最新电能质量复习提纲及内容由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“电能计量复习提纲”。
（一）电能质量概论
1．电能质量基本概念，电能质量问题的定义，电能质量问题的基本分类方法
1.1电能质量基本概念：IEEE 定义：合格的电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统均是适合该设备正常工作的。IEC 定义：电能质量是指描述电能特性的参数的集合，与供电的连续性和电压特性相关。电能质量可以定义为：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、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性等。3．电能质量与电磁兼容的相互关系
国际大电网会议(CIGRE)36学术委员会(电力系统电磁兼容)把电能质量控制列入电磁兼容的范畴。电磁兼容EMC(Electromagnetic Compatibility)指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其它设备的电磁能量干扰的能力。4．电能质量现象的描述
一、瞬变现象(Transients)
1、冲击性瞬变(impulsive transient)现象是一种在稳态条件下，电压、电流非工频、单极性的突然变化现象。通常用上升和衰减时间来表现冲击性瞬变的特征。最常见的引发冲击脉冲瞬变现象的原因是雷电。
2、振荡瞬变(Oscillatory transient)现象是一种在稳态条件下，电压、电流的非工频、有正负极性的突然变化现象。常用起频谱成分(主频率)、持续时间和幅值大小来描述其特性。可分级为高频、中频和低频。
短时间电压变动：电压中断；电压暂降；电压暂升；长时间电压变动：过电压；欠电压；持续性中断；电压不平衡；波形畸变：直流偏置；谐波；间谐波、陷波、噪声。电压波动和工频变化
6．改善电能质量的意义
a.有利于树立良好的电力企业形象。在长期的计划经济体制下。服务意识和质量意识差是各个行业的通病。尤其电力部门是典型的垄断行业。这个问题更为突出。要想在市场经济中有良好的企业形象，收费合理，服务周到固然重要。但在市场经济逐步成熟和规范后, 产品质量便成为企业竞争的重要手段。
b.改善电能质量。加强电网污染源的管理和控制是电网安全经济运行的必由之路。近年来我省电网由于谐波污染造成的设备损坏和继电保护误动便充分说明了这一点。同时，也是电网运行和管理水平高低的重要标志。
c.电气环境的改善。也有利于提高全社会的用电效率和生活质量, 有良好的社会效益。
改善电能质量对于电网的安全、经济运行，保障工业产品质量和科学实验的正常进行以及降低能耗等均有重要意义。电能质量直接关系到国民经济的总体效益。
良好的电能质量无疑对电气设备的运行是有利的，但恶劣的电能质量对电力系统运行的不利影响并没引起人们足够的重视。从危害程度来看，某些电能质量问题的危害是破坏性的。例如，雷电波冲击、电容器和电缆线路投切时因谐波谐振而引起的过电压往往造成电气设备的绝缘和机械损坏，从而影响电力系统的正常运行；继电保护装置因谐波和负序干扰引起误动造成电网大面积停电会造成巨大的经济损失；短时的供电中断(Outage)或电压跌落(dip or sag)可能导致生产混乱或工业冶炼产品的大量报废甚至危害人身安全。另一方面，某些电能质量问题主要影响电气设备的性能指标。例如，不正常的电压和频率偏差会引起异步电机负荷的转速和功率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织、造纸等产品的质量受到影响；谐波电流在旋转电机、输电线路、变压器等输配电设备中流通，使这些设备因产生附加损耗而过热，从而降低了这些设备的寿命或容量。然而，并不能据此说明前一种电能质量问题就比后一种显得重要，实际情况是后一种电能质量问题由于涉及的电气设备很广泛，其产生的影响足可同前一种电能质量问题相提并论。
关于电能质量指标恶化对电气设备危害的研究已有大量的成果，然而由于电能质量的不同指标对不同设备均有不同的影响，特别是当电能质量有多个指标时，不同的组合对设备的影响是十分复杂的问题，目前尚无一个准确的定量计算公式，只有一些粗略的公式和结果可以供工程估计之用。
因此，从总体上使电能质量指标越接近额定值，同时保证连续、可靠供电就是电能高质量的标志。然而，电能从生产到消耗是一个整体，电力系统的发、供、用始终处于动态平衡之中，其中任何一个环节都会对电能质量产生影响。而电能指标的控制需要相当的投入(包括电网结构的改进，有功功率和无功功率的平衡，各种调频、调压、滤波和无功补偿装置的使用以及调度和运行技术管理等)，而且各种指标的控制技术也在不断发展和完善之中。实际上，电能质量指标和额定值的偏差是不可避免的。电能质量标准的制定任务，就是从当前(或近期发展)的技术水平出发，确定适当的电能质量指标偏差的允许值。标准的合理与否的判断准则应是：①基本上能保证电力系统的安全、连续供电和经济运行；②总体上能保证用户电气设备的正常用电；③电力部门(包括干扰性用户)在当前技术水平基础上，作一定的努力后应能达标。
电能质量直接关系到国民经济的总体效益，良好的电能质量无疑对电气设备的运行有利。不良的电能质量对电力系统运行的不利影响也已引起人们足够的重视，电能质量问题主要影响电气设备的性能指标，如：不正常的电压和频率偏差会引起异步电机负荷的转速和功率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织，造纸等产品的质量受到影响，谐波电流在旋转电机，输电线路，变压器等输配电设备中流通过，使这些设备因产生附加损耗而过热，从而降低了这些设备的寿命或容量，从危害程度来看，某些电能质量问题的危害是破坏性的，如雷电波冲击，电容器和电缆线路投切时因谐波谐振而引起的过电压，往往造成电气设备的绝缘和机械损坏，从而影响电力系统的政党运行，继电保护装置因谐波和负序干扰引起误动造成电网大面积停电，会造成巨大的经济损失，甚至危害人身安全。
(1)是电力系统安全(包括用户设备的用电安全)、稳定、经济运行的必要条件, 是电网运行水平高低的重要标志, 同时也是电力企业用电管理水平考核的重要指标。
(2)是提高国民经济总体效益、用电效率(节能、降损)和改善电气环境, 以及工业生产可持续发展的技术保证。
(3)是面向电力市场、适应竞争机制强有力的手段。
(4)通过建立和健全电能质量的全面管理, 保障各行各业的正常用电秩序, 为千家万户提供信得过的产品。
（二）电能质量的数学分析方法 1．傅里叶变换与波形的数学分析方法 频域分析方法主要用于电能质量中谐波问题的分析，包括频谱分布、谐波潮流计算等。基于数学变换的分析方法主要指傅立叶变换方法、短时傅立叶变换方法、矢量变换方法以及近年来出现的小波变换方法和人工神经网络分析方法。2．短时傅里叶变换
也称窗口傅里叶变换。短时傅里叶变换的基本思想是：在傅里叶变换的框架中，把非平稳过程看成是一系列短时平稳信号的叠加，而短时性则是通过一个参数的平移来覆盖整个时域，也就是说采用一个窗函数对信号作乘积运算来实现在附近的开窗和平移，然后再进行傅里叶变换。
3．小波变换的基本概念
小波变换是时间和频率的局部变换，因而能有效地从信号中提取有用的信息，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析（Multiscale Analysis），赢得了“数学显微镜”的美誉。
4．小波变换在电能质量扰动检测中的应用
电压暂降的起止时刻常常对应着电压信号的奇异点，当取小波母函数为平滑函数的一阶导数时，信号的小波变换的模在信号的突变点取得局部极大值。如果考虑多分辨（多尺度）小波分析，则随着尺度的增大，噪声引起的小波变换模的极大值点迅速减少，因而突变信号引起的小波变换模的极大值点得以显露，所以小波分析不但可以在低噪声比的信号中检测到突变信号，而且可以滤去噪声恢复原信号。仿真结果表明：信号的局部奇异性可通过信号的小波变换模极大值来表征。信号奇异点对应的小波变换模极大值与检测噪声对应的小波变换模极大值在不同的小波变换尺度上的传递性质是不同的。6．瞬时无功功率理论及其在无功和谐波电流实时检测中的应用
三相电路瞬时无功功率理论突破了传统的以平均值为基础的功率定义，系统地定义了瞬时无功功率、瞬时有功功率等瞬时功率量，以该理论为基础，可以得出用于有源电力补偿器的谐波和无功电流实时检测方法。
基于瞬时无功功率理论的方法，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得出检测结果。检测谐波电流时，因被检测对象电流中谐波的构成和滤波器不同，会有不同的延时，但延时最多不超过一个电源周波。
（三）传统电能质量分析与改善措施 1．供电电压偏差的定义、限值及产生原因
定义：供电系统在正常运行方式下，某节点的实际电压与系统的标称电压之差对系统标称电压的百分数称为该节点的电压偏差。
限值：我国国家标准GB12325—1990《电能质量供电电压允许偏差》规定: 35kv以上的供电电压的正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10% 10kv及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的+7% 220v单相供电电压允许偏差为标称电压的+7%、–10% 产生原因：电力系统中的负荷以及发电机组的出力随时发生变化，网络结构随着运行方式的改变而改变，系统故障等因素都将引起电力系统功率的不平衡。系统无功功率不平衡是引起系统电压偏离标称值的根本原因。
2．电压偏差过大的危害、无功电源分配及电压调整 1 对用电设备的危害
用电设备是按照设备的额定电压进行设计和制造的。当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能恶化，不仅运行效率降低，很可能会由于过电压或过电流而损坏。2 对电网的危害
线路静态稳定功率极限近似与线路的电压平方成正比。电压偏低，输电功率极限降低，可造成系统解列。
如果系统缺乏无功电源，可能产生系统电压不稳定现象，导致电压崩溃。电压过高使电气设备绝缘受损，使带铁芯的设备饱和，产生谐波，可能引发铁磁谐振。
影响系统的经济运行：电压偏低将使电网的有功损耗、无功功率损耗以及电压损失增加；系统电压偏高，超高电压网的电晕损耗加大。电压偏差的调整方式：逆调压、顺调压和恒调压。3．电力系统频率偏差的定义、限值及产生原因
定义:电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频率偏差。限值：国家标准GB/T15945—1995《电能质量电力系统频率允许偏差》规定：
电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5Hz。标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过± 0.2Hz。
产生原因：当发电机与负荷间出现有功功率不平衡时，系统频率就会产生变动，出现频率偏差；频率偏差的大小与其持续时间取决于负荷特性和发电机控制系统对负荷变化的响应能力；系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。4．频率偏差过大的危害及频率调整与控制方法 危害：频率偏差过大的危害系统频率偏差过大对用电负荷的危害
1）产品质量没有保障
系统频率变化将引起电动机转速改变，从而影响产品的质量。2）降低劳动生产率
系统频率下降使电动机的输出功率降低，从而影响所传动机械的出力，导致劳动生产率降低。
3）使电子设备不能正常工作，甚至停止运行系统频率的不稳定会影响这些电子设备的工作特性，降低准确度，造成误差。2 系统频率偏差大对电力系统的危害
（1）降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃
火力发电厂的主要设备是水泵和风机，它们由异步电动机带动。如果频率降低，电动机输出功率将以与频率三次方的比例减少，它们所供应的水量和风量就会迅速减少，从而影响锅炉和发电机输出功率减少，系统频率会进一步下降，形成恶性循环，导致频率崩溃，系统瓦解。频率下降即发电机的转速下降时，发电机的电动势将减少，无功功率出力降低，并联电容器补偿的出力也随之下降，用户电气设备励磁的无功功率却增加，促使系统电压随频率的下降而降低，引起电压崩溃。（2）汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳损伤和断裂。
（3）低频电力系统中的异步电动机和变压器主磁通会增加，励磁电流随之加大，系统所需无功功率大为增加，使系统电压水平降低，给系统电压调整带来困难。（4）无功补偿用电容器的补偿容量与频率成正比。（5）频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。
调整与控制：电力系统在正常运行方式下，通过改变发电机的输出功率使系统的频率变动保持在允许偏差范围内的过程，称为频率调整。
电力系统在非正常运行方式下，针对频率异常所采取的调频措施属于频率控制。1 电力系统频率调整包括频率的一次调整和二次调整。
一次调整是指利用发电机组的调速器，对于变动幅度小(0.1%—0.5%)，变动周期短(10s内)的频率偏差所做的调整
二次调整是指利用发电机组的调频器，对于变动幅度较大(0.5%—1.5%)，变动周期较长(10s—30min)的频率偏差所做的调整。担任二次调整任务的发电厂称为调频厂，担任二次调整任务的发电机组称为调频机组。二次调整分为手动调频和自动调频。电力系统频率控制：系统频率异常时，采取以下控制措施：
1）电力系统应当具备足够的负荷备用和事故备用容量。一般按照最大负荷的5%—10%和10%—15%配备系统的负荷备用和事故备用容量；
2）在调度所或变电所装设直接控制用户负荷的装置，并备有事故拉闸序列表； 3）在系统内安装按频率降低自动减负荷装置（自动低频减载装置）等。5．电压三相不平衡的概念、限值及产生原因基本概念
概念：对称三相系统是指三相电量(电动势、电压或电流)数值相等、频率相同、相位互差1200的系统。
不同时满足这三个条件的三相系统是不对称三相系统。
限值：国家标准GB/T 15543—1995《电能质量三相电压允许不平衡度》规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%；接于公共连接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3%。
产生原因：分为事故不平衡和正常性不平衡两大类。事故性不平衡由系统中各种非对称性故障引起。
事故性不平衡一般需要保护装置切除故障元件，经故障处理后才能重新恢复系统运行。在正常运行方式下，供电环节的不平衡或用电不平衡都将导致电力系统三相不平衡。输电和配电又称为供电环节。供电系统的不平衡主要来自于供电线路的不平衡。当线路的各相阻抗和导纳分别相等时，称该线路处于平衡状态。线路的电抗与三相导线的排列方式有着密切的关系。
用电环节的不平衡是指系统中三相负荷不对称所引起的系统三相不平衡。产生三相负荷不对称的主要原因是单相大容量负荷在三相系统中的容量和电气位置分布不合理。6．三相不平衡的危害及改善方法 1）感应电动机
负序电压产生制动转矩，输出功率下降，还可能引起电动机振动。电动机的负序电抗很小，只有正序电抗的1/5~1/7，所以负序电流很大，使电动机过热，导致绝缘老化过程加快。2）变压器
变压器容量得不到充分利用。三相变压器供电给单相线电压负载时变压器的利用率约为57.7%；供电给单相相电压负载，则变压器的利用率仅为33.3%。如果处于不平衡负载下运行时仍要维持额定容量，将会造成变压器局部过热。3）换流器
三相电压的不平衡使换流器的触发角不对称，换流器将产生较大的非特征谐波。常规换流器是以抑制特征谐波进行设计制造的。非特征谐波电流的出现对换流器的谐波治理提出了更高的要求。
4）继电保护和自动装置
导致一些作用于负序电流的保护和自动装置的误动作。如：发电机负序电流保护、主变压器复合电压起动过电流保护、母线差动保护、线路保护振荡闭锁装置、线路相差高频保护和故障录波器。5）线损
负序电流及零序电流产生的附加功率损耗。6）计算机
低压三相四线制系统中，引起中线上出现不平衡电流，中性点电位会产生漂移，即零电位漂移。严重的零电位漂移对计算机产生电噪声干扰。改善三相不平衡的措施
（1）将不对称负荷合理分布于三相中，使各相负荷尽可能平衡。
（2）将不对称负荷分散接于不同的供电点，减少集中连接造成的不平衡度过大。（3）将不对称负荷接入高一级电压供电。电压等级越高，系统短路容量越大，不对称负荷在系统总负荷中所占的比例就越小，电压三相不平衡度也随之减小。对于单相负荷，系统短路容量只要大于负荷容量的50倍，就能保证连接点的电压三相不平衡度小于2%。（4）将不对称负荷采用单独的变压器供电。（5）采用特殊接线的平衡变压器供电。（6）加装三相平衡装置 7．供电可靠性常用指标
1）用户平均故障停电时间。在统计期间内，每一用户的平均故障停电小时数 2）故障停电平均持续时间。在统计期间内，故障停电每次平均停电小时数，计算式为 3）平均停电用户数。在统计期间内，平均每次停电的用户数，计算式为 4）故障停电平均用户数。在统计期间内，平均每次故障停电的用户数，计算式为
8．供电中断危害及提高供电可靠性的措施
危害：对电力系统：使有功和无功功率平衡遭到破坏，频率和电压严重偏离正常值，可能导致频率崩溃和电压崩溃。
对国民经济：导致生产停顿、生活混乱、危及人身和设备安全。
措施：加强系统的网架结构，合理分布电源及无功功率补偿设备，提高系统的抗扰动能力；采用自动化程度很高的系统，装设分散协调控制装置等都是重要的技术措施；各负荷的供电方式，应根据负荷对供电可靠性的要求和地区供电条件确定。
