电能质量基本概念

1200A电流的变压器只能通过较小的基波电流。
谐波次数越高，谐波热损耗(I2R)越高。10A的5次谐波电流所产生的热量
为10A的基波电流热量的5倍。
额外的过零点将导致时钟误差并影响频率敏感的设备（过程控制设备） 间谐波会导致发电机轴由于压力而发生断裂。
不平衡对称分量– 概念?
电压不平衡：3相电压系统与理想状态（120 度偏差，幅值相等）的
故障，火灾和其他危险。
高频瞬变类似于无线电波，会干扰计算机系统。 足够大的瞬变将影响信号的有效值并引起保护设备如继电器动作。 瞬变还影响到所有的电子设备、电脑系统、灯光系统、配电设备，
使它们荡机、损坏、寿命缩短
瞬变 –电损?
.系统效率下降。瞬变将使一个用电系统的用电效率严重下降。瞬变
典型谐波产生源
电子开关型：各种交直流换流装置、变频装置 铁磁饱和型：各种铁芯设备, 如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现 非线性 电弧型： 各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机
谐波和间谐波-影响？
3次倍数的谐波之和 (3rd, 9th, 15th等) 产生的中性线电流将会导致导线过
热（引起火灾）
谐波和间谐波电流会影响基波电流的容量。如果存在谐波电流，能承受
在诸如IEC 61000-4-4和61000-4-5的规程中定义了一些瞬变 波形. IEEE1159定义了振荡和脉冲瞬变的区别；以及纳秒， 微秒和毫秒瞬变的区别。
瞬变 – 如何产生?
通常情况
低频瞬变 (<500Hz) 由电容器组的投切造成的。 中频瞬变(500Hz–2kHz) 为远方闪电或电容器投切造成的行波。
电压的骤降和骤升 – 概念?
骤降: 供电电压有效值突然降至额定电压的90%-10%(0.9 p.u.-0.1 p.u.)， 然后又恢复至正常电压，这一过程的持续时间为10ms至60s。 骤升:电压升高是指工频电压有效值上升到额定电压的110%-180%(1.11.8p.u.) ，持续时间在10ms到60s之间的电压质量问题 。 电压骤降是最常见的电能质量问题。
不平衡对称分量– 如何 产生?
引起原因：
3相输配电线路的阻抗不相等。 相间负载 大的且/或不等单相负载分布 不平衡的3相负载（错误的运行设备）
不平衡对称分量– 影响?
V正序代表电机进行正确的转动
V负序代表电机反转，造成电机上产生的压力。
V零序代表电机内部的损耗（发热）
Zzzzz
电能质量的重要性
“电”是一种商品 －质量要求？ 非线性负荷增多（谐波） 用户设备日益敏感

例如：一个计算机中心失电2s就可能破坏几十个小时的数据处理结果， 导致几十万美元的产值损失。
用电效率包括功率因数校正

据统计美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。
电能质量相关现象
大的发电机所需的励磁电流同样也能引起闪变。
闪变 – 影响?
白炽灯和计算机显示器的闪烁。
闪变会引起一些人的烦躁，恶心甚至癫痫发作 。 电机转速不均匀，影响产品质量 主要的经济动力-员工生产效率的降低
在你觉察不到闪变的时候也会受到其影响
谐波和间谐波-概念？
谐波：频率为系统频率整数倍的电压和电流。3次谐波频率为3*50Hz=150Hz。 间谐波：频率在各次谐波之间的电压和电流。例如：140Hz。 通常用两种方式来表示：
常见问题及解决方案
现象 变压器 / 配电设备发热
原因:
峰值视在功率KVA 超过设备的额定容量，同时由于高谐波含量导致设备的
降容。
确定根源:
通过断路器，继电器及电力监控仪表记录设备的温度和负载情况。


常见问题及解决方案
现象 电力公司帐单高（功率因数罚款）

原因:
由于电机和其他感性负载及某些功率转换设备
（直流驱动器，整流设备等）造成功率因数偏 低。

确定根源:
通过电力监控仪表来监视具备此类负载回路的
功率因数和谐波情况。

解决方案: 电容器组进行补偿（标准型，调谐型）
无功补偿节能
绝缘材料每升高10℃寿命将减半。
电能质量常见问题及解决方案
常见问题及解决方案
现象 电容器组过热

原因: 通常电容器使用寿命为5-7年，发热将导致寿 命显著减短。 在个别持续过热的情况下，电容器甚至在几 个月内就降容为0VAR。 高冲击电压降会造成立即的损坏。
确定根源: 通过高精度的PQ装置监视谐波和无功情况， 并设置越限告警信息，从根源处监视冲击电 压。 解决: 使用ION Enterprise实时监测电压状况。
刘 翀 能源管理业务部 PBC China
内容
I. II. 电能质量概念及现象 电能质量常见问题及解决方案
III.
IV.
电能质量标准
Q&A
电能质量概念及现象
何谓电能质量
电力公司常将电能质量定义为供电可靠性 (Reliability)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。 电力用户作为受电能质量问题影响最大的群体， 在定义电能质量时理应充分考虑他们的观点。 从用户的角度出发，电能质量问题定义为：导 致用户设备失效(Failure)或误动作 (Misoperation)，并表现为电压、电流或频率 偏移的任何电能问题。 电力设备生产厂家则将电能质量定义为能使设 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。 美国计算机制造商会提出了CBEMA曲线， 描述计算机能耐受一定幅度及持续时间的电 压骤降的能力； 国际半导体生产商组织制定了SEMI F47标准。
高频瞬变 (>2kHz) 由线路投切，闪电感应产生的振荡或空载变
压器 (铁磁共振)引起。 非常高的频率或脉冲瞬变 (>5kHz) ，由闪电引起。
最常见的瞬变 – 电容器切换
注意电容器充电时产生的振荡波形。 振荡应该至少持续1/2-3个周期。Fra bibliotek脉冲瞬变
瞬变 –影响?
高压瞬变将引起电弧(电压流动到不应该存在的地方)，会导致突发
干小时）内闪变强弱的一个统计量值。 Plt为10分钟Pst值折算成2小时的 平均值。
IEC 61000-4-15 详细的定义了如何测量闪变。
闪变 – 如何产生?
电压闪变通常是由快速变化的并需要大量无功功率的负荷引起的，
是由波动负荷 ，如电弧炉，轧机，电弧焊机，碎石机，锯木机， 碎木机，金属粉碎机。
相对于电压骤降，电压骤升造成的损害则是永久性的。
该损害通常比较隐蔽，如减少电机，变压器和其他设备的使用寿命。
电压骤降的报告
瞬变 – 概念?
在很短时间内的事件 (通常小于10ms, )，为脉冲或振荡。
脉冲(a.k.a. 单方向的) 是一种冲击 振荡(a.k.a.振荡的) 是一种高频衰减
实际功率因数 0.9 减 收 电 费 PF Reward 月电费减少% 0 Reward % 0.91 0.92 0.93 0.94 0.15 0.3 0.45 0.6 0.95-1.00 0.75 0.8 5 0.79 0.78 5.5 6 0.77 6.5 实际功率因数 0.89 0.88 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81 增 收 电 费 PF Penalty 月 电 费 增 加 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Penalty % 实际功率因数 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72 0.71 PF 月 电 费 增 加 Penalty % 0.7
增 收 电 费 Penalty
功率因素自 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64及以下,每 降低0.01,电费 增加2% 11 12 13 14 15
PF<0.64 0.01 raise 2% penalty
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
电费为2000万人民币,功率因数从0.83提高到0.96时，电费的差值为： 20000000*（0.75+3.5)%=850000元
瞬变 –电损?
电机温度升高。电机的温升还由于瞬变使电感性负载电流损失增加
和铜损提高而造成。实验表明，一个800周的振荡型瞬变会使铁芯 材料的能耗由0.04W/lb提高到3W/lb，能耗增加的幅度为67％。常 识也告诉我们，由于瞬变高压的冲击，多余的电能转换成热能，因 而使电机的运行温度上升。电机温度每上升一度，大约增加4%的 电耗。
柱状图来表示分次谐波含量。 THD(总谐波畸变率)表示所有的分次谐波的和与基波值(或有效值)的百分
比。
IEEE 61000-4-7 详细地定义了如何测量谐波和间谐波。 IEEE519提供了更多谐波信息。
谐波和间谐波-如何产生？
谐波：通常由非线性负载产生（如开关电源） 间谐波：由非周期负载产生（如周波变换器，电弧焊）
电表转速加快。驱动电度表表盘的同时性力矩的大小，取决于电路
中同时性的线电压与线电流的大小。由于瞬变是突发式的过压，它 会导致作用于电度盘上的同时性力矩突然发生变化，从而导致电表 转速加快。美国工程学会会刊的一份研究报告，证明瞬变会严重地 影响感性电度表表盘的作用力矩和转速，使表盘发生阶跃式地转快。 其结果，它会导致电度表对一个系统总的用电量的过度计量，此种 过度计量，最高幅度可达30%。
闪变 – 概念?
闪变（Flick）即灯光照度不稳定造成的视感，由波动负荷引起的公共连
接点电压的快速变动及由此可能人对灯闪明显感觉。
短时闪变值（Pst）为短时间闪变值，即衡量短时间（若干分钟）内闪