电气行业-电能质量及谐波和中压电能质量的治理
电力系统中电能质量改善的技术措施
电力系统中电能质量改善的技术措施在当今社会，电力系统的稳定运行和电能质量的优劣对于各行各业的正常生产和人们的日常生活至关重要。
随着电力电子设备的广泛应用、非线性负载的增加以及各种新型能源的接入，电能质量问题日益凸显。
电能质量问题不仅会影响电气设备的正常运行，降低其使用寿命，还可能导致生产中断、数据丢失等严重后果。
因此，采取有效的技术措施来改善电能质量已成为电力领域的一个重要研究课题。
电能质量问题主要包括电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相不平衡等。
这些问题的产生原因各不相同，需要针对性地采取技术措施来加以解决。
电压偏差是指供电电压偏离额定电压的程度。
造成电压偏差的主要原因包括电网结构不合理、无功功率不足或过剩、负载变化等。
为了改善电压偏差，可以采取以下技术措施：1、合理规划和优化电网结构。
通过合理布局变电站和输电线路，减小供电半径，降低线路阻抗，从而减少电压损失。
2、无功补偿。
在电网中安装无功补偿装置，如电容器组、电抗器等，以补偿无功功率，提高功率因数，稳定电压水平。
无功补偿可以分为集中补偿、分散补偿和就地补偿三种方式。
集中补偿通常在变电站进行，分散补偿则安装在配电线路上，就地补偿则直接在负载端进行。
3、调整变压器分接头。
变压器分接头的调整可以改变变压器的变比，从而调整输出电压。
但这种方法只能在一定范围内调整电压，且频繁调整会影响变压器的使用寿命。
频率偏差是指供电频率偏离额定频率的程度。
频率偏差主要由电力系统有功功率不平衡引起。
为了改善频率偏差，电力系统需要保持有功功率的平衡。
这可以通过合理安排发电计划、优化机组运行方式、加强负荷预测和调度管理来实现。
此外，还可以采用调频装置，如调速器、调频器等，来快速响应频率变化，维持系统频率稳定。
谐波是指电力系统中电流和电压中所含的频率为基波整数倍的分量。
谐波的产生主要源于电力电子设备、电弧炉、整流设备等非线性负载。
谐波会导致电能损耗增加、设备过热、噪声增大、通信干扰等问题。
电力系统谐波治理的四种方法
谐波，这个新鲜的电力系统名词，在当今的电力行业中，已广为“传播”，几乎在电力行业工作，以及与电力行业有直接关系的人，都对这个名词不陌生，尤其是用电大户单位，谈之色变，一是“谐波”直接影响了工厂的正常工作，由于谐波的存在，工厂的负荷上不去，即便上去了，无功也特高，而传统的“无功补偿”又不能凑效。
而是即便无功补偿达到了要求，但谐波含量超标，管理部门不答应，自身的电费多交了不说，还讨不了好。
那么，是否拿“谐波”的肆虐就没有办法了，不！“办法总比问题多”，上海坤友电气有限公司集多年治理“谐波”的经验，针对不同的工况，总结了几种解决问题的方法，公布如下，与各位同仁共勉。
首先，我们讨论谐波的产生原因：近年来，电力网中非线性负载的逐渐增加是全世界共同的趋势，如变频驱动或晶闸管整流直流驱动设备、计算机、重要负载所用的不间断电源（UPS）、节能荧光灯系统等，这些非线性负载导致电网污染，电力品质下降，引起供、用电设备故障，甚至引发严重火灾事故等。
电力污染及电力品质恶化主要表现在以下方面：电压波动、浪涌冲击、谐波、三相不平衡等。
其次，我们讨论谐波的危害：电源污染会对用电设备造成严重危害，主要有：增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益：谐波电流使输电线路的电能损耗增加。
当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。
干扰通讯设备、计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。
影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。
引起电气自动装置误动作，甚至发生严重事故。
使电气设备过热，振动和噪声加大，加速绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
造成灯光亮度的波动（闪变），影响工作效益。
导致供电系统功率损耗增加。
谐波与电力系统中基波叠加，造成波形的畸变，畸变的程度取决于谐波电流的频率和幅值。
非线性负载产生陡峭的脉冲型电流，而不是平滑的正弦波电流，这种脉冲中的谐波电流引起电网电压畸变，形成谐波分量，进而导致与电网相联的其它负载产生更多的谐波电流。
电能质量及谐波治理的分析
电能质量及谐波治理的分析【摘要】近几年来，随着国民经济的快速发展对供电企业的电网建设日趋完善，以及自动控制系统（如DCS等）在配电网中的广泛使用，为了减少电解整流装置及变频器产生的谐波对电网的污染，需对于配电网谐波所产生的主要的原因进行分析与治理，不但可以有效的降低供电线路的电能损耗，还能有效的增加了电力设备的使用寿命。
【关键词】电能质量；原因；危害；治理引言电能质量就是供电电压特性，即关系到用电设备工作（或运行）的供电电压和电流各种指标偏离理想值（额定值或标称值）的程度。
电能质量的指标包括：电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、波形缺口等，理想的电能质量是频率为50Hz、三相平衡、电压电流波形为单一频率的正弦波。
1、谐波产生的原因分析电网谐波来自于三个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生谐波。
其中用电设备产生的谐波最多。
谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，使所加的电压与电流不成线性关系而造成的波形畸变。
引起波形畸变的谐波源是多种多样的，例如各种非线性元件，包括大容量的晶闸管换流装置、硅整流器及电弧炉等非线性负载，数量众多的家用电器等等。
另外电力系统不对称运行和不对称故障以及电弧的非线性特性等等，均可引起高次谐波。
针对厦门同安地区主要是以下电力设备产生谐波污染：（1）晶闸管整流设备。
由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。
（2）变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成分很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网注入的谐波也不容忽视。
（3）电弧炉、电石炉。
由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。
通过谐波治理提高电能质量的措施探讨
通过谐波治理提高电能质量的措施探讨摘要：近年来社会各界不仅对电力资源的需求量逐渐提升，对电力质量的要求也不断提高，这也极大的促进了电力企业电网建设的完善。
谐波是污染电网的重要因素，也是影响电能质量的关键，为了最大限度降低谐波对电能质量的影响，必须全面意识到谐波的危害，掌握其检查方法，并结合实际，采用合理的谐波治理手段，全面提升电能质量，满足社会发展需求，下面对此进行分析。
关键词：谐波；治理；电能质量；提高前言对于谐波，是电力系统中周期性电气量正弦波分量，谐波的频率是基波频率的整数倍。
电网系统中，谐波的产生原因在于整流器、变频器、电弧炉等非线性负载，由于谐波电流、谐波电压会对用电设备、电网、电能质量带来极大危害，所以在日常工作中，必须加强对谐波的治理，减少谐波干扰，保证电网系统的正常工作。
1.谐波治理的意义进入新世纪以后，随着国家对电力这一基础性民生行业重视力度的提升，电网、电源建设获得了显著成效，电能供需矛盾持续缓解，极大的促进了我国国民经济建设。
近年来，随着社会各界需求的提升，电能质量逐渐成为新的电力供需双方矛盾。
对企业而言，电能质量不达标，就会极大的影响到其正常生产，造成巨大损失；对居民而言，电能质量不达标，则会对其日常生活带来诸多不便。
谐波是影响电能质量的重要因素之一，谐波的产生会引起电力设备使用寿命缩短、电子元件误动作、电网设备功率损失加重、继电保护功能下降等，所以在实际中，注重谐波治理，降低谐波污染，不仅能极大的促进电能质量提升，同时还可以有效的提升电网运行安全、稳定，保证电网系统的持续运行。
2.谐波的危害及检测方法2.1谐波的危害谐波的危害主要表现在以下几个方面：（1）谐波电流的不稳定性会导致工业生产、电机旋转磁场相互作用，从而造成电机震动，对电机设备造成破坏，甚至会危害到他人生命安全。
同时谐波电流会造成电子线路设备不稳定，影响到正常使用。
（2）谐波电流会影响到继电保护装置的正常使用，引起继电保护装置误动作。
电力系统电能质量分析与谐波治理
一般情况下，众多单一类型电力系统干扰问题统称为电能质量问题，其本质在于电压质量问题。电力系统电能质量的衡量指标就包括电压偏差、三相平衡度以及谐波干扰量等。人们称电能质量为电力电能品质或电力系统整体运行状态，电能质量问题通常分为稳态和动态两种，表现为非线性负荷问题、电力系统元件存在非线性问题或电力系统在运行时因内外故障引发电能质量问题。例如非线性负载在生活与工业用电负载中占据较大比例，引发谐波问题；电力系统中的发电机或者变压器、直流输电等产生谐波，或者输电线路尤其是超高压输电线路、变电站并联电容补偿器装置影响谐波，直流输电是当下电力系统中最大的谐波源；还有在各种电网故障、短路故障、人为误操作的影响下改变发电机、励磁系统的工作状态，启动故障保护装置的电力电子设备等，这些都可能引发电能质量问题。
2电力系统电能质量分析与谐波治理
2.1谐波检测方法
系统中产生高次谐波的非线性元件很多，例如电动机、电焊机、感应电炉、电弧炉、大型整流设备等，都会产生高次谐波电流，是造成电力系特中谐波干扰的最主要的谐波源。工业电弧炉、晶闸管整流供电的轧钢机都是快速变化的冲击符合，其电气量（电压或电流）的变化在几毫秒或十几毫秒内就能观察到，于是就产生了连续且离散的简谐波。谐波对电力设备的影响：影响输电线路，增加了输电损耗及产生谐波电压降；影响变压器磁滞、涡流损耗以及绝缘的电场强度等；影响电容器组，产生额外的电力损耗，导致电容器损坏；谐波对电力系统保护的干扰，导致继电器误动作和采样数据误差；影响电力计量，产生误差；间谐波使波形畸变、灯光闪烁、影响测量仪表、电机噪声和振动等。目前谐波检测和方法测量中，主要通过硬件和软件来实现。硬件实现主要通过采用模拟带通或带阻滤波器来实现谐波的测量。软件实现主要通过算法来实现滤波功能，还可以通过神经网络及小波变换来实发展，人们对电力的需求也越来越大。电能作为一种特殊商品进入市场，其质量问题同样成为供需双方共同关注的问题。但由于系统各元件（如发电机、变压器、线路等）参数的非线性或不对称性，大量感性负载和冲击性负载（如电弧炉、电解铝、电焊机等）的接入，以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，带来了无功、谐波污染、电压跌落、三相不对称等电能质量问题。其中有功冲击负荷将对系统的频率产生影响，而无功冲击负荷将对系统的电压产生影响。
电能质量讲座第五讲谐波治理
式中 XT1 ———变压器 220 kV 侧的基波等值阻抗
XT3 ———变压器 10 kV 侧的基波等值阻抗
XS ———系统基波阻抗
XL ———滤波器的基波感抗
XC ———滤波器的基波容抗
在 110 kV 侧 ,滤波器的失谐度不能很小 (即
Q 值较高 ) ,故
nXL
> XC n
即
nXL
- XC n
图 4 有源滤波器的滤波原理
图 5 有源滤波器的基本回路
3 相数倍增法
电力系统中接入的非线性器件 ,有许多往往 正是利用非线性来达到技术上的某种目的 ,因此 , 不能用降低甚至消除非线性来消除谐波 。高次谐 波都是一些正弦交流量 ,其大小和方向与相位有 关 ,因此可设法让次数相同 、相位相反的谐波相互 抵消 。经分析推理证明 ,对于 2组三相系统 ,如果 它们的相位相差 30°时 ,可以消除 5、7、17、19、29、
对谐波的治理应该从两方面来考虑 ,一是产
生谐波的非线性负荷 ;二是受危害的电力设备和 装置 。这两个方面应该相互配合 ,统一协调 ,作为 一个整体来研究 ,采用技术 、经济最合理 ,符合社 会发展和历史条件的方案来治理和消除谐波 。
1 减少谐波源的谐波含量
1. 1 增加晶闸管变换装置脉冲数
对于整流 、换流设备 ,增加晶闸管变换装置脉
相差为 30°的原理 ,将 2台三相 6脉冲全波换流器
分别接入上述 2 台不同接线方式的变压器 。这
样 ,就将两组 6 脉冲换流器变成了 12 脉冲换流
器 。由于 12脉冲换流器不产生 5次和 7次谐波 ,
因此也就不需再投资安装 5次和 7次器 ,产生的谐波
程 浩 忠 ( 1962—) , 男 ,教授 ,博士生导 师 ,主要从事电能 质量 、无功补偿 、电 压稳定等方面的教 学和研究工作 。
电力谐波治理的几种方法
电力谐波治理的几种方法
随着现代化程度的不断提高，电力谐波问题日益突出，给电力系统的安全稳定运行带来了极大的威胁。
为此，电力谐波治理成为了电力系统建设和运行中必不可少的一项工作。
电力谐波的治理主要有以下几种方法：
1. 滤波器法
采用电力滤波器对电力谐波进行滤波处理，以减小其对电力系统的干扰。
常见的电力滤波器包括L-C滤波器、谐振滤波器和有源滤波器等。
滤波器法具有费用低、性能稳定等优点，适用于小功率电器的电力谐波治理。
2. 变压器法
采用特殊结构的变压器进行电力谐波治理，包括隔离变压器、耦合变压器等。
变压器法可以有效地降低电力谐波对电力系统的影响，但需要投入较大的资金，适用于大功率电器的电力谐波治理。
3. 电容器法
通过电容器的串联或并联方式，对电力谐波进行电容滤波处理。
电容器法具有构造简单、成本低等优点，适用于小功率电器的电力谐波治理。
4. 谐波抑制器法
采用谐波抑制器对电力谐波进行抑制处理。
常见的谐波抑制器包括谐波电流抑制器、谐波电压抑制器等。
谐波抑制器法具有能够有效抑制电力谐波、无需改变电路结构等优点，适用于各类电器的电力谐
波治理。
在电力谐波治理中，需要综合考虑电力系统的实际情况和治理成本，选择合适的治理方法，并采取科学有效的措施加以实施，以确保电力系统的安全稳定运行。
电力谐波治理的几种方法
电力谐波治理的几种方法目前常用的电力谐波治理的方法无外乎有三种，无源滤波、有源滤波、无功补偿。
下面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。
6.1、无源谐波滤除装置无源滤波器的主要是用电抗器与电容器构成，无源滤波装置的成本较低，经济，简便，因此获得广泛应用。
无源滤波器可以分为并联滤波器与串联滤波器。
6.1.1、无源并联滤波器现有的谐波滤除装置大都使用无源并联滤波器，对每一种频率的谐波需要使用一组滤波器，通常需要使用多组滤波器用以滤除不同频率的谐波。
多组滤波器的使用造成结构复杂，成本增高，并且由于通常的系统中含有无限多种频率的谐波成分，因此无法将谐波全部滤除。
不仅如此，由于并联滤波器对谐波的阻抗很低，通常会使谐波源产生更大的谐波电流，谐振在不同频率的滤波器还会互相干扰，例如7次谐波滤波器就可能会放大5次谐波。
因此，如果有人将并联滤波器安装前后的谐波情况做过对比，就会发现：虽然滤波器安装以后影响系统的谐波电流减小，但是各滤波器中以及进入系统的谐波电流之和远远超过未安装滤波器之前，谐波源产生的谐波电流也超过未安装滤波器之前。
从广义的角度来讲，频率不等于工频频率的成分统统都是谐波。
因此，工频是单一频率，而谐波有无限多种频率，可见谐波具有无限的复杂性，使用并联滤波器的方法显然无法对付无限频率成分的谐波。
6.1.2、无源串联滤波器由电感与电容串联构成的LC串联滤波器，具有一个阻抗很低的串联谐振点，如果我们构造一个串联谐振点为工频频率的串联滤波器，并将其串联在线路中，就可以滤掉所有的谐波。
这就是本文介绍的串联滤波器，串联滤波器由电感和电容串联而成，并且串联连接在电源与负荷之间，因此串联滤波器的“串联”二字具有双重意思：一个意思表示电感与电容串联，另一个意思表示串联在电路中使用。
在三相电路中均接入串联滤波器，由于串联带通滤波器对基波电流的阻抗很小，而对谐波电流的阻抗很大，于是只用一组滤波器就可以滤除所有频率的谐波。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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.
10.12.2020
可编辑ppt
13
二、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.
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：
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。
10.12.2020
可编辑ppt
12
二、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.
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。
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
用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过 ±0.2Hz，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条 件也可适当变动限值，但应保证近区电力网、发 电机组和用户的交全、稳定运行以及正常供电。
10.12.2020
可编辑ppt
8
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
电压总谐 波
畸变率％ 5.0
4.0
3.0
2.0
各次谐波电压含有率
3.2
1.6
2.4
1.2
1.6
0.8
10.12.2020
可编辑ppt
9
电能质量简介－公用电网谐波（续）
公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量(方均根值)不应超 过表2中规定的允许值。当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短 路容量时，表2中的谐波电流允许值应进行换算即：各次谐波电流分量 ＝各次谐波电流允许值*(公共连接点的最小短路容量/基准短路容量)。
电力系统公共连接点或波动负荷用户引起的公共连接点电压变动限值
电压变动频度r 次/小时
电压变动d的限值
低 压、中压
高压
r≤1
4
3
1＜r ≤10
3
2.5
10＜r ≤100
2
1.5
100＜r ≤1000
1.25
1
10.12.2020
可编辑ppt
5
一、电能质量简介：电压波动和闪变(续)
闪变时间t: 一个有时间量纲的值，表示电压变动的闪变影响，和波形、 幅值以及频度均有关。
10.12.2020
可编辑ppt
11
二、谐波：三相整流产生的谐波
三相整流设备产生的谐波电流，其谐波次数可按如下公式求得：
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）。
10.12.2020
可编辑ppt
4
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。
电能质量及谐波
中国矿业大学信电学院
目录
一、电能质量简介 二、谐波 三、中压电能质量的治理
10.12.2020
可编辑ppt
2
一、电能质量简介：内容及标准
1. GB/T 12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差； 2. GB 12326-2000 电能质量 电压波动和闪变; 3. GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡
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。
10.12.2020
可编辑ppt
6
电能质量简介－三相电压允许不平衡度
10.12.2020
可编辑ppt
7
电能质量简介－电力系统频率允许偏差
电力系统频率允许偏差：正常允许±0.2Hz，当系 统容量较小时允许±0.5Hz 。
度; 4. GB/T 15945-1995 电能质量 电力系统频率允许偏
差; 5. GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波;
10.12.2020
可编辑ppt
3
一、电能质量简介： 供电电压允许偏差
电压偏差计算： 电 压 偏 差 ( % ) ＝ 实 测 电 标 压 称 － 系 标 统 称 电 系 压 统 电 压 1 0 0 % 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
10.12.2020
可编辑ppt
10
二、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 。
谐波流向：
谐波电流主要流过电容器。 谐波电流也流过电网。 谐波电流的流动导致谐波电压。 谐波也注入其他接入同一电网总线的线性负载。 注入电网的谐波也会流向联网的其他用户。