電壓波動(dòng)與閃變

電壓波動(dòng)與閃變第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一4.1基本概念一、有效值電壓的變動(dòng)

理想供電系統(tǒng)（PCC點(diǎn)Sd無窮大，等值Z零）電壓恒定不變。實(shí)際電壓偏離標(biāo)稱值的現(xiàn)象稱電壓變動(dòng)。這里強(qiáng)調(diào)有效值電壓變動(dòng)（以區(qū)別瞬時(shí)電壓變動(dòng)）：

幾個(gè)概念：相對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓變動(dòng)值dc

、相對(duì)動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)值dd、相對(duì)最大電壓變動(dòng)值dmax：參見圖4-1所示。第四章電壓波動(dòng)與閃變

IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：dc不超過3%；dd超過3%的持續(xù)時(shí)間小于200ms；dmax不超過4%。第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一

1、電壓偏差：指實(shí)測(cè)電壓與額定電壓相對(duì)差值的百分?jǐn)?shù)。電壓偏差也稱長期電壓變化或穩(wěn)態(tài)電壓變化，是電網(wǎng)運(yùn)行的主要考核指標(biāo)之一。合格率常指一周內(nèi)95%的10min平均電壓不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值。

2、電壓波動(dòng)：沖擊性負(fù)荷變化引起的、明顯偏離額定值的快速電壓變動(dòng)。電壓波動(dòng)值用一系列電壓有效值的相鄰兩個(gè)極值之差的百分?jǐn)?shù)來表示。二、典型電壓變動(dòng)現(xiàn)象3、4、5與前面重復(fù)略，但說明電壓變動(dòng)現(xiàn)象復(fù)雜。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一4.2電壓波動(dòng)現(xiàn)象分析

一、電壓波動(dòng)頻度電壓波動(dòng)值為一系列電壓變動(dòng)的兩個(gè)相鄰有效值之差，可引出電壓波動(dòng)頻度的概念，如圖所示。電壓波動(dòng)頻度r：單位時(shí)間內(nèi)電壓波動(dòng)的次數(shù)，為調(diào)幅波頻率的2倍。電壓波動(dòng)值為調(diào)幅波的峰谷差值。即

γ=2fF（次/s）或γ=2*60*fF（次/min）第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一4.2電壓波動(dòng)現(xiàn)象分析

二、供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)原因和波動(dòng)值計(jì)算

由電力系統(tǒng)課：

不平衡負(fù)荷電壓波動(dòng)計(jì)算自看，依據(jù)物理概念。三、電壓波動(dòng)限值國標(biāo)規(guī)定：P93表4-1。電弧爐引起的電壓波動(dòng)最嚴(yán)重，標(biāo)準(zhǔn)條款一般是針對(duì)電弧爐負(fù)荷制定的。U1U2P+jQ

R+jX若R+jX不變，電壓變化決定負(fù)荷的有功功率和無功功率；對(duì)高壓系統(tǒng)有R<<X，因此電壓變化主要決定無功功率變化。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一4.3閃變電壓波動(dòng)造成燈光閃爍的專業(yè)術(shù)語稱為閃變。因此閃變是電壓波動(dòng)引起的有害結(jié)果，是人對(duì)照度波動(dòng)的主觀視感反映，閃變本身不屬于電磁現(xiàn)象。人對(duì)閃變感受與電壓波動(dòng)的幅值和頻度有關(guān)。閃變程度是對(duì)觀察者進(jìn)行視感調(diào)查、統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

1、閃變覺察率F（%）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)。實(shí)驗(yàn)條件：230V、60W白枳燈施加不同波動(dòng)電壓。一、基本概念與定義

第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一

2、瞬時(shí)閃變視感度S（t）電壓波動(dòng)引起照度波動(dòng)對(duì)人的主觀視覺反映稱為瞬時(shí)閃變視感度S（t）。用閃變強(qiáng)弱的瞬時(shí)值變化來描述，它是電壓波動(dòng)的頻度、波形、大小等綜合作用的結(jié)果。規(guī)定閃變覺察率F=50%為瞬時(shí)閃變視感度的衡量單位，對(duì)應(yīng)的S=1為覺察單位。換言之，若S>1為閃變不允許值。

3、視感度頻率特性和視感度系數(shù)K（f）人的視覺反映與照度波動(dòng)的頻率有關(guān)：

1）閃變的覺察頻率范圍：1—25Hz2）閃變的最大覺察頻率范圍：0.05-35Hz（其上下限值稱為截止頻率，上限值又稱為停閃頻率）

3）閃變敏感頻率范圍：6—12Hz；最大敏感頻率：8.8Hz第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一

IEC推薦的視感度系數(shù)K(f)為：

由表4.2數(shù)據(jù)和上式可算各頻率的K(f)，得圖4-8特性。第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一4、波形因數(shù)R（f）不同波形電壓波動(dòng)引起的閃變不同，常用波形因數(shù)R（f）表示：由表4-2數(shù)據(jù)和上式可計(jì)算R（f）；由結(jié)果圖4-9可知：矩形電壓波動(dòng)（非正弦）比正弦電壓波動(dòng)的影響更嚴(yán)重。

5、閃變視覺系統(tǒng)模型問題提出：如何用數(shù)學(xué)方法表述閃變視感。

基本思路：用5條直線（即5個(gè)典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)）和漸近線進(jìn)行逼近，描述視感度頻率特性。模型和系數(shù)如下：第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一一、電壓波動(dòng)的起因和危害起因：電弧爐、軋鋼機(jī)等大功率波動(dòng)性負(fù)荷引起的。危害：工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等，同時(shí)產(chǎn)生諧波等干擾。

二、閃變?cè)u(píng)估和干擾限值

1、短時(shí)間閃變值Pst

（統(tǒng)計(jì)時(shí)間10min）確定方法如下：

Pst計(jì)算公式：4.4閃變的評(píng)估方法第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一

2、單位閃變

IEC推薦取Pst=1作為低壓供電的短時(shí)間閃變限值，稱為單位閃變。單位閃變代表標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)人數(shù)的80%有明顯感覺的閃變程度。

Pst<0.7時(shí)，一般察覺不出閃變；

Pst>1.3時(shí)，閃變會(huì)使人感到不舒服。

3、長時(shí)間閃變值Plt：

與Pst的區(qū)別：統(tǒng)計(jì)時(shí)間需在1h以上，典型值取2h。定義方法：對(duì)統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)，將S（t）的99%時(shí)間概率不超標(biāo)或1%時(shí)間時(shí)間超標(biāo)的Pst作為長時(shí)間閃變值Plt。即

Plt=Pst99%=P1IEC推薦的Plt算法：第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一

4、閃變干擾限制值：國標(biāo)限值如下：注：評(píng)估取系統(tǒng)較小方式，波動(dòng)負(fù)荷最大周期的實(shí)測(cè)值。

5、閃變限值補(bǔ)充說明

1）閃變干擾的傳遞：高電壓級(jí)向中、低電壓級(jí)的傳遞系數(shù)等于0.8-1；中、低電壓級(jí)向高電壓級(jí)的傳遞系數(shù)等于0；同電壓級(jí)相鄰母線間的傳遞需通過計(jì)算決定。

2）閃變?cè)试S值、兼容值、規(guī)劃值：允許值指負(fù)荷產(chǎn)生閃變的限值；兼容值指遭受干擾設(shè)備的安全限值；規(guī)劃值指對(duì)高中壓系統(tǒng)提出的質(zhì)量目標(biāo)值（等于或小于兼容值）。

三、閃變嚴(yán)重度簡捷預(yù)測(cè)算法（略）系統(tǒng)電壓等級(jí)低壓（LV）中壓（MV）高壓（HV）Pst(10min)1.00.9(1.0)0.8Plt(2h)0.80.7(0.8)0.6第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一電弧爐是對(duì)電壓波動(dòng)影響最大的負(fù)荷，研究目的在于為防治、抑制打基礎(chǔ)。

一、電弧爐負(fù)荷的運(yùn)行特點(diǎn)電弧爐運(yùn)行周期包括：熔化期、氧化期和還原期。運(yùn)行特點(diǎn)：熔化期—使?fàn)t料迅速熔化，由于材料、工藝和技術(shù)等原因，電流不穩(wěn)定、電壓波動(dòng)大；氧化和還原的精練期引起的電壓波動(dòng)相對(duì)小一些。二、電弧爐運(yùn)行的電氣特性（影響因素）

1）大電流在短網(wǎng)不對(duì)稱電感回路產(chǎn)生不平衡壓降；

2）電弧電壓不穩(wěn)定、不對(duì)稱，產(chǎn)生基波負(fù)序分量；

3）電弧爐本身為非線性負(fù)荷，產(chǎn)生復(fù)雜諧波成分；4.5電弧爐用電特征分析第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一二、電弧爐運(yùn)行的電氣特性

4）電弧爐負(fù)荷情況復(fù)雜，影響因素多，不同運(yùn)行工況電流、電壓變化大；不同工況電壓變化如圖所示。電弧爐負(fù)荷錯(cuò)綜復(fù)雜，建立高質(zhì)量負(fù)荷模型困難，難以進(jìn)行數(shù)值分析，測(cè)量、評(píng)估是主要分析手段。4.5電弧爐用電特征分析第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一

三、電弧爐電壓波動(dòng)的估算取供電母線額定電壓UN為基準(zhǔn)電壓，以SB=1000MVA為基準(zhǔn)容量，可求系統(tǒng)標(biāo)幺值參數(shù)。忽略R可寫總電抗表達(dá)式。

2、電壓波動(dòng)的估算

1）短路壓降法：或

例4-3題：

1、電路接線與參數(shù)計(jì)算典型電路接線如圖；由典型接線可求等值電路：第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一

三、電弧爐電壓波動(dòng)的估算從計(jì)算結(jié)果可以看出：電壓波動(dòng)超標(biāo)，需要加補(bǔ)償裝置。

2）最大無功功率變動(dòng)法電壓波動(dòng)是無功沖擊引起的，可通過ΔQmax計(jì)算dmax。其中：

例4-4題：PCC點(diǎn)和電弧爐母線電壓波動(dòng)均超標(biāo)。注：兩種估算方法僅能估算電壓波動(dòng)大小，可判斷電壓波動(dòng)是否超標(biāo)。也可用下面經(jīng)驗(yàn)公式估算閃變嚴(yán)重程度：短時(shí)間閃變值：長時(shí)間閃變值：第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一

四、線性時(shí)變電弧電阻模型其中，f是閃變頻率；R1是與實(shí)際電弧爐負(fù)荷運(yùn)行條件相聯(lián)系的恒定阻值，其值選擇是由弧長的變化范圍及電弧爐負(fù)荷消耗的功率決定的。

2、線性化求電弧恒定電阻電弧弧長通常在0～20cm范圍變化，電弧爐消耗的平均功率P=42MW。對(duì)實(shí)際電弧爐的v-i特性曲線分段線性化，即列出圖4-26曲線線性段（OA和AB段）的公式，電弧爐消耗的功率是線性化曲線的面積。因此R1可求。為對(duì)電弧爐負(fù)荷進(jìn)行數(shù)值分析，需建立電弧爐的負(fù)荷模型，負(fù)荷模型可用功率、阻抗表示。教材介紹了一種改進(jìn)的三相線性時(shí)變電弧電阻模型求取方法。

1、定義電弧電阻：第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一電弧爐恒定電阻R1求取方法：圖中，Vig和Vex是燃弧電壓和熄弧電壓，i1和i2分別是對(duì)應(yīng)于v-i特性曲線第一象限內(nèi)點(diǎn)弧和滅弧電壓的電流。電弧阻抗模型確定之后，可得到用電弧爐阻抗模型表示的三相電弧爐系統(tǒng)等值電路，以及電弧爐系統(tǒng)方程，可對(duì)電弧爐引起的電壓波動(dòng)進(jìn)行數(shù)值仿真分析。第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一電弧爐電壓波動(dòng)的仿真分析根據(jù)上述電弧爐系統(tǒng)方程，可用MATLAB對(duì)弧爐的電壓波動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。本例仿真結(jié)果如下所示。令，，R1=RaA－RaB，以及R2=RaB－RaC，整理可得電弧爐系統(tǒng)的方程為：第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一電弧爐電壓、電流仿真結(jié)果第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一通常電能質(zhì)量問題很難進(jìn)行計(jì)算，測(cè)量是必須手段。電壓波動(dòng)與閃變測(cè)量常用方法有整流檢測(cè)、有效值檢測(cè)和平方檢測(cè)法。新國標(biāo)（IEC標(biāo)準(zhǔn)）采用平方檢測(cè)法。

一、電壓波動(dòng)的平方檢測(cè)法調(diào)制波解析式為其中：Um—工頻載波電壓的幅值；

m—調(diào)制指數(shù)，要求m<1，否則將出現(xiàn)包絡(luò)線畸變；

ωN—工頻載波電壓角頻率；

ΩF—調(diào)幅波電壓的角頻率。

4.6電壓波動(dòng)與閃變的測(cè)