电能质量 电能质量治理

一、什么是电能质量
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向用户供电。但由于系统工程中的发电机、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，这种理想境界的状态并不存在。因此产生了电网运行，电力设备和供用电路环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量的含义，从不同角度理解通常包括电压质量，电流质量，供电质量，用电质量。

二、目前针对电能质量问题研究的主要内容有哪些？
目前研究和解决电能质量问题已经成为电力发展当前之急。主要研究课题包括：
(1) 研究谐波对电网电能质量污染的影响并采取相应的对策。
(2) 研究谐波对电力计算装置的影响并采取相应的措施。
(3) 研究电能质量污染对**企业的影响并采取相应的技术手段。
(4) 加强电能质量控制装置的研制。
(5)谐波治理的方式研究。
三、什么是电力谐波？
电力系统频率是指电力系统统一的一种运行参数，我国国家标准GB/T15945-1995《电力系统频率允许偏差》规定以50HZ正弦波作为电力系统的标准频率。
四、谐波产生的主要原因是什么？
(1) 来自用户的非线性负荷。非线性用电设备是产生谐波的主要原因，由于非线性设备产生的谐波电流通过系统网络注入到系统电源中，畸变电流经系统阻抗使母线电压发生畸变，使电能质量受到污染。如化工行业的高频炉，电解设备，钢铁行业的炼钢炉，大型轧机，硅整流设备等，它们向电网取用较薄电流的同时，产生出数次谐波电流注入系统。这些负载的谐波没有随不同负载的变化的特征，从而使注入网络的谐波电流出现忽大忽小，时隐时现的现象。
(2) 来自系统的影响。其一，系统交流发电机内部的定子和转子间的气隙，由于受到贴心齿、槽或工艺的影响，分布不均匀，虽然各相电势的波形对称，但三相电势中含有一定数量的奇次谐波；其二，系统电网*量变压器的励磁电流含有奇次谐波成分，当变压器空载或过励磁时则更为严重，并由此构成了主要的稳定性谐波源；其三，当电网中投切空载变压器或电容器时，其合闸涌流注入电网也会形成突发性的谐波源。系统的标准频率。通常也称为工频（基波频率）。
谐波是指多少于工频率的波形，简称“次”，是指从2次到30次范围，如5次谐波电压（电流）的频率是250HZ，7次谐波电压（电流）的频率是350HZ。13次以上的谐波成为高次谐波。
电力系统中作用在同*路中的数个不同频率的正弦电势，使得电路中的电流成为各个不同频率电流分量的叠加值，从而形成谐波电流。
五、谐波是怎样进行分类的？
谐波主要根据频率和相序特性进行分类。
(1) 根据频率分类
根据工频基波整数倍的频率可分为2次谐波（100HZ）、3次谐波（150HZ）、……。非工频基波整数倍的谐波成为间谐波。
(2) 根据相序旋转作用分类
根据相序旋转作用可分为负序谐波、零序谐波、正序谐波三种。分别对应2、3、4次谐波，并依次类推分别对应5、6、7次谐波，8、9、10次谐波……。其中正序谐波包括基波频率，分正身旋转。负序谐波为逆向旋转，产生的磁场抵消基波产生的磁场。零序谐波不旋转，但会叠加到三相四线制系统的中性线上。在三相四线制系统中，一些谐波能够相互抵消，另一些谐波却会相互叠加，致使谐波被放大。
六、谐波源主要包括那些设备？
(1) 电力电子设备
电力电子设备主要包括整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其他SCR控制系统等。由于工业与民用电力设备常用到这类电子设备和电路，如整流和变频电路.其负载性质一般分为感性和容性两种感性负载的单相整流电路为含奇次谐波的电流型谐波源。而容性负载的单相整流电路，由于电容电压会通过整流管向电源反馈，属于电压型谐波源。其谐波含量与电容值大小有关，电容值越大，谐波含量越大。变频电路谐波源由于采用的是相位控制，其谐波成分不仅含有整数倍数的谐波，还含有非整数倍数的间谐波。
(2)可饱和设备
可饱和设备主要包括变压器、电动机、发电机等。可饱和设备是非线性设备，其铁心材料具有非线性磁化曲线和磁滞回线，在正弦波电压的作用下，励磁电流为对称函数，并满足：f(ωt+π)=-f(ωt)
应用傅立叶级数分解时仅含有奇次项，对于三相对称的变压器,3次谐波的奇数倍(3次，6次，9次……)谐波均为零序，可认为变压器是只生产奇次谐波的电流源型谐波源。变压器的谐波次数还受到一、二次侧接线方式的影响，谐波的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关，变压器空载时，铁心的饱和程度**高，谐波电流就越大。与电力电子设备的电弧设备相比，可饱和设备上的谐波在未饱和的情况下，其谐波的幅值往往可以忽略。
(3) 电弧炉设备及气体光电源设备
3.1 电弧炉在熔炼金属过程中的非线性影响将产生大量的谐波。
3.2 气体电光源包括荧光灯、卤化灯、霓虹灯等。根据这类气体放电光源的伏安特性，其非线性特性十分严重，同时含有负的伏安特性。而气体灯具工作时要与电感性镇流器相串联，并使其综合伏安特性不再为负才能正常工作。由于镇流器的非线性相当严重，其中三次谐波含量在20%以上，其特性为对称函数，只含有奇次谐波，所以气体电光源设备属于电流源型谐波源。
七、产生不同谐波量分布的行业有哪些?
图2-3所提供的不**业产生不同谐波量的分布情况，是日本电气学会公布的统计结果。
 
七、根据产生谐波的规律应包括几种谐波源?
(1) 稳态谐波源
稳态谐波源的特点是当系统网络中的感性和容性负荷不变时注入网络中的谐波电流的谐波幅值也不变。稳态谐波源包括系统网络中的发电机、变压器、电动机、整流设备等。
(2) 暂态谐波源
暂态皆波源的特点是网络稳态运行时不会向系统注入高次谐波，仅在过度过程中产生暂态性谐波电流，持续时间在数毫秒到几十毫秒之间。暂态谐波源包括变压器空载投运时励磁涌流中的谐波电流、电容器合闸涌流中(2、3、4次)的谐波电流等，这种谐波电流往往会引起系统谐振和产生过电压。
(3) 动态谐波源
动态谐波源的特点是谐波随负荷的变化而剧烈变化。动态谐波源包括大容量的冲击负荷、电弧炉的启动、电气机车的换流设备等。
(4) 间谐波源
间谐波源的特点是放大电压闪变和音频干扰，影响电视机画面及增大收音机的噪声，造成感应电动机振动及异常，间谐波源包括所有非线性的波动负荷(如电弧炉电焊机等)各种变频调速装置、同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波源。因此，间谐波源广泛存在于电力系统中。