什么是电能质量?
电能质量是指电力系统中某一点的供电特性,它是根据标称频率和电压下的理想正弦电压和电流波形进行评估的。电能质量差的表现形式包括电压骤降(由故障或电机启动引起的短暂电压下降)、电压骤升(短暂的过电压)、谐波(由非线性负载,例如变频驱动器和电力电子设备引起的非正弦失真)、电压不平衡(三相电压不相等)、闪变(电压快速波动导致可见光闪烁)、频率偏差和瞬态(由开关操作或雷击引起的高频电压尖峰)。电能质量问题会导致设备故障、效率降低、过热,并导致敏感工业流程、数据中心和商业建筑等设备过早失效。可再生能源逆变器、电动汽车充电器和工业驱动器中电力电子设备的普及正在增加配电网络中的谐波失真水平,使得电能质量管理变得越来越重要。
关于电能质量的5个关键问题
工业设施中最常见的电能质量问题包括:电机启动、故障清除或公用设施扰动引起的电压骤降——影响精密数控机床、PLC和过程控制设备;变频器、UPS系统和整流器产生的谐波——导致变压器过热、电缆发热以及干扰通信系统;单相负载不平衡导致的电压不平衡——降低电机效率并导致过热;以及电容器组切换或雷击引起的瞬态——损坏精密电子设备。使用便携式分析仪进行电能质量调查,可以表征电源环境并识别影响特定设施的主要问题。
谐波是电压和电流中频率为基频(中国为50 Hz)整数倍的分量,由吸收非正弦电流的非线性负载产生。变频器、UPS系统、LED照明和电源是主要的谐波源。谐波的影响包括:变压器过热(谐波会增加铁损和铜损);电缆过热(趋肤效应会增加谐波频率下的电阻);中性线过载(三次谐波叠加到中性线中);谐波源与功率因数校正电容器之间的谐振(导致谐波电压放大);以及对保护继电器、电表和通信系统的干扰。IEC 61000-3-2 和 GB/T 14549 规定了连接到公共电网的设备的谐波发射限值。
可再生能源的增长正从多个方面影响电能质量:大型太阳能和风力发电场的电力电子逆变器会注入谐波和间谐波;可变可再生能源发电会导致配电网电压波动;基于逆变器的资源取代同步发电机降低了系统惯性,使频率对发电负荷不平衡更加敏感;分布式屋顶太阳能的普及在设计为单向流动的配电网中产生了双向电力流动,导致电压升高和保护协调方面的挑战。电网规范越来越要求可再生能源发电机提供无功功率支持并克服电压扰动,以维持电能质量。
中国的电能质量由一系列GB/T国家标准规范,包括:GB/T 12325(电压偏差)、GB/T 12326(电压波动和闪烁)、GB/T 14549(公共供电网络中的谐波)、GB/T 15543(电压不平衡)和GB/T 15945(频率偏差)。这些标准规定了电力公司与用户公共连接点(PCC)处的电能质量参数限值。设备排放标准(GB/T 17625系列,与IEC 61000-3系列协调)限制了单个设备可以注入电网的谐波电流。电力公司负责将PCC处的电能质量维持在限值范围内,而用户则负责确保其设备符合排放限值。
电能质量是保障工业生产稳定运行、数据中心可靠运作以及商业建筑高效运行的基础条件。随着可再生能源、电动汽车充电设施以及工业变频驱动等电力电子设备的大量应用,配电网络中的电能质量问题日益凸显。
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关键要点
电能质量是可靠工业生产、数据中心运行和商业建筑性能的基本要求。电力电子技术在可再生能源、电动汽车充电和工业驱动等领域的广泛应用,加剧了配电网络的电能质量挑战。上海国际电力展(EP Shanghai)将展示来自国内外领先供应商的全系列电能质量测量、分析和改善技术。