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电能质量治理节能技术

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  电能质量治理节能技术,近十多年来,电力科技工作者根据当代电力系统的特点,对出现的各种各样电能质量现象进行了分类整理和研究,不断地深入分析和探索尚待认识的电磁干扰问题,并且在此基础上部分地制定出了科学的符合生产实际的和可操作的电能质量考核基数及评估方法,推动了电能质量先进控制技术的实施。所有这些工作都为最终构成一个全面电能质量监督管理体系,真正实现电网的安全稳定和优质经济运行,向用户供给合格的电能和满意的服务提供了理论上合技术上的保证。

  电能既是一种经济适用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形势,又是一种由电厂发电、电力部门向用户提供,并由发、供、用三方共同保证这两的特殊产品。如今,电能作为走入市场的商品,无疑也应讲求质量。在此,我们会从对电能质量现象的认识和发展历程,电能质量的概念、定义、常用术语及其分类方法等基本知识入手,通过对国际电工委员会IEC和国际电气与电子工程师协会IEEE有关文件中所列的关于电磁干扰现象的特性分析和描述。

  由于供电电源电能质量下降而影响电气设备正常工作的问题,早在电力供应一开始就引起了供用电双方的关注。人们首先把电力系统运行中电压和频率偏离标称值的多少作为检验电能质量的重要指标。之后随着工业规模扩大和科技发展,电力用户对电能质量的要求在不断提高。与此同时许多新型用电设备也会像电网注入各种电磁干扰,造成电能质量问题日益突出并引起各方关注。人们已经认识到,电力部门只要将电能“如数”地传输给电力用户,并且保证一定的供电连续性即可满足需求的想法是很不完善的,电力系统运行和工业生产过程对电能质量的要求正在逐步扩大和深化,提高嗲能质量已经成为保证供用电系统安全稳定运行的基本要求。

  如何深入理解现代电能质量问题,如何把提高电能质量与增强竞争意识、扩大电力市场占有率联系起来,如何从技术、经济和运行管理等方面加大力度,保证优质供电,以最小程度减少现代工业企业及重要电力用户的影响,既是电力用户需求和电力系统运行给我们提出的新任务,也是信息时代给我们提出的新挑战。可以认为,当代电力系统的发展赋予了电能质量新的涵义和意义。近十多年来,电力科技工作者根据当代电力系统的特点,对出现的各种各样电能质量现象进行了分类整理和研究,不断地深入分析和探索尚待认识的电磁干扰问题,并且在此基础上部分地制定出了科学的符合生产实际的和可操作的电能质量考核基数及评估方法,推动了电能质量先进控制技术的实施。所有这些工作都为最终构成一个全面电能质量监督管理体系,真正实现电网的安全稳定和优质经济运行,向用户供给合格的电能和满意的服务提供了理论上合技术上的保证。

  (1)电压质量。给出实际电压与理想电压间的偏差以反映分配的电力是是否合格。电压质量通常包括:电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降、暂升与终端、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压等。

  (2)电流质量。电流质量与电压质量密切相关,为了提高电能的传输效率,除了要求用户汲取的电流是单一频率正弦波形外,还应尽量保持该电流波形与供电电压同相位。电流质量包括:电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前与之后、噪声等。

  (3)供电质量。包括技术含义和非技术含义两部分,技术含义有电压质量和供电可靠性;非技术含义是指服务质量,包括供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等。

  (4)用电质量。包含电流质量和非技术含义等,如用户是否按时、如数缴纳电费等。

  瞬变一词我们之前应该是接触过的,在店里系统运行分析里。它表示电力系统运行中一种并不希望而又事实上出现的瞬时事件。由于RLC电路的存在,大多数人的概念里瞬变现象自然是指阻尼振荡现象。关于此,IEEE里有一个含义更宽,描述也更简单的定义:变化量的部分变化,且从一种稳态过渡到另一种稳态过程中,该变化逐渐消失的现象。但这样描述在电能质量领域里会存在潜在的许多分歧。下面对瞬变的两种普遍类型做一下介绍:

  是在稳态条件下,电压、电流的非工频、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性,也可以通过其频谱特性成分表示。

  是一种电压、电流的非工频、有正负极性的突然变化现象。对于迅速改变瞬时值极性的电压和电流振荡问题,常用其频谱成分(主频率)、持续时间和幅值大小来描述其特性。

  这一类型包括电压暂降(也称为骤降或凹陷)和短时间电压中断等现象。若按照持续时间长短来划分,进一步还可将其分成瞬时、暂时和短时三种类型。顺便指出:如此细分的目的是用于电能质量监测中队电压干扰分类统计。

  当供电电压降低到0.1p.u以下,且持续时间不超过1min时,我们就认为出现的电压中断现象。出现原因可能是系统故障、用电设备故障或控制失灵等。

  暂降是指工频条件下电压方均根值减小到0.1~0.9p.u之间、持续时间为0.5~50周波的短时电压变动现象。电能质量领域使用暂降(sag)来描述短时电压降低已经很多年了,IEC把这一现象成为骤降(dips)在国内外行业内这两个词可以相互替换,是同意词。

  暂升的涵义是指在工频条件下,电压均方根值上升到1.1~1.8p.u之间、持续时间为半个到50个周波的电压变动现象。与暂降的起因一样,暂升现象也是同系统故障相联系的。我们可以用幅值大小和持续时间来表征这一现象。由于分类的方法不同,在许多资料中也使用“瞬态过电压”作为“电压暂升”的同义词。电压暂升现象远没有电压暂降现象那样常见。

  长时间电压变动是指,在工频条件下电压均方根值偏离额定值,并且持续时间超过1分钟的电压变动现象。分两种情况,即过电压和欠电压。通常,过电压和欠电压并非由于系统故障造成,而是由于负荷变动或系统开关操作引起的。

  过电压是指在工频条件下交流电压方均根值升高,超过额定值10%,并且持续时间大于1分钟的电压上升现象。过电压的出现通常是负荷投切的结果。

  欠电压是指在工频条件下交流电压方均根值降低,低至额定值的90%且持续时间超过1分钟的电压变动现象。与过电压的出现原因正好相反。某一负荷的投入或某一电容器的切除都可能引起系统欠电压。

  持续中断是指系统电压迅速降到0且持续时间大于1min。这种长时间电压中断往往是持久的。当系统事故发生后,往往需要人工应急处理以恢复正常供电,通常需数分钟或数小时。持续电压中断是特有的电力系统现象。但如果是电气设备检修或线路更改导致停电,或由于工程设计不当或电力供应不足引起的持续中断,则不属于电能质量问题。

  电压不平衡,时常被定义为与三相电压或电流的平均值的最大偏差,并且用该偏差与平均值的百分比表示。电压不平衡也可以用对称分量发来定义即用负序或零序分量的百分比加以衡量。电压不平衡的起因主要是负荷不平衡(如单相运行)所致,或者是三相电容器组的某一相熔断器熔断造成的。大于5%的电压不平衡属于电压严重不平衡,它的起因很可能是由于单相负荷过重引起的。

  波形畸变是指电压或电流波形偏离稳态工频正弦波形的现象,可以用偏移频谱描述其特征。波形畸变有五种重要类型,即直流偏置、谐波、间谐波陷波和噪声。

  在交流系统中出现直流电压或电流称为直流偏置。这可能是由于地磁干扰或半波整流引起的。例如为延长灯管的寿命在照明系统中采用的半波整流器电流,会是交流变压器偏磁以至于发生磁饱和,引起铁芯发热缩短寿命直流分量还会引起接地极和其它电气设备连接的电解腐蚀。

  把含有供电系统设计运行频率整数倍频率的电压或电流定义为谐波。可以把畸变波分解成工频和各次谐波分量的综合。电力系统中的非线性负荷是造成波形畸变的源头。

  陷波是电力电子器件在正常工作情况下,交流输入电流从一相切换到另一相时产生的周期性电压扰动。

  由于陷波的连续出现,可以用受影响电压的波形频谱来表征该量。但由于陷波的相关频率相当高,很难用谐波分析中习惯采用的测量手段来反映它的特征量,通常把它作为特殊问题处理。例如,一种评价指标规定,出现的陷波以其下陷深度和宽度来衡量。

  噪声是指带有低于200kHz宽带频谱,混叠在电力系统的相线、中性线或信号线中的有害干扰信号。

  电力电子装置、控制器、电弧设备、整流负荷以及供电电源投切等都可能产生噪声。由于接地线配置不当,未能把噪声产地至远离电力系统,常常会加重对系统的噪声干扰和影响。噪声可以对点射设备的正常工作造成危害。采用滤波器、隔离变和电力线调节器等措施能减缓噪声的影响。

  电能作为人们广泛使用的能源,其应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一,在满足工业生产、社会和人民生活对电能需求量的同时,提高对电能质量的要求,是一个国家生产发达、科技水平提高、社会文明程度进步的表现,是信息时代和信息社会发展的必然结果,是增强用电效率,节能降损、改善电气环境、提高国民经济的总体效益以及工业生产可持续发展的技术保证。

  随着电能质量标准的制定和实施,电能质量的监督管理法规体系将逐步建立。这比将大大促进设备制造厂商提高期生产设备和对电力系统的兼容性,促使电力用户在提高产品生产效率,使用高性能设备的同时,严格限制自身对电力系统和其它设备的电磁干扰,保障各行各业的正常用电秩序,进一步促进供电部门加强对电能质量的技术监督和对电力系统的运行管理,推动电能质量先进控制技术的研发和应用,提高控制和驾驭的能力,保障配电系统安全经济的运行和向用户提供合格的电能和优质的服务,为千家万户提供信得过的电能产品。


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