1、1电能质量分析与控制课程知识要点1、产生电力系统供电频率偏差的原因是什么？试述一种计算频率方法的原理，并画出流程图。2、根据你对GB/15945 电能质量 电力系统频率偏差的理解，画出电能质量频率偏差测量方法的流程图。掌握电力系统频率合格率的统计方法。3、掌握电力用户有功功率冲击限值计算方法（统计周期内的最大值）用户冲击负荷有功功率冲击引起的电力系统频率波动可下式计算 1NGfLfPfSK式中：用户冲击负荷引起的频率波动（Hz） 。f：系统频率标称值（Hz） ，对于我国电力系统， =50Hz。N Nf：系统发电总容量（MVA） 。GS：备用容量系数， 等于 与系统总负荷之比。GS：发电机的功率
2、频率静态特征系数。汽轮发电机组 =16.725，水轮发电机GfK GfK组 =2550。f：电力系统负荷的频率调节效应系数， =13。Lf Lf：有功功率冲击。P若 主要是由有功功率与频率无关的负荷（如照明、电弧炉、电阻炉、暂流负荷等）引起的，则 =11.5。LfK若 主要是由有功功率与频率一次方成正比的负荷（如机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等）引起，则 =1.52。LfK2若 主要是由有功功率与频率的 23 次或更高次方成正比的负荷（如风机、水泵P等）引起的，则 =23。LfK4、查阅文献，理解电力系统频率偏差对系统和用电设备的危害性有哪些？5、产生电力系统供电电压偏差的原因是什么
3、？根据你对GB/12323 电能质量 供电电压偏差的理解，画出电能质量供电电压偏差测量方法的流程图。掌握电力系统供电电压合格率的统计方法。6、一段线路的单相等值线路如图 1 所示，送端电压为 ，受端电压为 ，线路SU. r.阻抗为 R+jX，电流 滞后电压 的角度为 ， 滞后电压 的角度为 ，在正常潮I. rU. I. s. 流分布情况下，| - |5 o，试写出线路压降 Ud 的计算式。解： ， ，RIUXIj XRdU.， ， ， ， ， 的矢量图如图 1-1 所示：S.rUI. A E C D UX UR Ud Ur I B US 图 1- 图 1所 示 线 路 的 矢 量图 cossi
4、ncosinIRIXURXd | - |5 o，可以认为 ， 3 XIIRIXUpqd cossin7、查阅文献，理解电力系统供电电压偏差对系统和用电设备的危害性有哪些？8、产生电力系统三相不平衡的原因是什么？根据你对GB/15543 电能质量 三相电压不平衡的理解，画出电能质量三相电压不平衡测量方法的流程图。9、电压不平衡度允许值一般可根据连接点的正常最小短路容量换算为相应的负序电流值，作为分析或测算依据。掌握单个用户负序电流限值的计算方法。10、查阅文献，理解电力系统三相不平衡对系统和用电设备的危害性有哪些？11、产生电力系统谐波的原因是什么？根据你的理解，电力系统谐波电压水平的高低跟哪些
5、因素有关系？12、掌握电力系统谐波电流限值的计算方法；掌握电力系统谐波合成方法。答：计算第 i 个用户注入公共连接点的 h 次谐波电流限值设公共连接点最小短路容量为 SK1，基准短路容量为 SK2，向公共连接点供电的供电设备容量为 St，第 i 个用户用电协议容量为 Si，则第 i 个用户注入公共连接点的 h 次谐波电流限值：hptiKhISI12式中 Ihp：在基准短路容量时，全部用户注入电网 h 次谐波电流限值， 为相位叠加系数。（1）当相位角已知时，按下式计算hhhIII cos2121式中： 谐波源 1 的第 h 次谐波电流 A谐波源 2 的第 h 次谐波电流 A2hI谐波源 1 和谐
6、波源 2 的第 h 次谐波电流之间的相位。4（2）当相位角不确定时，按下式计算2121hhhIKII式中 Kh 按下表数据取值h 3 5 7 11 139，13,偶次Kh 1.62 1.28 0.72 0.18 0.08 013、掌握 6 脉动整流和 12 脉动整流电路，谐波电流发生量、基波电流、交流侧功率因数和晶闸管触发控制角之间的关系。据此理解多重化技术在谐波控制方面的意义。14、半控型电力电子器件晶闸管和全控型电力电子器件产生的特征谐波不同点？15、根据你对低压三相四线制系统的了解，低压负荷大量使用节能灯，该负荷产生大量三次谐波电流，对低压三相四线制系统设计特别市中性线的设计有何要求？请
7、查阅资料，了解谐波情况下变压器如何选型，变压器的 K 系数的物理意义？16、如何判断谐波电流的流向？答：设电压 (1)hhMtUtu11sin2(2)hhtIti 11i当 ，谐波电流由非线性负荷（谐波源）流向系统；27090h当 或 ，谐波电流由系统流向负载。9360h17、谐波源在低压侧，谐波电流、谐波电压如何由低压侧向高压侧传递？谐波电压如何从高压往低压传递。根据你对谐波产生及传递的原理，简述影响某 10kV 系统谐波电压的因素有哪些？答：谐波电压传递是短路容量决定的，5设低压侧谐波电压为 U1，最小短路容量为 S1；高压侧谐波电压 U2，最小短路容量为 S2，则 12US18、电力系统
8、中一般来说， 3 次谐波电压为零序， 5、11、17、23 次谐波电压为负序，7、13、19、25 次谐波电压为正序。请推导出一般的通式。19、某工厂 10kV 系统短路容量未知，但该 10kV 系统非线性负荷产生的 23 次谐波为主导谐波，现测量该 10kV 23 次谐波电压为 144V，总进线谐波电流为 17A，且谐波电压与电流的相位差为-90。请按照国标计算该 10kV 系统总进线谐波电流限值，并评估 23 次谐波电流是否超标。20、如何绘制配电系统的阻抗特性和谐波电流系数曲线，并理解系统阻抗特性及谐波电流系数曲线极大值与极小值。21、查阅文献，理解电力谐波对系统和用电设备的危害性有哪些
9、？22、分析谐波电压源和谐波电流源对电容器固定补偿装置安全稳定运行造成的影响？如何解决该问题。23、某钢厂交流电弧炉供电系统接线图如图一所示：6图一 系统接线图70t EAF 炉和 70tLF 炉注入 35kV PCC2 谐波电流如下表所示：谐波次数h0.5 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10谐波电流Ih（A）250 60 50 110 45 75 18 35 17 12 10EAF 炉和 LF 炉产生的最大无功冲击为 70MVar，正常工况有功功率为 40MW 左右，PCC1 的背景谐波电压含有率：3 次 0.3%，5 次 0.5%，背景电压变动：0.4%，背景电压闪变：0。（1）
10、 计算 PCC2 点的最小短路容量。（2） 设田北线对 PCC1 的供电容量为 250MVA， EAF 炉和 LF 炉的协议用电容量为 90MVA，按照国标要求计算 EAF 炉和 LF 炉注入 PCC1 和 PCC2 的谐波电流限值。（3） 对 PCC1 和 PCC2 的电能质量进行评估。答案：（1） PCC2 点的最小短路容量PCC1 点最小短路容量已知：S 1min=3000MVA电压：U N1=110kV7则 PCC1 点系统阻抗： X1S=1102/3000=4.03（）折合到 35kV 侧：X 1S=（35/110） 2X1S=0.41（）变压器 35kV 侧阻抗：X T=（35 2
11、/90）0.105=1.43（）则 PCC2 点的系统阻抗为：X 2S= X1S + XT =0.41+1.43=1.84（）PCC2 点的最小短路容量为：S 1min= UN12/ X2S =352/1.84=665.76MVA（2） 注入 PCC1 和 PCC2 的谐波电流限值110kV PCC1 点： 基准短路容量：S P1=750 MVA 最小短路容量：S 1min=3000MVA K1= S1min/ SP1=4，h 次谐波电流限值 Ih1=K1 IhP1， IhP1 为基准短路容量时谐波电流限值。 1)(TihlilSISi=90MVA，用户协议容量ST=250 MVA，用电容量
12、相位叠加系数h 3 5 7 11 139，13 及偶次 1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 235kV PCC2 点： 基准短路容量：S P2=250 MVA 最小短路容量：S 2min=665.76MVA Si=90MVA，用户协议容量 ST=90 MVA，用电容量K2= S2min/ SP2=2.66，h 次谐波电流限值 Ih2=K2 IhP2，I hP2 为基准短路容量时谐波电流限值。h 2 3 4 5 6 7 8 9 10IhP1（A） 12 9.6 6.0 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4110kVPCC1 Ihi1（A） 28.8 15.17 14.4 16.51
13、 9.6 13.1 7.2 7.68 5.768IhP2（A） 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.135kVPCC2 Ih2（A） 39.9 31.92 20.48 31.92 13.57 23.41 10.11 10.91 8.25（3） 对 PCC1 和 PCC2 的电能质量进行评估 电压变动35kV pcc2 最大电压变动 du2= ；国标限值 3.0% 。%5.1076.50110kV pcc1 最大电压变动 du1= ；国标限36.24.32值 2.5% 。 电压闪变（95%概率大值）35kV pcc2 pst2=0.105750.9=7.09；国标限值
14、1.0% 。110kV pcc1 pst1=0.0233750.9=1.51；国标限值 0.8% 。 注入 PCC1 和 PCC2 的谐波电流谐波次数 h 0.5 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10注入值(A) 250 60 50 110 45 75 18 35 17 12 1035kVppc2 限值(A) / / 39.9 31.92 20.48 31.92 13.57 23.41 10.11 10.91 8.25注入值(A) 79.5 19.1 15.9 35 14.3 23.9 5.7 11.1 5.4 3.8 3.2110kVppc1 限值(A) / / 28.8 15.17
15、 14.4 16.51 9.6 13.1 7.2 7.68 5.76 EAF 炉和 LF 炉在公共供电点产生的谐波电压谐波次数 h 0.5 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10注入 pcc2谐波电流（A）250 60 50 110 45 75 18 35 17 12 10谐波阻抗（）0.92 2.76 3.68 5.52 7.36 9.20 11.0 12.9 14.7 16.6 18.435kVpcc2谐波电压（V） 230 165 184 607 331 690 198 450 250 198 1849谐波电压含有率（ %）1.14 0.82 0.91 3.00 1.64 3.41
16、 0.98 2.23 1.24 0.98 0.91谐波电压含有率（ %）0.25 0.18 0.20 0.67 0.36 0.76 0.22 0.50 0.27 0.22 0.20背景值（ %） / / / 0.3 / 0.5 / / / / /110kVpcc1合成值（ %） 0.25 0.18 0.20 0.73 0.36 0.91 0.22 0.50 0.27 0.22 0.2035kV pcc2 电压总谐波畸变率：5.95 %；国标限值 3.0% 。110kV pcc1 电压总谐波畸变率：1.44%；国标限值 2.0% 。由以上计算结果说明 35 kV pcc2 各项指标均超过国标规定
17、限值，110kV pcc1 电压闪变和部分次数谐波电流超标。24、硅整流设备和电弧炉、电焊机、轧钢机等冲击性负荷产生的电力谐波有何区别？在谐波测量上有何不同？答：硅整流设备工作时产生的谐波电流仅含供电电压基波频率整数倍的整数次谐波电流，在测量时傅立叶变换窗口宽度一般选 1 个周期即可；而电弧炉、电焊机、轧钢机等冲击性负荷产生的谐波电流不仅含供电电压基波频率整数倍的整数次谐波电流，而且包含非整数次谐波电流。在测量时傅立叶变换窗口宽度一般选 832 个基波周期。25、设某 10kV 公共供电点的短路容量为 50MVA，接在 10kV 母线上的非线性负荷产生的谐波电流为 I3=30A，I5=100A
18、，I7=70A，如果接在 10kV 母线上的电容器无功补偿容量为 2MVar，问是否会发生并联谐振，计算电容器投切前后注入公共供电点的谐波电流和公共供电点的谐波电压？答：系统阻抗： 25012SUX电容器无功补偿容量：Q=2 MVar ，电容器阻抗：21CQ1050.2Xcns谐振点不在整数次，所以不会发生并联谐振。26、在无功补偿装置设计中，如何校验电容器在谐波情况下的过载能力？答：参考电容器国家标准高电压并联电容器的规定，电容器在谐波情况下的过载能力用各次谐波电压含有率表示成下列各式。（1） 有效值过电压221hCUUCNhhHR.122式中 U1 和 Uh基波和 h 次谐波电压HRUhh
19、 次谐波电压含有率，HRU h=Uh /U1（2） 峰值过电压 21hCmCNhhUHRU2.1)(221 （3） 谐波过电流 ./.2/ 21121 hXXI CCC21 3.hhIHRUXUIC1电容器额定电压时对应实际电容 C 的基波电流，I C1=UCN 1C。（4） 输出无功 21ChCCQQ././1212XUXUCNhhCHR35.221211式中 QCN电容器的额定容量， QCN= 。NCU12上述四个条件应同时满足。27、谐波和负序对电能计量会产生哪些影响？你认为对谐波源用户和三相不平衡用户如何计量比较科学与合理。28、波动负荷单独引起的长时间闪变值计算方法？电力系统正常运行
20、的较小方式下，波动负荷处于正常、连续工作状态，以一天（24h）为测量周期，并保证波动负荷的最大工作周期包括在内，测量获得的最大长时间闪变值的波动负荷退出时的背景闪变值，通过下列计算获得波动负荷单独引起的长时间闪变值：3210itltltP式中：波动负荷投入时的长时间闪变测量值；1ltP背景闪变值，是波动负荷退出时一段时间内长时间闪变测量值；0lt波动负荷单独引起的长时间闪变值。2lt波动负荷单独引起的长时间闪变值须小于该负荷用户的闪变限值。每个用户按其协议用电容量 和总供电容量 之比，考虑上一级对(/cos)iiiSPiS下一级闪变传递的影响（下一级对上一级的传递一般忽略）等因素后确定该用户的
21、闪变限值。单个用户闪变限值的计算方法如下：首先求出接于 PCC 点的全部负荷产生闪变的总限值 ：G3PHGLT式中：PCC 点对应电压等级的长时间闪变值 限值；PL lt上一电压等级的长时间闪变值 限值；H ltP12上一电压等级对下一电压等级的闪变传递函数，推荐为 0.8。不考虑超高T压（EHV）系统对下一级电压系统的闪变传递。各电压等级的闪变限值见表 2。单个用户闪变限值 为：iE31iitSGF式中：波动负荷的同时系数，其典型值 （但必须满足 ） ，高F0.23/iiSF压（HV）系统 PCC 总容量 确定方法见附录 B。tHVS29、电压波动的测量和估算某工厂 10kV 系统短路容量为
22、 268MVA，10kV 系统所带冲击性负荷产生的周期性无功冲击功率高达 20Mvar，周期为 1 小时 60 次，请评估该 10kV 系统电压波动是否超过国标要求。电压波动可以通过电压方均根值曲线 来描述，电压变动 和电压变动频度()Utd则是衡量电压波动大小和快慢的指标。r电压变动 的定义表达式为：d10%NdU式中：电压方均根值曲线上相邻两个极值电压之差；U系统标称电压。N当电压变动频度较低且具有周期性时，可通过电压方均根值曲线 测量，对电()Ut压波动进行评估。单次电压变动可通过系统和负荷参数进行估算。当已知三相负荷的有功功率和无功功率的变化量分别为 和 时，可用下式计iPiQ算：21
23、0%LiiNRPXQdU13式中： 、 分别为电网阻抗的电阻、电抗分量。LRX在高压电网中，一般 ，则：LR=10%scQidS式中： 考察点（一般为 PCC）在正常较小方式下的短路容量。scS在无功功率的变化量为主要成分时（例如大容量电动机启动） ，可采用式（7） 、式（8）进行粗略估算。对于平衡三相负荷：（7）10%iscSd式中：三相负荷的变化量。iS对于相间单相负荷：310%iscSd（8）式中： 三相负荷的变化量。iS注：当缺正常较小方式的短路容量时，设计所取的系统短路容量可以投产时系统最大短路容量乘系数 0.7 进行计算。30、查阅文献，理解电力系统电压波动与闪变产生的原因以及对系统和用电设备的危害性有哪些？31、如图所示为某 0.4kV 总进线基波测试相量图，要求设置无功补偿装置，串联 7%电抗率，补偿后 0.4kV 总进线功率因数在 0.92 以上，试计算电容器和电抗器参数。1432、电能质量控制的含义和目标是什么？电能质量控制的实施主要依赖于哪些技术的发展？这些技术在电能质量控制中起到什么样的作用？33、简述你对电能质量定义的理解，以及你所知道的电能质量控制装置和原理（要求至少 3 种装置）
