何电能质量报告

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 电能质量分析与控制报告专业：电气工程及其自动化班级：电气1301学号：3130501021学生姓名：何思伟2016年11月30日电能质量分析与控制报告一、关于《GBT14549-1993电能质量公用电网谐波》1、简介该标准是电能质量系列标准之一，目前已制定颁布的电能质量系列国家标准有：《GB/T15543-2008三相电压不平衡度》、《GB/T12325-2008供电电压偏差》、《GB/T12326电压波动和闪变》、《GB/T15945-1995电力系统频率允许偏差》、《GB/T30137-2013电压暂降与短时中断》。

《GBT14549-1993电能质量公用电网谐波》规定了公用电网谐波的允许值及测试方法。

《GBT14549-1993电能质量公用电网谐波》适用于交流额定频率为50Hz，标称电压110KV公用电网。

标称电压为220KV的公用电网可参照110KV执行。

《GBT14549-1993电能质量公用电网谐波》不适用于暂态现象和短时间谐波。

2、内容概述适用于交流频率为50Hz的标称电压110kV及以下公用电网及其供电的电力用户。

对220kV电网及其供电的电力用户可参照110kV执行。

主要原因有(1)220kV电网的谐波电压直接受330kV或500kV电网谐波电压的影响。

目前国内外都还没有经验也没有明确的规定。

(2)220kV电网的输电线路的充电功率较大(每100km约25MVA)而输电潮流是变化的控制220kV电网的谐波还没有成熟的经验。

在某些情况下还难以避免对低次谐波(例如3、5次)的放大。

(3)直接用220kV电压供电的用户数很少。

(4)目前许多220kV电网使用的电容式电压互感器(CVT)测量谐波电压的误差很大在没有适当的频率误差补偿时用于谐波电压的测量没有实际意义。

标准中针对几个基本问题及相关专业术语进行定义并进行相关参数规定。

几个基本问题包括：不同谐波源的迭加计算、低压电网总谐波畸变率允许值、用户注入电网的谐波电流允许值等等。

如：对于低压电网电压总谐波畸变率允许值低压电网中的电压总谐波畸变率允许值是确定各级中、高压电网电压总谐波畸变率的基础。

同时由于绝大多数电气设备都是从低压电网取得电源所以确定低压电网的电压总谐波畸变率保证这些电气设备免受谐波的干扰具有很重要的意义。

国标确定低压(0.38kV)的电压总谐波畸变率为5%主要根据为(1)对交流感应电动机根据定子绕组等值发热条件求出等值负序电压和谐波电压的关系考虑在正常负序电压2%的前提下不显著地缩短电机的寿命允许电压总谐波畸变率约为5%。

(2)根据电容器的过电压和过电流能力分析了各次谐波电压和基波电压迭加使电容器的寿命不致因局部放电和增加发热而显著地缩短低压电网电压总谐波畸变率应控制在5%以内。

(3)国外有代表性的电子计算机(如IBM370/145、IBM430等等)对电源电压总谐波畸变率的要求均为不大于35%。

我国正在制订中的《电子计算机机房设计规范》(国标)中A级标准电源电压总谐波畸变率的要求为不大于5%。

表1国标中谐波电压以相电压中含量为准。

实际测量表明相电压谐波含量往往大于线电压谐波含量。

二、SVG无功发生器1、工作原理及相关组成SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位,或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。

在平衡的三相电路中,不论负荷的功率因数如何,三相瞬时功率的和是一定的,在任何时刻都是等于三相总的有功功率。

因此总的来看,在三相电路的电源和负载之间没有无功能量的来回往返,各相的无功能量是在三相之间来回往返的。

所以,如果能用某种方法将三相各部分无功能量统一起来处理,使三相电路电源和负载间没有无功能量的传递,在总的负载侧就无需设置无功储能元件,三相桥式变流电路实际上就具有这种将三相总的统一处理的特点。

实际上,考虑到变流电路吸收的电流并不只含基波,其谐波的存在也多少会造成总体来看有少许无功能量在电源与SVG之间往返;所以,为了维持桥式变流电路的正常工作,其直流侧仍需要一定大小的电感或电容作为储能元件,但所需储能元件的容量远比SVG所能提供的无功容量要小。

而对SVC装置,其所需储能元件的容量至少要等于其所提供的无功功率的容量,因此,SVG中储能元件的体积和成本比同容量的SVC大大减小。

SVG分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型,其电路基本结构如图1所示,直流侧分别采用的是电容和电感这两种不同的储能元件。

电压型桥式电路,还需再串联上连接电抗器才能并入电网;电流型桥式电路,还需在交流侧并联上吸收换相产生的过电压的电容器;实际上,由于运行效率的原因,迄今投入实用的SVG大都采用电压型桥式电路,因此SVG往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。

图1SVG正常工作时就是通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压,就象一个电压型逆变器,只不过其交流侧输出接的不是无源负载,而是电网。

因此,当仅考虑基波频率时,SV G可以等效地视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。

它通过交流电抗器连接到电网上。

所以，SVG的工作原理就可以用图2a)所录的单相等效电路图来说明。

设电网电压和SVG输出的交流电压分别用相量U.S和U.I表示,则连接电抗X上的电压U·L即为U·S和U·I的相量差,而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。

这个电流就是SV G从电网吸收的电流I。

因此,改变SVG交流侧输出电压U·I的幅值及其相当于U·S的相位,就可以改变连接电抗上的电压,从而控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值,也就控制了SVG吸收无功功率的性质和大小。

a)在图2a)的等效电路中,将连接电抗器视为纯电感,没有考虑其损耗以及变流器的损耗,因此不必从电网吸收有功能量。

在这种情况下,只需使U·I与U·S 同相,仅改变U·I的幅值大小即可以控制SVG从电网吸收的电流I是超前还是滞后90°,并且能控制该电流的大小。

如图2b)所示,当U·I大于U·S时,电流超前90°,SV G吸收容性的无功功率;当U·I小于U·S时,电流滞后电压90°,SVG吸收感性的无功功率,从而达到动态控制无功功率并进行补偿的目的。

图22、运行特点与目前广泛应用的动态无功补偿设备静止无功补偿器(Static Vat Compensator，简称SVC）相比，SVG具有更好的性能o。

(1)启动冲击小：采用自励方式启动，速度快且冲击电流可限制在很小的幅值。

(2)动态连续补偿：可以从额定的感性工况到额定容性工况连续输出，与固定电容器或电抗器组合可构成任意范围连续补偿。

(3)响应速度快：具有5—10ins的快速输出无功特性，而传统的SVC响应时间一般在40—60ms(太快可能引起电抗和电容器产生振荡)。

(4)谐波特性好：SVG输出电流完全可控，可以输出接近正弦的基波无功电流。

特别的，链式结构的SVG，由于不需要连接变压器，而且等效开关频率高，可实现谐波补偿功能。

而SVC在运行过程中会产生大量不可控的谐波电流，需要附带大量无源滤波支路来对自身产生的谐波电流进行滤波。

(5)占地面积小：安装尺寸一般只有SVC的1／2～1／3，还可以做成移动式装置，配置起来更加灵活。

(6)损耗小效率高：SVG等效运行损耗一般只有SVC的1／3～1／2，等效运行耗电量大大低于SVC。

(7)补偿能力强：SVG输出电流不依赖于系统电压，系统电压跌至20％仍可输出额定无功电流，而SVC输出电流与系统电压成正比下降。

达到同等补偿效果SVG容量可以比SVC容量小20％一30％。

(8)可靠性好：SVG可等效为一个可控电流源。

对外部系统运行条件和结构变化不敏感，不会出现振荡现象。

而SVC采用大量电容电抗器，当外部系统容量与补偿装置的容量可比时，会产生不稳定性而发生振荡。

三、电网中的谐波源如果电网中的电压或电流波形是不理想的正弦波，表明其中有频率高于50HZ 的电压或电流成分，该成分即为谐波。

随着非线性电力电子器件组成的电气传动自动化装置的广泛应用和容量的不断增加，谐波污染给公用电网和其他用电设备的带来的影响日益显著。

所以必须考虑谐波产生的原因和它带来的危害，以及如何将危害减少到最小。

凡是能向电网注入谐波电流或谐波电压的电气设备统称为谐波源。

例如：换流设备、电弧炉、铁芯设备、照明设备、某些生活日用电器等非线性电气设备。

整流器、逆变器和变频装置等这一类电气设备，这些设备的用途就是强行切断或连通电流，因此通常要用整流元件的导通、截止特性，而正是这一过程会导致了大量谐波电流的产生。

工业上钢铁企业中所用的电弧炉也是一个很大的谐波源。

电弧炉的熔化过程中，会发生填料不完全融化并结焦成块状固体的现象，这会导致电弧阻抗不稳定。

当电极插入熔化金属时，电极间会产生金属性短路，此时，短路电流的限制通常要依靠电炉变压器的阻抗和所串连的电抗器来完成。

如果电弧的负阻抗特性（电弧的阻抗随电流的增大而急剧减小）和熔化期三相电极出现反复不规则短路以及断弧现象，那么此时电弧炉就会产生谐波电流。

各行各业中常用的各种变压器及铁芯电抗器的主要构成元件是铁芯设备。

而这种设备通常有很强的非线性的磁化特性，再加上变压器的额定磁通密度Ｂ值一般都设计在其磁滞回线（Ｂ—Ｈ曲线）的拐点周围，这很容易导致变压器的励磁电流为变成非正弦波形，大量的谐波电流（奇次谐波）随之出现。

大部分工业和一部分日常生活中的照明设备。

如高压汞灯高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯等。

它们的发光原理是应用气体放电。

由于其伏安特性具有明显的非线性特征，因而在发光过程中会产生一部分谐波电流。

在日常生活中常用的一些家用电器。

如电磁炉、电冰箱、计算机、电视机、微波炉、电风扇、洗衣机、空调等家用电器，因内置调压整流元件，在使用过程中也会对电网产生高次奇谐波。

四、谐波的治理措施（1）采用短路容量较大的电网来对各类大功率非线性用电设备变压器进行供电。

因为电网短路容量大，则承受非线性负荷的能力高。

（2）对大功率静止整流器，要想降低一次谐波含量，提高整流脉冲数是个行之有效的办法，因为整流脉冲数越高，次数低的谐波就会被削去。

如何才能提高整流脉冲数呢？主要有两种方法：其一，调整整流变压器二次侧的相角差，可以通过增加整流装置数量和按照谐波次数装设分流滤波器的方式完成；其二，更改整理变压器二次侧的接线方式。