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第1章 简介1

1.1 什么是电能质量2

1.2 电能质量=电压质量4

1.3 我们最关心电能质量的哪些方面4

1.4 电能质量评估流程5

1.5 哪些人会使用本书6

1.6 内容简介6

第2章 指标和定义8

2.1 词汇一致的需要8

2.2 电能质量问题的一般分类8

2.3 瞬态现象11

2.3.1 冲击性瞬态现象11

2.3.2 振荡性瞬态现象12

2.4 长时电压变动13

2.4.1 过电压13

2.4.2 欠电压14

2.4.3 持续电压中断14

2.5 短时电压变动14

2.5.1 电压中断14

2.5.2 暂降15

2.5.3 暂升17

2.6 电压不平衡17

2.7 波形畸变18

2.8 电压波动20

2.9 电力系统频率偏差22

2.10 电能质量术语22

2.11 不明确的术语28

2.12 CBEMA和ITI曲线29

2.13 参考资料30

第3章 电压暂降和中断31

3.1 公用配电系统设计31

3.1.1 中性线多处接地的四线系统31

3.1.2 三角形三线系统32

3.1.3 欧洲式的配电系统33

3.1.4 辐射状配电网配置/结构34

3.2 电压暂降和中断的根源34

3.3 电压暂降特性评估37

3.3.1 脆弱区域37

3.3.2 设备电压暂降敏感度38

3.3.3 输电系统的暂降特性评估39

3.3.4 公用配电系统暂降特性评估44

3.4 保护的基本原理46

3.5 终端用户的解决方案47

3.5.1 铁磁谐振变压器47

3.5.2 磁合成器49

3.5.3 有源串联补偿器49

3.5.4 在线式UPS50

3.5.5 后备式UPS51

3.5.6 混合式UPS51

3.5.7 电动发电机组52

3.5.8 飞轮储能系统52

3.5.9 超导磁体储能（SMES）装置53

3.5.10 静止转换开关和快速转换开关54

3.6 不间断运行方案之间的经济性评估55

3.6.1 电压暂降事件的成本评估56

3.6.2 不同解决方案的成本和效果分析57

3.6.3 经济性比较分析58

3.7 电动机启动引起的电压暂降59

3.7.1 电动机的启动方法59

3.7.2 全电压启动时的暂降严重性评估60

3.8 电网系统故障清除问题61

3.8.1 过电流协调保护原理61

3.8.2 熔断器62

3.8.3 重合闸64

3.8.4 节省熔断器66

3.8.5 带脉冲关闭技术的重合闸装置66

3.8.6 可靠性68

3.8.7 取消节省熔断器的影响69

3.8.8 增加分段71

3.8.9 中线或分接头重合闸装置75

3.8.10 瞬时重合闸75

3.8.11 单相脱扣76

3.8.12 限流熔断器76

3.8.13 自适应继电保护77

3.8.14 忽略三次谐波电流78

3.8.15 预防电网故障78

3.8.16 故障定位79

3.9 利用电压和电流测量的故障定位81

3.9.1 基于阻抗的故障定位方法81

3.9.2 早期故障定位85

3.9.3 故障电流曲线89

3.10 参考资料91

第4章 瞬态过电压93

4.1 瞬态过电压的根源93

4.1.1 电容投切93

4.1.2 电容投切瞬态的放大95

4.1.3 电容释能过程中的再次放电96

4.1.4 雷击98

4.1.5 铁磁谐振100

4.1.6 其他开关切换瞬态104

4.2 过电压保护原理105

4.3 过电压保护设备108

4.3.1 避雷器和瞬态电压浪涌抑制器108

4.3.2 隔离变压器109

4.3.3 低通滤波器110

4.3.4 低阻抗功率调节器110

4.3.5 电网浪涌避雷器111

4.4 电网电容器投切的瞬变现象112

4.4.1 投切时间112

4.4.2 接入电阻113

4.4.3 同步合闸115

4.4.4 电容器位置117

4.5 供电系统雷击保护118

4.5.1 屏蔽118

4.5.2 线路避雷器119

4.5.3 低压侧浪涌120

4.5.4 电缆保护123

4.5.5 Scout避雷器策略125

4.6 铁磁谐振管理126

4.7 与负载相关的切换瞬态问题128

4.7.1 可调速驱动设备（ASD）的频繁跳闸128

4.7.2 负载切换的瞬态问题129

4.7.3 变压器励磁130

4.8 瞬态分析的计算机工具130

4.9 参考资料131

第5章 谐波的基本原理133

5.1 谐波畸变134

5.2 电压与电流畸变135

5.3 谐波与瞬态136

5.4 非正弦状态下的电力系统参数136

5.4.1 有功功率、无功功率和视在功率137

5.4.2 功率因数：相移功率因数和真实功率因数139

5.4.3 谐波相序139

5.4.4 3倍数次谐波140

5.5 谐波指标142

5.5.1 总谐波畸变率142

5.5.2 总需求畸变率143

5.6 商业负载中的谐波源144

5.6.1 单相供电电源144

5.6.2 荧光灯145

5.6.3 暖通空调和电梯系统中的变频调速设备147

5.7 工业负载中的谐波源147

5.7.1 三相电力变换装置147

5.7.2 电弧性设备150

5.7.3 铁磁饱和设备151

5.8 谐波源定位153

5.9 系统响应特性154

5.9.1 系统阻抗154

5.9.2 电容阻抗155

5.9.3 并联谐振156

5.9.4 串联谐振159

5.9.5 电阻和电阻性负载的影响160

5.10 谐波畸变的影响161

5.10.1 对电容的影响161

5.10.2 对变压器的影响162

5.10.3 对电动机的影响165

5.10.4 对通信的影响166

5.10.5 对电能和需量计量的影响167

5.11 间谐波168

5.12 参考文献170

5.13 参考书目170

第6章 谐波应用技术171

6.1 谐波畸变评估171

6.1.1 公共连接点的概念172

6.1.2 供电系统的谐波评估172

6.1.3 终端用户设备的谐波评估174

6.2 谐波抑制原理176

6.2.1 减少负载的谐波电流176

6.2.2 滤波176

6.2.3 改变系统频率响应177

6.3 抑制谐波的位置177

6.3.1 在电力配网馈线177

6.3.2 在终端用户的设备178

6.4 谐波研究179

6.4.1 谐波研究的步骤179

6.4.2 搭建系统模型179

6.4.3 谐波源建模181

6.4.4 谐波分析的计算机工具182

6.4.5 基于计算机的谐波分析——历史回顾183

6.5 抑制谐波畸变的设备185

6.5.1 串联电抗器或扼流线圈185

6.5.2 Z形变压器187

6.5.3 无源滤波器188

6.5.4 有源滤波器195

6.6 谐波滤波器设计：一个实例分析196

6.7 实例分析202

6.7.1 计算中性线电流和变压器降容202

6.7.2 感应炉引起的间谐波203

6.8 谐波标准207

6.8.1 IEEE 519-1992207

6.8.2 IEC的谐波标准概述208

6.8.3 IEC 61000-2-2209

6.8.4 IEC 61000-3-2和IEC 61000-3-4210

6.8.5 IEC 61000-3-6212

6.8.6 NRS 048-02214

6.8.7 EN 50160214

6.9 参考文献215

6.10 参考书目215

第7章 长时电压变化217

7.1 电压调节原理217

7.2 用于电压调节的设备217

7.2.1 分级式电压调节器218

7.2.2 铁磁谐振变压器219

7.2.3 电子抽头挡位调节器219

7.2.4 磁合成器220

7.2.5 在线式UPS系统220

7.2.6 电动发电机组220

7.2.7 静止无功补偿器（SVC）221

7.3 电网电压调节的应用221

7.3.1 线路电压降补偿器222

7.3.2 串联型调节器224

7.4 用于电压调节的电容器224

7.4.1 并联电容器224

7.4.2 串联电容器225

7.5 终端用户的电容应用225

7.5.1 功率因数校正电容器的安装位置226

7.5.2 电压升高227

7.5.3 减少电力系统线损损失227

7.5.4 减少线路电流227

7.5.5 位移功率因数与真功率因数228

7.5.6 电容器数量的选择228

7.6 具有分布式能源的电网电压的调节230

7.7 电压闪变231

7.7.1 电压闪变源233

7.7.2 抑制技术234

7.7.3 电压闪变定量分析236

7.8 参考文献236

7.9 参考书目237

第8章 电能质量基准238

8.1 简介238

8.2 基准管理程序239

8.3 电压有效值变动指标240

8.3.1 有效值变动事件特性分析241

8.3.2 有效值变化性能指标243

8.3.3 美国电科院DPQ项目的SARFI244

8.3.4 指标计算过程的例子244

8.3.5 供电企业的应用246

8.4 谐波指标246

8.4.1 采样技术246

8.4.2 三相谐波电压测量值的特性248

8.4.3 谐波指标的定义248

8.4.4 谐波基准数据250

8.4.5 季节性影响251

8.5 电能质量合同252

8.5.1 有效值波动的协议252

8.5.2 谐波协议252

8.5.3 合同示例253

8.6 电能质量保险255

8.6.1 电能质量保险概念概述255

8.6.2 保险政策设计257

8.6.3 电能质量投资成本的调整257

8.7 电能质量状态估计258

8.7.1 通用途径258

8.7.2 监测点的数量259

8.7.3 有效值波动估计260

8.7.4 对仿真器的需求261

8.8 考虑电能质量的配网规划262

8.8.1 规划过程262

8.8.2 风险与期望值264

8.8.3 系统仿真工具264

8.8.4 故障发生率265

8.8.5 过电流装置响应265

8.8.6 用户损失成本267

8.9 参考文献268

8.10 参考书目269

第9章 分布式电源（DG）与电能质量270

9.1 分布式电源的复兴270

9.1.1 分布式电源的利益的观点271

9.1.2 互联的观点271

9.2 分布式电源技术272

9.2.1 往复式发动机的发电机组272

9.2.2 燃气轮机273

9.2.3 燃料电池274

9.2.4 风力发电机275

9.2.5 小型光伏系统276

9.3 与供电企业的接口276

9.3.1 同步发电机277

9.3.2 非同步发电机（感应发电机）278

9.3.3 电力电子逆变器278

9.4 电能质量问题280

9.4.1 持续中断280

9.4.2 电压调节281

9.4.3 谐波281

9.4.4 电压暂降282

9.5 操作上的冲突282

9.5.1 电网故障排除的需求283

9.5.2 重合闸283

9.5.3 继电保护的干扰284

9.5.4 电压调节问题286

9.5.5 谐波291

9.5.6 孤岛运行292

9.5.7 铁磁谐振293

9.5.8 并联电容器的相互作用295

9.5.9 变压器接线方式296

9.6 低压配网中的分布式电源300

9.6.1 配电网络运行的基本原理301

9.6.2 网络中相互影响的问题汇总302

9.6.3 配网中的分布式电源的集成技术304

9.7 分布式电源的选址306

9.8 互联标准308

9.8.1 主要的工业标准308

9.8.2 互联的需求309

9.8.3 一个简单的互联方案310

9.8.4 一个复杂的互联方案311

9.9 小结313

9.10 参考文献313

9.11 参考书目314

第10章 接线与接地315

10.1 相关标准315

10.2 定义315

10.3 接地的原因318

10.4 典型的接线与接地问题319

10.4.1 导体与连接器的问题319

10.4.2 安全接地的疏忽319

10.4.3 多中性线的接地连接319

10.4.4 不接地设备320

10.4.5 附加的接地棒320

10.4.6 接地回路320

10.4.7 不合适的中性线320

10.5 接线与接地问题的对策321

10.5.1 正确的接地习惯321

10.5.2 接地电极（棒）321

10.5.3 进线口连接322

10.5.4 配电盘屏322

10.5.5 隔离地323

10.5.6 独立的分支系统323

10.5.7 信号接地技术324

10.5.8 更多关于敏感设备的接地325

10.5.9 接线与接地对策汇总325

10.6 参考书目326

第11章 电能质量监测327

11.1 监测的注意事项327

11.1.1 监测是对用电设施进行现场调查的一部分328

11.1.2 确定监测内容330

11.1.3 选择安装点331

11.1.4 永久性电能质量监测装置的选项332

11.1.5 监测装置接线的干扰333

11.1.6 监测装置限值设置334

11.1.7 监测量与持续时间334

11.1.8 干扰源查找335

11.2 电能质量测量装置的发展史335

11.3 电能质量测量装置337

11.3.1 设备类型337

11.3.2 接线与接地检测仪338

11.3.3 万用表338

11.3.4 数字照相机340

11.3.5 示波器340

11.3.6 干扰分析仪341

11.3.7 频谱与谐波分析仪342

11.3.8 干扰与谐波综合分析仪342

11.3.9 闪变测量仪344

11.3.10 智能电能质量监测仪348

11.3.11 传感器的要求349

11.4 电能质量测量数据的评估354

11.4.1 电能质量数据离线评估354

11.4.2 电能质量数据在线评估355

11.5 智能系统的应用357

11.5.1 专家系统在监测应用中的基本设计357

11.5.2 专家系统应用案例358

11.5.3 将来的应用365

11.5.4 电能质量监测和因特网366

11.5.5 小结与将来的方向367

11.6 电能质量监测标准368

11.6.1 IEEE 1159：电能质量监测指南368

11.6.2 IEC 61000-4-30：测试与测量技术——电能质量测量方法369

11.7 参考文献370

11.8 参考书目371

索引372