第三章 负荷计算及无功补偿 广东省唯美建筑陶瓷有限公司 刘建川 3．1 负荷曲线与计算负荷 负荷曲线（load curve ）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标糸中，纵坐标表示负荷（有功功率和无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位） 日负荷曲线 年负荷曲线 年每日最大负荷曲线 年最大负荷和年最大负荷利用小时数 3．1．2 计算负荷 计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，其物理量含义是计算负荷所产生的恒定温升等于实际变化负荷所产生的最高温升。通常将以半小时平均负荷依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据。 3．2 用电设备额定容量的确定 3．2．1 用电设备的一作方式 （1）连续工作方式 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部份温升不超过最高允许值，负荷比较稳定。 （2）短时运行工作制 （3）断续工作制 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间与停歇时间相互交替。取一个工作时间内的工作时间与工作周期的百分比值，称为暂载率，即 *100%%100%0 t t T t t ε==+ 暂载率亦称为负荷持续率或接电率。根据国家技术标准规定，重复短暂负荷下电气设备的额定工作周期为10min 。吊车电动机的标准暂载率为15%、25%、40%、60%四种，电焊设备的标准暂载率为50%、65%、75%、100%，其中草药100%为自动焊机的暂载率。 3．2．2 用电设备额定容量的计算 （1）长期工作和短时工作制的设备容量 等于其铭牌一的额定功率，在实际的计算中，少量的短时工作制负荷可忽略不计。 （2）重复短时工作制的设备容量 ○ 1吊车机组用电动机的设备容量统一换算到暂载率为ε=25%时的额定功 率，若不等于25%，要进行换算，公式为：2Pe Pn ==Pe 为换算到ε=25%时的电动机的设备容量 εN 为铭牌暂载率
网络高等教育 本科生毕业论文（设计） 题目：电能质量问题与解决方法 学习中心： 层次：专科起点本科 专业： 年级：年春/秋季 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：年月日
内容摘要 近年来,随着国民经济和电力系统的发展,电能供求关系的矛盾已逐步得到解决,但与此同时,有关电能质量的问题却日益引起人们的重视。电能质量如不能达到规定的要求,会给工、农业生产和日常生活带来种种问题,造成不可避免的损失。现代电力系统提出电能质量问题的概念是,任何出现的电压、电流以及频率偏移导致的用户设备损坏或运行不正常的电能问题,主要包括频率、电压、波形等内容。 本文对电能质量存在的问题及原因进行了分析，同时对解决电能质量所存在的问题的方法做了较为详细的介绍。 关键词：电能质量；电压偏差；频率偏差
目录 内容摘要 ........................................................................................................................... I 1 绪论 . (1) 1.1 课题的背景及意义 (1) 1.2 国内外发展现状 (2) 1.3 本文的主要内容 (5) 2 电能质量存在问题 (6) 2.1 电能质量问题分类及产生原因 (6) 2.2 电能质量问题产生的原因 (7) 2.2.1 电压偏差 (7) 2.2.2 频率偏差 (7) 2.2.3 谐波 (8) 2.2.4 电压波动与闪边 (9) 2.2.5 三相不平衡 (9) 2.3 电能质量影响指标 (10) 3 电能质量解决方法 (12) 3.1 传统方法 (12) 3.2 基于用户电力技术的解决方法 (12) 4 结论 (15) 参考文献 (16) 附录 (18)
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摘要：分析了工矿企业采用无功补偿技术的必要性，介绍了无功补偿方式的确定及补偿容量的计算方法，并论述了加强无功补偿装置管理、提高运行效率应注意的问题。 关键词：无功补偿；技术管理；工矿企业 1 前言 供电部门在向用电单位（以下简称用户）输送的三相交流功率中，包括有功功率和无功功率两部分。将电能转换成机械能、热能、光能等那一部分功率叫有功功率，用户应按期向供电部门交纳所用有功电度的电费；无功功率为建立磁场而存在并未做功，所以供电部门不能向用户收取无功电度电费，但无功功率在输变电过程中要造成大量线路损耗和电压损失，占用输变电设备的容量，降低了设备利用率。因此，供电部门对输送给用户的无功功率实行限制，制订了功率因数标准，采用经济手段———功率因数调整电费对用户进行考核。用户功率因数低于考核标准，调整电费是正值，用户除了交纳正常电费之外，还要增加支付调整电费（功率因数罚款）；用户功率因数高于考核标准，调整电费是负值，用户可以从正常电费中减去调整电费（功率因数奖励）。 用电设备如变压器、交流电动机、荧光灯电感式镇流器等均是电感性负荷，绝大多数用户的自然功率因数低于考核标准，都要采取一些措施进行无功补偿来提高功率因数。安装移相电力电容器是广大用户无功补偿的首选方案。 2 无功补偿的经济意义 2．1 提高输变电设备的利用率 有功功率
电能质量管理出现的问题及解决 前言 电能质量即电力系统中电能的质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。一方面我们研究存在哪些影响因素会导致电能质量问题，一方面我们研究这些因素会导致哪些方面的问题，最后，我们要研究如何消除这些因素，从而最大程度上使电能接近正弦波。 定义 电能质量 (Power Quality)，从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。电能质量问题可以定义为：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，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变(谐波)、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。 [2] 影响因素 在现代电力系统中，电压暂降，暂升和短时中断，谐波产生的电压波形畸变;已成为最重要的电能质量问题。 电能质量监测改善前后对比图 产生电能质量问题的原理 无功功率的原理和解决方法： 电动机一类设备在磁场下工作，磁场在交流电下会不断储存和释放电能，但不会消耗电能，所以称为无功功率。无功功率虽然不会做功，但磁场储存能量的时候会需要流入电能，释放能量的时候又要流回去，这些来回流动的能量占用了线路、变压器、开关、发电机等设备的能力，不能充分发挥作用，而且还会增加线路损耗。
解决的办法是就近设置电场类设备也就是电容器，电场在交流电下也不断储存和释放能量，但正好和磁场储存和释放能量的时间错开，于是，磁场储存能量的时候就正好来自电场释放的能量，磁场释放的能量也正好存进电容器里去，无功功率就近互相提供，不再经过发电机、变压器、线路等系统设备了，这就是无功补偿原理。产生谐波的原理和不同谐波源谐波的解决方法： 如果正弦交流电压加在设备上，产生的电流却不是正弦交流电流，这样的设备就称为非线性阻抗设备，简称非线性设备。不是正弦波形的交流电就含有谐波成分，所以非线性设备也称为谐波源。 谐波会导致设备发热增加、产生附加负荷导致过载故障，引起线路干扰、还会因为共振导致设备中有谐振回路的部分损坏等等。 工业电网中主要的谐波源有三种类型： 三相桥式整流回路在每一相的正负波形上都会产生波形变化，一个周期里就有六个非正弦的波形，所以称为六脉波设备。六脉波设备的谐波很有规律，会产生六的倍数加减1次数的谐波，即5、7、11、13、17、19……次谐波，而且随着谐波次数升高谐波幅值会逐渐降低，所以通常只需要处理5、7、11、13次谐波。 这类设备包括有三相桥式整流器的所有设备、比如直流驱动器、变频器、软启动器，UPS电源等等，是目前工业用电设备中最常见的一类谐波源。 六脉波谐波源产生的谐波，次数稳定，可以用调谐技术滤除。 类似工业电弧炉这样的设备工作时，电流波形变化很频繁，会分解出次数和幅值不断变化的谐波。 这类谐波需要采用针对可变次数谐波进行滤除的技术，比如有源滤波技术。非线性的单相设备，比如带有单相整流环节的电子仪器等等，因为三相不对称原因会在零线上形成3次零序谐波。 零序3次谐波需要采用零序接法的滤除技术，比如四线制有源滤波，或者分相式无源滤波技术 改善措施 (1) 改善用电功率因数，使无功就地平衡。 (2) 合理选择供电半径. (3) 合理选择供电系统线路的导线截面。 (4) 合理配置变、配电设备，防止其过负荷运行。 (5) 适当选用调压措施，如串联补偿、变压器加装有载调压装置、安装同期调相机或静电电容器等。 供电电压超过允许偏差的原因有哪些? (1) 供电距离超过合理的供电半径。
Plans for saving electricity 节电方案计划 Today's companies face a wide range of competition, and constantly reduce the power consumption is not only an important way to reduce costs to improve competitiveness over a long period of time, and is the realization of their own is the effective means to make contributions to reduce emissions 当今企业面临广泛的竞争，不断降低电力能耗不仅是长期降低成本提高竞争力的重要途径，而且是实现自身为降低排放作贡献的有效手段。 The way of energy saving of enterprises 企业电力节能的途径 First, because of the power efficiency of the electric power sector, the improvement of power factor can make no work penalty. 一是由于电力部门考核的电力效能，即功率因素提高方面，可使无功罚款转变为无功奖励。 Second，The energy saving effect can be about 8 ~ 15% of the compensation of the load on the side of the load 二是自身负载侧的无功修正及线损补偿，其节能效果可以达到8~15%左右。 Third，Electric power special aspects: such as load management, may reduce power load peak power 5 ~ 30%, for a lot of electricity companies such as steel mills, a year can save electricity cost millions 三是电力能源的特殊方面:比如负荷管理，可能使电力负荷高峰功率降低5~30%，对一个大量用电企业如钢厂，每年可节约用电费用几百万之巨！ Fourth，Clean energy saving on electricity, with a focus on the possible power grid harmonic filter, on the basis of conventional energy saving effect, improve skills 3 ~ 50%, especially can improve the reliability of the system 四是着力于电力清洁节能，重点是滤除可能存在的电网谐波,可在常规节能效果的基础上，提高技能率3~50%，特别是可以提高系统的可靠性。 Fifth，Comprehensive energy management, comprehensive, scientific and efficient management of electricity, water and gas can increase comprehensive energy efficiency to about 10-20% 五是综合性的能源管理，对电、水、气等实行综合、科学、高效的管理，可将综合能源利用率提高到10~20%左右。 The enterprise is reactive power and harm 企业无功功率及危害 The reverse of the magnetic field generated by the current hysteresis of a transformer,
遵义长征电器开关设备有限责任公司致力于电能质量综合管理和电力系统供用电安全领域相关技术的研究和应用，为客户提供电能质量监视、功率因数校正、电力谐波治理、电气火灾监控等系统解决方案，利用现代通讯和物联网技术，对服务客户电力系统的所有电气设备提供在线检测并对可能存在的故障提供预警信息，确保电力系统用电安全。 检测供电质量、掌握电能消耗状况，并依据此制订节能降耗方案提供解决方案 ?电气参数测量及电能质量监视系统； ?电能量管理系统及电力自动化监控系统； ?电能质量（电力谐波与无功）检测服务； ?照明节能降耗产品。 提供功率因数校正及电力谐波治理方案 ?综合电能质量调控系统 ?有源及电力滤波与补偿系统 ?智能电力电容器及模块化无功补偿系统 ?谐波保护设备 电气火灾预防性解决方案 ?预防性电气火灾监控系统 我们的技术服务和您的收益 ?专业的技术服务专家具有多年经验，并透彻掌握电能应用、维护和管理知识。 ?无功功率补偿及功率因数调节方案提高您的电能应用效率，降低惩罚性电费损失。 ?电力谐波治理保障您用电设备的安全和设备使用效率。 ?电气火灾监视系统协助您查找电气火灾隐患，预防电气火灾发生，保障设备和生命安全。 电能质量治理对于企业的意义 许多企业对无功补偿、谐波治理的节能意义认识不足，不知道为什么要装，仅仅是因为供电部门力调罚款，才不得不装。客观地讲，无功补偿及谐波治理确实对供电部门有诸多好处，但对企业自身也有许多益处： ?电力部门对各企业的功率因数有规定的标准，如果达不到标准，要对其进行罚款，收取力率电 费，功率因数提高后可以消除力率罚款电费。 ?安装无功补偿装置后电网传输的无功功率减少，这样就增加了电网的传输有功功率的能力，提 高了设备利用率。 ?功率因数提高后，线路的总电流下降，线路损失和变压器有功损失会降低，可以减少一部分动 力电费。 ?功率因数提高后，线路的总电流下降，线路的电压降减小，从而改善了电压质量。 ?在变压器出力不够时，安装无功补偿装置，提高功率因数可使变压器的带载能力增强。 ?电能质量治理可有效避免谐波引起的误动作/拒动作，避免发生电力谐振，降低变压器和电动机 的损耗，可显著提升用电质量，降低损耗，节约电费，确保企业安全可靠用电。
摘要：电能质量是电力产品的重要指标。随着电力系统规模的不断增大，用户对电能质量也越来越关注。本文介绍了电能质量的概念及指标，电能质量的特点，影响电能质量的因素，电能质量对电网安全的影响，然后提出了改善电能质量的措施。 一、电能的概念及主要指标 (一)电能质量的概念 对于电能的定义国际电气电子工程师协会定义为：合格的电能能给敏感用电器供给的电力和设置的接地系统均适合该设备正常工作。 国际电工委员会则提出了电磁兼容(EMC)术语，明确说明了设备之间的相互作用及影响，且制定了电磁兼容标准，电能质量在电磁标准的定位是：合格的电能质量在正常工作情况下不影响或干扰用户使用电力情况的物理特性。 (二)衡量电能质量的主要指标 衡量电能质量的标注包括：电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡、谐波和间谐波、电压的波动和电压的闪变。 1.电压偏差(voltagedeviation)：电压偏差指的是供电电压不稳定，存在电压上升或下跌情况。 2.频率偏差(friquencydeviation)：所有电网对电网频率要求相同，不会因不同的电能用户而改变，频率偏差每个国家都有相应的规定。 3.电压三相不平衡(unbalance)：三相电压的值超过规定标准。 4.谐波和间谐波(harmonics&inter-ha-monics)：频率是基波整数倍表现为正弦的电流或电压称之为谐波。非整数倍的则统称为间谐波。 5.电压波动和闪变(fluctuation&flicker)： 电网内电压有规则的变动称为电压波动，或是变化幅度倍数在0.9-1.1之间的随机变化。闪变则是指电压的不稳定对灯泡照明的视觉影响。 二、电能质量的特点 电力生产企业并不能完全控制电能质量，有些电能质量的变化是有电力用户引起的(比如，谐波、电压波动和闪变等)，或是自然灾害及非控制因素引起的。 在不同的时间内供用电的电能指标通常是不相同的，既是电能质量在空间和时间上是处在不停的变化之中的。 三、引起电能质量的原因 (一)电力系统元件存在的非线性问题 电力供电系统中元件的非线性问题有：发电机正常工作中产生的谐波;电网中各变压设备产生的谐
电能质量的治理 摘要: 介绍了电能质量问题带来的危害，分析了影响电能质量的原因及治理方案，以及简要叙述了电能质量的国家标准。 关键词：电能质量；治理；国家标准 一、引言 随着近些年冶金、化学工业及电气化铁路的发展, 大型电弧炉、电力机车、整流设备、变频装置等非线性用电设备越来越多。这些非线性负荷及冲击性负荷, 对电力系统的/ 污染0日趋严重, 造成系统电压、电流波形的严重畸变, 三相电压、电流的不平衡度加大,电能质量下降, 给发、供电设备及用户用电设备带来严重危害, 并使国民经济遭受损害,因此对电能质量进行治理十分重要。我国已先后颁布了6 个有关电能质量的国家标准, 即电力系统频率允许偏差、供电电压允许偏差、公用电网谐波、三相电压允许不平衡度、电压波动和闪变、暂时过电压和瞬态过电压。但在实际治理过程中面临的 1 个很重要的问题是如何根据电能质量标准依法管理电能质量。 图1：电能质量现象部分波形图 二、电能质量问题的危害 电网电压的波动、跌落、骤升、不平衡、谐波等除了影响电能质量敏感负荷正常工作外，还会有一下几项危害： 1、使电网中的元件产生附加损耗，降低发电、输电以及用电设备的效率和使用 寿命； 2、导致继电保护和自动装置的误动作，并可能使电器测量仪表剂量不准；
3、产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部过热； 4、谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，甚至损坏； 5、谐波还会导致公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，大 大增加了谐波的危害性，有时会引起严重的事故；高次谐波还会对临近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声、降低通信质量； 6、在电压严重不平衡时，会使对于电压过零点有严格要求的某些直流电机发生 故障。 三、影响电能质量的因素 1.电压偏差的产生 (1) 系统电源阻抗和峰、谷负荷的存在是产生电压偏差的主要原因。同时系统无功电源没有达到分层控制和动态就地平衡的原则就地平衡, 导致系统无功容量严重不足, 或电容器、调相机不能按照功率因数自动投切也增加了附加电压偏差。 (2) 电网中有载调压设备不足或有载调压设备配置不合理, 导致为用户供电的某一系列电压变换系列中没有电压调整手段, 在系统电能质量低劣时电压质量低劣。 (3) 配电网结构不合理, 供电负荷与电网的阻抗参数不匹配: 如电源结构不合理, 没有靠近负荷中心, 导线截面偏小, 线路中负荷电流密度过大, 供电半径偏大超出了允许范围等。 (4) 用户功率因数太低或用户变电设备负荷率太低。 2.电网谐波污染的产生 产生谐波的主要原因是各类非线形负荷的大量增加使电压波形发生畸变, 产生谐波电压和谐波电流。谐波污染是电网受到污染的重要原因, 产生谐波的主要用电设备是大功率的可控硅整流装置如电气化铁路、电力牵引机车、电化学的电解装置和直流输电的换流装置等; 主要有产生冲击负荷的装置如炼钢用电弧炉和钢铁轧机; 节能型电器如节能灯和变频器; 各种医疗装置和不间断电源和电子整流装置; 自饱和电抗器和可控饱和电抗器; 电力变压器的励磁回路等。 3.电压波动和电压闪变的产生 导致电压波动和闪变的原因很多, 主要有: (1) 大的冲击负荷如系统短路、电气化铁路中重载列车通过、交流电焊机、炼钢炉和轧钢机等设备的频繁使用; (2) 系统短路故障如三相短路故障、两相短路故障或单相接地故障引起的电网电
电能质量影响因素及其危害性 ? ?影响与危害电能质量的因素主要包括哪些方面？ 电能质量直接关系到电力系统的供电安全和供电质量，从技术上讲，影响电能质量的因素主要包括三个方面： （1）自然现象的因素，如雷击、风暴、雨雪等对电能质量的影响，使电网发生事故，造成供电可靠性降低。 （2）电力设备及装置的自动保护及正常运行的因素，如大型电力设备的启动和停运、自动开关的跳闸及重合等对电能质量的影响，使额定电压暂时降低、产生波动与闪变等。 （3）电力用户的非线性负荷、冲击性负荷等大量投运的因素，如炼钢电弧炉、电气化机车运行等对电能质量的影响，使公用电网产生大量的谐波干扰、产生电压扰动、产生电压波动与闪变等。 ?电压质量是怎样受到影响的？ 电能质量的关键指标中，电源电压质量的标准是一项重要的内容，它主要以频率质量指标和电压质量指标来衡量。频率质量指标为频率允许偏差的标准；电压质量指标包括电压幅值质量和波形质量。幅值质量包括电压允许偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、瞬时过电压与暂态过电压等。波形质量包括谐波含量和电压正弦波波形的畸变率。 电压质量主要是受到大容量非线性负荷及冲击性负荷的影响。凡是具有非线性阻抗特性的电气设备都是电能质量的污染源，包括各种电力电子设备的用电负荷、炼钢电弧炉负荷、电力机车负荷等，使电网中产生电压波动与闪变、产生高次谐波电压、造成系统电压不平衡等，从而引起电压正弦波形畸变。冲击性负荷的影响，主要使电网中大功率用电设备的启动和切换。 电能质量的污染，影响到电力系统、电力用户、通信系统及其他相关行业。因此，电源电压质量指标恶化并造成危害不仅影响了电力系统和相关领域的正常运行，而且对正常的安全可靠用电也造成了一定的威胁。认识电能质量污染的影响并采取相应的防范措施和对策，确保电能的高品质，是幼稚供电服务的一项重要内容。 ?引起电压骤降的原因是什么？ 电力系统电压骤降是指供电电压幅值（有效值）短暂降低，随后恢复正常的特征。根据欧洲标准EN50160以及美国国际电气电子工程师协会推荐标准IEEE Std1159－1992，电压骤降的定义为：供电电压有效值突然降至额定电压的90％～10％（0.9p.u.~0.1p.u.），然后又恢复至正常电压，这一过程的持续时间为10ms~60s。供电可靠性反映的是供电中断程度，一般只考虑持续时间5min 以上的电压中断问题，有些国家对1min以下的中断不予统计。随着经济的发展，高科技设备得到了广泛的应用。这些设备对电压变化很敏感，短时的供电中断或电压有效值下降，往往会造成设备不能正常运行、发生停机等事故。电压骤降就是针对这一问题提出的。 引起电压骤降的主要原因是电网或用电设备发生雷击、外力短路故障，一些用电设备（如电动机）启动或突然加荷也会造成电网电压瞬时下降。与长时间供电中断事故相比，电压骤降又发生频度高、事故原因不易觉察的特点，处理起来也比较困难。
电能质量监测与治理解决方案 系统简介： 随着我国能源系统的快速发展，用电负荷也日趋复杂和多样化（如半导体整流、逆变装置、变频调速装置、炼钢电弧炉、电气化铁路等电力电子设备的大量应用）。由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，引起诸如谐波、负序、闪变、电压暂态等电能质量问题，对电网运行带来越来越严重的后果。据统计，每年，瞬时电能质量给国内生产企业造成数十亿美元的资金损失。实际上，电能质量监测装置导致的损失呈逐年上升的趋势，越来越多的企业深受其害，所以对电能质量的监测与治理变得尤为重要。 推荐方案： 电能质量监测与治理系统，采用现代化的测量技术、网络技术和计算机技术实现对整个系统的电能质量监测和治理功能，提高系统的能源管理效率，保障系统的安全可靠运行。 电能质量监测与治理系统分为两部分： 1）电能质量监测系统：系统管理软件、电能在线监测装置。 2）电能质量治理系统：谐波治理设备（NSA200APF有源电力滤波装置）、电容器微机保护装置（SVG）。 正是在以上先进技术产品的基础上为用户提供完整可靠的电能质量监测与治理解决方案。 电能质量监测系统解决方案 ◆针对电能质量监测，我公司开发了电能质量监测系统。
电能质量监测系统结构图： ◆通过在输配电系统各环节、各用电设备节点现场安装电能质量监测仪表，系统可以监测到各节点的电能质量数据。监控管理计算机接收各现场监控节点发送来的电能质量数据，由监控软件进行数据的监视、分析、统计，并将结果显示出来，管理人员可以随时观察到各节点的运行状态。 ◆当出现电压波动、突变、超出范围的谐波等电能质量下降的情况时，监控软件会及时发现异常并进行报警，提醒操作人员进行适当的处理。监控软件还可以存储历史数据，操作人员需要时可以随时打印数据报表、波形图等，以便分析发电机保护系统的电能质量的情况，分析和排除可能的故障点，进行必要的治理，提高电能质量。 电能质量治理系统方案 ◆通过对企业的电力系统进行分析诊断后，将制定一套严密的方案，用最小的成本解决用户最主要的电能质量问题。 ◆因SVG可以同时实现无功补偿、谐波治理和平衡三相负荷三种功能及的现进技术，所以本套方案可解决各种电能质量（负荷的平稳与否、功率因数的高低差异、谐波大小及电压的平衡与否）的治理。 ◆电能质量治理系统结构图 ◆在治理电能质量时，因方案差异，成本差别较大，需要科学计算、选择。针对谐波和无功，我们通常建议客户采用SVG+APF的组合方式，备自投保护装置在高压侧采用SVG集中补偿无功和治理
浅析影响电能质量的因素及对策 在现代供配电系统中，用户关心的不再是连续供电问题，更多的是关心电能质量问题。在工业领域最常见的电能质量问题是电压暂降和电压谐波问题。造成电压暂降的原因有很多，有自然因素，也有人为因素。电压谐波也会恶化电能质量指标，降低电网可靠性，增加电网损失，缩短电气设备的寿命等。电能质量问题我们应该因地制宜，对症下药，在深入调研、现场实测、试验研究的基础上，运用电力新技术对电能质量进行系统化地综合补偿。 标签：电能质量；电压暂降；电压谐波；对策 1 电能质量问题 在现代供配电系统中，用户关心的不再是连续供电问题，更多的是关心电能质量问题。常见的问题主要是电压问题、电流问题、功率问题、能耗和效率问题。这些问题给用户造成的困扰有系统配置繁杂，用电可靠性差，能耗信息不明，后期维护复杂，还容易造成电源故障，设备损坏，计算机复位、数据丢失，设备效能降低、寿命缩短、过热、烧毁，功能故障和寿命缩短，电子通讯设备和控制系统收到干扰，系统电能损耗变大，产品废品率上升，付出更多电费等等。 什么是电能质量问题呢？电能质量（Power Quality），从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。其可以定义为：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，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。这些指标可能听起来有些复杂，对应到生活中，则意味着电灯是不是稳定照明，精密仪器能不能正常使用，电气设备能不能稳定运行等。现在工业领域最常见的电能质量问题是电压暂降和电压谐波问题。 2 电压暂降的原因及对策 电压暂降（V oltage Sag）国内也称电压跌落、电压骤降、电压凹陷和晃电等，是指电压有效值突然下降，然后又迅速恢复正常的现象。典型持续时间为0.5～30周波，通常不会超过1秒钟。电压暂降，在工程中通常用三个变量暂降幅值、持续时间、暂降频次来标称电压暂降严重度。一般的，电压暂降幅度深，持续时间较短；而幅度浅，持续时间较长。 造成电压暂降的原因有很多，有自然因素，也有人为因素，有供电部门系统保护的因素，也有企业内部的设备原因和误操作等的因素。一是自然因素：闪电击打在输电线或绝缘子上；暴雨、下雪、大风导致输电线舞动；杂物搭在输电线上引起短路，从而造成保护设置动作。二是偶然事件：车祸造成输电线杆倒塌，建筑施工如起重机、挖掘机造成埋地线路破坏、人员误操作短路可能会引起系统远端供电电压较为严重的跌落；还有动物触电。三是电力设备及装置的自动保护
电能质量-无功补偿解决方案 1.方案背景 电力系统中阻感负荷的存在，如变压器、异步电动机，都会消耗大量的无功功率，而大量的冲击性无功负载还会导致电压发生快速波动。电力电子变流设备，特别是各种相控整流装置的普及及应用，同样会消耗大量的无功功率。由此引发了电能质量恶化、网损增加、三相不平衡、输变电设备有效利用率降低等各种问题。系统中整流器、变流器等非线性负荷的应用，会产生大量的谐波电流注入电网，造成电网电压畸变，谐波不仅使电力电子设备和线路产生涡流损耗，导致线损增加，甚至还会引发系统谐振，从而产生谐波过电压，造成设备损坏。大量的谐波还可能影响继电保护和自动控制系统的可靠性，令正常的生产活动无法进行。 图1系统示意图 2.应用场景 2.1.场景1：风电场并网 随着风力发电技术的发展，风力发电装机容量在电网中所占的比例越来越高，风力发电的随机性会影响电力系统的有功无功，从而引起电压的波动。此外，电力系统的低电压故障又会影响到风电场的并网。
图2应用场景1-风电场并网 2.2.场景2：冶金 电弧炉是冲击性非线性负荷，工作时产生大量的谐波和负序电流，使得电网电压发生较大的波动和闪变，功率因数极低。 图3应用场景2-冶金 3.方案实现 3.1.概述 PRS-7586系列动态无功补偿装置（SVG）可直接接入35kV电压等级及以下电力系统，为电网或用电系统快速提供动态无功补偿，可有效提高系统电压暂态稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除系统谐波及提高功率因数。
图4方案实现原理图示3.2.设计原则 表1系统主要设计原则
3.3.装置列表 表2装置列表 4. 1)模块化的电路结构 a)SVG的核心是基于IGBT器件的（链式）逆变器，链式逆变器每相由多个功率模块输出串联而成，功率模块采用N+1或N+2冗余运行结构； b)模块控制采用大规模FPGA芯片载波移相多电平空间矢量PWM控制策略，电路简单，抗干扰能力强，可靠性高； c)采用自励起动技术，使得装置投入时冲击电流小； d)模块面板共四个电气端子，2个光纤端子，接线简单，还设有若干状态及故障指示灯，方便维护及检修。 2)控制 a)采用基于DSP及多FPGA的全数字化控制平台，具有集成度高，可靠性高的优点； b)现场可设定控制方式：系统补偿、负荷补偿，同时可设定谐波补偿次数； c)采用瞬时无功电流控制策略，可在系统短路故障时，快速连续的发出无功，为系统提供充足的无功支撑； d)采用进口PLC实现多组固定电容器的综合投切控制； e)控制器采用全封闭防尘设计，无需冷却风扇，大大提高可靠性。
供配电系统电能质量 治 理 方 案
1项目背景 武钢供配电系统是一个复杂的配电网络，大功率、冲击性、不对称性和非线性负荷在武钢的大量使用、武钢配电网络结构的复杂性及大量的新改建产线，以及环境保护和生产成本的制约等诸多因素，使武钢配电系统越来越运行在接近临界条件下，大大增加了运行条件的不可预知性，配电系统存在的电能质量问题越来越成为制约武钢安全生产的重要因素。近年来武钢事业部的生产秩序接连受到电能质量问题的困扰。另外随着流程性企业规模的不断扩大，新项目用电设备对原有供配电网络的冲击均对供配电系统提出更高的要求，因此开展系统电能质量测试评估是非常有必要的。 通过上海宝钢安大电能质量有限公司在2011年对武钢供配电系统的电能质量测试及评估，我们获得了武钢供配电系统内部电能质量的详细情况，并据此提出了相应的解决方案。2存在问题 影响武钢供配电系统安全可靠、优质经济运行的电能质量问题主要有以下几个方面：2.1 变压器经济运行问题 通过对武钢厂各供电变压器平均负载率的统计分析可以看出，在测试时间内，部分配电变压器的负载率较低，配电变压器的总容量偏大，配电变压器有功损耗和无功损耗增加，使变压器的运行效率降低，造成电能的浪费。 2.2 电压偏差 通过对测试数据的分析，二冷轧10kV段母线，二总降2#变35kV、3#变35kV，高线变10kV I段、高线变10kV II段，冷轧变1#、2#10kV段，三炼钢3#、4#35kV，1#变10kV，四炼钢3#变35kV段的电压偏差均超过国标《电能质量供电电压偏差》（GB12325-2008）规定的限值。 2.3 电压波动与闪变 通过对测试数据的分析，武钢220kV和110kV段电压闪变基本满足国标《电能质量电压波动和闪变》（GB12326-2008）规定的限值；仅冶金变110kV II段电压闪变超过规定的限值。下级变电站中，在本次测试时间段内，仅高线变10kV II段长时闪变略超过国标《电能质量电压波动和闪变》（GB12326-2008）规定的限值。二热轧、二总降、三炼钢、四炼钢35kV系统由于系统所带负荷主要为轧机或电炉，系统电压波动偏高。 2.4谐波 通过对测试数据的分析，武钢厂与电力公司PCC点的各次主导谐波电流和各次主导谐波电压基本都在国标《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549-1995）规定的限值范围之内。
电弧炉负荷及其对电能质量的影响分析 为了了解电弧炉对电能质量和电能效率影响的产生原因，需要对电弧炉设备的特殊性做一下简单介绍。 1.1 电弧炉分类和工作原理 电弧炉是利用电弧能来冶炼金属的一种电炉。工业上应用的电弧炉可分为三类：第一类是直接加热式，电弧发生在专用电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料直接受到电弧热。主要用于炼钢，其次也用于熔炼铁、铜、耐火材料、精炼钢液等。 第二类是间接加热式，电弧发生在两根专用电极棒之间，炉料受到电弧的辐射热，用于熔炼铜、铜合金等。这种炉子噪声大，熔炼质量差，已逐渐被其它炉类所取代。 第三类称为矿热炉，是以高电阻率的矿石为原料，在工作过程中电极的下部一般是埋在炉料里面的。其加热原理是：既利用电流通过炉料时，炉料电阻产生的热量，同时也利用了电极和炉料间的电弧产生的热量。所以又称为电弧电阻炉。 1.2 电弧炉的组成设备 ?炉用变压器 电弧炼钢用变压器应能按冶炼要求单独进行电压电流的调节，并能承受工作短路电流的冲击。 电炉变压器额定电压的选择要考虑许多因素。若一次侧电压取高些，则系统电抗小，短路容量大，可减少闪变，但须增加配电装置费用。若二次电压高些，则功率因素较高，电效率较高，但电弧长，炉墙损耗快，综合效率变低。 一般电炉变压器二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流（几千至几万安）。为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变压器二次电压要能在50% ~70%的范围内调整，因此都设计成多级可调形式。调整方法有变换、有载调压分接开关等。变压器容量小于10MVA者，可进行无载切换；容量在10MVA 以上者，一般应是有载调压方式。也有三相分别设置分接头装置，各相分别进行调整，可以保障炉内三相热能平衡。 与普通电力变压器相比，电炉专用变压器有以下特点：a.有较大的过负荷能力；b.有较高的机械强度；c.有较大的短路阻抗；d.有几个二次电压等级；e. 有较大的变压比；f.二次电压低而电流大。 电炉变压器和电弧炉的容量比一般为0.4~1.2MVA/t。电弧炉的电流控制， 是由电弧炉变压器高压侧绕组分接头的切换和电极的升降来达到的。 ?电抗器 为了稳定电弧和限制短路电流，需要约等于变压器容量35%的电抗容量，串入变压器主回路中。大型电弧炉变压器，本身具有满足需要的电抗值，不需外加 电抗器；而小于10MVA的变压器，电抗不满足要求，需在一次侧外加电抗器。电抗器的结构特点是：既使通过短路电流，铁芯也不发生磁饱和。 电抗器可装在电炉变压器的内部，称为内附式；也可做成装在变压器外部的
没目标数值怎么计算？ 若以有功负载1KW，功率因数从0.7提高到0.95时，无功补偿电容量： 功率因数从0.7提高到0.95时： 总功率为1KW，视在功率： S＝P/cosφ＝1/0.7≈1.4(KVA) cosφ1＝0.7 sinφ1＝0.71(查函数表得) cosφ2＝0.95 sinφ2＝0.32(查函数表得) tanφ＝0.35(查函数表得) Qc＝S(sinφ1－cosφ1×tanφ)＝1.4×(0.71－0.7×0.35)≈0.65(千乏) 电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理. 计算示例 例如：某配电的一台1000KVA/400V的变压器，当前变压器满负荷运行时的功率因数cosφ =0.75， 现在需要安装动补装置，要求将功率因数提高到0.95，那么补偿装置的容量值多大？在负荷不变的前提下安装动补装置后的增容量为多少？若电网传输及负载压降按5%计算，其每小时的节电量为多少？ 补偿前补偿装置容量= [sin〔1/cos0.75〕－sin〔1/cos0.95〕]×1000=350〔KVAR〕安装动补装置前的视在电流= 1000/〔0.4×√3〕=1443〔A〕 安装动补装置前的有功电流= 1443×0.75=1082〔A〕 安装动补装置后视在电流降低=1443-1082/0.92=304 〔A〕 安装动补装置后的增容量= 304×√3×0.4=211〔KVA〕 增容比= 211/1000×100%=21% 每小时的节电量〔304 ×400 ×5% ×√3 ×1 〕 /1000=11 (度) 每小时的节电量(度)
地铁电能管理系统 一、概述 地铁电能计量自动化与电能质量监测系统是一款为适应国内地铁运营管理部门需求而开发的综合型软件平台，主要由WODEN 电能计量计费管理子系统与WODEN电能质量管理子系统组成，负责完成电能量计量计费统计分析和电能质量监测、分析及管理的系统平台。系统作为一个电力运行的综合信息平台，在完成电能计量管理的基础上，同时可以使调度等部门迅速而准确地获得变电所内各种大型负荷设备运行的电能质量实时信息，完整地掌握整个系统的电能质量运行状况，及时发现和纠正输变电运行的薄弱环节，实现电能质量监测分析的综合自动化管理。 二、系统应用意义 由于电力系统中的各种非线性负荷越来越复杂，这种负荷所引起的危害越来越明显，尤其以谐波畸变对电网的危害最大。谐波污染对电网的影响主要表现在：（1）谐波对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加,此外谐波还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声,长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。（2）谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。（3）谐波可引起系统的电感、电容发生谐振,使谐波放大。当谐波引起系统谐振时,谐波电压升高,谐波电流增大,引起继电保护及自动装置误动,损坏系统设备(如电力电容器、电缆、电动机等),引发系统事故,威胁电力系统的安全运行。（4）谐波可干扰通信设备, 增加电力系统的功率损耗(如线损),使无功补偿设备不能正常运行等,给系统和 用户带来危害。因此监测各类负荷的情况，记录分析企业供电系统内外界各种电力干扰和设备内部本身产生的电气干扰，以及具有破坏性的高次谐波、电压突升、骤降、尖峰信号、瞬变等电气污染现象，使企业内部能更有效的掌握供电系统内的电能质量动态，保障企业的利益，就显得尤为重要。随着我国经济的不断发展，
电能质量及其治理新技术 摘要：高新技术产业的发展对电能质量提出了新的要求。电能质量的研究与控制问题由此引起了人们的关注。文章概括介绍了与之有关的电能质量的定义及其等级划分的问题，并简要分析了干扰电能质量的原因，提出了在电能质量检测与控制中需要深入研究的问题。 关键词:电能质量；补偿装置；检测；控制策略 1 引言 信息技术的发展，使基于微处理器控制的设备得到迅速普及和发展。未来不少用户对电能的利用都要经过电力电子装置的转换或控制。这些装置给人们的生产、生活带来方便和效率的同时，使电力系统的非线性负荷明显增加，谐波污染加重，从而导致矛盾的局面：系统一方面要承受电力电子装置带来的污染，又要用它来消除这种污染，提高电能质量。 就全球范围而言，从80年代末开始电力工业放松管制，引入竞争机制，开放电力市场成为世界潮流。在电力市场条件下，用户与供电企业都在追求自己的最大利益。为了适应这种需求，1988年美国的N.G.Hingorani博士提出了Custom Power（用户电力技术）的概念，这是一种应用现代电力电子技术、计算机技术和控制技术，按用户特定要求提供电力供应并实现对电能质量控制的技术。我国一些学者称Custom Power为DFACTS[1]，认为是FACTS技术在配电系统应用的延伸，并做了大量的研究。1996年，日本北海道大学和茨城大学的学者正式提出了与上述概念相似的FRIENDS（Flexible, Reliable and Intelligent Electric eNergy Delivery System），并组织“FRIENDS研究会”。两者目的都是为了建立灵活、可靠的电力供应系统，更好地满足用户需求。 目前，各国在电能质量问题的研究方面，取得了一些进展，但仍有很多问题难以解决或达成共识。其中较为突出的问题有：电能质量的定义及以此为基础的电能质量等级的划分；对各瞬变量的实时检测及有效补偿；为改进电能质量问题，电站、用户及装置生产厂家之间的合作与协调；合理的电能质量评估体系的建立等。为解决这些难题，科研工作者通过不懈的努力，对一些问题提出了独到的见解，研制出一些新型试验装置。日本、美国、德国等发达国家投入运行的试验装置已取得了预期的效果。 2 电能质量及其等级划分