第一章-电能质量概论现象分类与基本描述

电能质量的分类与基本描述IEEE第22标准协调委员会推荐采用的11种动态电能质量专用术语包括：断电(Interruptions)电压和频率偏差(Voltage,FrequencyDeviations)电压暂降(Sags)、电压暂升(Swells)瞬态脉冲与振荡(TransientsSurges)电压波动(VoltageFluctuations)电压陷波(Notches)谐波(Harmonics)、间谐波(Inter-harmonics)过电压(Over-voltages)和欠电压(Under-voltages)。瞬变现象、电压及频率偏差、不平衡凹陷（凸起）与间断、波动与闪变、电压谐波、陷波、欠电压过电压等电流谐波、间谐波、次谐波、相位超前与滞后、通讯干扰等电流质量服务质量2服务质量1电压质量用电质量电能质量供电质量电能质量体系构成与分类示意图电能质量的两种分类方法◆一般分类△IEC分类——频率特性△IEEE分类——属性特征（如频谱、幅值、持续时间等）◆特殊分类△变化型：连续出现的现象。电压或/和电流的幅值、频率、相位差等在时间轴上的任一时刻总是在发生着小的变化。△事件型：突然发生的现象。电压或/和电流短时间严重偏离其额定值或理想波形。IEC电能质量干扰（电磁兼容）分类现象分类现象分类传导型低频现象谐波，间谐波辐射型低频现象工频电磁场信号系统（电力线载波）幅射型高频现象磁场电压波动电场电压暂降（凹陷）和间断电磁场电压不平衡连续波工频变化瞬变感应低频电压静电放电现象（ESD）交流电网中的直流成分核电磁脉冲（NEMP）传导型高频现象感应连续波电压或电流单方向瞬变振荡性瞬变IEEE制定的电力系统电能质量特性参数及其分类类别典型频谱典型持续时间典型电压幅值瞬变现象冲击脉冲纳秒级5ns上升＜50ns微秒级1s上升50ns～1ms毫秒级0.1ms上升＞1ms振荡低频＜5kHz0.3～50ms0～4pu中频5～500kHz20s0～8pu高频0.5～5MHz5s0～4puIEEE制定的电力系统电能质量特性参数及其分类短时间变动瞬时暂降（凹陷）0.5～30周波0.1～0.9pu暂升（凸起）0.5～30周波1.1～1.8pu暂时间断0.5周波～3s＜0.1pu暂降30周波～3s0.1～0.9pu暂升30周波～3s1.1～1.4pu短时间断3s～1min＜0.1pu暂降3s～1min0.1～0.9pu暂升3s～1min1.1～1.2puIEEE制定的电力系统电能质量特性参数及其分类长时间变动持续间断＞1min0.0pu欠电压＞1min0.8～0.9pu过电压＞1min1.1～1.2pu电压不平衡稳态0.5～2％IEEE制定的电力系统电能质量特性参数及其分类波形畸变直流偏置稳态0～0.1％谐波0～100thH稳态0～20％间谐波0～6kHz稳态0～2％陷波稳态噪声宽带稳态0～1％电压波动＜25Hz间歇0.1～7％工频变化＜10s△电压质量包括的内容：电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、瞬变现象、波动与闪变、暂降（暂升）与间断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压等。△电流质量包括的内容：电流谐波、间谐波、次谐波、相位超前与滞后、噪声等。△波形质量包括的内容：畸变波形或非正弦波形。主要有谐波电压、谐波电流、陷波等。电能质量分类小结◆一些错误认识△“质量越高越好”忽略了技术经济关系，应当量体裁衣，质量分等级△“高技术产品质量本来就高”忘记了供用双方的共同责任△“凡是电力供应问题都是电能质量问题”和工程建设质量的区别与联系△……◆名词与术语△PowerQualityofElectricEnergySupply△VoltageQuality,CurrentQuality△QualityofElectricPowerSystem△QualityofService,QualityofConsumption△POWERQUALITY△电力质量，供电质量，电力品质，电能质量△用词与术语不规范与责任不清（如以上用语,Dips,Sags等）若干其它问题电能质量现象的基本描述◆瞬变现象（典型持续时间：50ns-5us）(1).冲击性瞬变现象：稳态条件下，电压、电流非工频、单极性的突然变化现象。△产生的原因：雷电（如图所示为雷电引起的典型冲击电流）。△特征描述：通常为上升/衰减时间。例如，1.2/50us/2000V的冲击脉冲，是指其电压经过1.2us后上升到2000V峰值，然后经50us衰减为峰值的1/2。△冲击脉冲可能在电力网络的自然频率点发生激励而出现振荡瞬变现象。电能质量现象的基本描述(2).振荡瞬变现象振荡瞬变是一种在稳态条件下，电压、电流非工频、有正负极性的突然变化现象。常用其频谱成分（主频率）、持续时间和幅值大小来描述。主频率大于500kHz，以数微秒来量度其持续时间的暂态现象称为高频振荡现象。主频率在5-500kHz范围、以数十微秒来量度其持续时间的暂态现象称为中频振荡现象。主频率低于5kHz，持续时间在0.3-50ms的暂态现象称为低频振荡。电能质量现象的基本描述◆产生的原因：高频振荡：局部系统对冲击脉冲响应。中频振荡：同上。电缆投切。低频振荡：电容器组投入冲能。另外，主频低于300Hz的振荡在配电系统也有发生，原因是铁磁谐振和变压器空载增能引起。对带有单独接地线的三相系统发生的暂态现象按其模式分类，又可分为出现在线对地或中性线对地之间共模谐振和线对中性线之间简正谐振模式。电能质量现象的基本描述◆短时间电压变动（典型持续时间：0.5cycles-1min）△电压暂降（0.5cycles-1min，0.1-0.9pu）△电压暂升（0.5cycles-1min，1.1-1.8pu）△短时间电压中断(0.5cycles-1min,0.1pu)△产生的原因:电网故障、用电设备故障、大容量负荷启动\甩负荷或弱系统间歇性负荷运行等。△故障与电压暂降和间断之间的联系：保护装置动作跳闸，重合闸动作，以及故障相与非故障相（电压暂升）的区别。电能质量现象的基本描述（1）短时间电压中断供电电压降低到0.1pu以下，且持续时间不超过1分钟(各标委会规定不仅相同)，为电压短时间中断。起因：系统发生故障，用电设备故障或控制失灵等。由系统故障造成的间断持续时间是由保护装置的动作时间决定的，通常对于非永久性故障，瞬时重合闸将会使电压间断时间限定在工频下的30个周期以内。带有延时的重合闸可能导致暂时的或短时的电压间断。由设备故障等造成的电压间断持续时间一般是无规律的。电能质量现象的基本描述（2）电压暂降(凹陷)‘暂降’是指工频条件下电压有效值减小到0.1-0.9pu之间、持续时间为0.5个周期至1分钟的短时电压变动现象。除由于重负荷或大型电机启动汲取大电流造成的电压暂降外，多数情况下电压暂降是与系统或设备故障相联系的。图中所示为在某一变电站的馈电线上发生单相对地故障引起的母线电压凹陷的变化图形。在断路器切断故障电流之前,电压80%暂降，并持续了3个周期。典型的故障切除时间为3-30个周期，这取决于故障电流的大小和过流保护的类型。电能质量现象的基本描述（3）电压暂升(凸起)‘暂升’含义是指在工频条件下，电压有效值上升到1.1-1.8pu之间、持续时间为0.5个周期到1分钟的电压变动现象。与暂降的起因一样，暂升现象是同系统与设备故障相联系的。例如，当单相对地发生故障，非故障相的电压可能会短时上升。但电压暂升不象电压暂降那样常见。另外当大容量负荷甩开或大容量电容器组增能时也会引起电压凸起。当电压暂升是在故障情况下出现时，电压上升的强度将随故障发生点、系统阻抗和接地状况而变化。在不接地系统，零序阻抗无穷大，当发生单相对地故障时，非接地相对地电压将达到1.73pu。电能质量现象的基本描述◆长时间电压变动（典型持续时间：1min）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（即广义电压偏差问题）。△持续电压中断（1min,0.0pu）△过电压和欠电压（1min,0.8-1.2pu，即小于额定值的90%或超过额定值的10%。电压允许偏移的极限值）。△产生的原因：永久性故障，负荷变动或系统的开关操作等。△须注意，电压间断与供电中断（Outage）的用法不同。前者是指一种特定的系统现象，后者是指电力系统中的元件未能正常工作带来的问题，或专门用于长时间电压短缺问题。电能质量现象的基本描述△电压不平衡△电压波形畸变（谐波、间谐波、次谐波）△电压陷波△电压波动（特征：典型频谱〈25Hz）△工频变化电能质量现象的基本描述（1）过电压过电压是指工频下交流电压有效值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大于1分钟。过电压的出现通常是负荷投切的结果（例如，切断某一大容量负荷或向电容器组增能时）。由于系统的电压调节能力比较弱，或者难以进行电压控制，系统的正常运行操作就可能造成过电压问题。变压器分接头的不正确调整也可能导致系统过电压。（2）欠电压欠电压是指工频下交流电压有效值降低，小于额定值的90%，并且持续时间大于1分钟。可以说引起欠电压的事件与过电压时正好相反。某一负荷的投入或某一电容器组的断开都可能引起欠电压，直到系统电压调节装置再把电压拉回到容限范围之内。过负荷时也会出现欠电压现象。电能质量现象的基本描述◆节电降压（Brownout）是指由电力部门进行的为减小电力需求而采取的特有的迅速调度策略，由此也出现持续欠电压。但是它不象电能质量所说的欠电压概念清楚，至今没有规范定义。因此应避免名词和概念上的混淆。（3）持续间断当供电电压下降为0，持续时间超过1分钟，这一长时间的电压变动现象称为持续间断。若电压间断超过1分钟，往往是永久性的，这要求人为介入对系统进行检修以恢复正常供电。电能质量现象的基本描述◆电压不平衡电压不平衡，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之比的百分数表示。电压不平衡(小于2％)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。电压严重不平衡（大于5%）很有可能是由于单相负荷过重引起的。图中所示为民用馈电一周电压不平衡变化记录，实际应用时常采用负序分量和零序分量与正序分量之比的百分数表示。电能质量现象的基本描述◆波形畸变波形畸变，是指电压或电流波形偏离稳态工频正弦波形的现象，用偏移频谱表示。波形畸变有五种主要类型，即，直流偏置、谐波、间谐波、陷波、噪声。（1）直流偏置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产生的。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，会使交流变压器偏磁，以至于发生磁饱和，引起变压器铁芯附加发热，缩短使用寿命。直流分量还会引起接地极和其他电气连接设备的电解腐蚀。电能质量现象的基本描述（2）谐波(HARMONICS)把含有供电系统设计运行频率（即简称工频，通常为50Hz或60Hz）整数倍频率的电压或电流定义为谐波。可以把畸变波形分解成基频分量与谐波分量的总和。电力系统中的非线性负荷是造成波形畸变的源头。波形畸变水平的描述方法，通常用具有各次谐波分量幅值和相位角的频谱表示。此外，在实际应用中也常用单项数据来表示，如，谐波含有率等。多用总谐波畸变率（THD）作为量度标准。电能质量现象的基本描述（3）间谐波(INTER-HAR.)把含有供电系统设计运行频率非整数倍频率的电压或电流定义为间谐波。其表现为离散频谱或宽带频谱。在各种电压等级供电网中都可能出现间谐波。间谐波源主要有静止频率变换器、循环换流器、感应电机和电弧设备等。电力线载波信号也可视为间谐波。电能质量现象的基本描述（4）陷波(NOTCH)陷波是电力电子装置在正常工作情况下，交流输入电流从一相切换到另一相时产生的周期电压扰动。由于陷波连续出现，可以通过受影响电压的波形频谱来表征。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。电能质量现象的基本描述（5）噪声噪声，是指