电能质量手册PDF电子书下载

1 频率变化 1

1.1 频率质量指标 2

1.2 频率测量 3

1.3 负荷—频率特性 4

1.3.1 电动机负荷 4

1.3.2 电容器组和谐波滤波器 5

1.3.3 电网中的变压器和线圈 5

1.4 频率对用户设备的影响 5

1.4.1 频率变化对异步电动机的影响 6

1.4.2 频率变化对电抗器的影响 8

1.5 汽轮机转速控制 8

1.6 电力系统中的频率控制 11

1.6.1 综合负荷 11

1.6.2 发电机特性曲线 12

1.6.3 系统特性与控制原理 13

1.6.4 孤岛电网和互联系统的频率控制 15

1.6.5 频率控制:一次调频、二次调频、三次调频 15

1.6.6 负荷—频率控制在技术和组织结构方面的要求 18

参考文献 19

2 供电连续性 20

2.1 配电可靠性 20

2.1.1 基于用户的指标 21

2.1.2 基于负荷的指标 22

2.1.3 电力公司指标的变化 22

2.2 供电质量 23

2.2.1 用户服务质量 23

2.2.2 供电连续性 24

2.2.3 电压质量 24

2.3 影响可靠性指标的因素 26

2.3.1 可靠性指标报告 27

2.3.2 不同供电类型的差别 28

2.4 提高可靠性 29

2.4.1 电力公司的改进方案 29

2.4.2 定制电力设备 31

2.5 可靠性的成本、市场和价值 32

2.5.1 终端用户负荷容量和停电持续时间影响成本 32

2.5.2 可靠性市场 33

2.5.3 可靠性价值:宏观描绘 33

2.5.4 可靠性事件对终端用户生产力的影响 35

2.5.5 终端用户设备运行时间与可靠性对比 36

参考文献 37

3 配电系统电压控制 38

3.1 现象描述 38

3.2 扰动源 39

3.3 扰动的影响 40

3.3.1 负荷模型 40

3.3.2 电压降落 40

3.3.3 电压稳定性 41

3.4 消除影响的方法 44

3.4.1 发电机励磁控制 44

3.4.2 变压器变比调节 45

3.4.3 改变无功潮流调压 46

3.4.4 改变网络阻抗调压 48

3.4.5 节点电压优化 49

3.5 标准 49

3.5.1 电网正常运行条件下电压标准 49

3.5.2 电网受干扰运行条件下电压标准 49

3.5.3 中低压配电网电压标准 49

参考文献 49

4 电压暂降与短时间停电 51

4.1 现象描述 51

4.2 特征 54

4.2.1 电压暂降持续时间 54

4.2.2 电压暂降幅值 54

4.3 起因 56

4.3.1 电压暂降的起因 56

4.3.2 短时间停电的起因 58

4.4 影响 58

4.4.1 IT设备及控制系统 59

4.4.2 接触器与继电器 60

4.4.3 感应电动机 61

4.4.4 同步电动机 61

4.4.5 可调速驱动装置 61

4.4.6 高压气体放电灯泡 62

4.5 缓解措施 62

4.5.1 减少故障次数 62

4.5.2 减小故障清除时间 62

4.5.3 改变供电系统配置 63

4.5.4 电压稳定器 64

4.5.5 提高设备免疫力 64

4.6 测量 66

4.6.1 测量原理 66

4.6.2 统计分析方法 74

4.6.3 凹陷域 75

4.7 合同 76

4.7.1 测量时间 77

4.7.2 电压参考值 77

4.7.3 测量仪器的连接方式和位置 77

4.7.4 测量仪器的技术规格 78

4.7.5 扰动检测的阈值 78

4.7.6 测量结果的报告方法 78

4.7.7 测量结果的集合算法 78

4.8 标准 81

4.9 电压暂降指标选择 83

4.9.1 基于电压变动的指标 83

4.9.2 暂降能量指标 84

4.9.3 其他 85

参考文献 87

5 电压波动与闪变 90

5.1 现象描述 90

5.1.1 电压变动、电压波动与闪变 90

5.1.2 闪变感受生理学 91

5.2 特征参数 92

5.3 测量 92

5.3.1 IEC闪变仪 93

5.3.2 闪变仪的使用 97

5.3.3 Pst评估的简化方法 98

5.4 干扰源 100

5.4.1 工业负荷 101

5.4.2 低压网络供电的电气设备 102

5.4.3 风力发电系统 103

5.5 影响 103

5.6 缓解措施 104

5.6.1 降低无功功率变动的装置 104

5.6.2 面向增大短路容量的方法 106

5.6.3 缓解闪变的其他办法 106

参考文献 107

6 电压和电流不平衡 109

6.1 现象描述 109

6.2 电流和电压的对称分量 110

6.3 特征参数 114

6.4 测量 115

6.5 起因 116

6.6 作用和影响 116

6.6.1 异步电动机 117

6.6.2 同步发电机 117

6.6.3 换流器 117

6.6.4 其他负荷 117

6.7 缓解措施 118

6.7.1 平衡的原则 118

6.7.2 静止补偿器 119

6.8 标准 121

6.8.1 限值 121

6.8.2 评估的准则 122

参考文献 123

7 电压与电流谐波 125

7.1 谐波现象描述 125

7.1.1 畸变波形的组成 125

7.1.2 畸变波形的分解 126

7.1.3 谐波和对称分量 127

7.1.4 畸变分量的分类 128

7.1.5 电压与电流畸变量的描述 128

7.2 特征参数 130

7.3 测量 131

7.4 谐波源 134

7.4.1 变压器 134

7.4.2 电动机和发电机 135

7.4.3 电弧炉 136

7.4.4 荧光灯 137

7.4.5 电子设备和电力电子设备 137

7.4.6 特定负荷的谐波电流含量 139

7.5 电压和电流谐波案例 141

7.6 影响 144

7.6.1 功率因数 144

7.6.2 相线和中性线 145

7.6.3 集肤效应 147

7.6.4 电动机和发电机 148

7.6.5 变压器 149

7.6.6 电容器 151

7.6.7 照明 152

7.6.8 断路器 153

7.6.9 接地故障电流 153

7.6.10 换流器和电子设备 153

7.6.11 测量装置 155

7.6.12 继电器和接触器保护系统 156

7.6.13 电信干扰 157

7.7 缓解措施 157

7.7.1 减小电压畸变的方法 157

7.7.2 减少谐波发射 158

7.7.3 降低敏感负荷与谐波源之间的耦合 165

7.7.4 降低负荷对扰动的敏感性 166

7.8 标准 169

参考文献 172

8 过电压 174

8.1 现象描述 174

8.1.1 持续（工频）过电压 174

8.1.2 暂时过电压 175

8.1.3 瞬态过电压 175

8.1.4 合成过电压 175

8.1.5 过电压传播 175

8.2 特征参数 178

8.2.1 避雷器的雷电冲击保护水平 178

8.2.2 避雷器的操作冲击保护水平 178

8.3 发生源 179

8.3.1 内部过电压 179

8.3.2 外部过电压 187

8.4 作用和影响 189

8.4.1 故障后果 189

8.4.2 降低过电压风险与水平 190

8.5 缓解措施 190

8.5.1 保护的原则 190

8.5.2 绝缘配合与耐受电压 191

8.5.3 过电压保护装置 193

8.6 标准 196

参考文献 198

9 现代电力系统波形分析 199

9.1 非正弦波形的频率分析 199

9.2 模拟—数字转换 200

9.2.1 信噪比 200

9.2.2 频谱泄漏和频谱混叠 200

9.2.3 频谱泄漏和频谱窗 200

9.2.4 测量系统特性 201

9.2.5 非同步采样的谐波功率测量 201

9.3 序分量分析 204

9.3.1 对非正弦电路重新定义的Fortesque变换 204

9.3.2 三相三线制电力系统分析 205

9.3.3 四线制电力系统分析 210

9.4 IEEE 1459:现代电力系统功率定义 213

9.4.1 非正弦不平衡条件下的电压量和电流量 213

9.4.2 视在功率定义 215

9.4.3 算术视在功率 215

9.4.4 矢量视在功率 215

9.4.5 有效视在功率 216

9.4.6 谐波污染及不平衡 216

9.4.7 基频有功功率和无功功率 217

9.4.8 功率因数定义 217

9.5 现代电力系统中波形畸变源定位 217

参考文献 218

10 接地技术 221

10.1 典型接地系统 221

10.2 土壤电阻率 222

10.3 接地极电气特性 223

10.3.1 接地电阻和阻抗 224

10.3.2 接地电压和表面电位分布 225

10.3.3 雷电流时的接地极特性 226

10.4 典型接地极结构 227

10.4.1 单一水平接地极 228

10.4.2 单一圆棒垂直接地极 230

10.4.3 简单复合接地极 232

10.4.4 网状接地极 233

10.4.5 基础接地极 234

10.4.6 带接地效果的电缆 236

10.5 电击防护接地系统 236

10.5.1 低压电网中接地设施作为保护元件 237

10.5.2 高压电网中接地设施作为保护元件 238

10.6 电子和通信系统中的接地作用 240

10.6.1 保护接地和功能接地 241

10.6.2 联合接地系统 241

10.6.3 安全方面 241

10.6.4 功能方面 244

10.6.5 扰动和耦合器 244

10.6.6 低噪声等电位连接 245

10.7 接地设施的使用期限 246

10.7.1 化学腐蚀 246

10.7.2 杂散（直流）电流引起的腐蚀 247

10.7.3 电偶（电化学）腐蚀 248

10.8 接地设施的测量 249

10.8.1 土壤电阻率的测量方法 250

10.8.2 接地极接地电阻的测量 250

参考文献 253

11 供电可靠性:配电网结构 255

11.1 配电网的基本结构 255

11.1.1 单一辐射型结构 256

11.1.2 环网结构 256

11.1.3 双重辐射型结构 257

11.1.4 网状结构 257

11.1.5 复合结构 259

11.2 配电网结构分析和选择的通用准则 259

11.2.1 参数与基本条件 259

11.2.2 电源和负荷的纽带——配电网 259

11.2.3 装置特性 260

11.2.4 系统的供电侧和用电侧 266

11.2.5 标准和优选功能 267

参考文献 267

12 供电可靠性:装置和设备 269

12.1 电能质量、可靠性和可用性 269

12.2 概述 271

12.3 系统保护的可选方案 271

12.4 电力调节器 272

12.4.1 滤波器 272

12.4.2 隔离变压器 273

12.4.3 稳压器 274

12.4.4 过电压保护装置 274

12.5 应急和备用电源系统 274

12.5.1 发动机驱动的发电机 275

12.5.2 微型涡轮机驱动的发电机 276

12.5.3 不间断电源系统（UPS） 277

12.5.4 直流电源供电系统 281

12.5.5 技术比较 282

12.6 动态UPS系统 284

12.6.1 现代飞轮 285

12.6.2 部件 285

12.6.3 分类 285

12.6.4 应用 286

12.6.5 未来的发展和应用 287

12.7 静止型UPS系统 287

12.7.1 组件 288

12.7.2 分类 290

12.7.3 UPS技术 290

12.7.4 应用 294

12.7.5 未来的发展和应用 296

12.8 工程实践 297

参考文献 298

13 电能质量监测 300

13.1 监测的目的和意义 300

13.2 测量问题 301

13.2.1 测量链 301

13.2.2 方均根值测量 302

13.2.3 瞬变量的测量 302

13.2.4 采样率 302

13.2.5 振幅/频率带宽 302

13.2.6 准确度 302

13.2.7 精确度 303

13.2.8 分辨率 303

13.2.9 测量集合算法 303

13.3 监测仪的选择 303

13.3.1 监测设备的一般特征 304

13.3.2 信号的输入与输出 305

13.3.3 功能 305

13.4 成功的电能质量监测 306

13.4.1 电能质量计划 306

13.4.2 监测项目管理 307

13.4.3 免疫计划 308

13.5 监测结果的后期处理 309

13.5.1 对监测结果的说明 309

13.5.2 数据收集和监测系统 310

13.5.3 软件和数据分析工具 310

13.5.4 电能质量数据交换格式（PQDIF） 310

参考文献 311

14 静止换流器与电能质量 312

14.1 静止换流器对供电网的影响 312

14.1.1 工业设备 312

14.1.2 控制与信息化设备 315

14.1.3 解决方案 316

14.1.4 电磁兼容问题 321

14.1.5 对电力换流器供电负荷的影响 323

14.2 供电网对静止换流器的影响 327

14.2.1 电压扰动时静止换流器的影响 328

14.2.2 电压暂降敏感度 329

14.2.3 免疫技术 330

参考文献 333

15 无功补偿 336

15.1 基础知识 337

15.1.1 电感和电容的特性 337

15.1.2 无功功率 338

15.1.3 无功电流 339

15.1.4 无功补偿 340

15.2 功率因数校正 342

15.2.1 无功功率的控制和调节 342

15.2.2 集中和分散补偿 343

15.2.3 失谐方式 344

15.3 无源滤波器 346

15.3.1 单调谐滤波电路 347

15.3.2 集中与分散解决方案 348

15.3.3 L/C比率 349

15.3.4 音频信号 350

参考文献 350

16 分布式发电与电能质量 351

16.1 配电网模型 352

16.1.1 稳态模型 352

16.1.2 动态模型 352

16.2 分布式发电与电能质量 353

16.2.1 电压升高 353

16.2.2 电压暂降 353

16.2.3 电压波动与闪变 353

16.2.4 谐波 354

16.2.5 不平衡 354

16.2.6 直流电流 354

参考文献 355

17 电力市场 357

17.1 市场参与者 357

17.1.1 发电商 357

17.1.2 电网运营商 357

17.1.3 电力零售商 358

17.1.4 监管方 358

17.2 合同类型 359

17.2.1 居民用户 359

17.2.2 小型商业用户 359

17.2.3 中小企业用户 359

17.2.4 大型企业用户 360

17.3 电力市场中的负荷管理 360

17.3.1 采用负荷管理的理由 361

17.3.2 多样化电价 361

17.3.3 实时电价 361

17.3.4 减少用电量的合同 362

17.3.5 智能型电能表 362

17.3.6 其他技术 363

17.4 电力市场下的电能质量 363

17.4.1 电能质量合同 363

17.4.2 电能质量市场 366

参考文献 367

18 劣质电能的成本 369

18.1 电能质量成本 370

18.1.1 工时损失成本 370

18.1.2 流程损失成本 371

18.1.3 设备非正常运行成本 371

18.1.4 设备损坏成本 371

18.1.5 其他成本 371

18.1.6 特殊成本 371

18.1.7 成本节余 372

18.2 劣质电能成本的研究工作 372

18.3 长时间停电 373

18.4 短时间停电 377

18.5 电压暂降 377

18.6 谐波 379

18.7 其他扰动 380

18.8 各行业成本分布图 381

18.9 电能质量扰动下的单位事件成本 388

18.10 电能质量解决方案 391

18.11 缓解电能质量问题的成本投资分析 397

18.11.1 投资分析 397

18.11.2 资本预算 398

18.11.3 投资项目分类 398

18.11.4 资本成本 399

18.11.5 货币时间价值 399

18.11.6 单一现金流的终值 399

18.11.7 单一现金流现值和多期现金流现值 400

18.11.8 电能质量投资分析的确定性方法 400

18.11.9 现金流量折现法 401

18.11.10 非现金流量折现法 403

参考文献 404

19 电能质量与电能的合理使用 406

19.1 合理使用电能的理由 406

19.1.1 可持续发展 406

19.1.2 实用经济考虑 407

19.1.3 电力行业 407

19.2 合理使用电能的技术方法 407

19.2.1 改变用电方式 408

19.2.2 节能负荷 408

19.2.3 可变电价 409

19.3 对电能质量的影响 409

19.3.1 日光灯的谐波畸变 410

19.3.2 变速传动装置的谐波畸变 412

19.3.3 日光灯的免疫力 413

19.3.4 变速传动装置的免疫力 413

参考文献 415

20 由ISO 9000标准认识电能质量 416

20.1 对用户的定义 416

20.2 对电能质量的定义 417

20.3 用户对电能质量的期望 417

20.4 罗马地区的一项调查 417

参考文献 419