供電技術(shù)第六章-供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量與無功補(bǔ)償r

1、內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：本章主要介紹工廠供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量問題，本章主要介紹工廠供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量問題，首先介紹了電壓的偏差及其調(diào)節(jié)，然后介紹電壓波動(dòng)和首先介紹了電壓的偏差及其調(diào)節(jié)，然后介紹電壓波動(dòng)和閃變及其抑制以及高次諧波及其抑制的問題，最后介紹閃變及其抑制以及高次諧波及其抑制的問題，最后介紹了供電系統(tǒng)的三相不平衡。了供電系統(tǒng)的三相不平衡。第一節(jié)第一節(jié) 電能質(zhì)量概述電能質(zhì)量概述第二節(jié)第二節(jié) 電壓偏差及其調(diào)節(jié)電壓偏差及其調(diào)節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 電壓波動(dòng)和閃變及其抑制電壓波動(dòng)和閃變及其抑制第四節(jié)第四節(jié) 高次諧波及其抑制高次諧波及其抑制第五節(jié)第五節(jié) 供電系統(tǒng)的三相不平衡供電系統(tǒng)的三相不平衡第一節(jié)第一節(jié) 電能

2、質(zhì)量概述電能質(zhì)量概述 一、電能質(zhì)量問題一、電能質(zhì)量問題 電能質(zhì)量是指電氣設(shè)備正常運(yùn)行所需要的電氣特性，任電能質(zhì)量是指電氣設(shè)備正常運(yùn)行所需要的電氣特性，任何導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率何導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差都屬于電能質(zhì)量問題。的偏差都屬于電能質(zhì)量問題。 二、理想的電能質(zhì)量二、理想的電能質(zhì)量 在三相電力系統(tǒng)中，理想的電能質(zhì)量是：系統(tǒng)頻率恒為在三相電力系統(tǒng)中，理想的電能質(zhì)量是：系統(tǒng)頻率恒為額定頻率；三相電壓波形是三相對稱的、幅值恒為額定電壓額定頻率；三相電壓波形是三相對稱的、幅值恒為額定電壓的正弦波形；三相電流波形是三相對稱的正弦波形；供電不的正

3、弦波形；三相電流波形是三相對稱的正弦波形；供電不間斷。間斷。 任何與理想電能質(zhì)量的偏差都屬于電能質(zhì)量擾動(dòng)。任何與理想電能質(zhì)量的偏差都屬于電能質(zhì)量擾動(dòng)。1）暫態(tài)擾動(dòng)；）暫態(tài)擾動(dòng)；2）短期電壓變化；）短期電壓變化；3）長期電壓變化；）長期電壓變化；4）電）電壓波動(dòng)；壓波動(dòng)；5）波形畸變；）波形畸變；6）三相不平衡；）三相不平衡；7）頻率變化。）頻率變化。三、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) p 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、保護(hù)電氣環(huán)境、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、保護(hù)電氣環(huán)境、保障電力用戶正常使用電能的基本技術(shù)規(guī)范，是實(shí)施電能保障電力用戶正常使用電能的基本技術(shù)規(guī)范，是實(shí)施電能質(zhì)量監(jiān)督管

4、理、推廣電能質(zhì)量控制技術(shù)、維護(hù)供用電雙方質(zhì)量監(jiān)督管理、推廣電能質(zhì)量控制技術(shù)、維護(hù)供用電雙方合法權(quán)益的法律依據(jù)。合法權(quán)益的法律依據(jù)。p 我國已經(jīng)頒布的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有：我國已經(jīng)頒布的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有： GB 12325-2003電能質(zhì)量電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差供電電壓允許偏差 GB 12326-2000電能質(zhì)量電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)和閃變 GB/T 14549-1993電能質(zhì)量電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波公用電網(wǎng)諧波 GB/T 15543-1995電能質(zhì)量電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度三相電壓允許不平衡度 GB/T 15945-1995電能質(zhì)量電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差電力系統(tǒng)頻率允許偏差

5、 GB/T 18481-2001電能質(zhì)量電能質(zhì)量 暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓電能質(zhì)量擾動(dòng)電能質(zhì)量擾動(dòng) 電能質(zhì)量擾動(dòng)客觀存在。電能質(zhì)量擾動(dòng)客觀存在。 干擾設(shè)備，尤其是信息處理設(shè)備的運(yùn)行。干擾設(shè)備，尤其是信息處理設(shè)備的運(yùn)行。 電網(wǎng)：電能質(zhì)量擾動(dòng)允許值；電網(wǎng)：電能質(zhì)量擾動(dòng)允許值； 設(shè)備：電能質(zhì)量擾動(dòng)耐受容限。設(shè)備：電能質(zhì)量擾動(dòng)耐受容限。 圖：圖：ITIC電壓容限曲線。電壓容限曲線。電力系統(tǒng)頻率允許偏差：正常允許電力系統(tǒng)頻率允許偏差：正常允許0.2Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)允許較小時(shí)允許0.5Hz 。系統(tǒng)頻率通常由電力系統(tǒng)決定和調(diào)整系統(tǒng)頻率通常由電力系統(tǒng)決定和調(diào)整,用戶供電系

6、統(tǒng)一般不用戶供電系統(tǒng)一般不必采取穩(wěn)頻措施。必采取穩(wěn)頻措施。四、影響電能質(zhì)量的因素四、影響電能質(zhì)量的因素 電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的核心。電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的核心。影響電壓質(zhì)量的主要因素影響電壓質(zhì)量的主要因素有：負(fù)荷無功功率或無功功率變化量；電網(wǎng)短路容量或有：負(fù)荷無功功率或無功功率變化量；電網(wǎng)短路容量或電網(wǎng)等效電抗。負(fù)荷電網(wǎng)等效電抗。負(fù)荷無功功率或無功變化量越大無功功率或無功變化量越大，對電壓質(zhì)，對電壓質(zhì)量的量的影響越大影響越大；電網(wǎng)；電網(wǎng)短路容量越大短路容量越大，則負(fù)荷變化對電網(wǎng)電壓，則負(fù)荷變化對電網(wǎng)電壓質(zhì)量的質(zhì)量的影響越小影響越小。 無功功率補(bǔ)償既是電網(wǎng)節(jié)能降耗的措施，也無功功率補(bǔ)償既是電網(wǎng)節(jié)能降

7、耗的措施，也是改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的措施之一。是改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的措施之一。五、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的措施五、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的措施2%100%NPRQXUU22%100%100%100%/NNkQXQQUUUXS高壓高壓電網(wǎng)電網(wǎng)第二節(jié)第二節(jié) 電壓偏差及其調(diào)節(jié)電壓偏差及其調(diào)節(jié) 一、電壓偏差的含義一、電壓偏差的含義 電壓偏差是指電網(wǎng)實(shí)際電壓與額定電壓之差對額定電壓的電壓偏差是指電網(wǎng)實(shí)際電壓與額定電壓之差對額定電壓的百分?jǐn)?shù)，即百分?jǐn)?shù)，即 N%100%NUUUU 產(chǎn)生電壓偏差的主要原因是正常的負(fù)荷電流或故障電流在產(chǎn)生電壓偏差的主要原因是正常的負(fù)荷電流或故障電流在系統(tǒng)各元件上流過時(shí)所產(chǎn)生的電壓損失所引起的。系

8、統(tǒng)各元件上流過時(shí)所產(chǎn)生的電壓損失所引起的。 實(shí)際電壓偏高或偏低，對運(yùn)行中的電氣設(shè)備會(huì)造成不良影響。實(shí)際電壓偏高或偏低，對運(yùn)行中的電氣設(shè)備會(huì)造成不良影響。 GB 12325-2003電能質(zhì)量電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差供電電壓允許偏差的規(guī)定。的規(guī)定。100%)-(1(%)電壓監(jiān)測總時(shí)間電壓超限時(shí)間電壓合格率供電部門與用戶的產(chǎn)權(quán)分界處或供用電協(xié)議規(guī)定的電能計(jì)供電部門與用戶的產(chǎn)權(quán)分界處或供用電協(xié)議規(guī)定的電能計(jì)量的最大允許電壓偏差應(yīng)不超過：量的最大允許電壓偏差應(yīng)不超過： 35kV及以上供電電壓：電壓正、負(fù)偏差絕對值之和為及以上供電電壓：電壓正、負(fù)偏差絕對值之和為10%； 10kV及以下三相供電電壓：及以

9、下三相供電電壓：7%； 220V單相供電電壓：單相供電電壓：+7%，-10%。二、變壓器對電壓偏差的影響二、變壓器對電壓偏差的影響 變壓器通常在其高壓側(cè)設(shè)有分接頭。變壓器通常在其高壓側(cè)設(shè)有分接頭。121220%fTTtapUUUUUU：變壓器的分接頭位置：變壓器一次側(cè)的分接頭電壓：變壓器一次側(cè)的額定電壓：變壓器二次側(cè)空載額定電壓(在零分接頭及一次側(cè)額定電壓的條件下。)：變壓器一次側(cè)實(shí)際輸入電壓：變壓器二次側(cè)實(shí)際輸出電壓：變壓器二次側(cè)空載輸出電壓(在實(shí)際分接頭和一次側(cè)實(shí)際電壓的條件下。)12201(1%)fTTfUtapUUUUU變壓器的分接頭電壓和二次側(cè)空載輸出電壓分別可表示為：20N21T2

10、fN2fN2%100%(1) 100%NUUU UUUU U當(dāng)在變壓器一次側(cè)分接頭上所加電壓為電網(wǎng)額定電壓，即當(dāng)在變壓器一次側(cè)分接頭上所加電壓為電網(wǎng)額定電壓，即U1=UN1時(shí)，單純由變壓器分接頭調(diào)整而引入的電壓偏差量可時(shí)，單純由變壓器分接頭調(diào)整而引入的電壓偏差量可按下式進(jìn)行計(jì)算：按下式進(jìn)行計(jì)算： 二、變壓器對電壓偏差的影響二、變壓器對電壓偏差的影響 1 1、變壓器分接頭對電壓偏差的影響、變壓器分接頭對電壓偏差的影響 變壓器中的電壓損失與線變壓器中的電壓損失與線路一樣，按式計(jì)算：路一樣，按式計(jì)算： TTT2N%100%PRQXUU2N2TN2%100%fTUUUUUU 當(dāng)當(dāng) U U1 1 = =

11、 U UN1N1 時(shí)時(shí), ,由變壓器本身所產(chǎn)生的總電壓偏差量為由變壓器本身所產(chǎn)生的總電壓偏差量為 考慮變壓器電壓損失和分接頭考慮變壓器電壓損失和分接頭調(diào)整后，變壓器二次電壓為：調(diào)整后，變壓器二次電壓為： 2211%TTNfUUUUUU2 2、變壓器中的電壓損失、變壓器中的電壓損失3 3、變壓器引起的電壓偏差、變壓器引起的電壓偏差三、電壓偏差的計(jì)算三、電壓偏差的計(jì)算GUA%Ul1%UT%Ul2%UD%UA%u%ABCD6420-4-6-2Ul1%UT%Ul2%UD%指定地點(diǎn)指定地點(diǎn)E E的電壓偏差可由下式計(jì)算的電壓偏差可由下式計(jì)算: : E%UUU （一）電壓調(diào)節(jié)的方式（一）電壓調(diào)節(jié)的方式 對中

12、樞點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)節(jié)。對中樞點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)節(jié)。 中樞點(diǎn)調(diào)壓方式：中樞點(diǎn)調(diào)壓方式：p 常調(diào)壓：不管中樞點(diǎn)的負(fù)荷怎樣變動(dòng)，都要保持中樞點(diǎn)的常調(diào)壓：不管中樞點(diǎn)的負(fù)荷怎樣變動(dòng)，都要保持中樞點(diǎn)的電壓偏差為恒定值；電壓偏差為恒定值；p 逆調(diào)壓：在最大負(fù)荷時(shí)，升高母線電壓，在最小負(fù)荷時(shí)，逆調(diào)壓：在最大負(fù)荷時(shí)，升高母線電壓，在最小負(fù)荷時(shí)，降低母線電壓。降低母線電壓。四、電壓偏差的調(diào)節(jié)四、電壓偏差的調(diào)節(jié) 電壓調(diào)節(jié)的目的：用電設(shè)備端電壓偏差不超過規(guī)定值。電壓調(diào)節(jié)的目的：用電設(shè)備端電壓偏差不超過規(guī)定值。 0 .3 8 k V21Ul2% = 66 1 0 k V5 .5Ul1% = 1 4a )最 大 負(fù)

13、 荷 時(shí)最 小 負(fù) 荷 時(shí)UT% = 3+8.5+10.5= +10-1= +9= +10-3Uf%-UT%0最大負(fù)荷最小負(fù)荷-6= +7+1.5-7b)Uf%-UT%10+7426-2u%-40-8-680 .3 8 k V21Ul2% = 66 1 0 k V5 .5Ul1% = 1 4a )最 大 負(fù) 荷 時(shí)最 小 負(fù) 荷 時(shí)UT% = 3+7108+1.5-6+3.50+9+7-5.5-70420-4-2-6u%C)-86（二）電壓調(diào)節(jié)的方法（二）電壓調(diào)節(jié)的方法 對于電力用戶的供配電系統(tǒng)，電壓偏差調(diào)對于電力用戶的供配電系統(tǒng)，電壓偏差調(diào)節(jié)主要以下兩方面入手。節(jié)主要以下兩方面入手。1. 減

14、小線路電壓損失減小線路電壓損失 2. 合理選擇變壓器的分接頭合理選擇變壓器的分接頭p 合理地減少系統(tǒng)的阻抗，合理地減少系統(tǒng)的阻抗，p 減少系統(tǒng)的變壓級(jí)數(shù)；減少系統(tǒng)的變壓級(jí)數(shù)；p 盡量保持系統(tǒng)三相平衡；盡量保持系統(tǒng)三相平衡；p 使高壓線路深入負(fù)荷中心；使高壓線路深入負(fù)荷中心；p 采用多回路并聯(lián)供電；采用多回路并聯(lián)供電；p 設(shè)置無功補(bǔ)償裝置等。設(shè)置無功補(bǔ)償裝置等。 第三節(jié)第三節(jié) 電壓波動(dòng)和閃變及其抑制電壓波動(dòng)和閃變及其抑制 電壓波動(dòng)是指電壓在系統(tǒng)電網(wǎng)中作快速短時(shí)的變化。電電壓波動(dòng)是指電壓在系統(tǒng)電網(wǎng)中作快速短時(shí)的變化。電壓波動(dòng)值，以用戶公共供電點(diǎn)的相鄰最大與最小電壓方均根值壓波動(dòng)值，以用戶公共供電點(diǎn)

15、的相鄰最大與最小電壓方均根值之差對電網(wǎng)額定電壓之差對電網(wǎng)額定電壓UN的百分值表示，即的百分值表示，即 電壓波動(dòng)是由于負(fù)荷急劇變動(dòng)的沖擊負(fù)荷所引起。影響電壓波動(dòng)是由于負(fù)荷急劇變動(dòng)的沖擊負(fù)荷所引起。影響電氣設(shè)備的正常工作。電氣設(shè)備的正常工作。 maxminN100%UUdU一、電壓波動(dòng)和閃變的基本概念一、電壓波動(dòng)和閃變的基本概念 閃變是指人眼對燈閃的主觀感覺。引起燈光（照度）閃閃變是指人眼對燈閃的主觀感覺。引起燈光（照度）閃變的波動(dòng)電壓，稱為閃變電壓。變的波動(dòng)電壓，稱為閃變電壓。 二、電壓波動(dòng)值的估算二、電壓波動(dòng)值的估算 1）當(dāng)已知三相負(fù)荷的有功和無功功率變化量）當(dāng)已知三相負(fù)荷的有功和無功功率變化

16、量P和和Q時(shí)，時(shí)，則可按下式計(jì)算：則可按下式計(jì)算： 2N100%RPXQdU式中，式中，R、X分別為電網(wǎng)的等值電阻和電抗。分別為電網(wǎng)的等值電阻和電抗。 2）在高壓電網(wǎng)中，由于）在高壓電網(wǎng)中，由于XR ，因此可按下式計(jì)算：，因此可按下式計(jì)算： tk%100%QUS二、電壓波動(dòng)和閃變的抑制二、電壓波動(dòng)和閃變的抑制 抑制電壓波動(dòng)和閃變的主要措施有：抑制電壓波動(dòng)和閃變的主要措施有：p 減小波動(dòng)符合無功功率變化量減小波動(dòng)符合無功功率變化量p 減少負(fù)荷波動(dòng)。減少負(fù)荷波動(dòng)。p 改變波動(dòng)符合供電回路參數(shù)。改變波動(dòng)符合供電回路參數(shù)。p 采用動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。采用動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。p 提高系統(tǒng)短路容量提高

17、系統(tǒng)短路容量p 提高供電電壓。提高供電電壓。p 采用雙回路線路并聯(lián)供電。采用雙回路線路并聯(lián)供電。p 采用線路串聯(lián)補(bǔ)償，降低電抗或動(dòng)態(tài)補(bǔ)償壓降。采用線路串聯(lián)補(bǔ)償，降低電抗或動(dòng)態(tài)補(bǔ)償壓降。 另外為了減少無功功率沖擊引起的電壓閃變，國內(nèi)外普遍另外為了減少無功功率沖擊引起的電壓閃變，國內(nèi)外普遍采用一種靜止無功功率補(bǔ)償裝置采用一種靜止無功功率補(bǔ)償裝置（SVC）進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。這種裝置在調(diào)節(jié)的快速性、功能的多樣性、工作的可靠性、投這種裝置在調(diào)節(jié)的快速性、功能的多樣性、工作的可靠性、投資和運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性等方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。資和運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性等方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。 靜止無功補(bǔ)償器由特

18、殊電抗器和電容器組成，有的是兩者靜止無功補(bǔ)償器由特殊電抗器和電容器組成，有的是兩者之一為可控的，有的是兩者都是可控的，是一種并聯(lián)聯(lián)接的無之一為可控的，有的是兩者都是可控的，是一種并聯(lián)聯(lián)接的無功功率發(fā)生器和吸收器。近年來，電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用的靜止功功率發(fā)生器和吸收器。近年來，電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用的靜止補(bǔ)償器有自飽和電抗器型（簡記為補(bǔ)償器有自飽和電抗器型（簡記為SR）、晶閘管控制電抗器型）、晶閘管控制電抗器型(TCR型)和晶閘管開關(guān)電容器（和晶閘管開關(guān)電容器（TSC型）。型）。第四節(jié)第四節(jié) 高次諧波及其抑制高次諧波及其抑制 一、高次諧波的產(chǎn)生與危害一、高次諧波的產(chǎn)生與危害 諧波對幾乎所有連接于電網(wǎng)的

19、電氣設(shè)備都有損害，主要諧波對幾乎所有連接于電網(wǎng)的電氣設(shè)備都有損害，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生諧波損耗，使設(shè)備過熱以及諧波過電壓、加速設(shè)表現(xiàn)為產(chǎn)生諧波損耗，使設(shè)備過熱以及諧波過電壓、加速設(shè)備絕緣老化等。諧波對繼電保護(hù)、電能計(jì)量精度等也有影響備絕緣老化等。諧波對繼電保護(hù)、電能計(jì)量精度等也有影響 、諧波還對通信質(zhì)量有影響。諧波還對通信質(zhì)量有影響。 諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整倍數(shù)，也稱為高次諧波。率的整倍數(shù)，也稱為高次諧波。 系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩大類：含半導(dǎo)體非線性系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩大類：含半導(dǎo)體非線性元件的諧波源；含電弧和

20、鐵磁非線性設(shè)備的諧波源。元件的諧波源；含電弧和鐵磁非線性設(shè)備的諧波源。 如在系統(tǒng)和用戶中存在諧波干擾，將會(huì)使系統(tǒng)中的電壓和如在系統(tǒng)和用戶中存在諧波干擾，將會(huì)使系統(tǒng)中的電壓和電流發(fā)生畸變。供電系統(tǒng)中的諧波源主要是諧波電流源，諧波電流發(fā)生畸變。供電系統(tǒng)中的諧波源主要是諧波電流源，諧波電流通過電網(wǎng)將在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓降，從而導(dǎo)致諧波電流通過電網(wǎng)將在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓降，從而導(dǎo)致諧波電壓的產(chǎn)生。電壓的產(chǎn)生。二、二、 諧波的評價(jià)估算諧波的評價(jià)估算 第第h次諧波電壓含有量和第次諧波電壓含有量和第h次諧波電流含有率按下式計(jì)算：次諧波電流含有率按下式計(jì)算： hh1100%UHRUUhh1100%IH

21、RII 諧波電壓總含量諧波電壓總含量UH和諧波電流總含量和諧波電流總含量IH按下式計(jì)算：按下式計(jì)算： 式中，式中，Uh為第為第h次諧波電壓（方均根值）；次諧波電壓（方均根值）； U1為基波電壓（方為基波電壓（方均根值）；均根值）； Ih第第h次諧波電流（方均根值）；次諧波電流（方均根值）；I1為基波電流（方為基波電流（方均根值）。均根值）。 2Hhh 2()UU2Hhh 2()II 電壓總諧波畸變率電壓總諧波畸變率THDu和電流總諧波畸變率和電流總諧波畸變率THDi按下式按下式計(jì)算：計(jì)算： Hu1100%UTHDUHi1100%ITHDI 諧波電壓限值及諧波電流允許值的規(guī)定值可參考諧波電壓限值

22、及諧波電流允許值的規(guī)定值可參考GB/T14549-1993電能質(zhì)量電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波公用電網(wǎng)諧波。三相整流產(chǎn)生的諧波三相整流產(chǎn)生的諧波l三相整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流，其諧波次數(shù)可按如下公式求得：N = fn / f1 = K*P1 公式中： N = 諧波次數(shù)； fn = 諧波電流頻率 ； f1 = 基波電流頻率 ； K =1，2，3， ； P = 整流設(shè)備的波頭數(shù)（6、12、24）。 例如：6 波頭的整流器將產(chǎn)生 5，7，11，13 次諧波。l三相整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流值可按如下公式求得：In = I1 / N 公式中： In = N 次諧波的電流值 ； I1 = 基波電流值； N = 諧波

23、次數(shù)。 272021/8/6三、并聯(lián)電容器對諧波的放大作用三、并聯(lián)電容器對諧波的放大作用 在供電系統(tǒng)中，并聯(lián)電容器作為無功補(bǔ)償設(shè)備已得到了在供電系統(tǒng)中，并聯(lián)電容器作為無功補(bǔ)償設(shè)備已得到了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)中的電容器，一方面由于其諧波阻抗小，廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)中的電容器，一方面由于其諧波阻抗小，系統(tǒng)高次諧波電壓會(huì)在其中產(chǎn)生明顯的高次諧波電流，使電系統(tǒng)高次諧波電壓會(huì)在其中產(chǎn)生明顯的高次諧波電流，使電容器過熱，嚴(yán)重影響其使用壽命；同時(shí)電容器的切入使用也容器過熱，嚴(yán)重影響其使用壽命；同時(shí)電容器的切入使用也可能引起系統(tǒng)諧波嚴(yán)重放大?？赡芤鹣到y(tǒng)諧波嚴(yán)重放大。 12CkcrQSCLTLR2min(1.31.5

24、)CXXh 對于整流裝置，對于整流裝置，hm i n=5，可取，可取XLR=(56)% XC ，對于含有三次諧波的，對于含有三次諧波的系統(tǒng)，可取系統(tǒng)，可取XLR=(1213)% XC 。 在含有諧波的供電系統(tǒng)中，應(yīng)注意適在含有諧波的供電系統(tǒng)中，應(yīng)注意適當(dāng)選擇其電容器的參數(shù)，防止其出現(xiàn)過電當(dāng)選擇其電容器的參數(shù)，防止其出現(xiàn)過電流和過電壓，同時(shí)兼顧無功補(bǔ)償?shù)囊蠛土骱瓦^電壓，同時(shí)兼顧無功補(bǔ)償?shù)囊蠛拖C波放大，可在電容器支路串聯(lián)電抗消除諧波放大，可在電容器支路串聯(lián)電抗器，通過選擇電抗器值使電容器回路在最器，通過選擇電抗器值使電容器回路在最低次諧波頻率下呈現(xiàn)出感性如圖所示。低次諧波頻率下呈現(xiàn)出感性如

25、圖所示。三、高次諧波的抑制三、高次諧波的抑制高次諧波的抑制方法：高次諧波的抑制方法： 1 1增加整流裝置的相數(shù)增加整流裝置的相數(shù)2采用采用PWM整流器整流器3改變系統(tǒng)運(yùn)行方式改變系統(tǒng)運(yùn)行方式4諧波濾波器諧波濾波器按濾波器和諧波源的串并聯(lián)關(guān)系按濾波器和諧波源的串并聯(lián)關(guān)系并聯(lián)型并聯(lián)型串聯(lián)型串聯(lián)型按濾波器的濾波原理和電路結(jié)構(gòu)按濾波器的濾波原理和電路結(jié)構(gòu)無源濾波器（無源濾波器（RLCRLC，調(diào)諧原理），調(diào)諧原理）有源濾波器（電壓源逆變器，對消原理）有源濾波器（電壓源逆變器，對消原理）R(a)C2R3RLC(c)(b)L2R2(d)RL1C1RLCC(e)(f)LRC2C1LC2RC1二二階階高高通通濾

26、濾波波器器 單單調(diào)調(diào)諧諧濾濾波波器器 雙雙調(diào)調(diào)諧諧濾濾波波器器 一一階階高高通通濾濾波波器器 三三階階高高通通濾濾波波器器 C C形形高高通通濾濾波波器器 無源電力濾波器無源電力濾波器 無源電力諧波濾波器由電力電容器，電抗器和電阻器按一無源電力諧波濾波器由電力電容器，電抗器和電阻器按一定方式連接而成。定方式連接而成。 無源濾波器FCl主要器件：電容器+電抗器+電阻器（可選）l投切方式：手動(dòng)、自動(dòng)l功能：純補(bǔ)償（非調(diào)諧）、補(bǔ)償濾波（調(diào)諧）l濾波原理：采用電力電容器串聯(lián)適當(dāng)比例的電抗器，形成針對某一特定頻率的低阻抗濾波回路，吸收特定頻率的諧波電流，補(bǔ)償基波無功功率。l適用場合：無功功率大、功率因數(shù)

27、低、無功變化不頻繁，具有典型特征諧波（5，7，11，13次）的工業(yè)負(fù)荷。l優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，適合大規(guī)模應(yīng)用。l缺點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間長，兩次投切間隔通常要幾秒放電時(shí)間，不能補(bǔ)償動(dòng)態(tài)無功；補(bǔ)償容量受到電網(wǎng)電壓的限制，電網(wǎng)電壓越低，輸出無功越小，而此時(shí)恰恰需要向電網(wǎng)輸出無功，以期抬高電網(wǎng)電壓水平；只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會(huì)產(chǎn)生放大作用；濾波要求和無功補(bǔ)償、調(diào)壓要求有時(shí)難以協(xié)調(diào)；投切產(chǎn)生涌流及過電壓會(huì)對系統(tǒng)會(huì)造成沖擊，補(bǔ)償精度低。322021/8/6調(diào)諧無源濾波器l調(diào)諧(Tuned)或諧波吸收濾波器：諧振頻率 fR在被吸收的諧波頻率的10%的范圍內(nèi)；例如：fR =246Hz,吸收 5次

28、諧波。l要濾除 5、7、11 次諧波分別采用 5、7、11 次濾波器。l適用于：考慮無功補(bǔ)償同時(shí)需要進(jìn)行諧波吸收的場所，一般諧波成份固定且無功變化不大。l優(yōu)點(diǎn)：濾波效果好；l缺點(diǎn)：無功變化較大時(shí)，難以做到補(bǔ)償與諧波治理的完美結(jié)合。5 次7 次11 次接線原理圖 無源電力濾波器具有抑制電網(wǎng)諧波和補(bǔ)償負(fù)荷無功功率無源電力濾波器具有抑制電網(wǎng)諧波和補(bǔ)償負(fù)荷無功功率的雙重功能。的雙重功能。 投資少，效率高，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便。投資少，效率高，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便。 基波頻率下呈容性，與無功補(bǔ)償要求配合?；l率下呈容性，與無功補(bǔ)償要求配合。無功補(bǔ)償需求無功補(bǔ)償需求電容器容量電容器容量電

29、感參數(shù)電感參數(shù)濾波器參數(shù)校驗(yàn)濾波器參數(shù)校驗(yàn)有源電力濾波器（有源電力濾波器（APF） iSGiFLiL系統(tǒng)電源有源濾波器負(fù)荷諧波源APF 有源電力濾波器分并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，實(shí)際應(yīng)用中多有源電力濾波器分并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，實(shí)際應(yīng)用中多為并聯(lián)型。為并聯(lián)型。 并聯(lián)型有源電力濾波器是一種向電網(wǎng)注入補(bǔ)償諧波電流，并聯(lián)型有源電力濾波器是一種向電網(wǎng)注入補(bǔ)償諧波電流，以抵消負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的濾波裝置，其主要電路由靜以抵消負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的濾波裝置，其主要電路由靜態(tài)功率變流器（逆變器）構(gòu)成，故具有半導(dǎo)體功率變流器的態(tài)功率變流器（逆變器）構(gòu)成，故具有半導(dǎo)體功率變流器的高可控性和快速響應(yīng)性。高可控性和快速響

30、應(yīng)性。 并聯(lián)型有源電力濾波器的原理結(jié)構(gòu)并聯(lián)型有源電力濾波器的原理結(jié)構(gòu)FS( d )( c )( b )( a )HLttttiiii諧波電流的補(bǔ)償諧波電流的補(bǔ)償 無源濾波器無源濾波器容量大，簡單可靠，成本低；容量大，簡單可靠，成本低；濾波性能差。濾波性能差。有源濾波器有源濾波器容量有限，電壓水平低，成本高；容量有限，電壓水平低，成本高；濾波性能好。濾波性能好?；旌蠟V波器混合濾波器第五節(jié)第五節(jié) 供電系統(tǒng)的三相不平衡供電系統(tǒng)的三相不平衡 一、基本概念一、基本概念：在三相供電系統(tǒng)中，當(dāng)電流和電壓的三在三相供電系統(tǒng)中，當(dāng)電流和電壓的三相相量間幅值不等或相位差不為相相量間幅值不等或相位差不為1200時(shí)，

31、則三相電流和電壓時(shí)，則三相電流和電壓不平衡。不平衡。 三、三、危害：危害：三相不平衡對供用電設(shè)備將帶來危害。（三相不平衡對供用電設(shè)備將帶來危害。（1 1）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：負(fù)序電壓在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩從而降低了電感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：負(fù)序電壓在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩從而降低了電動(dòng)機(jī)的有用輸出轉(zhuǎn)矩；負(fù)序電壓產(chǎn)生負(fù)序電流。（動(dòng)機(jī)的有用輸出轉(zhuǎn)矩；負(fù)序電壓產(chǎn)生負(fù)序電流。（2 2）變壓器：）變壓器：變壓器容量不能充分利用。（變壓器容量不能充分利用。（3)3)變流裝置：整流裝置會(huì)產(chǎn)生較變流裝置：整流裝置會(huì)產(chǎn)生較大的非特征諧波，進(jìn)一步影響電能質(zhì)量。大的非特征諧波，進(jìn)一步影響電能質(zhì)量。 二、原因：二、原因：供電系統(tǒng)的三相不平

32、衡主要是由三相負(fù)荷不對供電系統(tǒng)的三相不平衡主要是由三相負(fù)荷不對稱所引起的。電流和電壓不平衡現(xiàn)象有短時(shí)的（一相不對稱短稱所引起的。電流和電壓不平衡現(xiàn)象有短時(shí)的（一相不對稱短路，斷線等），也有持續(xù)的（一相非對稱運(yùn)行方式；以及非對路，斷線等），也有持續(xù)的（一相非對稱運(yùn)行方式；以及非對稱負(fù)荷等）。稱負(fù)荷等）。 五、三相不平衡的補(bǔ)償：五、三相不平衡的補(bǔ)償： 四、三相不平衡度：四、三相不平衡度： 三相不平衡程度通常用不平衡系數(shù)三相不平衡程度通常用不平衡系數(shù)表示。表示。 2U1%100%UU2I1%100%II式中，式中，U%、 I%表示電壓及電流的不平衡系數(shù)；表示電壓及電流的不平衡系數(shù)；U1、U2和和I1

33、、I2表示正、負(fù)序電壓和正、負(fù)序電流。表示正、負(fù)序電壓和正、負(fù)序電流。首先將單相負(fù)荷平衡地分布于三相中，同時(shí)要考慮到用電設(shè)備功率因數(shù)的首先將單相負(fù)荷平衡地分布于三相中，同時(shí)要考慮到用電設(shè)備功率因數(shù)的不同，盡量兼顧有功功率與無功功率平衡分布。不同，盡量兼顧有功功率與無功功率平衡分布。在低壓系統(tǒng)中，各相安裝的單相用電設(shè)備其各相之間容量最大值與最小值在低壓系統(tǒng)中，各相安裝的單相用電設(shè)備其各相之間容量最大值與最小值之差不應(yīng)超過之差不應(yīng)超過15%。三相不平衡補(bǔ)償裝置三相不平衡補(bǔ)償裝置采用特殊接線的變壓器采用特殊接線的變壓器第六節(jié)第六節(jié) 供電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償供電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償 一一、功率因數(shù)定義功率

34、因數(shù)定義 1瞬時(shí)功率因數(shù)瞬時(shí)功率因數(shù) 監(jiān)測負(fù)荷用。監(jiān)測負(fù)荷用。 cos3PPSUI 2平均功率因數(shù)平均功率因數(shù) 調(diào)整電費(fèi)用。調(diào)整電費(fèi)用。 pav22pqcosWWW 3最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù) 確定需要無功補(bǔ)償容量用。確定需要無功補(bǔ)償容量用。 cccosPSSCSCPCQCQC二、無功補(bǔ)償容量的確定二、無功補(bǔ)償容量的確定 QN.C QcQc Pc(tan tan) QN.C 穩(wěn)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備，主要有同步補(bǔ)償機(jī)穩(wěn)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備，主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電容器（自愈式）。和并聯(lián)電容器（自愈式）。 三、無功補(bǔ)償裝置的選擇三、無功補(bǔ)償裝置的選擇 低壓并聯(lián)電容器裝置根據(jù)負(fù)荷變化相應(yīng)

35、自動(dòng)低壓并聯(lián)電容器裝置根據(jù)負(fù)荷變化相應(yīng)自動(dòng)循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補(bǔ)償容量循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補(bǔ)償容量QN.C確確定后可根據(jù)選定的單組容量定后可根據(jù)選定的單組容量qNC來選擇：來選擇： N.CN.CQnq 動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備（SVC）用于急劇變動(dòng)的沖擊負(fù)荷如煉鋼電弧爐、軋鋼用于急劇變動(dòng)的沖擊負(fù)荷如煉鋼電弧爐、軋鋼機(jī)等的無功補(bǔ)償。機(jī)等的無功補(bǔ)償。 四、無功補(bǔ)償裝置的裝設(shè)位置四、無功補(bǔ)償裝置的裝設(shè)位置 在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方式：高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和分散就地補(bǔ)在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方式：高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和分散就地補(bǔ)償（個(gè)別補(bǔ)償）。償（個(gè)別補(bǔ)償

36、）。M1C分散就地補(bǔ)償2C3C610kV0.38kV高壓集中補(bǔ)償高壓集中補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償區(qū)低壓集中補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償區(qū)分散就地補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償區(qū)未補(bǔ)償區(qū)未補(bǔ)償區(qū)未補(bǔ)償區(qū)低壓集中補(bǔ)償 例某用戶例某用戶10kV變電所低壓計(jì)算負(fù)荷為變電所低壓計(jì)算負(fù)荷為800kW580kvar。若欲若欲使低壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到使低壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.92，則需在低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器，則需在低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量。無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量。解：（解：（1 1）求補(bǔ)償前的視在計(jì)算負(fù)荷及功率因數(shù)）求補(bǔ)償前的視在計(jì)算負(fù)荷及功率因數(shù) （2 2）確定無功補(bǔ)償容

37、量）確定無功補(bǔ)償容量 800(tanarccos0.810tanarccos0.92)2222ccc800580 kVA988.1kVASPQcc800kWcos0.810988.1kVAPSN Cc(tantan)QP238.4kvar （3 3）選擇電容器組數(shù)及每組容量）選擇電容器組數(shù)及每組容量初選初選BSMJ0.4-20-3型自愈式并聯(lián)電容器，每組容量型自愈式并聯(lián)電容器，每組容量qN.C=20kvar。N CN C238.4kvar11.9220kvarQnq取取12組組2222cccN C()800(580240)869.3kVASPQQ補(bǔ)償后的視在計(jì)算負(fù)荷補(bǔ)償后的視在計(jì)算負(fù)荷 減少減

38、少118.8kVA。分組投切電容器投切控制策略缺點(diǎn)復(fù)合開關(guān)：機(jī)械開關(guān)與晶閘管開關(guān)并聯(lián)五、常規(guī)無功補(bǔ)償裝置五、常規(guī)無功補(bǔ)償裝置482021/8/6晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器TSC 也叫：靜止同步補(bǔ)償器也叫：靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)492021/8/6晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器TSCl 主要器件：FC+TSC或FC+TSC+TCRl 功能：分組補(bǔ)償電網(wǎng)感性無功，吸收電網(wǎng)中特定頻段諧波電流。l 優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)跟蹤無功變化，跟蹤速度可達(dá)510ms，不發(fā)生過補(bǔ)償、無投切振蕩和無沖擊投切，對三相不平衡負(fù)荷可以分相補(bǔ)償。l 缺點(diǎn)：控制復(fù)雜；晶閘管的冷卻系統(tǒng)必須帶電運(yùn)行，水冷運(yùn)行維護(hù)成本高，風(fēng)

39、冷效率低；自身產(chǎn)生的諧波不可忽視，諧波治理效果不理想；產(chǎn)生電磁輻射污染。l TSCTCR補(bǔ)償器： 以電容器作分級(jí)粗調(diào)， 以電感作相控細(xì)調(diào)。502021/8/6512021/8/6TCR型SVC工作原理 工作原理 SVC如圖接入系統(tǒng)，電容器提供固定容性無功Qc，補(bǔ)償電抗器通過的電流決定了補(bǔ)償電抗器輸出感性無功QTCR 的大小，感性無功和容性無功相抵消，只要能做到系統(tǒng)無功Qn=Qv(系統(tǒng)所需)-Qc+QTCR=常數(shù)(或0)，則能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓幾乎不波動(dòng)，關(guān)鍵是準(zhǔn)確控制晶閘管的觸發(fā)角，得到所需的流過補(bǔ)償電抗器的電流，晶閘管變流裝置和控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)功能，采集母線的電流值和電壓值，合

40、成無功值，和所設(shè)定的恒無功值(可能是0)進(jìn)行比較，計(jì)算得觸發(fā)角大小，通過晶閘管觸發(fā)裝置使晶閘管流過所需電流。 對于不對稱負(fù)荷，利用對稱分量法理論實(shí)現(xiàn)分相調(diào)節(jié)，消除負(fù)序電流,平衡三相電網(wǎng)。 FC+TCR542021/8/6靜止無功發(fā)生器(SVG)靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM) 所謂靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)，一般專指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置，其工作建立在一個(gè)靜止的同步電壓源的基礎(chǔ)上。 在國內(nèi)，STATCOM的研究也已經(jīng)開展了多年。華北電力大學(xué)利用晶閘管研制了10kVA的STATCOM裝置，并進(jìn)行了動(dòng)模實(shí)驗(yàn)。東北電力學(xué)院用GTO研制出了4橋12kVA的STATCOM裝置。1999年3月，由河南省電力局和清華大學(xué)共同研制的一臺(tái)20MVA的STATCOM在河南省朝陽變電站并網(wǎng)成功。目前STATCOM的研究重點(diǎn)有：(1)更大容量如100200MVA的STATCOM主電路的研究。 (2)電力電子新元件的特性以及驅(qū)動(dòng)電路、觸發(fā)電路的研究。 (3)STATCOM在異常狀態(tài)下的行為以及新的保護(hù)和監(jiān)測系統(tǒng)的研究。 (4)STATCOM布點(diǎn)優(yōu)化規(guī)劃、多個(gè)STATCOM的協(xié)調(diào)控