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一、電能質(zhì)量概述
電能質(zhì)量（Power Quality)：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，其內(nèi)容包括電壓偏差、電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡、暫時(shí)或瞬態(tài)過電壓、波形畸變與諧波、電壓暫降與短時(shí)間中斷等。
二、電壓偏差
國標(biāo)：供電電壓偏差（GB 12325—1990）（GB/T 12325-2008)
電壓偏差：供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓之差對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)，稱為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。
國標(biāo)要求：
1、35kV及以上 正負(fù)偏差之和 10％
2、20kV及以下 ≤ ±7％
3、220V單相 ＋7％～－10％
4、對(duì)供電短路容量較小，供電距離較長以及對(duì)供電電壓有有特殊要求的用戶，由供用電雙方共同確定。
控制措施：危害不必多言，對(duì)設(shè)備，功角穩(wěn)定等都有較大危害。
1）配置足夠的無功功率電源
原則：分區(qū)、分層、分變電所進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無功功率的就地平衡，并留有足夠的備用容量。
國標(biāo)：電壓波動(dòng)和閃變（GB 12326—2000）(GB/T 12326-2008)
電壓波動(dòng)：波動(dòng)幅值不超過10%的周期性電壓變動(dòng)。 通常，這個(gè)變化值遠(yuǎn)小于大部分電氣設(shè)備敏感限制，因此只在少數(shù)情況下才會(huì)發(fā)生運(yùn)行上的問題。引起電壓波動(dòng)的主要原因是功率沖擊性波動(dòng)負(fù)荷。（下圖為電弧爐引起電壓波動(dòng)）
控制措施：
（1）提高供電電源的電壓等級(jí)，以提高與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的短路容量，使其對(duì)電網(wǎng)的影響限制在允許的范圍內(nèi)；
（2）采用SVC(SVG)裝置，使其多項(xiàng)指標(biāo)限定在允許的范圍內(nèi)。
無功功率變動(dòng)量是造成電弧爐電壓波動(dòng)和閃變的主要因素，所以維持系統(tǒng)無功功率就是改善和抑制電壓波動(dòng)和閃變的根本方法。
常規(guī)并聯(lián)電容器組由于阻抗固定,不僅不能動(dòng)態(tài)跟蹤負(fù)荷無功功率變化而調(diào)整無功補(bǔ)償,而且會(huì)使諧波嚴(yán)重放大,因此不能用于電壓波動(dòng)和閃變較大的場合。靜止無功補(bǔ)償器（SVC）根據(jù)無功功率的需求自動(dòng)補(bǔ)償,所謂靜止無功補(bǔ)償?shù)撵o止是指它沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,但它的補(bǔ)償是動(dòng)態(tài)的,即根據(jù)無功的需求或電壓的變化自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。
SVC由可控電感、固定或可變電容支路并聯(lián)組成，在工程上應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的有：飽和電抗器 （SR）、晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）和晶閘管控制的高阻抗變壓器（TCT）。TCR型SVC實(shí)際應(yīng)用最廣。
SVG（statcom）：電壓源型逆變較佳，可通過調(diào)節(jié)其直流側(cè)電容電壓的幅值和/或變換器的調(diào)制比就可以控制變換器交流輸出電壓的幅值，進(jìn)而改變裝置輸出電流的極性(容性或感性)和大小，達(dá)到連續(xù)控制輸出無功功率的極性和大小的目的。
SVG在無功控制能力、無功補(bǔ)償響應(yīng)速度、同等補(bǔ)償效果所需容量、占地面積、損耗與輸出無功的關(guān)系等方面均優(yōu)于SVC。而且近年來，二者的價(jià)格差距變小，且國產(chǎn)SVG技術(shù)已經(jīng)成熟。
四、波形畸變與電力諧波
國標(biāo)：電壓波動(dòng)和閃變（GB 12326—2000）(GB/T 12326-2008)
波形畸變：波形畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的，流過非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓不成比例關(guān)系。
電力諧波：任何周期性的畸變波形都可用正弦波形的和表示，其中，頻率為基波頻率整數(shù)倍的分量稱為諧波（如我國電力系統(tǒng)的工頻為50Hz，則基波為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波為150Hz等），頻率為基波頻率整數(shù)倍的分量稱為諧波，而一系列正弦波形的和稱為傅里葉級(jí)數(shù)。
在一定的供電系統(tǒng)條件下，有些用電負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)非整數(shù)倍的周期性電流的波動(dòng)，不是基波整數(shù)倍頻率的分?jǐn)?shù)諧波稱間諧波。 次諧波是指頻率低于工頻基波頻率的分量。
暫態(tài)過程中含有高頻分量，但是和諧波卻是兩個(gè)完全不同的現(xiàn)象，電力系統(tǒng)僅在受到突然擾動(dòng)之后，其暫態(tài)波形呈高頻特性，但這些頻率并不是諧波，與基波頻率無關(guān)。
國標(biāo)要求：
平常諧波計(jì)算一般用電力軟件計(jì)算，當(dāng)然用公式算好像也可以。
諧波源：傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的主要諧波源是電力變壓器，當(dāng)代電力系統(tǒng)中的最主要的諧波源——非線性電力電子裝置。
危害：
1）系統(tǒng)角度，諧波會(huì)導(dǎo)致一些不正常現(xiàn)象：一是超高壓長線上，諧波電流若較大，潛供電弧熄滅會(huì)被延緩，單相重合閘可能會(huì)失敗，擴(kuò)大事故，消弧線圈接地的系統(tǒng)中同樣存在這個(gè)問題；二是諧波分量較大的時(shí)候，可能引起保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，如零序三次諧波過大，可能引起接地保護(hù)誤動(dòng)；三是計(jì)量和測量誤差，尤其對(duì)過零檢測相位的表計(jì)來說，更為嚴(yán)重。
2）諧波引起設(shè)備的附加損耗，降低效率。尤其是對(duì)電容器組的影響，隨著頻率的提高，其介質(zhì)損耗會(huì)明顯增加；對(duì)輸電線路來說，由于諧波頻率高和趨膚效應(yīng)的原因，線路電阻會(huì)增加，因而引起附件線損；同時(shí)變壓器和電機(jī)等，都會(huì)引起一定附加的銅耗和鐵損，產(chǎn)生局部過熱。
3）加速絕緣老化，很大縮短設(shè)備壽命。諧波作用下，絕緣老化物理過程明顯加劇，對(duì)電纜，電容器等危害很大。
4）可能產(chǎn)生局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振，并放大諧波水平。從而導(dǎo)致諧波支路中的設(shè)備因過電壓或過電流而損壞。如在電容器裝置中串接電抗率的電抗器后，可以對(duì)電網(wǎng)5次及以上諧波有抑制作用，但對(duì)5次以下諧波卻有放大作用。
5）諧波對(duì)通信系統(tǒng)的干擾。若諧波頻率接近載波頻率，電力線載波通信和遠(yuǎn)動(dòng)裝置信號(hào)傳輸會(huì)被一定程度干擾，此外通過電磁、靜電和傳導(dǎo)耦合途徑，也會(huì)對(duì)平行敷設(shè)的通信線路產(chǎn)生干擾。
控制措施：
電力諧波的抑制或減緩措施通常可分為預(yù)防性措施和補(bǔ)償性措施。
預(yù)防性措施：1) 供電設(shè)備如電容器、變壓器、發(fā)電機(jī)等在設(shè)計(jì)、制造、規(guī)劃、配置等方面采取減少諧波的措施；2) 通過增加整流器的脈動(dòng)數(shù)或采用可控整流限制電力諧波的主要來源整流器的諧波。
補(bǔ)償性措施：1) 濾波器的應(yīng)用；2) 改變饋線參數(shù)，采用饋電線重構(gòu)或電容器改變安裝位置等避免諧振。
無源電力濾波器：
對(duì)于大容量的諧波濾除工程，往往采用若干組單調(diào)諧濾波器（或者雙調(diào)諧）與一組（或多組）高通濾波器配合使用的方案。
在濾波器參數(shù)初步確定后，濾波器參數(shù)的最終確定需結(jié)合濾波效果與無功功率補(bǔ)償要求等進(jìn)行修正。
無源濾波裝置是目前應(yīng)用最為廣泛的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數(shù)專門量身制造的，但也存在著難以克服的缺陷：1、濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)的影響較大，極易與系統(tǒng)或者其它濾波支路發(fā)生串并聯(lián)諧振。2、只能消除特定的幾次諧波，而對(duì)其他的某次諧波則會(huì)產(chǎn)生放大作用3、濾波、無功補(bǔ)償、調(diào)壓等要求之間有時(shí)難以協(xié)調(diào)4、諧波電流增大時(shí)，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，可能造成濾波器過載，甚至損壞設(shè)備。5、有效材料消耗多，體積大。
有源濾波技術(shù)（APF）作為一種新型的諧波治理技術(shù)，與無源濾波技術(shù)相比，優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小均變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，響應(yīng)速度快；
有源濾波裝置是一個(gè)高阻抗電流源，它的接入對(duì)系統(tǒng)阻抗不會(huì)產(chǎn)生影響，因此此類裝置適合系列化，規(guī)模化生產(chǎn)；
當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在諧振的危險(xiǎn)；
補(bǔ)償無功功率時(shí)不需要儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需要的儲(chǔ)能元件不大；
用同一臺(tái)裝置可同時(shí)補(bǔ)償多次諧波電流和非整數(shù)倍次的諧波電流；
當(dāng)線路中的諧波電流突然增大時(shí)有源濾波器不會(huì)發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮作用；
裝置可以僅輸出所需要補(bǔ)償?shù)母叽沃C波電流，不輸出基波無功功率。
有源濾波和無源濾波由于各自優(yōu)勢(shì)（無源成本低，有源成本高，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果好），很多場合是混合使用的。
五、電壓暫降
國標(biāo)：《電能質(zhì)量電壓暫降與短時(shí)中斷》(GB/T30137-2013)
電壓暫降：電壓暫降或下跌是指供電電壓有效值在短時(shí)間內(nèi)突然下降又回升恢復(fù)的現(xiàn)象。在電網(wǎng)中這種現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間大多為0.1～1.5s。
電壓暫降屬于兩維的電磁擾動(dòng)，即電壓跌落的大小（殘壓或暫降深度）和時(shí)間。
暫降發(fā)生過程：
一次故障可能出現(xiàn)多次電壓事件。以圖為例說明， 從一次短時(shí)間中斷和一次電壓暫降發(fā)展到二次短時(shí)間中斷和二次電壓暫降，直至長時(shí)供電中斷。
電壓暫降現(xiàn)象的起因：
1）引起電壓嚴(yán)重暫降的最主要原因是系統(tǒng)元件或 線路的故障。(雷電等惡劣天氣影響居多) 。特征：暫降幅度大、近乎矩形曲線、持續(xù)時(shí)間短（即故障在線時(shí)間）。
2）引起電壓暫降的另一主要原因是重型負(fù)荷的啟 動(dòng)。 特征：暫降幅度小、非規(guī)則矩形、持續(xù)時(shí)間長。
電壓暫降三特征量：暫降幅值、持續(xù)時(shí)間和暫降頻次是標(biāo)稱電壓暫降嚴(yán)重度的最重要的三個(gè)特征量。
美國EPRI-DPQ電壓暫降統(tǒng)計(jì)調(diào)查分布結(jié)果
▲暫降幅值為0.7p.u－0.9p.u 的電壓暫降占70%。;
▲持續(xù)時(shí)間不超過1s的約占90%， 不超過0.1s的約占60%;
▲發(fā)生頻次平均低于0.7p.u.的 為18.422次/年，低于0.9p.u的為56.308次/年。
控制措施：1）采用電壓補(bǔ)償型裝置；2）在主受開關(guān)加裝失壓脫扣裝置；3）高壓供電安全防護(hù)墻。
經(jīng)過實(shí)踐證明，對(duì)電壓暫降的有效治理，需從供電側(cè)和用電側(cè)同時(shí)考慮、分別治理，嚴(yán)格依據(jù)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)不同用戶和設(shè)備特性，采取減少或消除電壓暫降沖擊的手段，以達(dá)到滿意的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量需求。
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