供配电安全技术-第5讲电能质量与无功补偿
供电系统的电能质量与无功补偿
一、电能质量概述
(6-1)
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。
度定义为电压偏差。
电压偏差表示为：
U %
U U N 100% UN
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％
第六章 供电系统的电能质量 与无功补偿
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
(6-18)
U f 1 U1max ΔUT max % U N1
UT 2 U 2 max .al
U f 2 U1min ΔUT min% U N1
变压器中的电压损失
U T % PRT QX T 100% 2 UN
ΔU T RT XT KT ΔUT KT RT XT
第六章 供电系统的电能质量 与无功补偿
U f 影响, 考虑 U 、
T
(6-12)
A:
U U 2 (U1 UT ) T 2 Uf
U1
ΔU T RT XT
可得由变压器本身所产生的总的电压偏差量：
U T % U f % U T %
无功补偿技术在电力系统电能质量控制中的应用
无功补偿技术在电力系统电能质量控制中的应用无功补偿技术是电力系统中一种重要的电能质量控制手段，通过对电网无功功率进行调节，能够提高电力系统的稳定性和可靠性，降低功率损耗，改善电能质量。
本文将就无功补偿技术在电力系统电能质量控制中的应用进行讨论。
一、无功补偿技术的基本原理无功补偿技术是通过调节电力系统中的无功功率来达到电能质量的控制和改善。
在电力系统中，无功功率的产生是由于电感性负载（如电动机、变压器等）所导致的。
无功补偿技术主要包括静态无功补偿装置（SVC）、静止无功发生器（STATCOM）和无功传递装置（UPFC）等多种形式。
二、无功补偿技术的应用场景1. 电力系统的电压稳定性控制无功补偿技术通过调节电力系统的无功功率，可以有效控制电网的电压稳定性。
在电力系统中，电压的波动越大，对电力设备的影响越大，甚至会导致设备的损坏。
通过无功补偿技术来稳定电网的电压，可以提高电力系统的稳定性和可靠性。
2. 电力系统的功率因数调节功率因数是衡量电力系统效率和质量的重要指标，也是电网运行的关键参数之一。
通过无功补偿技术，可以动态调节电力系统的功率因数，使其保持在合适的范围内，减少系统的功率损耗，提高能源利用率。
3. 电力系统的谐波控制电力系统中存在着各种谐波问题，如电压谐波、电流谐波等。
这些谐波会对电力设备产生损害，降低电能质量。
无功补偿技术可以通过对电力系统的无功功率进行调节，抑制谐波的生成和传播，从而改善电力系统的谐波问题。
4. 电力系统的电压波动和闪变控制电力系统中的电压波动和闪变会对电力设备产生剧烈的变动，影响设备的正常运行。
无功补偿技术可以通过调节电力系统的无功功率，控制电压的波动和闪变，从而保证电力设备的安全运行。
三、无功补偿技术的优势和存在的问题无功补偿技术在电力系统电能质量控制中具有以下优势：1. 提高电力系统的可靠性和稳定性；2. 改善电能质量，减少谐波和电压波动；3. 降低能源消耗，提高能源的利用效率。
无功补偿在电力系统电能质量标准中的应用
无功补偿在电力系统电能质量标准中的应用电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，而电能质量则是电力系统运行稳定和安全的重要保障。
其中，无功补偿技术在电能质量标准中起着至关重要的作用。
本文将探讨无功补偿在电力系统中的应用，并分析其对电能质量的影响。
1. 无功补偿技术概述无功补偿是指通过电力设备或电力系统的控制手段，对电压和电流的相位差进行调整，以达到功率因数的改善、电能质量的提升以及电力系统的稳定运行等目的的技术手段。
其主要包括静态无功补偿装置（STATCOM）和动态无功补偿装置（SVC）等。
2. 无功补偿对电能质量的影响无功补偿技术可以改善电力系统中的功率因数，减少无功功率的流动，从而提升电能质量。
它可以降低电力系统的无功损耗，减少电压波动和谐波等不稳定因素，提高电力系统的稳定性和可靠性。
2.1. 改善功率因数功率因数是衡量电力系统能效的重要指标之一。
传统的电力系统中，由于电动机和电抗器等电力设备的存在，容易导致功率因数下降，不仅浪费电能，还对电力设备的寿命产生负面影响。
通过无功补偿技术可以调整电压和电流的相位，并将功率因数提升到理想值，减少功率损耗，提高能效。
2.2. 抑制电压波动电力系统中的电压波动对电能质量的影响较大，会引起设备的故障、保护装置的动作等问题。
无功补偿技术可以通过调节电力系统的电压，使得电压维持在合理范围内，减小电压波动的幅度和频率，保证供电质量的稳定性。
2.3. 消除谐波谐波是现代电力系统中常见的电能质量问题之一，它会导致电力设备的过热、起火等安全隐患。
无功补偿技术通过控制谐波滤波器的参数，可有效地将谐波电流消除或降低到合理范围内，从而消除谐波带来的负面影响。
3. 无功补偿在电能质量标准中的应用为了保证电能质量的稳定和安全，各国制定了相应的电能质量标准，在这些标准中，无功补偿技术的应用得到了明确的要求。
3.1. 国内标准中国国家电能质量标准GB/T 12325-2008规定了电能质量的各项指标要求，其中对无功补偿技术的应用进行了明确规定。
电能质量和无功补偿
额 定子铜损 pCu1（W） 定 转差率 s（%） 负 功率因数 cosφ 载
定子相电流（A）
AB BC CA 380 380 380
156.5
708.3
93.7
4880
683.5
4.06
0.7
A
B
C
8.8 8.8 9.4
εU=5.34% AB BC CA 380 380 350
2.5 结论 电能质量涉及国民经济各行各业和人民生活用电，优质电力可以提高用电设备效率，增
加使用寿命，减少电能损耗和生产损失，电能质量关系到电力可持续发展，也关系到国民经 济总体效益，是实现节约型社会的必要条件之一。
3 电能质量标准
3.1 电能质量国家标准 ¾ 电能质量指标国家标准 （1） 供电电压偏差（GB/T 12325—2008） （2） 电压波动和闪变（GB/T 12326—2008） （3） 公用电网谐波（GB/T 14549—1993） （4） 三相电压不平衡（GB/T 15543—2008） （5） 电力系统频率偏差（GB/T 15945—2008） （6） 暂时过电压和瞬态过电压（GB/T 18481—2001） （7） 公用电网间谐波（GB/T 24337-2009） ¾ 电能质量测量国家标准 （1） 供电系统及相连设备的谐波、谐间波的测量和测量仪器导则（GB/T 17626.7 —2008） （2） 电能质量监测设备——通用要求（GB/T 19862—2005） ¾ 相关的设备国家标准 （1） 谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）（GB 17625.1—2003） （2） 对每相额定电流≤16A 且无条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的 电压变化、电压波动和闪烁的限制（GB 17625.2—2007） （3） 对额定电流大于 16A 的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限 制（GB/Z 17625.3—2000）
无功补偿对电力系统的电能质量改善效果
无功补偿对电力系统的电能质量改善效果无功补偿是电力系统中重要的电能质量改善技术之一。
通过引入无功补偿装置，可以有效地提高电力系统的稳定性和可靠性，减少功率因数的波动，并降低线路和设备的损耗。
本文将从理论与实践两方面分析无功补偿对电力系统的电能质量改善效果。
一、无功补偿的作用机理无功补偿是通过引入容性或感性负载来补偿电力系统中的无功功率，以降低功率因数，提高电能质量。
在电力系统中，无功功率的存在会导致电压波动、电流不平衡和谐波等问题，影响系统的稳定运行。
而无功补偿装置主要采用电容器或电抗器等元件，对电流和电压进行调节，消除无功功率，从而改善电能质量。
二、无功补偿对电力系统的电能质量改善效果1. 提高功率因数稳定性无功补偿装置能够补偿电力系统中的无功功率，使功率因数维持在一个较高的稳定值。
高功率因数能够提高电能传输效率，减少线路和设备的损耗，降低能源消耗。
同时，稳定的功率因数还能提高电网的稳定性，减少电压波动和电流谐波，减轻线路的损耗和电器设备的过热情况。
2. 改善电压调节能力无功补偿装置能够在电力系统中补偿无功功率，稳定电压水平，提高电压调节能力。
在电力系统负荷波动或突变时，无功补偿装置能够及时响应，补偿系统中产生的无功功率，使电压保持在合理的范围内。
这样可以避免电压过高或过低对电器设备的损坏，确保电力供应的稳定性和可靠性。
3. 减少电流谐波无功补偿装置通过引入电容器或电抗器，能够对电流进行调节，减少谐波的产生。
电力系统中的谐波会导致电压失真、设备故障，并对系统中的其他设备产生干扰。
通过无功补偿装置的使用，可以补偿谐波电流，减少系统中的谐波水平，保证电流的纯度，提高电网的电能质量。
4. 降低线路和设备的损耗无功补偿装置能够调整电流和电压的波动，减少功率因数的波动，从而降低线路和设备的损耗。
稳定的功率因数能够减少电流的损耗，降低线路的电阻损耗和变压器的铁损耗。
同时，减少电流谐波还能减少设备的谐波损耗，延长设备的使用寿命。
供配电安全技术电能质量与无功补偿
供配电安全技术：电能质量与无功补偿引言供配电安全技术是保障电力系统稳定运行和用户用电安全的重要组成部分。
电能质量和无功补偿是供配电安全技术中的两个关键方面。
本文将重点介绍电能质量和无功补偿的概念、重要性以及相应的解决方案。
电能质量电能质量是指电力系统中提供给用户的电能与用户所需电能之间的差异。
电能质量问题主要包括电压波动、频率变动、谐波和电压暂降等。
电压波动电压波动是指供电电网中电压的瞬时变化。
电压波动通常由负载变化、短时故障和电力系统调度等因素引起。
电压波动会导致设备故障、产生电磁干扰和影响用户用电质量。
频率变动频率变动指供电电网中电压频率的瞬时变化。
频率变动通常由电力系统中的电力负荷变化或电网故障引起。
频率变动对电力设备和用户设备的稳定运行都会产生较大影响。
谐波谐波是指电力系统中除了基波（通常为50Hz或60Hz）之外的不同频率的波动。
谐波主要由非线性负载、电弧炉和电力电子设备等引起。
谐波会导致电力设备的过载、噪声干扰和通信系统的故障。
电压暂降电压暂降是指供电电网中电压在短时间内急剧下降，并在一定时间内保持低于额定值。
电压暂降通常由负荷突然变动、电力系统故障或设备开关等引起。
电压暂降会导致设备异常运行、电器设备故障和用户用电中断。
无功补偿无功补偿是指通过控制无功功率的大小和相位来提高电力系统的功率因数和电能效率。
在电力系统中，无功功率是电力的一部分，但不做有用功率转换，只在线路中产生无效电流和负载容量浪费。
无功补偿通常通过无功电容器、无功电抗器和静态无功发生器等设备实现。
这些设备可以校正电力系统的功率因数、提高电能质量、降低线路损耗、减轻设备负荷以及提高供电能力。
电能质量与无功补偿的重要性供配电安全技术中的电能质量和无功补偿对电力系统和用户用电都具有重要意义。
在电力系统中，电能质量问题会导致供电压力下降、线损增加、设备寿命缩短等问题，进而影响电网的稳定运行。
通过实施无功补偿措施，可以改善电力系统的功率因数、减少电网损耗，从而提高供电质量和可靠性。
电能质量管理-无功补偿系统讲解
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补偿类型
● 短路保护整定 ●10In
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主保护断路器选型举例
5’
● 例1：150kvar / 400V / 50Hz /标准型
热保护整定 : 1,36x216=294A 短路保护整定 : >10In=2160A
● 例2：150kvar / 400V / 50Hz / (调谐次数 4.3)
电能质量管理-无功补偿系统
主要内容
● 电能质量问题与市场 ● 电能质量要求 ● 电能质量管理手段 ● 施耐德电能质量管理方案 ● 无功补偿系统的设计、安装、调试与维护
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电能质量问题与市场
● 一方面，大量基于计算机系统的控制设备和电子装置广泛应用，这些装置对供电 质量非常敏感，因此希望获得优质的电能
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施耐德无功功率补偿介绍
● 调谐型无功功率补偿
●过谐型电容器＋ DR系列电抗器
Varplus2 68Kvar/480V ＋215Hz 电抗器 ＝50Kvar /400V调谐补偿
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供电系统电能质量的无功补偿
供电系统电能质量的无功补偿【摘要】电能质量不仅关系着用户用电过程的安全性，还关系着供电系统运行过程的可靠性和稳定性，因此，如何确保供电系统的电能质量已经成为相关领域的研究热点。
为了进一步改善供电系统的电能质量，有必要针对电能质量指标变化的各种原因进行分析，并采用无功补偿方案改善供电系统的电能质量，以实现供电系统稳定性的不断提高。
【关键词】供电系统电能质量无功补偿对于供电系统而言，其电能质量的好坏直接影响着用电的安全性和稳定性。
通常而言，衡量供电系统电能质量的基本指标包括如下两种，即电压与频率，此外，还有其他诸如谐波、三项电压对称与否等相关指标。
一旦这些指标出现异常，将直接导致供电系统电容器、电缆线路发生击穿及损坏，保护装置产生误动作、变压器谐振增加等情况。
因此，对供电系统运行过程进行研究时，不仅要对负荷的分配情况进行考虑，还要对无功功率及有功功率的优化分布进行考虑，同时，还需兼顾供电系统电能质量的相关指标，针对电能质量指标改变的原因进行认真研究，并针对不同情况采取不同措施进行解决，以真正确保供电系统运行过程的安全性和稳定性，从而保障电能能够得到源源不断的供应。
1 供电系统电能质量产生变化的原因分析造成供电系统电能质量发生变化的原因有很多，大致可以分为以下几种。
（1）在供电系统中，发电机的转速决定了电力系统的频率，发电机轴的转矩对应发电机功率，而转矩与转速又存在一定的相关性。
所以，如果供电系统的发电机中功率不平衡时，会影响系统的频率，使频率发生变化。
因此，为了保证供电系统能有稳定的频率，要使有功功率平衡，并且具有一定的容量空间，从而为供电系统提供稳定的电力。
（2）供电系统无功功率的平衡、负荷情况均与系统的电压水平成一定的关系。
设备运行时，无功冲击负荷与感性负荷大量的出现，既有有用功率，也有无用功率，但冲击负荷的无功功率要比正常值大几倍。
供电系统设备的故障、接线方式的不同以及负荷的变化，会增大系统的无功功率或破坏功率的平衡。
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二、无功补偿简介：无功补偿的主要方法
根据补偿装置安装位置的不同，可以将无功补偿分为个别 补偿（随机补偿或就地补偿）、集中补偿、分组补偿（分 散补偿）。三种补偿方式如下图所示：
二、无功补偿简介：无功补偿的主要方法
就地补偿:将低压电容器组分散地与用电设备 的供电回路相并联，随用电设备同时投入或 退出运行，使用电设备消耗的无功功率得到 就地补偿，能获得明显的降损效益。
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四、电能质量的治理设备：无源滤波器FC
主要器件：电容器+电抗器+电阻器（可选） 投切方式：手动、自动 功能：纯补偿（非调谐）、补偿＋滤波（调谐） 滤波原理：采用电力电容器串联适当比例的电抗器，形成
非特性谐波： 由频率转换设备产生. 系统不平衡 (电压和感抗)
3次谐波（零序谐波）： 3*(2n+1) ,n = 0,1,2… 例如 3,9,15,21.. 等. 主要影响零序. 增加零相电流.
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三、谐波：谐波的相序（1）
每一谐波的相序都有关于基波的联系. 按约定基波被设定为正相序. 所有高次谐波都有相对于基波的正、负或是零相序.
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一、电能质量简介－暂时过电压和瞬态过电压
交流电力系统中的电气设备，在运行中除了作用有持续工 频电压(其值不超过系统最高电压 Um,持续时间等于设计 的运行寿命)外，还受到过电压的作用。按照作用过电压 的幅值、波形及持续时间，可分为;
— 暂时过电压，包括工频过电压、谐振过电压; — 瞬态过电压，包括操作(缓波前)过电压、雷电(快波
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一、电能质量简介： 供电电压允许偏差
电压偏差计算：
供电电压的允许偏差： 1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系
统电压的 10％；注：如供电电压上下偏差同号（均为正或负） 时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。 2） 10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的± 7％ 。 3）220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7％ 、－10％ 。 4）对供电电压允许偏差有特殊要求的用户，由供用电双方协议 确定。
供Hale Waihona Puke 电安全技术第五讲：电能质量与无功补偿
中国矿业大学信息与电气工程学院 电气安全与智能电器研究所 刘建华
目录
一、电能质量简介 二、无功补偿简介 三、谐波 四、电能质量及无功补偿治理
一、电能质量简介：内容及标准
1. GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压允许偏差 2. GB/T 12326-2008 电能质量 电压波动和闪变 3. GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压允许不平衡度 4. GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率允许偏差 5. GB/T 18481-2001 电能质量 暂时过电压和瞬态过电压 6. GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波 7. GB/T 24337-2009 电能质量 公用电网间谐波
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三、谐波：谐波的相序（2）
RYB的相序 (+ Seq.) 基次分量
R
R
Y
B
基次
+120o
0o -120o
B
二次
+240o
0o -240o
R
谐波
-120o
0o +120o
因而二次谐波作为负序分量运转.
B
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谐波次序 1 2 3 4 5
相序
+- 0 + -
正序 基次 4次 7次 10次 3n+1次 被3除余1
负序 2次 5次 8次 11次 3n+2次 被3除余2
6 789
0 +-0
零序 3次 6次 9次 12次 3n+3次 可被3整除
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三、谐波：谐波的相序（4）
0.8
0.7(0.8)
0.6
注：短、长时间闪变值每次测量周期10min 、2小时；中压 括号中的值仅适用于公共连接点连接的所有用户为同电压 级的用户场合。
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一、电能质量简介－三相电压允许不平衡度
电压不平衡度允许值
电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％(取值 见附录A)。 电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定， 例如旋转电机按GB755《旋转电机基本技术要求》规定。
使注入公用电网的谐波电流及公共连接点的 谐波电压在国标限值以内；
提高用户用电的功率因数； 使电压波动和闪变在国标限值以内； 使电压凹陷、凸起、短时中断的幅值和持续
时间在设备容许范围内。 使用户设备在电磁兼容允许范围内安全经济
运行，把对电网的干扰限制在国标限值以内。
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各序谐波的特性及危害：
正序
负序
零序
‘趋肤效应’引起过热 ‘趋肤效应’引起过热 ‘趋肤效应’引起过热
支持基波
与基波对抗
在中性点积聚
中温 相对危害较少
过热 危害很多
产生零线发热
造成中性线接地和开 路情况的原因
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三、谐波：对设备的的危害
设备种类 变压器 电动机
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一、电能质量简介－公用电网谐波
总谐波畸变率(THD)：周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基 波分量的方均根值之比(用百分数表示)。分为电压总谐波畸变率与电 流总谐波畸变率。
公用电网谐波电压(相电压)限值
电网标称 电压kV
0.38 6 10 35 66 110
集中补偿:无功功率补偿装置通过开关接在母 线侧。用以补偿配电变压器、输电线路、配 电线路的无功功率损耗。
三、谐波：谐波的产生
非线性负载产生谐波：
工业用易产生谐波设备：直流调速器、变频调速 器、不间断电源系统（UPS）、 现代照明系统、 焊接装置 、感应加热炉、整流器、饱和变压器等。
民用易产生谐波设备：电视机、空调、计算机、 日光灯、电冰箱等 。
得：
公式中：
N = fn / f1 = K*P±1
N = 谐波次数；
fn = 谐波电流频率 ； f1 = 基波电流频率 ； K = 1，2，3，… ； P = 整流设备的波头数（6、12、
24）。
例如：6 波头的整流器将产生 5，7，11，13 …次谐波。
三相整流设备产生的谐波电流值可按如下公式求得：
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一、电能质量简介：电压波动和闪变
电压变动特性d(t)：电压方均根值变动的时间函数，以系统标称电压的 百分数表示。
电压变动d：电压变动特性d(t)上，相邻两个极值电压之差。 电压变动频度r：单位时间内电压变动的次数(电压由大到小或由小到
大各算一次变动)。同一方向的若干次变动，如间隔时间小于30 ms， 则算一次变动。 电压波动：电压方均根值一系列的变动或连续的改变。
接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1．3％， 根据连接点的负荷状况，邻近发电机、继电保护和自动装置安全运行要求，可 作适当变动、但必须满足上条的规定。
用户引起的电压不平衡度允许值换算
电压不平衡度允许值一般可根据连接点的正常最小短路容量换算为相应的负序 电流值，为分析或测算依据；邻近大型旋转电机的用户，其负序电流值换算时 应考虑旋转电机的负阻抗。有关不平衡度的计算见附录B。
前)过电压
一、电能质量简介－暂时过电压和瞬态过电压 各类过电压的典型波形如下表 所示：
二、无功补偿简介：标准
1. 国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则 2004；
2. SD325-89 电力系统电压和无功电力技术导 则;
3. DL/T 1010 高压静止无功补偿装置; 4. GB/T 15576 低压成套无功功率补偿装置; 5. GB 50227 并联电容器装置设计规范
公式中：
In = I1 / N
In = N 次谐波的电流值;I1 = 基波电流值;N = 谐波次数。
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三、谐波：谐波的种类
特性谐波： 与相关回路结构相关. 有规律的谐波次数. 谐波频率可由公式 k*p+1 ; k = 1,2,3…得到. 谐波频率呈规律性.
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四、电能质量的治理设备：如下设备
无源滤波器FC（手动/自动投切，调谐/非 调谐）
静止型动态无功补偿装置SVC：TSC、 TSC+TCR、FC+TCR、FC+MCR。
静止无功发生器SVG（又称静止同步补偿 器STATCOM）。
有源滤波器APF
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闪变：灯光照度不稳定造成的视感。 短时间闪变值Pst: 衡量短时间(若干分钟)内闪变强弱的一个统计量值。 长时间闪变值Plt: 由 短时间闪变值推算出，反映长时间(若干小时)闪变
强弱的量值。
电力系统公共连接点各级电压下的闪变限值
电压等级
低压
中压
高压
短时间闪变值
1.0
0.9(1.0)
0.8
长时间闪变值