電能質(zhì)量分析與控制4電壓波動與閃變ppt課件

1、4電壓動搖與閃變4.1 根本概念一、均方根值電壓的變動特性電壓變動：凡不堅持電壓均方根值恒定不變的景象，或者說，實踐電壓偏離系統(tǒng)標稱電壓的景象。電壓均方根值： 其離散計算公式： “均方根值電壓 要與“瞬時值電壓區(qū)分：電壓瞬時值的改動可以用以下表達式描畫 均方根值電壓變動特性Ut，簡稱電壓特性，是指沿基波半個周期及其整數(shù)倍求取的電壓均方根值隨時間變化的函數(shù)關(guān)系。 .4電壓動搖與閃變圖41a中電動機啟動終了后的穩(wěn)態(tài)電壓均方根值與額定電壓之間的差 為穩(wěn)態(tài)電壓變動值。啟動過程中相鄰兩點極值電壓之差 為動態(tài)電壓變動值。.4電壓動搖與閃變在電能質(zhì)量規(guī)范中，通常以標稱電壓的相對百分數(shù)來表示電壓變動值，即相對

2、穩(wěn)態(tài)電壓變動值相對動態(tài)電壓變動值 相對最大電壓變動值二、典型電壓變動景象 1.電壓偏向 欠電壓與過電壓.4電壓動搖與閃變 2.電壓動搖 3.電壓暫降與暫升 4.短時間電壓中斷 5.長時間電壓中斷 4.2電壓動搖 一、電壓動搖的含義電壓動搖Voltage Flactuation：電壓均方根值一系列相對快速變動或延續(xù)改動的景象，其變化周期大于工頻周期。配電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)中，這種電壓動搖景象有能夠多次出現(xiàn)，變化過程能夠是規(guī)那么的、不規(guī)那么的，亦或是隨機的。 .4電壓動搖與閃變導(dǎo)致緣由舉例：(a)單一阻性負荷投切；(b)多重負荷投切；(c)非線性電阻負荷運轉(zhuǎn)；(d)隨機的功率動搖負荷運轉(zhuǎn)。.4電壓動搖與閃變

3、為分析方便且又不失普通性，常籠統(tǒng)地將恒定不變的工頻電壓看作載波，將動搖電壓看作調(diào)幅波。僅含單一頻率的調(diào)幅波對工頻載波的調(diào)制，調(diào)制波解析式的普通表達式為： 假設(shè)調(diào)幅波電壓為單一頻率的正弦波形，那么有： .4電壓動搖與閃變電壓變動頻度r單位時間內(nèi)電壓變動的次數(shù)單位：時間的倒數(shù)。國家電能質(zhì)量規(guī)范規(guī)定：電壓由大到小或由小到大的變化各算一次變動。同一方向的假設(shè)干次變動，假設(shè)變動間隔時間小于30ms，那么算一次變動。 圖4-4b所示的l0Hz正弦調(diào)幅波電壓波形曲線，其電壓動搖值為調(diào)幅波的峰谷差值，變動頻度為20 次/s 延續(xù)電壓動搖的頻度為調(diào)幅波基波頻率的2倍，常用的關(guān)系式為 次/s 或 次/mis .4

4、電壓動搖與閃變 二、動搖性負荷對電壓特性的影響引起電壓動搖的主要緣由：功率沖擊性動搖負荷頻繁發(fā)生且繼續(xù)時間較長的電壓動搖 其它：短路缺點或開關(guān)操作，或者是無功功率補償安裝、大型整流設(shè)備的投切。動搖性負荷可分為兩大類型：1電壓按一定規(guī)律周期變動的負荷由于頻繁啟動和間歇通電引起。例如，軋鋼機和絞車、電動機、電焊機等。2延續(xù)的不規(guī)那么的隨機電壓變動的負荷。例如，煉鋼電弧爐等。.4電壓動搖與閃變電壓動搖值的簡化計算方法：思索三相平衡負荷，用戶側(cè)供電電壓動搖量近似表達式：供電母線相對電壓動搖值d的計算公式： 電壓動搖值與負荷的無功功率變動量Q成正比，與公共銜接點的短路容量成反比。它從物理意義上反映了供電

5、電壓發(fā)生變動的根本緣由。.4電壓動搖與閃變在工程實踐運用中，可進一步利用簡化計算結(jié)果對將要銜接到供電系統(tǒng)中的動搖性負荷對公共銜接點PCC的電壓反作用進展預(yù)測估算。詳細方法如下： PCC處的短路容量計算公式：假定系統(tǒng)阻抗電壓降相對于系統(tǒng)標稱電壓很小時，供電電流變化量也可用接入的負荷容量視在功率的變化量來表示，可以寫出： .4電壓動搖與閃變?nèi)?、電壓動搖限值 在動搖性負荷中，以電弧爐引起的電壓動搖最為嚴重。多數(shù)國家在制定的電壓動搖與閃變規(guī)范中的條款通常是針對電弧爐負荷設(shè)定的。表中公共銜接點標稱電壓等級劃分為：1低壓LV： ；2中壓MV： ；3高壓HV： 。 .4電壓動搖與閃變對于隨機性不規(guī)那么的電壓

6、動搖，國標中規(guī)定電壓動搖的限值為：1HV： ；2MV： ；3LV： 。4.3 閃變Voltage Flicker 一、根本概念與定義 電光源的電壓動搖呵斥燈光照度不穩(wěn)定的人眼視感反響稱為閃變。換言之，閃變反映了電壓動搖引起的燈光閃爍對人視感產(chǎn)生的影響。白熾燈的光功率與電源電壓的平方成正比，所以受電壓動搖影響最大。通常選白熾燈光照設(shè)備受影響的程度作為判別電壓動搖能否能被接受的根據(jù)。 .4電壓動搖與閃變閃變的主要決議要素：供電電壓動搖的幅值、頻度和波形頻譜分布照明安裝類型人對閃變的客觀視感 1、閃變覺察率F 根據(jù)IEC引薦的實驗條件，采用不同波形、頻率、幅值的調(diào)幅波并以工頻電壓為載波向工頻230V

7、、60W白熾燈供電照明，閃變覺察率為 式中 A沒有覺察的人數(shù)；B略有覺察的人數(shù)；C有明顯覺察的人數(shù)；D難以忍受的人數(shù)。.4電壓動搖與閃變閃變覺察率超越50，那么闡明半數(shù)以上的實驗察看者對電壓動搖有明顯的或難以忍受的視覺反映。 2、瞬時閃變視感度St 為反映人的瞬時閃變覺得程度，用閃變強弱的瞬時值隨時間變化來描畫，即瞬時閃變視感度St。它是電壓動搖的頻度、波形、大小等綜協(xié)作用的結(jié)果，其隨時間變化的曲線是對閃變評價衡量的根據(jù)。通常規(guī)定閃變覺察率F50%為瞬時閃變視感度的衡量單位，對應(yīng)的稱之為St1覺察單位。假設(shè)st1覺察單位，闡明實驗察看者中有更多的人對燈光閃爍有明顯覺得，那么規(guī)定為對應(yīng)閃變不允許

8、程度。 .4電壓動搖與閃變 3、視感度頻率特性系數(shù)Kf1閃變的普通覺察頻率范圍：125Hz； 2閃變的最大覺察頻率范圍：0.0535Hz其上下限值稱為截止頻率，上限值又稱為停閃頻率，即高于這一頻率的閃變?nèi)搜凼怯X得不到的；3閃變的敏感頻率范圍：612Hz；4閃變的最大敏感頻率：8 .8Hz。視感度頻率特性系數(shù)Kf顯然在此條件下，對應(yīng)閃變的最大敏感頻率8.8Hz有電壓動搖值d最小值，所以有 .4電壓動搖與閃變圖4-8給出了在正弦電壓動搖條件下，由實驗數(shù)據(jù)描畫出的視感度系數(shù)的頻率特性曲線。它反映了不同頻率正弦電壓波動所引起的燈光閃爍在人眼和大腦中產(chǎn)生的客觀覺得相對強弱的程度。 .4電壓動搖與閃變.4

9、電壓動搖與閃變4.波形因數(shù)Rf 不同波形的電壓動搖引起的閃變反映也是不同的。經(jīng)過對一樣頻率的兩種不同波形例如，正弦調(diào)幅波和矩形調(diào)幅波的電壓波動做比較，可以計算出波形因數(shù)Rf1，即在一樣頻率下，矩形電壓動搖非正弦波形比正弦電壓動搖對閃變的影響更嚴重。表4-2 .4電壓動搖與閃變二、閃變視覺系統(tǒng)模型 根本思緒：經(jīng)過對電壓動搖的呼應(yīng)特性、人眼的感光反映才干和大腦的記憶存儲效應(yīng)的近似數(shù)學(xué)描畫，從而得到人的視覺系統(tǒng)模型，即所謂閃變的燈-眼-腦反響鏈傳送函數(shù)。一個知的視感度頻率特性系數(shù)Kf，可用拉普拉斯變換復(fù)變量s表示成傳送函數(shù)Ks的方式，并且多采用幅頻特性。詳細：由知正弦波調(diào)制電壓的視感度頻率特性系數(shù)K

10、f及其對應(yīng)表4-2中的數(shù)據(jù)，作出燈-眼-腦反響鏈的對數(shù)頻率特性曲線。用5條直線和漸近線對該曲線逼近描畫，或者說用5個典型控制環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性之和表示推導(dǎo)過程略。 式中的系數(shù)分別為K1.74802，2 4.05981，129.15494，222.27979，321.22535，4221.9 .4電壓動搖與閃變4.4閃變的評價方法 一、電壓動搖與閃變的原因和危害原因：一方面是由于各種類型的大功率動搖性負荷投運引起的；另一方面也會由于配電線路短時間承載過重。危害：1照明燈光閃爍，影響人的視覺；2電視機畫面不穩(wěn)定； 3電動機的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定； 4對電壓動搖較敏感的工藝過程或?qū)嶒灲Y(jié)果產(chǎn)生不良影響；5導(dǎo)致電

11、子儀器和設(shè)備、計算機系統(tǒng)、自動控制消費線以及辦公自動化設(shè)備等任務(wù)不正常，或遭到損壞。6導(dǎo)致以電壓相位角為控制指令的系統(tǒng)控制功能紊亂，致使電力電子換流器換相失敗等。 .4電壓動搖與閃變 二、閃變程度評價與干擾限制值 1、短時間閃變程度值(10min) 圖4-11所示為某一察看時間段，如取l0min內(nèi)等間隔采樣時間為測算到的15000個數(shù)據(jù)所描畫的瞬時閃變視感度St變化曲線。圖中給出第7級1.21.4p.u.統(tǒng)計計算例如 概率分布 .4電壓動搖與閃變依次對其他9級St進展統(tǒng)計計算，可給出概率分布直方圖，如圖4-12所示。對圖4-12概率分布直方圖進展累加計算，可以得到圖4-13所示的累積概率函數(shù)C

12、PF圖形。 .4電壓動搖與閃變用5個概率分布 測定值計算出短時10min閃變平滑估計值 表示實踐檢測到的短時間閃變程度嚴重度。其近似計算公式為式中，k0.1=0.0314，k1 =0.0525，k3=0.0657，k10=0.28， k500.08。 式4-31中5個測定值p0.1、p1、p3、p10、p50分別為10min內(nèi)超越01、1、3、10%和50%時間比的概率分布程度.4電壓動搖與閃變2、長時間閃變程度值長時間閃變的統(tǒng)計時間需在1h以上，國標中規(guī)定為2h。在2h或更長時間測得并作出的累計概率統(tǒng)計曲線CPF中，將瞬時閃變視感度不超越99 %概率的短時間閃變值 用符號 表示或超越1%時間

13、的 值用符號 表示作為長時間閃變程度值 ，即UIC/IEC規(guī)范：規(guī)定對于已順序測得的N個l0min短時間閃變值 k=1, 2, 3,，N數(shù)據(jù)，長時間閃變值可由這N個 的立方和求根得到： .4電壓動搖與閃變 3、閃變干擾限制值GB/T12326-2021(2000修訂版：1閃變限值中去掉了Pst，只保管Plt 2各級電壓閃變限值Plt ：110kv及以下：1 110kv以上：0.8.4電壓動搖與閃變4.5電弧爐用電特性分析 由于電弧爐煉鋼在技術(shù)經(jīng)濟上的優(yōu)越性，工業(yè)消費采用交流電弧爐已日益增多，單臺容量也不斷增大，因此電弧爐對供電系統(tǒng)的干擾也愈加突出-交流電弧爐是供電系統(tǒng)各類功率動搖性負荷中對電壓

14、特性影響最大的負荷。其不利影響主要包括有功功率和無功功率沖擊性快速變化引起的電壓動搖和閃變，電弧電阻的非線性導(dǎo)致的電力諧波畸變，以及三相負荷不對稱帶來的供電系統(tǒng)動態(tài)不平衡干擾等。 普通交流電弧爐的冶煉周期約為38h，通常電弧爐的供電電壓為110kV或35kV，經(jīng)特殊設(shè)計的電弧爐變壓器供電，二次側(cè)電極間電壓的典型值在100600V之間。電弧爐的電流控制是經(jīng)過電弧爐變壓器高壓側(cè)繞組分接頭的切換和電極的升降來實現(xiàn)的。電弧爐所耗費無功功率大，并且無功功率變化量也很大，在電極短路時功率因數(shù)約為0.10.2，在額定運轉(zhuǎn)時約為0.70.85。 .4電壓動搖與閃變電弧爐的運轉(zhuǎn)周期包括三個階段：熔化期、氧化期和

15、復(fù)原期。 (1)熔化期的主要義務(wù)是使?fàn)t料迅速熔化。熔化期約為0.52h，但在此期間耗費的電能占一個投運周期總耗電量的60% 70%。 (2)氧化期的主要義務(wù)是脫磷及去氣、去夾雜。 (3)復(fù)原期的主要義務(wù)和操作是脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和調(diào)整成分。圖4-21給出了電弧爐負荷運轉(zhuǎn)周期表示圖(是一種間歇式?jīng)_擊功率負荷). .4電壓動搖與閃變4.6電壓動搖和閃變的丈量目前國際上有代表性的三種原理類型的閃變丈量儀器:日本的閃變儀英國的ERA電弧爐閃變丈量儀IEC和UIE引薦的閃變儀。 IEC閃變丈量方法 一、電壓動搖的同步檢測法調(diào)制波解析式的普通表達式為 假設(shè)調(diào)幅波電壓為單一頻率的正弦波形，那么 .4電壓動

16、搖與閃變式中，m稱為調(diào)制指數(shù)， m1。按照同步檢測方法，可將調(diào)制波電壓自乘求平方，得到 .4電壓動搖與閃變假設(shè)利用0.0535 Hz的帶通濾波器濾除其中的直流分量和工頻及以上頻率的分量，并且思索到，由于實踐上的調(diào)制指數(shù)m1，因此，濾波后便可實現(xiàn)解調(diào)，獲得近似加權(quán)的調(diào)幅波電壓：知相對電壓變動值為 ，并且假定調(diào)幅波為正弦函數(shù)波形，那么有可以得到用相對電壓變動d參量表示的表達式 以上各函數(shù)的變化波形，可參見圖4-28b所示的仿真波形。 .4電壓動搖與閃變.4電壓動搖與閃變 二、IEC閃變丈量環(huán)節(jié)分析 圖4-28a我國國家規(guī)范在參考了IEC規(guī)范后引薦采用的閃變儀簡化原理框圖。圖4-28 a給出的閃變丈

17、量環(huán)節(jié)總體上可分為三部分： 第一部分為電壓輸人適配調(diào)整，由圖中框1組成，兩個主要部分，即一個輸人電壓適配器和一個自檢信號發(fā)生器。第二部分模擬視覺系統(tǒng)模型，即燈-眼-腦反響鏈的頻率呼應(yīng)特性，主要由圖中框2、框3和框4組成；框2模擬燈的作用和特性。經(jīng)過平方解調(diào)器分別出與調(diào)幅波幅值成比例的電壓動搖量。該量反映了燈照度變化與電壓動搖的關(guān)系，可采用被測信號自乘求平方來實現(xiàn)。 框3模擬人眼的視覺頻率選擇特性。它由兩個級連濾波器，即帶通濾波器和視感度加權(quán)濾波器，以及一個丈量范圍選擇器構(gòu)成。 .4電壓動搖與閃變其中，帶通濾波器 (通頻帶為0.0535Hz)的功能是消除平方解調(diào)后電壓信號中的直流分量和載波倍頻分量。詳細設(shè)計時，采用一階高通濾波器抑制直流分量，并采用截止頻率為35Hz的6階巴特沃斯低通濾波器濾除載波工頻成分及其以上的頻率分量。所謂視感度加權(quán)濾波器就是覺察率為50的閃變視感度一頻率特性的詳細實現(xiàn)。即按照幅頻特性對視感度頻率范圍內(nèi)的調(diào)幅波信號分別取不同的加權(quán)系數(shù)如對應(yīng)8 .8Hz調(diào)幅波信號，其增益為1，而其他頻率信號的加權(quán)系數(shù)都小于1。 Ks乘積的第一項對應(yīng)二階帶通濾波器，第二項為有一個零點和兩個極點的補償環(huán)節(jié)，分別為 .4電壓動搖與閃變其中丈量范圍選擇器的作用是為了提高丈量靈敏度而設(shè)置的。框4模擬人腦神經(jīng)對視覺反映的非線性和記憶效