电能质量受电压偏差与频率偏差的影响：

1 电压偏差与频率偏差

电压偏差即为实际供电电压与额定供电电压之间的差值。引起电压偏差的因素有无功功率不足、无功补偿过量、传输距离过长、电力负荷过重等，其中无功功率不足和无功过剩是造成电压偏差的主要原因。随着负荷增长和电力市场的开放,电压偏差越来越受到电力部门的重视。

在稳态条件下,各发电机同步运行,整个电力系统的频率可以视为相同。频率是一个全系统一致的运行参数。电力系统频率偏差是指电力系统内的实际频率与标称频率之间的偏差。引起电力系统频率偏差的主要原因是负荷的波动,主要包括变化周期在10s～3min的负荷脉动和变化十分缓慢的持续变动分量且带有周期规律的负荷。频率对电力系统负荷的正常工作有广泛的影响,系统某些负荷以及发电厂厂用电负荷对频率的要求非常严格。要保证用户和发电厂的正常工作就必须严格控制系统频率,使系统频率偏差控制在允许范围之内。

1.1电力系统电压与频率偏差造成的影响

1.1.1电力系统电压偏差的影响

用电设备是按照额定电压进行设计、制造的。如照明常用的白炽灯、荧光灯,其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。图1中的曲线表示白炽灯和荧光灯端电压变化时,其光通量、发光效率和寿命的变化。白炽灯对电压变动很敏感。从图1中可看出,当电压较额定电压降低5%时,白炽灯的光通量减少18%;当电压降低10%时,光通量减少30%,照度显著降低。当电压较额定电压升高5%时,白炽灯的寿命减少30%;当电压升高10%时,寿命减少50%,这将使白炽灯损坏的数量显著增加。

许多家用电器(如洗衣机、电风扇、空调机、电冰箱、抽油烟机等)内的单相异步电动机,电压过低会影响电动机的起动,使转速降低、电流增大,甚至造成绕组烧毁的后果;电压过高,有可能损坏绝缘或由于励磁过大而发生过电流。

1.1.2对电力系统稳定运行的影响

电力系统维持同步运行的能力与电网电压水平有很大的关系,即：

式中　P：三相功率

E：发电机电动势

U ：系统线电压

δ：E、U之间相位角

XΣ：线路总阻抗

式( 1)称为单机无穷大系统功角特性。当电力系统结构确定, 即XΣ 已确定的情况下,提高系统电压及发电机电动势(发电机端电压也相应提高)就能大大提高系统的静态稳定极限。

1.1.3对电网经济运行的影响

输电线路和变压器在输送功率不变的条件下,流过电流大小与运行电压成反比。电网低电压运行,会使线路和变压器电流增大。线路和变压器绕组的有功损耗与电流平方成正比,因此低电压运行会使电网有功功率损耗和无功功率损耗大大增加,增大了电力传输的成本。

1.2电力系统频率偏差的危害

1.2.1系统低频率运行对负荷的影响

系统频率特性随运行工况的不同和负荷组成比例的变化而不同。不同的系统有不同的特性,即使同一系统, 在不同的季节甚至不同的时段内, 特性也有不小的差别。我国各地多次的系统频率特性试验综合结果为:在50 Hz系统中,频率每变化0.1Hz,负荷功率变化0.02 %～0.06 %。

1.2.2电力系统高频率运行的危害

当电力系统运行频率高于额定值,但不超出正常运行允许上限时,短期内对电力系统的安全不会造成威胁,但也和低频率运行一样,对运行设备有一定的累积损伤。从经济方面考虑,高频率运行既浪费了一次能源又减低了效率。对生产设备运转速度要求严格的用户来说,高频率运行降低了产品的质量。当电力系统频率超出正常运行允许上限值时,旋转机组将超速运行,转子上的线圈绑线和原动机转子上的叶片在超出正常转速10 %以上就可能从转子上甩出,发电机定子端部也很可能因超速过电压的冲击而受损,电动机转子也会发生类似的损伤。

1.3 治理电压与频率偏差超标的对策

1.3.1治理电压偏差超标的对策

电压偏差超标治理的主要对策是采取各种调压手段和方法,在各种不同运行方式下,使用户的电压偏差符合国家标准。主要包括以下几种电压调整方式。

1)中枢点电压管理

电力系统电压的监视和调整可以通过对中枢点电压的监视和调整来实现。所谓中枢点,是指电力系统中可以反映系统电压水平的主要发电厂和变电站的母线,很多负荷都由这些母线供电。若控制了这些中枢点的电压偏差,也就控制了系统中大部分负荷的电压偏差。根据电网运行经验,为了满足中枢点供电电力用户的电压要求,一定电压等级的线路的供电距离和供电容量是有一定范围的。对于中枢点的电压调整,也可根据电力网的不同性质,大致确定一个中枢点电压的变动范围。

2)发电机调压

发电机不仅是有功电源,而且也是无功电源,有些发电机还能通过进相运行吸收无功功率,所以可用调整发电机端电压的方式进行调压。现在的同步发电机都装有自动励磁调节设备,其主要功能是自动调整发电机的机端电压、分配无功功率,提高发电机同步运行的稳定性。按规定,发电机可以在其额定电压的95% ～105%范围内保持以额定功率运行。这是一种充分利用发电机设备,不需额外投资的调压手段。

3)变压器调压

电厂主变和厂变一般采用无载调压，备变一般情况下采用有载调压，分接头数量不定3～7个之间，主变的分接头通常由上级电网调度管理，厂用变分接头由电厂调度进行管理。变压器调压需要兼顾高压母线电压和电厂自身的厂用电电压在合格范围内。变压器调压是充分利用设备本身的调节电压的能力，不需要额外投资，应当充分利用这一优势。

4）改变电网无功功率分布调压

当线路、变压器传输功率时,会产生电压损耗。因而如果能改变线路、变压器等电网元件上的电压损耗,也就改变了电网各节点的电压大小。由电压损耗表达式ΔU = ( PR +QX ) /U 可知,要改变电压损耗有2种办法:一种是改变网络参数,如串联电容,利用串接的电容、电感上电压相位差180°的特点,抵消部分电抗;

另一种是改变电网元件中传输的功率。

1.3.2 治理频率偏差超标的对策

治理电力系统频率偏差超标的主要对策是通过自动或手动方式调整发电机组的调频器,调节电网中的频率达到一个新的平衡点,进而使电网中的频率偏差符合国家标准。频率调整一般包括一次调整和二次调整。

1)频率的一次调整

发电机组原动机的频率特性和负荷频率特性的交点就是系统的原始运行点,如图2 中点O。

设在点O运行时,负荷突然增加ΔPLO ,即负荷的频率特性突然向上移动ΔPLO ,则由于负荷突增时发电机组功率不能及时随之变动,机组将减速,系统频率将下降。在系统频率下降的同时,发电机组的功率将因它的调速器的一次调整作用而增大,负荷的功率将因它本身的调节效应而减少。前者沿原动机的频率特性向上增加,后者沿负荷的频率特性向下减少,经过一个衰减的振荡过程,抵达一新的平衡点,即图2中点O′。

2)频率的二次调整

当负荷变动周期较长、幅度较大时,需要借助二次调整。频率的二次调整就是手动或自动地操作调频器使发电机组的频率特性平行地上下移动,从而使负荷变动引起的频率偏移可保持在允许范围内。频率的二次调整如图3所示。

在图中,如不进行二次调整,则在负荷增大ΔPLO后,运行点将转移到O´, 即频率将下降为fO′, 功率将增加为PO′。在一次调整的基础上进行二次调整就是在负荷变动引起的频率下降Δf′越出允许范围时,操作调频器,增加发电机组发出的功率,使频率特性向上移动。设发电机组增加ΔPGO,则运行点又将从点O′转移到点O″。点O″对应的频率为fO′,功率为PO″,即由于进行了二次调整, 频率降低由仅有一次调整时的Δf′减少为Δf″,可以供应负荷的功率则由仅有一次调整时的PO′增加为PO″。显然,由于进行了二次调整,系统的运行质量得到了改善。