺，相继开发了嵌入式
非易挥发存储器、高压、射频和CMOS图像传感等工艺。先进的工艺对供电品质的要求非常高，当电压波动幅度超过正常值的±20%，持续时间20ms以上时，就会产生大量生产设备的停机事故。为保证该公司的电能质量，该公司采用了快速固态切换开关技术。
该装置具有如下特征：
?高达99.9%的转换效率，SSTS装置由混合型的切换单元构成，其中包括可控硅开关和特殊设计的真空断路器。通常状态下电源通过真空断路器送电，避免可控硅开关的损耗，保证了整个SSTS装置切换的高效率。
?快速切换，特殊设计的真空断路器可以在1毫秒内断开回路，保证了整个切换单元的快速动作。
3. 柔性交流输电系统技术
3.1 基本概念
3.1.1 FACTS理论的提出和定义
FACTS理论是美国电力科学研究院(EPRI)的著名电力专家N.G.Hingorani博士于1986年首先提出的，他对FACTS的定义在1995年经过电力电子学会修正后确定为：“交流输电系统利用高功率电子技术为基础的控制器及其他静止型控制器改善可控性并且增加输送功率的容量。”
3.1.2 FACTS技术是基于电力电子技术改造交流输电的系列技术，它对交流
电的无功功率、电压、电抗和相角可以进行控制，从而提高了交流系统的安
全稳定性，满足电力系统长距离、大功率安全稳定输送电力的要求。
3.1.3 FACTS技术可在不改变网络结构的情况下，使互联电网不受常规稳定
条件的约束而在接近它的热稳定极限运行，使网络的功率输送能力以及潮流
和电压的可控性大为提高，极大地减少互联网的备用容量，给交流输电系统
带来很大的飞跃。
3.1.4 FACTS技术的快速发展基于以下理由：发展互联网的需要，发展电力
市场的需要，电力电子器件的快速发展使FACTS设想成为现实。
3.2 典型设备
3.2.1 电压幅值控制装置：通过无功补偿稳定电压。
（1）静止无功功率补偿器SVC
（2）静止无功功率发生器SVG
3.2.2 相位控制装置：基于GTO的串联同步补偿器SSSC，可以实现对有功功率的控制，减轻互联系统的功率环流。
3.2.3电抗控制装置：通过线路电抗控制，提高线路输电能力和系统的稳定性。（1）晶闸管控制串联电容器TCSC
（2）可控移相器TCPS
（3）统一潮流控制器UPFC
3.3 FACTS的作用
?充分利用现有输电线路的能力和资源。
?提高电网和输电线路的安全稳定性、可靠性和运行经济性
?优化电网整体的运行状况
?将改变交流输电传统应用范围：由于应用FACTS增强输电能力比新建线路或换流站更便宜，它的应用可以扩大到原属于直流输电专有的应用范围，如定向传输电力、功率调制、延长水下或地下交流输电距离。
3.4 FACTS的特点和应用前景
3.4.1 特点
FACTS技术是基于电力电子技术和控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位实行灵活快速调节的一种交流电技术，具有如下特点：
（1）FACTS技术与原输电方式完全兼容。
（2）采用电力电子开关，无磨损，控制灵活性高。
（3）控制速度快，能在几个ms内切除故障，这是保证电力系统暂态稳定
的最根本和最有效的措施。
（4）采用电子开关，能快速连续的对一次设备进行控制，提高系统阻尼、
防止低频振荡和次同步振荡。
（5）电网和设备故障影响可得到有效的限制。
（6）实现有功、无功功率的快速调节，方便电力买卖。
（7）提高了线路输送能力，可使备用发电机组容易从典型的18%减少到
15%，甚至更少，因而也提高了联络线的输电能力。
3.4.2应用前景
336#——电网电能质量控制
《电网电能质量控制》 A 1. 电能质量的基本要求是什么？ 解答：为保证电能安全经济地输送、分配和使用，理想供电系统的运行应具有如下基本特性： （1）以单一恒定的电网标称频（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功率供需都是平衡的。 2. 简述长时间电压波动的内容及其特征 解答：长时间电压变动是指，在工频条件下电压均方根值偏离额定值，并且持续时间超过1min 的电压变动现象。 长时间电压变动可能时过电压也可能欠电压。 过电压 欠电压 持续中断 3. 什么是对称分量变换(120变换)？ 它适合哪种分析场合？ 120变换又称对称分量变换，它是一种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。其变换公式为 (2-59) 式中， 互为共轭。 ???? ????????????=??????c b a 22211131i i i a a a a i i ,2321 ,232132232j e a j e a j j --==+-==-ππ
应用场合：是一种计算电力系统不平衡情况的工具，也可用于N相系统。 4. 改善电压偏差的措施有哪些？ 解答：（一）配置充足的无功功率电源 （二）系统调压手段 （1）电压偏差的调整方式：逆调压、顺调压、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。 5. 什么是电力系统频率的一次调整和二次调整？ 解答：频率的一次调整是指利用发电机组的调速器，对于变动幅度小、变动周期短的频率偏差所做的调整。 频率的一次调整是指利用发电机组的调频器对于变动幅度大、变动周期长的频率偏差所做的调整。 6. 电压波动与闪变有哪些危害？ 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。 5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。 顺便指出，波动性负荷除了会产生以上总结的闪变危害之外，由于自身的工作特点所决定，还会产生大量的谐波，并且由于其三相严重不对称带来的的
电能质量主要控制参数
电能质量主要控制参数 电网频率 我国电力系统的标称频率为50Hz ，GB/T15945-2008 电能质量分析仪(3张) 《电能质量电力系统频率偏差》中规定：电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定"供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。 电压偏差 GB/T 12325-2008 《电能质量供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%；20kV及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的土7%；220V单相供电电压允许偏差为标称电压的+7%，－10%。 三相电压不平衡 GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》中规定：电力系统公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%；低压系统零序电压限值暂不做规定，但各相电压必须满足GB/T 12325的要求。接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%。 公用电网谐波 GB/T14549--93《电能质量-公用电网谐波》中规定：6～220kV各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是0.38kV为5.0%，6～10kV为4.0%，35～66kV 为3.0%，110kV为2.0%；用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内，所以国标规定各级电网谐波源产生的电压总谐波畸变率是：0.38kV为2.6% ， 6～10kV为2.2%，35~66kV为1.9%，110kV为1.5%。对220kV 电网及其供电的电力用户参照本标准110kV执行。 波动和闪变
电能质量概述
遵义长征电器开关设备有限责任公司致力于电能质量综合管理和电力系统供用电安全领域相关技术的研究和应用，为客户提供电能质量监视、功率因数校正、电力谐波治理、电气火灾监控等系统解决方案，利用现代通讯和物联网技术，对服务客户电力系统的所有电气设备提供在线检测并对可能存在的故障提供预警信息，确保电力系统用电安全。 检测供电质量、掌握电能消耗状况，并依据此制订节能降耗方案提供解决方案 ?电气参数测量及电能质量监视系统； ?电能量管理系统及电力自动化监控系统； ?电能质量（电力谐波与无功）检测服务； ?照明节能降耗产品。 提供功率因数校正及电力谐波治理方案 ?综合电能质量调控系统 ?有源及电力滤波与补偿系统 ?智能电力电容器及模块化无功补偿系统 ?谐波保护设备 电气火灾预防性解决方案 ?预防性电气火灾监控系统 我们的技术服务和您的收益 ?专业的技术服务专家具有多年经验，并透彻掌握电能应用、维护和管理知识。 ?无功功率补偿及功率因数调节方案提高您的电能应用效率，降低惩罚性电费损失。 ?电力谐波治理保障您用电设备的安全和设备使用效率。 ?电气火灾监视系统协助您查找电气火灾隐患，预防电气火灾发生，保障设备和生命安全。 电能质量治理对于企业的意义 许多企业对无功补偿、谐波治理的节能意义认识不足，不知道为什么要装，仅仅是因为供电部门力调罚款，才不得不装。客观地讲，无功补偿及谐波治理确实对供电部门有诸多好处，但对企业自身也有许多益处： ?电力部门对各企业的功率因数有规定的标准，如果达不到标准，要对其进行罚款，收取力率电 费，功率因数提高后可以消除力率罚款电费。 ?安装无功补偿装置后电网传输的无功功率减少，这样就增加了电网的传输有功功率的能力，提 高了设备利用率。 ?功率因数提高后，线路的总电流下降，线路损失和变压器有功损失会降低，可以减少一部分动 力电费。 ?功率因数提高后，线路的总电流下降，线路的电压降减小，从而改善了电压质量。 ?在变压器出力不够时，安装无功补偿装置，提高功率因数可使变压器的带载能力增强。 ?电能质量治理可有效避免谐波引起的误动作/拒动作，避免发生电力谐振，降低变压器和电动机 的损耗，可显著提升用电质量，降低损耗，节约电费，确保企业安全可靠用电。
电网电能质量控制B
电网电能质量控制B一、单选题 1.将参考坐标由旋转电机的定子侧转移到转子侧的坐标变换为（B）。 A.αβ变换 B.dq变换 C.傅里叶变换 D.小波变换 2.电能质量的基本要素是：电压合格、频率合格和（C） A.周期合格 B.电流合格 C.连续供电 D.三项平衡 3.电压波动与闪变的关系，以下叙述正确的是（B）。 A.电压波动是由闪变引起的，是一种电磁现象 B.闪变是电压波动的结果，是人对照度波动的主观视感反应 C.两者表述的意思相同 D.两者没有关系 4.单调谐滤波器有（A）种谐振频率。 A.一 B.两 C.三 D.四 5.电压暂降已经成为现代电力用户所面临的最重要的（A）干扰问题之一。 A.电能质量 B.用电质量 C.电压 D.电磁 6.长时间电压变动不包括（A）。 A.电压凹陷 B.过电压 C.欠电压 D.持续中断 7.具有故障自动恢复装置的断电为（A）。 A.短时间中断 B.长时间中断 C.电压中断 D.电流中断 8.GB/T15543-2008规定，电力系统公共连接点的正常电压不平衡度允许值为（C）。 A.4% B.3% C.2% D.1% 9.关于电能质量评估的复杂性的描述，错误的是（D）。 A.多个质量指标共同作用于一个系统，组合太多 B.电网节点多，电能质量问题具有传播性 C.不同电气设备在不同条件下对电压干扰的敏感度不同 D.电能质量测量仪表精度不够 10.根据IEEE定义电压电压暂降的电压下降幅度为标准电压的（A）。 A.90%-10% B.90%-1% C.85%-10% D.80%-1% 11.低压380V配电系统中电压谐波畸变率的允许值为（A）。 A.5% B.10% C.3% D.7% 12.在实际电力系统中，正序性谐波都有哪些（C）。
中南大学新能源与电能质量控制研究所简介
中南大学新能源与电能质量控制研究所简介 一、实验室简介 中南大学新能源与电能质量控制研究所始建于1997年。由危韧勇教授与黄挚雄教授将电机拖动分布式控制系统，数字信号处理，电力谐波综合治理合并形成电能质量控制实验室，又于2000年与光伏发电，燃料电池等新能源技术相结合发展成今天的新能源与电能质量控制实验室。本实验室从2007年开始派出数名研究人员远赴瑞士，日本，美国等进行研究考察。 实验室目前研究方向为光伏电源系统，微电网系统设计，电能质量监测与控制。实验室打算以后进行便携式谐波检测仪，场站等的研究设计，实现便捷化和智能化。实验室成员多次在国内为著名刊物公开发表论文，参与省、国家自然科学基金等各类科研项目，多项获得省科技进步奖和鉴定。 二、实验室教学科研实验平台 1.电力系统综合自动化实验平台 THPZZD- 1 型电力系统综合自动化技能实训考核平台是一套集多种功能于一体的综合型技能实训考核装置，展示了现代电能发出和输送全过程的工作原理。本装置由THLZD - 2电力系统综合自动化实训台简称实训台”、THLZD- 2电力系统综合自动化控制柜（简称“控制柜”）、无穷大系统和发电机组和三相可调负载箱等组成。 2.电力系统综合监控实验平台 THLDK-2 型 电力系统监控实验平台是一个高度自动化的、开放式多机电力网络综合实验系统，它是建立在THLZD - 1型电力系统综合自动化实验平台的基础之上，将多个实验平台联接成一个复杂多变的电力网络系统，并配置微机监控系统实现电力系统“四遥”功能，还结合教学，提供电力系统潮流系统分析。
本实验平台能反映现代电能的发、输、变、配、用的全过程，充分体现现代电力系统高度自动化、信息化、数字化的特点，实现电力系统的监测、控制、监视、保护、调度的自动化。此外，本实验平台针对新课程体系，适合创建开放式现代实验室和培训中心，有利于提高学生和学员的实践能力和创新思维，为电力行业培养出更多高素质的复合型人才。 3.电力谐波及FACTS 综合实验台 电力谐波及FACTS 综合实验台是专门为高等院校、科研单位、职业院校研制的针对电力谐波产生和综合治理以及柔性交流输电技术的学习和研究而设计的 教学实验装置。它包含了电气工程基础、DSP 、PLC 、数字信号处理、电力电子技术、谐波检测及补偿技术、柔性交流输电技术、计算机技术及工业控制等诸多技术领域，适合电气类、电工电子类、自动化类相关专业的教学及工程实验，同时也适合于工程技术人员的科研及上岗培训。采用便携式挂件和液晶显示的形式，操作简便，界面友好，能实时查看、管理数据，是一台灵活、高效的实验台。 4.新能源发电及微网综合实验平台 新能源发电及微网综合实验平台是一个高度自动化的、开放式多电源种类的微电网综合实验系统，旨在培养电气类、电工电子类、自动化类等高级人才。它由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。本试验平台提供微电网控制技术和试验研究，为新能源发电技术在电网中的应用提供理论及实践依据，同时给学生学习新能源发电技术、分布式发电控制策略等智能电网新技术提供平台支撑。
江苏电网电能质量分析及其改进对策
江苏电网电能质量分析与改进对策 刘成民 摘要：本文总结了近年来江苏电网及系统中大容量非线性用户的谐波等电能质量问题的现状，就包括频率在内的的各电能质量问题进行了分析，并对新形势下的电能质量问题，提出防止对策。为江苏电网进一步提高电能质量提供了技术支撑。 关键词:电网, 电能质量, 对策 Power Quality Analysis And Improved Strategy for Jiangsu Power Network Abstract The present condition of power quality problems such as harmonic of nonlinear customer of large capacity in Jiangsu power network and system is concluded. Different power quality problems in Jiangsu Power Network are analyzed. According to new positions of power quality problems, some protection and strategy are presented, which provide technique support for increasing power quality in Jiangsu power network. Keywords power network，power quality，strategy 1现代电能质量概念 我国现有的电能质量方面的标准包括以下五个方面： （1）电力系统频率允许偏差；（2）供电电压允许偏差；（3）电压允许波动和闪变；（4）三相电压允许不平衡度；（5）公用电网谐波。 目前国内电能质量方面的工作主要集中在电压(幅值)、频率和谐波方面，而随着国民经济的发展和技术的进步，一方面电网中各种非线性负荷及用户不断增长，增加了影响电能质量的不利来源；另一方面各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备使用也越来越多，对电能质量的要求更高，这两个方面的矛盾日益突出。为了确保有效控制电能质量，现实中不仅包括以上五个方面，更增添了新的内容：如电压凹陷、电压中断、电压瞬变、过电压、欠电压、间谐波等。从苏州、南京等地一批IT高新技术企业向供电公司提出供电电能质量和供电可靠性的要求，就鲜明的反映了电能质量的现实发展趋势。[1][2] 2江苏电网电能质量现状 2.1频率指标 2001年华东电网全网频率质量有所下降，江苏电网分摊的频率超出50±0.2HZ不合格时间为567.59秒，比2000年的267.7秒多299.89秒，合格率由2000年的99.999%下降到99.998%。不合格时间主要出现在6、7两个月，占全年不合格时间的68.2%。频率超出50±0.1HZ不合格时间为123337.05秒，比2000年的99203.06秒多24133.99秒，合格率由2000年的99.686%下降到99.608%。 2.2电压偏差指标 2001年江苏220千伏主网电压监控点2:00和9:00平均电压分别为230千伏和228千伏, 比2000年2:00和9:00平均电压230.8千伏和227.4千伏分别下降了0.8千伏和上升了0.6千伏。2001年全省220千伏电压监控点电压合格率为99.49%, 比2000年的99.4%上升0.09个百分点。 2.3电网谐波情况 （1）江苏500kV系统谐波数据
336#——电网电能质量控制
新增（无答案） 一、单选题 1.一般用（a）方法来分析不对称系统。 A.对称分量法 B.无功功率法 C.独立分量分析法 D.极大似然估计法 2.三相对称系统表示为在任意时刻，三相电量的瞬时值结果不正确的是（）。 A. B. C. D. 3.电力系统中中枢点的调压方式不包括（C ）。 A.逆调压 B.恒调压 C.动态调压 D.顺调压 4.电力系统中的波形畸变不包括以下哪一个（）。 A.直流偏置 B.谐波 C.噪声 D.振荡性瞬变 5.有源电力滤波器通过产生与补偿谐波（b），来抵消非线性负荷产生的谐波电流。 A.形状一致，相位相同 B.形状一致，相位相反 C.形状不同，相位相同 D.形状不同，相位相反 6.动态电压调节器的英文缩写是（b）。 A.SVC B.DVR C.APF D.UPFC 7.三相电压不平衡度允许值一般为（b） A.1% B.2% C.3% D.5% 8.静止无功补偿装置是基于电力电子（b）的装置。 A.不控器件 B.半控器件 C.全控器件 D.可控器件 9.在谐波分析中经常采用的傅里叶变换属于（b）。 A.时域变换 B.频域变换 C.时频域变换 D.综合分析
变换 10.关于电能质量评估的复杂性的描述，错误的是（d）。 A.多个质量指标共同作用于一个系统，组合太多 B.电网节点多，电能质量问题具有传播性 C.不同电气设备在不同条件下对电压干扰的敏感度不同 D.电能质量测量仪表精度不够 11.电网（）补偿能力不足，电压容易失去稳定性。 A.有功功率 B.无功功率 C.电压 D.视在功率 12.同步调相机的主要缺点不包括（d）。 A.有功功率损耗大 B.维护复杂 C.投资大 D.调节能力不大 13.电能质量问题可以分为变化型和事件型两类，变化型指持续存在而且可能连续变化的情况，事件型指突然出现剧烈变化的情况。下列电能质量问题属于事件型的是（d）。 A.电压波动 B.波形畸变 C.电压不平衡 D.电压暂升 二、判断题 1.电压暂降和短时间中断的主要原因是电力系统的故障（） 2.功率不是系统设计和运行中要考虑的一个重要因素（×） 3.谐波电压即第h次谐波电压的有效值或其相对于基波电流有效值的百分数（×） 4.电压与有功功率相关，频率与无功功率相关。（） 5.当系统频率发生变化时，投入系统运行的所有发电机组都参加频率的一次调整和二次调整。（×） 6.电力系统中同步发电机产生的谐波与日益增长的系统谐波水平相比,可以忽略不计。（√） 三、综合题 1.什么是电压偏差，电压偏差产生的原因和危害是什么？
电网电能质量控制-- 本科 山大20年考试题库及答案
电网电能质量控制--本 -.综合题（70分） 1、简述电压波动的含义、引起电压波动的原因。 学生答案：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（20ms）。电压波动是指电网电压有效值（方均根值）的快速变动。电压波动值以用户公共供电点在时间上相邻的最大与最小电压方均根值之差对电网额定电压的百分值来表示；电压波动的频率用单位时间内电压波动（变动）的次数来表示。原因：（1）用电设备具有冲击负荷或波动负荷，如电弧炉、炼钢炉、轧钢机、电焊机、轨道交通、电气化铁路、以及短路试验负荷等。（2）系统发生短路故障，引起电网波动和闪变。（3）系统设备自动投切时产生操作波的影响，如备用电源自动投切、自动重合闸动作等。（4）系统遭受雷击引起的电网电压波动等。2.电压波动与闪变存在的影响电压闪变主要是表征人眼对灯闪主观感觉的参数。它一般是由开关动作或与系统的短路容量相比出现足够大的负荷变动引起的。 2、统一电能质量调节器的功能？ 3、什么是电力系统频率的一次调整和二次调整？ 学生答案：电力系统的负荷时刻都在变化，对系统实际负荷变化曲线的分析表明，系统负荷可以看做三种具有不同变化规律的变动负荷所组成：第一种是变化幅度很小，变化周期相对较短，一般是几秒就会变化的；第二种是变化幅度较大，变化周期较长，一般是几分钟；第三种是变化缓慢的持续变动负荷，引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度，人民的生活规律，气象条件的变化等。 第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整，这种调整通常称为频率的一次调整。第二种变化负荷引起的频率变动仅靠调速器的作用往往不能将频率偏移限制在容许的范围之内，这是必须要有调频器参与频率调整，这种调整通常称为频率的二次调整。 当电力系统中负荷突然变大，那么频率将会相应降低，根据情况就会有一次二次调整。 4、电能质量的定义是什么？
电网电能质量控制 A_1
一、单选题 1.电压源型变换器的英文缩写为（）。 A.UPQC B.VSC C.SVG D.SVC 2.根据对称分量法，下列哪项无法得到（）。 A.正序分量 B.基波分量 C.负序分量 D.零序分量 3.下列有关静止无功发生器的说法不正确的是（）。 A.英文缩写是SVC B.无功功率随电压的降低按一次方关系下降 C.采用PWM控制 D.具有更快的响应速度 4.基于数学变换方法分析电能质量问题的方法不包括哪一个（）。 A.傅里叶变换 B.方均根值计算方法 C.小波变换 D.矢量变换 5.架空线上发生的多数故障属于（）性质。 A.暂态 B.稳态 C.动态 D.临界态 6.为获取稳态情况下某电压波形中的谐波分量，最常用的变化为（） A.αβ变换 B.dq变换 C.傅里叶变换 D.小波变换 7.改善异步电动机启动方式不包括（）。 A.降压启动 B.串接变阻器启动 C.软启动 D.升压启动 8.总谐波畸变率的定义是（）。 A.总谐波有效值与基波有效值的百分比 B.总谐波有效值与额定值的百分比 C.基波有效值与额定值的百分比 D.基波有效值与总谐波有效值的百分比 9.基于瞬时无功功率理论的方法，在只检测（）时，可以完全无延时地得出检测结果。 A.无功电流 B.谐波电流 C.有功电流 D.基波电流 10.发电机的下列措施中有助于谐波抑制的是（）。 A.在三相发电机中，采用星形连接，线电动势中不出现3次及倍数次谐波电动势 B.凸极同步发电机采用适当的极靴宽度和不均匀的气隙长度，使气隙磁场的波形尽可能接近正弦分布 C.采用短距绕组，以消除某次谐波 D.以上三项都对 11.以下不属于电能质量基本概念的是（）。 A.电压质量 B.电流质量 C.供用电质量 D.输配电设备质量 12.对于高压电网中改变线路参数的方法中，用于减小线路电抗的方法常采用（）。 A.分裂导线 B.增加导线截面积 C.串联电抗器 D.并联电容器 13.改进型有源电力滤波器由有源滤波器、（）和检测与控制电路组成。 A.低通滤波器 B.C型低通滤波器 C.高通滤波器 D.C型高通滤波器 14.长时间电压中断的主要原因不包括（）。 A.永久性故障 B.瞬时性故障，重合闸拒动 C.线路故障检修 D.运行人员误操作 二、判断题 1.电力系统的电能质量始终是固定不变的（） 2.三相负荷不对称是系统三相不平衡的主要因素。（） 3.静止无功补偿装置是基于电力电子全控器件的装置。（） 4.频率质量监督和电压监测点的设置是电能质量技术监督的主要工作内容（） 5.整流电路会产生大量的谐波。（） 6.发生故障时，故障不仅会引起公共连接点幅值的降低，而且还会引起电压相位的跳变。（） 三、综合题 1.电能质量的定义是什么？ 2.统一电能质量调节器的功能? 3.什么是电力系统频率的一次调整和二次调整？ - 1 -
电能质量及其分析方法综述
文章编号:100023673(2000)022******* 电能质量及其分析方法综述 胡 铭,陈 珩 (东南大学电气工程系,江苏省南京市210096) SURVEY OF POW ER QUAL IT Y AND ITS ANALY SIS M ETHOD S HU M ing,CH EN H eng (Sou theast U n iversity,N an jing210096,Ch ina) ABSTRACT:A long w ith bo th the increase of the non2linear level and the electron ically s w itched loads in pow er sys2 tem s,the pow er quality is becom ing increasingly poo r.T he m ain pow er quality p rob lem s in pow er system s are system2 atically summ arized.T he th ree digital analysis m ethods based on ti m e dom ain,frequency dom ain and w avelet tran s2 fo rm are expounded respectively and the app licati on of them in electricity quality study is p resen ted in detail. KEY WOR D S:pow er quality;digital si m u lati on;harmon ic load2flow;w avelet tran sfo rm 摘要:当前电能质量问题日益严重,本文就电力系统中存在的主要电能质量问题作了系统的归纳,并对基于时域、频域、变换域的三种数字分析方法原理及其各自在电能质量领域中的应用作了详细的阐述。 关键词:电能质量;数字仿真;谐波潮流;小波变换 中图分类号:TM714 文献标识码:A 1 引言 随着基于大功率电力电子开关设备的普及应用,它所带来的各种电能质量问题已引起各国电力工作者的高度重视,提高电能质量的新技术已成为近年来电力系统研究领域中新的研究热点[1]。1992～1995年,美国电力研究院(EPR I)在全国范围内进行了大规模的电能质量普查,获得了大量电能质量数据。与此同时,国外又兴起了研究“用户特定电力”(cu stom pow er)的高潮,提出利用电力电子控制器提高配电网供电的可靠性和电能质量。随着计算机技术的不断发展,以此为基础的诸如时域仿真、频域分析以及建立在不同变换基础上的各种数字技术,已在分析电压电流扰动波形、元件参数对这些扰动的影响、系统中的谐波以及开发用以解决电能质量问题的新型电力电子控制器等方面,得到了广泛应用。 2 电能质量 电力系统中各种扰动引起的电能质量问题主要可分稳态和暂态两大类[1]。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、波形下陷以及噪声等;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。 电力系统中各种电能质量扰动的性质、特征指标、产生原因、后果以及解决方法归纳于表1。 3 电能质量分析方法 近年来,基于数字技术的各种分析方法已在以下的电能质量领域中得到广泛应用: (1)分析谐波在网络中的传播; (2)分析各种扰动源引起的波形畸变; (3)开发各种电能质量控制装置,分析它们在解决电能质量问题方面的作用。 按所采用的不同分析方法,这种技术主要可分为时域、频域和变换域3种。 3.1 时域仿真方法 在3种方法中,时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛,其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。目前较通用的时域仿真程序主要有E M T P、E M TDC、N ETOM A C等系统暂态仿真程序和SP I CE、PSP I CE、SAB ER等电力电子仿真程序两大类。由于电力系统主要由R、L、C等元件组成,这些程序在求解用微分方程描述的电力元件方程时,通常采用简单易行的变阶、变步长、隐式梯形积分法。利用隐式可保证求解过程中的数值稳定,采用变阶、变步长技术可缩短迭代计算的时间。采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围,因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外,在模仿开关的开合过程时,还会引起数值振荡。因此,要采用相应技术以抑制发生数值振荡。 由表1可知,影响电能质量的暂态现象根据电 第24卷第2期2000年2月 电 网 技 术 Pow er System T echno logy V o l.24N o.2 Feb. 2000
电网电能质量控制A
电网电能质量控制A一、单选题 1.以下发生电压暂降的概率最高()。D A.三相电压暂降 B.相间电压暂降 C.两相电压暂降 D.单相电压暂降 2.IEC推荐短时间闪变水平的限值为（C）。 A.0.8 B.0.9 C.1.0 D.1.1 3.三相不平衡对电气设备产生不良影响，下列不属于的是（）B A.电动机振动 B.负序电压产生的输出功率增大 C.变压器容量得不到充分利用 D.换流器将产生较大的非特征谐波 4.如果没有特别的规定和说明，20%暂降表示（C）。 A.电压有效值下降80% B.电压瞬时值下降20% C.电压有效值下降20% D.电压瞬时值下降80% 5.下列关于小波的说法，哪个是错误的（D）。 A.小波变换的一个重要特点是能表征函数的奇异性 B.已有许多学者开始应用小波变换对电能质量若干问题进行研究 C.可用于电能质量扰动进行检测和定位 D.小波变换是时间和频率的非局域变换 6.在瞬变振荡现象中，高频振荡现象的主频率一般在那个范围（D） A.100到300kHz B.200到300kHz C.300到400kHz D.大于500kHz 7.电压波动的危害有哪些（D）。 A.电压快速变动会使电动机转速不均匀 B.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 C.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 D.A、B和C都正确 8.闪变隶属于（C）现象。 A.电压变动 B.电压偏差 C.电压波动 D.电压变化 9.以下表述正确的是（D）。 A.电弧炉是谐波源 B.整流器是谐波源 C.电弧炉是冲击性负荷 D.以上都对 10.电力系统应当具有足够的事故备用容量，一般按最大负荷的（A）。
电能质量分析与控制习题集及答案
《电能质量分析与控制》 第一章电能质量概论 习题 1、什么是电能质量？电能质量的特征？ 2、从工程实用角度出发，解释电能质量概念？ 3、典型的短时间电压变动现象有、、。 4、长时间电压变动的概念 5、波形畸变的概念 6、波形畸变的类型有、、、、。 第二章电能质量的数学分析方法 习题 1、电能质量问题主要的分析方法有、、三种。 2、电力系统的非正弦量对称性有、、、。 3、时域、频域、基于数学变换？ 4、分析比较小波变换与傅里叶变换的性能及使用范围。 第三章传统电能质量分析与改善措施 习题 1、电压偏差的调整方式有、、三种。 2、电压偏差的调整手段有、、三种。 3、电压偏差的定义？ 4、论述电压偏差的原因及危害？ 5、电压三相不平衡可分为、。 6、电压三相不平衡的最主要因素是。 第四章电压波动与闪变 习题 1. 电压波动的定义。 2. 根据用电设备的工作特点和对电压特性的影响，波动性负荷的分类？ 3. 闪变定义。
4. 闪变的危害？ 第五章电压暂降与短时间中断 习题 1、电压暂降和中断的原因？ 2、产生电压暂降的最主要原因是。 3、电压暂降特征量检测方法有、、和。 第六章波形畸变与电力谐波 ）习题 1、波形畸变的基本概念 2、谐波的定义 3、电力系统谐波源按非线性特性分为、、三 大类。按产生的谐波特性分、。 4、谐波的影响与危害？ 作业参考答案 第一章电能质量概论 1、电能质量这个概念实际上描述的是电力系统中在给定时间和地点上发生的各种电磁现象. 特征：①电力系统的电能质量始终处在变化中 ②电力系统是一个整体，其电能质量状况相互影响。 ③电能质量扰动具有潜在的危害性与广泛的传播性 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。 2、答：电压质量：给出实际电压与理想电压间的偏差，以反映供电部门向用户分配的电力是否合格。 电流质量：电流质量与电压质量密切相关。为了提高电能的传输效率，除了要求用户吸取的电流是单一频率正弦波性外，还应尽量保持该电流波形与供电电压 同向相位。 供电质量：它包括技术含义和非技术含义两部分。技术含义有电压质量和供电可靠性； 非技术含义是指服务质量，他包括供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度 和电力价目的透明度。
电能质量控制综合试验设计
《电能质量控制综合实验设计》 ——基于MATLAB/SIMULINK的虚拟实验教学平台一、电力系统中存在的典型电能质量问题 电力系统中的电能质量问题，主要归结为为电流畸变问题，体现在为图1中的几种典型位置（但不限于此）。 图1 电力系统中典型位置的电能质量问题 其中，采用的典型静止无功补偿装置（SVC）如图2所示，系统单线图如图3所示，系统补偿前后的电压及电流波形如图4所示。 图2 静止型无功补偿装置
图3 系统单线图 图4 无功补偿和（或）谐波抑制前后系统电压电流实际波形 二、实验简介 如上所述，目前的电能质量存在较为严重的问题，而其控制理论的抽象程度较高，需要借助实验环节进行必要的验证性分析，以加深学生对知识点的理解与掌握程度。这里，通过自行开发的综合设计仿真实验环节，使学生有效地理解抽象的理论知识，化繁为简。既可以提高学生对本门课的综合掌握程度，弥补现有实验设备和实验环节的不足，又能拓展电气专业学生在电力系统方向的知识面，培养其在工程上提出问题、分析问题和解决问题的能力。 三、实验实施
教师给定实验目的、实验要求、实验条件，由学生根据自身情况和兴趣选题并设计实验方案，进行仿真实验分析。 1.实验目的 （1）理解电能质量控制的相关内容，掌握无功功率及谐波对系统的危害和影响； （2）掌握瞬时功率理论相关知识，并可以利用MATLAB仿真软件搭建模型； （3）理解系统无功及谐波电流的检测方法； （4）掌握典型电力电子设备主电路拓扑方案； （5）研究典型非线性负载的无功补偿和（或）谐波抑制仿真实验。 2.实验要求 （1）基于MATLAB仿真软件，搭建系统中的各功能模块； （2）针对典型电流型谐波源负载——晶闸管相控整流桥负载为例，分别研究系统在无功补偿、谐波抑制及二者功能结合时前后的系统电流特性。 3.实验内容 （1）供电网络谐波电流检测仿真； （2）基于瞬时无功理论的i p-i q算法仿真； （3）基于瞬时无功理论的p-q算法仿真； （4）电力系统电能质量综合分析； （5）供配电系统谐波抑制与无功补偿。 4.实验方案 系统方案结构框图如图5所示. 四、实验报告撰写 仿真实验后，对实验结果进行必要的分析、总结，并撰写实验报告。 五、综合实验设计的特色 1.综合运用电能质量的基本知识，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力； 2.提高学生查阅资料的能力； 3.根据查获的资料，集体讨论和研究实施方案；
电能质量概述讲解
电能质量讲座 1．电能质量综述 一、概述 电能质量是通过电压来表征的, 描述电力系统或供电系统性能和测量方法的总称。由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。 主要包括： ●频率偏差； ●电压偏差； ●功率因数 ●三相电压不平衡度； ●谐波（波形畸变）； ●电压波动与闪变； ●暂时过电压与瞬态过电压。 1）频率 我国规定50Hz正弦波为系统的标准频率，正常频率标准为50Hz±0.2Hz，系统容量较小时，可放宽到50Hz±0.5Hz。标准GB/T 15945－1995《电力系统频率允许偏差》中并没有说明系统容量大小的界线，全国供用电规则中规定了供电局供电频率的允许偏差：电网容量在3000MW及以上者为0.2Hz，电网容量在3000MW以下者为0.5Hz。实际运行中，我国各跨省电力系统频率的允许偏差都保持在+0.1～-0.1Hz的范围内。 2）电压 电网中各点的电压调节不同与频率的调节，电网各点电压主要反映该点无功功率的供需关系，电压调节一般采取无功就地平衡的方式进行无功功率补偿，从源头上进行解决，同步发电机和变压器均具有调整电压的功能。 3）三相不平衡度
电力系统中三相电压的不平衡度，用电压或电流负序分量与正序的均方根百分数表示： %1001 2?=u u u ε 其中，U 1-三相电压正序分量方均根值 U 2－三相电压负序分量方均根值 三相电压不平衡（即存在负序分量）会引起继电保护误动、电机附加振动力矩和发热。额定转矩的电动机，如长期在负序电压含量在4％的状态下运行，由发热，电动机绝缘的寿命将会降低一半，若某相电压高于额定电压，其运行寿命的下降将更加严重。 4）电压波动和闪变 电压波动和闪变是指电压幅值在一定范围内有规则的变动时，电压最大值与最小值之差相对额定电压的百分比，或电压幅值不超过0.9p.u .～1.0p.u.（标么值）的一系列随机变化。这种电压变化称为闪变，以表达电压波动对照明灯的视觉影响。 5)谐波 50Hz 倍频的正弦波，是电能质量的重点问题。 6）间谐波 间谐波是指不是工频频率整数倍的谐波。间谐波往往由较大的电压波动或冲击非线性负荷所引起，所有非线性的波动负荷如电弧炉、电焊机，各种变频调速装置，同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波源。 间谐波的特点是放大电压闪变和对音频干扰，造成感应电动机振动及异常。间谐波的危害等同与整数次谐波电压的危害，我国目前没有制定相应的国家标准对间谐波限值进行规定。 7）暂时过电压和瞬时过电压 （1）暂时过电压是指 持续时间较长的不衰减和弱衰减的（以工频一定的倍数、分数）振荡的过电压。
电网电能质量的分析及监测
电网电能质量的分析及谐波治理 姓名：孙士云学号： 08B306015 1 研究的意义 良好的电能质量是保证电力设施和用电设备安全、可靠、高效运行的基础。随着生产和技术的发展，用电负荷日益增长，各种基于微处理器的控制系统和基于半导体功率器件的电力电子设备的应用迅速增加，节能和环保要求也不断提高，与此密切相关的电能质量问题日益受到更多的关注。对电能质量实施有效控制，已逐渐成为提高设备运行质量和节能降耗的重要方面。譬如油田配电网具有用电容量大、设备分散、配电线路长等特点，对配电网电能质量实施有效的监测控制更为重要。对配电网电能质量状况进行系统的检测与分析，是进行电能质量问题治理实现电能质量有效控制的基础。 2 电能质量及其分析与评价准则 2．1 电能质量问题的背景 一个理想的电力系统应以恒定的频率(50Hz或60Hz)和正弦的波形，按规定的电压水平对用户供电。在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应处于幅值大小相等、相位互差120。的对称状态。因此，在输配电系统中常用频率、有效值、波形质量和三相电压的对称度来描述其运行状态的优劣。由于系统运行状态的变化、电网规划的不恰当、电力负荷本身存在的各种问题以及其他不可预见的电力系统故障等原因，理想状态在实际运行当中并不存在，因此就提出了电能质量的概念。电能质量问题的提出由来已久，可以说基本上同电力系统自身的发展同步，并随着电力系统的发展而不断增添新的内容。在电力系统发展的早期，电力负荷的组成比较简单，主要由同步电动机、异步电动机和各种照明设备等线性负荷组成，因此衡量电能质量的指标也比较简单，主要有频率偏移和电压偏移两种。进入上世纪80年代以来，电能质量问题逐渐引起电力公司和电力用户的广泛关注，其原因是多方面的，归纳起来主要有以下四点： (1)现代用电设备对电能质量的要求比传统设备更高，许多新的电器和装置都带有基于微处理器的控制器和功率电子器件，它们对各种电磁干扰都极为敏感。 (2)对电力系统运行总效率的重视程度不断加强，特别在用电设备方面表现突出。例如，高效率电机变频驱动、为降低损耗和校正功率因数而采用的并联电容补偿器，以及用户大量的电子设备等。但这些设备的使用又会导致电网谐波污染，更广义的称为电气环境污染，致使供电电压干扰水平加重，对电力系统安全运行带来直接的或潜在的危害。 (3)电力用户已提高了对电能质量的认识，正在了解诸如供电间断、电压凹陷、电路通断引起的暂态现象等实际问题。为满足高科技生产流程的需要，维护用电设备的正常运行，越来越多的用户向电力部门提出了高质量供电的要求，甚至通过签定供电合同和质量协议的方式以获得保证。 (4)电力网的各个部分都是相互联系的，因此综合协调处理至关重要。任何一个局部的故障或事件都有可能造成大面积的影响，甚至是重大损失。这迫使供电部门在保证向用户提供优质电力的同时，还需极力避免遭受用电设备产生的电力干扰，维护电网安全运行。因此电能质量已经成为一项系统工程问题。 2．2 电能质量的定义 对于电能质量的定义，电力公司、电力设备生产厂家和电力用户各有各的观点。电力公司常将电能质量定义为供电可靠性并用统计数据来表示。显然，这个定义仅仅考虑了电力公司对用户保持持续供电的能力，而忽略了系统运行条件对用户设备性能的影响。电力设备生产厂家则将电能质国量定义为能使设备正常运行的供电特征，因此不同的设备制造商往往存在不同的电能质量标准。电
电能质量监测技术综述(1)
随着用电需求增加和电力系统规模扩大，非线性、冲击性、不平衡的负荷日益增 多，所导致的各种电能质量问题也越来越严重，造成电网供电质量降低，运行状况恶化。常见电能质量问题如附表所示。电能质量引发的纠纷和电网事故呈上升趋势，电能质量的监测管理和电力污染的治理工作变得越来越重要。电能质量问题已引起各国电力工作者的高度重视，提高电能质量的新技术已成为近年来电力系统研究领域中新的研究热点。 电能质量监测是收集、分析并将原始测量数据解释为有用信息的过程。建立完善的电能质量监测系统，对整个电力系统的电能质量管理和改善都是十分重要的。电能质量监测的目标和要点 监测目标决定监测设备选择、触发阈、数据采集和存储方法以及分析和解释要求。任何电能质量监测系统，都应明确监测目标，包括：１）描述系统的整体性能。 ２）描述特定电能质量问题。 ３）评估电能质量水平。 ４）干扰诊断与设备维护。 电能质量监测的要点包括： １）确定电能质量的描述和分析方法。 ２）选择监测点 一般来说，在几个关键点进行测量即可确定整个系统的特性。监测位置通常选择用户的供电入口，受影响的设备附近，或在变电站和特定用户供电入口同时监测。 电能质量监测技术综述 文／ 华北电力大学电气与电子工程学院 朱永强 尹忠东 肖湘宁 申 展 附表 电能质量问题一览 类型扰动性质 特征指标 产生原因 后 果 解决方法 谐波稳态谐波频谱电压、非线性负载、设备过热、继电保护 有源、无源滤波电流波形固态开关负载误动、设备绝缘破坏 三相 稳态不平衡因子不对称负载设备过热、继电保护 静止无功补偿 不对称误动、通信干扰 陷波稳态持续时间、幅值调速驱动器计时器计时错误、电容器、通信干扰隔离电感器 电压闪变稳态波动幅值、出现频率、电弧炉、伺服电动机 静止无功补偿调制频率电动机起动运行不正常 谐振暂态暂态波形、峰值、线路、负载和设备绝缘破坏、滤波器、避雷器持续时间电容器组投切损坏电力电子设备隔离变压器 脉冲暂态暂态上升时间、峰值、雷击线路、 设备绝缘破坏避雷器持续时间感性电路开合 电压暂升／ 暂态幅值、持续时间、远端故障、设备停运、敏感不间断电源、 暂降瞬时值／时间电动机起动负载不能正常运行动态电压恢复器 噪声 稳态／ 幅值、频谱 不正常接地、微处理器控制设备正确接地、暂态固态开关负载不正常运行滤波器 网络化、信息化、标准化和智能化已成为电能质量监测系统的必然发展趋 势，它为电网的优化和事故分析提供实时可靠的数据，为电能质量综合评估提供切实依据，也是电力企业面向市场，适应竞争的强有力手段，可以进一步保障各级用户的正常用电秩序，为其提供优质的电能。