电能质量 三峡大学电气信息学院 周云海 Email:zhouyunhai@ctgu.edu.cn
电能质量 三峡大学电气信息学院 周云海 Email: zhouyunhai@ctgu.edu.cn
讲座主要内容 ◆电能质量问题的重要性 电能质量的基本概念 ◆电能质量相关国家标准 ◆改善电能质量问题的装置和技术手段 ◆一些实际应用案例 电能质量监测技术的发展趋势
讲座主要内容 电能质量问题的重要性 电能质量的基本概念 电能质量相关国家标准 改善电能质量问题的装置和技术手段 一些实际应用案例 电能质量监测技术的发展趋势
电能质量问题的重要性 ◆电能即是一种经济、实用、清洁且容易控 制和转换的能量形态,又是电力部门向电 力用户提供,由发、供、用三方共同保证 质量的一种特殊产品。如今,电能作为走 进市场的商品,与其它商品一样,无疑也 应讲求质量
电能质量问题的重要性 电能即是一种经济、实用、清洁且容易控 制和转换的能量形态，又是电力部门向电 力用户提供，由发、供、用三方共同保证 质量的一种特殊产品。如今，电能作为走 进市场的商品，与其它商品一样，无疑也 应讲求质量
电能质量问题的重要性 (1)现代用电设备对电能质量的要求比传统设备更高。许多新的电器和 装置都带有基于微处理杌的控制器和功率电子器件,它们对各种电磁 干扰都极为敏感。 (2)对电力系统运行总效率的重视程度不断加强特别在用电设备方面表 但这些设备 电网谐波污 付电力系统 来直接的或潜在的危害。例如高效率电机变速驱动、为降低损耗和 校正功率因数而采用的并联电容补偿器,以及大量的用户电子设备等。 (3)电力用户已提高了对电能质量的认识,正在了解如供电间断、电压凹 电路通断引起的暂态现象等实际问题为满足高效生产流程的 需要维护用电设备的正常运行越来越多的用向电力部门提出 高质量供电的要求,甚至通过签定供电合同和质量协议的方式以获得 保证 (4)电力网的各个部分都是相互联系的因止综合协调处理车关重要。任 何一个局部的故障或事件都有可能造成大面积的影响,甚至是重大损 失。这迫使供电部门在保证向用户提供优质电力的同时还需极力避 免遭受用电设备严生的电力干扰维护电网安至运行。因此电能质量 已经成为一项系统工程问题
电能质量问题的重要性 (1)现代用电设备对电能质量的要求比传统设备更高。许多新的电器和 装置都带有基于微处理机的控制器和功率电子器件,它们对各种电磁 干扰都极为敏感。 (2)对电力系统运行总效率的重视程度不断加强,特别在用电设备方面表 现突出。但这些设备的使用又会导致电网谐波污染(更广义的称为 电气环境污染),致使供电电压干扰水平加重,对电力系统安全运行带 来直接的或潜在的危害。例如,高效率电机变速驱动、为降低损耗和 校正功率因数而采用的并联电容补偿器,以及大量的用户电子设备等。 (3)电力用户已提高了对电能质量的认识,正在了解如供电间断、电压凹 陷、电路通断引起的暂态现象等实际问题。为满足高效生产流程的 需要,维护用电设备的正常运行,越来越多的用户向电力部门提出了 高质量供电的要求,甚至通过签定供电合同和质量协议的方式以获得 保证。 (4)电力网的各个部分都是相互联系的,因此综合协调处理至关重要。任 何一个局部的故障或事件都有可能造成大面积的影响,甚至是重大损 失。这迫使供电部门在保证向用户提供优质电力的同时,还需极力避 免遭受用电设备产生的电力干扰,维护电网安全运行。因此电能质量 已经成为一项系统工程问题
电能质量问题影响的严重性 ◆供电可靠性问题对美国工业每年造成损失为 250-500亿美元。如惠普公司集成电路工厂 停电20分钟将引起3000万美元损失 大量电力电子装置的使用、电容投切等造成 负荷不对称并引起严重的电能质量问题。 电压低于0.9额定值时,某些电动机将不能 正常工作。 ◆高次谐波会导致对精密电子设备工作的干扰 和电器设备的异常发热,造成设备的永久性 损坏。 供电电压的闪变和三相不对称,则直接影响 各种电气设备正常运行
供电可靠性问题对美国工业每年造成损失为 250－500亿美元。如惠普公司集成电路工厂 停电20分钟将引起3000万美元损失。 大量电力电子装置的使用、电容投切等造成 负荷不对称并引起严重的电能质量问题。 电压低于0.9额定值时，某些电动机将不能 正常工作。 高次谐波会导致对精密电子设备工作的干扰 和电器设备的异常发热，造成设备的永久性 损坏。 供电电压的闪变和三相不对称，则直接影响 各种电气设备正常运行。 电能质量问题影响的严重性
次电源波动可能造成的巨大经济损失 Motivation for mitigation equipment 纺织工业 光学工业→ 包括一些化工生产过程 玻璃工业 具有特殊过程工业→ Specialized Process industry 半导体工业 $1K 10k SIM $10M MM=百万美元 Losses per oltage Sag
一次电源波动可能造成的巨大经济损失 半导体工业 具有特殊过程工业 玻璃工业 光学工业 纺织工业 $M=百万美元 包括一些化工生产过程
IBM的研究结果 Power problems are the Largest cause of data Loss 48.5%o Source. Contingency Pianino
IBM的研究结果
压跌落对一些设备的危害 芯片测试当电压低于85%时,测试仪停止工作,芯片、主板可能被毁; PLC 早期的产品,当电压低于10%时,仍能持续工作15个周波 可编程控制器)新版产品,当电压低于650~600%时,PLC停止工作;而2 年后的另一篇文献山介绍,当电压低于81%时,PLC停止 工作;一些O设备,当电压低于%%、持续埘间仅几不周 波,就会被切除。 机器人 由机器人控制对金属部件进行钻、切割等精密加工的机械工 具,为保证产品质量和安全,工作电压槛值一般设为90%, 当电压低于此值、持续时间超过2~3个周波时,被跳闸。 直流马达当电压低于80%时,直流电机被跳闸。 变频调速当电压低于70%,持续时间超过6个周波时,ⅤSD被切除。 而对于一些精细加工业中的电机,当电压低于90%、持续时 间超过3个周波时,电机就会被跳闸而退出运行。 马达 有的研究表明当电压低于50%、持续时间超过1个周波,接触器 接触器就会脱扣,而有的研究表明当电压低于70%、甚至更高, 接触器就会脱扣。 计算机 当电压低于60%,持续时间超过12个周波时,计算工作将受 到影响,如数据丢失
电压跌落对一些设备的危害 芯片测试 当电压低于85％时，测试仪停止工作，芯片、主板可能被毁； PLC 早期的产品，当电压低于10％时，仍能持续工作15个周波 （可编程控制器） 新版产品，当电压低于(50～60)％时，PLC停止工作；而2 年后的另一篇文献[11]介绍，当电压低于81％时，PLC停止 工作；一些I/O设备，当电压低于90％、持续时间仅几个周 波，就会被切除。 机器人 由机器人控制对金属部件进行钻、切割等精密加工的机械工 具，为保证产品质量和安全，工作电压槛值一般设为90％， 当电压低于此值、持续时间超过2～3个周波时，被跳闸。 直流马达 当电压低于80％时，直流电机被跳闸。 变频调速 当电压低于70％，持续时间超过6个周波时，VSD被切除。 而对于一些精细加工业中的电机，当电压低于90％、持续时 间超过3个周波时，电机就会被跳闸而退出运行。 马达 有的研究表明当电压低于50％、持续时间超过1个周波，接触器 接触器 就 会脱扣，而有的研究表明当电压低于70％、甚至更高， 接触器就会脱扣。 计算机 当电压低于60％，持续时间超过12个周波时，计算工作将受 到影响，如数据丢失
我国电网电能质量问题更大 ◆故障率与供电可靠性差 n据1995年203个供电局/电业局统计,平均供 电可靠率仅为99.075% ◆电压波动大。我国部分城网电压合格率仅为 82%86% ◆供电网谐波污染严重。变流电源、家用电器、 冶金、化工企业大型冲击电源、电气化牵引设 备等都是主要的谐波源,造成电压波形畸变、 电压波动、闪变和三相不平衡
我国电网电能质量问题更大 故障率与供电可靠性差 ◼ 据1995年203个供电局/电业局统计，平均供 电可靠率仅为99.075%； 电压波动大。我国部分城网电压合格率仅为 82%~86%； 供电网谐波污染严重。变流电源、家用电器、 冶金、化工企业大型冲击电源、电气化牵引设 备等都是主要的谐波源，造成电压波形畸变、 电压波动、闪变和三相不平衡
电能质量问题危害实例 ◆1984年,大同第二发电厂中的发电机负序 电流过负荷保护受到电气铁道所产生的过 大负序电流和谐波电流而动作切机,造成 大面积停电。 陕西安康110kv电网由于电气铁道供电使 电网中多种保护和自动装置受到负序电流 影响而频繁误动,每天达100余次
电能质量问题危害实例 1984年，大同第二发电厂中的发电机负序 电流过负荷保护受到电气铁道所产生的过 大负序电流和谐波电流而动作切机，造成 大面积停电。 陕西安康110kv电网由于电气铁道供电使 电网中多种保护和自动装置受到负序电流 影响而频繁误动，每天达100余次