电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。
同时,在三相交流系统中,各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称,负荷性质多变,加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因,这种理想的状态并不存在,因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题,也就产生了电能质量的概念。
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1.电压
电压(voltage),也称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V,简称伏),常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。
2.波形
表示信号的形状、形式,这个信号可以是波在物理介质上的移动,也可以是其他物理量的抽象表达形式。
3.频率
频率,是单位时间内完成周期性变化的次数,是描述周期运动频繁程度的量,常用符号f或ν表示。
电能质量的特征
(1) 电力系统的电能质量始终处在动态变化中。电能从发电 生产到用户消耗是一个整体,电能量的流动始终处于动态平衡之 中,并且随着电网结构的改变和负荷的变化,在不同时刻、不同连接点,电能质量现象和指标往往是不同的,也就是说整个电力 系统的电能质量状态始终处在动态变化中。
(2) 电力系统是一个整体,其电能质量状况相互影响。电 能不能大量储存,其生产、输送、分配和转换、消耗几乎是同 时进行的。很显然,在电力系统运行过程中电能是不可能更换的。电气连接将供用电双方构筑成一个整体,不论哪个环节引 起电能质量问题,都会对相关配电网络与设备以及电力用户的。
引起电能质量的原因
1、电力系统元件存在的非线性问题
电力供电系统中元件的非线性问题有:发电机正常工作中产生的谐波;电网中各变压设备产生的谐波;直流输电产生的谐波;经过高压后的输电线路对谐波的放大作用。另外,并联电容器在变电站中的设置等因素也都会造成谐波的出现。这些因素中直流输电因素是现在电力系统中产生谐波的主要因素。
2、非线性负荷
非线性负载在工业和生活用电中展的比例很大,这是电力系统中产生谐波的主要根源。非线性的主要负载是电弧炉,电弧炉起弧的时延及电弧的严重非线性产生了谐波。
居民的日常生活和生产的负荷中,使用的荧光灯的伏安特性也是非线性的,也会有严重的谐波电流产生,其中含量最高的是3次谐波。此外,使用大功率的整流和变频装置也会有严重的谐波电流产生,严重影响了电网的安全。
3、电力系统故障
电能质量也会受到电力系统运行时的内外故障影响,例如,各种自然灾害、人为的非正常操作、各种线路短路、电网出现故障时发电机及励磁系统工作状态的改变等都会对电能的质量造成很大的影响。
改善电能质量的措施
一是,调整负荷,降低负荷的敏感程度,如果遇到要求负荷电能质量特别高的电力用户仅依靠电力企业采取的措施不能在短期内满足要求时,电力企业必须和电力用户共同采取必要措施,使负荷减少敏感程度及降低电能质量不良程度。
二是,改进电网,电力企业安装抑制或消除电力扰动的必要设备。
经常见到的电能质量调节装置功能相对单一,例如,有源滤波器APF、动态电压恢复器DVR等,全面实现电力用户电能质量的设备是电能质量调节器,其组成主要是一个电容把一个并联逆变器和串联逆变器耦合在一起。
并联逆变器进行非线性负载谐波电流及无功补偿使用的是PWM电流控制技术,起到调节电容直流电压的作用。而串联逆变器使用的是PWM电压控制技术,其主要是对输出的电压进行控制以达到抑制谐波、降低负荷的敏感程度。
电能质量调节器由于其是有一个串联和并联的逆变器组成的,因此其具有两者的结构特征,对网络中电流和电压的波形可同时调节,电能质量调节器的应用极大的解决了电网中电能质量问题的出现。
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