XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變

XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變2024/3/29XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變目錄第一節(jié)基本概念第二節(jié)電壓波動(dòng)第三節(jié)閃變第四節(jié)閃變的評(píng)估方法第五節(jié)電弧爐用電特性分析第六節(jié)電壓波動(dòng)與閃變的測(cè)量XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變第一節(jié)基本概念一、方均根值電壓的變動(dòng)特性二、典型電壓變動(dòng)現(xiàn)象XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、方均根值電壓的變動(dòng)特性方均根電壓（RMSVoltage）電力網(wǎng)的瞬時(shí)值電壓u是隨時(shí)間t作周期性變化的。周期性非正弦波形的電壓，可以分解為基波和諧波電壓，基波電壓的周期與非正弦電壓的周期相同。工頻基波電壓的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，周期為20ms。在工程上通常以電壓整周期的方均根值來(lái)衡量電壓的大小。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變將工頻電壓的半周期分成N個(gè)等分點(diǎn)，每隔T/2N逐點(diǎn)取電壓的瞬時(shí)值。設(shè)在kT/2N時(shí)刻電壓的瞬時(shí)值為uk，則沿半周期內(nèi)瞬時(shí)電壓序列為u0,u1,u2,…,un-1，于是方均根電壓U的計(jì)算公式為：一、方均根值電壓的變動(dòng)特性XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、方均根值電壓的變動(dòng)特性放大某一處看方均根值XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、方均根值電壓的變動(dòng)特性方均根值電壓變動(dòng)特性U(t)是方均根電壓的時(shí)間函數(shù)，它是沿每基波半周期取方均根值順序逐點(diǎn)畫(huà)出的圖形。......0U1,U2,..,Uk為等間隔記錄的電壓方均根值。現(xiàn)以電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)所引起的電壓方均根典型變動(dòng)曲線為例說(shuō)明這一變化關(guān)系。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、方均根值電壓的變動(dòng)特性0XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、方均根值電壓的變動(dòng)特性0穩(wěn)態(tài)電壓變動(dòng)值（）：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)結(jié)束后的穩(wěn)態(tài)電壓方均根值與額定電壓之間的差。動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)值（）：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中相鄰兩點(diǎn)極值電壓之差。通常以標(biāo)稱(chēng)電壓的相對(duì)百分?jǐn)?shù)來(lái)表示電壓變動(dòng)值：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變0一、方均根值電壓的變動(dòng)特性相對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓變動(dòng)值：相對(duì)動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)值：相對(duì)最大電壓變動(dòng)值：方均根值電壓的變動(dòng)是系統(tǒng)運(yùn)行中常出現(xiàn)的一種電壓質(zhì)量現(xiàn)象。IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：在低壓民用電網(wǎng)中，相對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓變動(dòng)值應(yīng)不超過(guò)3%；相對(duì)動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)值超過(guò)3%的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)200ms；應(yīng)不超過(guò)4%。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、方均根值電壓的變動(dòng)特性在當(dāng)代電力系統(tǒng)中，新型的功率沖擊性和波動(dòng)性負(fù)荷越來(lái)越多，如煉鋼用電弧爐、由可控硅整流供電的軋鋼機(jī)、礦山卷?yè)P(yáng)機(jī)、電焊機(jī)、電力機(jī)車(chē)等，其功率高達(dá)幾萬(wàn)千瓦甚至十幾萬(wàn)千瓦。由于這類(lèi)干擾性負(fù)荷的功率因數(shù)普遍較低且無(wú)功功率變化量大，所以在其運(yùn)行時(shí)將引起公共連接點(diǎn)（PCC）的電壓幅值大幅度快速變動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可能使同一電磁環(huán)境下的其他電氣設(shè)備不能正常工作。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、典型電壓變動(dòng)現(xiàn)象1.電壓偏差電壓偏差=系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓電壓測(cè)量值-系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓×100%在一定的電力系統(tǒng)運(yùn)行條件下，由于總負(fù)荷或部分負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)與特性的改變，以及變壓器分接頭調(diào)整和電容器、電抗器投入或切除等原因，負(fù)荷所需無(wú)功功率與配電系統(tǒng)提供的無(wú)功功率不平衡，從而導(dǎo)致供電電壓出現(xiàn)持續(xù)性的逐漸偏離標(biāo)稱(chēng)電壓的情況。這種電壓方均根的相對(duì)緩慢變動(dòng)也稱(chēng)為長(zhǎng)期電壓變動(dòng)（longdurationvariations），或穩(wěn)態(tài)電壓變動(dòng)。根據(jù)電壓測(cè)量值相對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的電壓正偏差與負(fù)偏差，還可以進(jìn)一步分為過(guò)電壓和欠電壓。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、典型電壓變動(dòng)現(xiàn)象2.電壓波動(dòng)由于波動(dòng)性負(fù)荷在運(yùn)行過(guò)程中頻繁的從配電系統(tǒng)取用快速變動(dòng)電能，即出現(xiàn)沖擊性功率變化，造成公共連接點(diǎn)電壓在短時(shí)間里急劇變動(dòng)，并明顯偏離標(biāo)稱(chēng)電壓值（IEEE相關(guān)文件中給出的典型電壓波動(dòng)范圍為0.1%-7%,變化頻率小雨25Hz）。相對(duì)電壓偏差而言，電壓波動(dòng)也成為快速電壓變化，或動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)。這里仍以d的大小作為電壓波動(dòng)的量度。為了區(qū)分電壓波動(dòng)和電壓偏差，在國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中特別對(duì)電壓的波動(dòng)性給出了定義，即方均根值電壓的變化速率不低于0.2%每秒。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、典型電壓變動(dòng)現(xiàn)象3.電壓暫降與暫升當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障或由于大容量設(shè)備啟動(dòng)等，可能造成供電母線甚至遠(yuǎn)方的供電母線電壓迅速下降，并且跌幅較大，后隨即回升，恢復(fù)至標(biāo)稱(chēng)電壓的允許范圍，其典型持續(xù)時(shí)間為0.5-30周波，下降幅度為標(biāo)稱(chēng)電壓的90%-10%。這種現(xiàn)象又稱(chēng)為短時(shí)欠電壓。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、典型電壓變動(dòng)現(xiàn)象4.短時(shí)間電壓中斷當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，故障點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作，供電端電壓迅速下降，其方均根值跌至小于0.1p.u.，經(jīng)一段時(shí)間后重合閘動(dòng)作成功，重新恢復(fù)供電電壓至標(biāo)稱(chēng)電壓允許范圍。這種過(guò)程稱(chēng)為短時(shí)間電壓中斷。5.長(zhǎng)時(shí)間電壓中斷由于各種原因，供電電壓迅速下降跌至零且長(zhǎng)時(shí)間不能恢復(fù)的現(xiàn)象，稱(chēng)為長(zhǎng)時(shí)間電壓中斷，也泛稱(chēng)斷電，是電壓變動(dòng)的一種極端情況。這種持續(xù)性的長(zhǎng)時(shí)間電壓中斷現(xiàn)象與上述電壓變動(dòng)情況有本質(zhì)性的區(qū)別。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、典型電壓變動(dòng)現(xiàn)象電壓變動(dòng)細(xì)化分類(lèi)圖XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變第二節(jié)電壓波動(dòng)一、電壓波動(dòng)的含義二、波動(dòng)性負(fù)荷對(duì)電壓特性的影響三、電壓波動(dòng)限制XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)的含義電壓波動(dòng)（VoltageFluctuation）定義為電壓方均根值一系列相對(duì)快速變動(dòng)或連續(xù)改變的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象將對(duì)周邊其他負(fù)荷正常運(yùn)行造成危害和影響。其中最突出的是引起照明亮度的閃爍和對(duì)人視覺(jué)的影響。其變化周期，大于工頻周期。在配電系統(tǒng)運(yùn)行中，這種電壓波動(dòng)現(xiàn)象又可能多次出現(xiàn)，變化過(guò)程可能是規(guī)則的、不規(guī)則的，或者是隨機(jī)的。這是一個(gè)由電弧爐引起的電壓波動(dòng)，變動(dòng)明顯不規(guī)則，試想一下，放大橫坐標(biāo)來(lái)看，電壓是跳躍形，斜坡形還是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)形呢？XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)的含義（a）（b）（c）（d）（a）為周期性等幅矩形電壓波動(dòng)。例：?jiǎn)我蛔栊载?fù)荷投切引起的電壓波動(dòng)。（b）一系列不規(guī)則時(shí)間間隔階躍電壓波動(dòng)。其電壓波動(dòng)幅值可能相等，或不等。例：多重負(fù)荷投切引起的電壓波動(dòng)。（c）非全階躍式可明顯分離的電壓波動(dòng)。例：非線性電阻負(fù)荷運(yùn)行引起的電壓波動(dòng)。（d）一系列隨機(jī)的或連續(xù)電壓波動(dòng)。例:循環(huán)的或隨機(jī)的功率波動(dòng)負(fù)荷運(yùn)行引起的電壓波動(dòng)。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)的含義電壓波動(dòng)的表示

為具體描述造成實(shí)際電壓在短時(shí)間里較大幅度變動(dòng)的特征，將一系列電壓變動(dòng)值中的相鄰兩個(gè)極值之間的變化稱(chēng)為一次電壓波動(dòng)，把兩個(gè)相鄰極值之差稱(chēng)為電壓波動(dòng)值（或波動(dòng)大?。?shí)際上，電壓波動(dòng)表現(xiàn)為嚴(yán)重連續(xù)偏離額定電壓，因此用一系列電壓方均根值的兩個(gè)極值之差，且用其相對(duì)值的百分?jǐn)?shù)表示：

通常以d的大小作為電壓波動(dòng)的量度。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變t基頻電壓有效值調(diào)幅波變化曲線相對(duì)電壓變動(dòng)特性XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)的含義tt0載波電壓（a）相對(duì)電壓變動(dòng)特性（b）調(diào)幅波變化曲線vRMS的調(diào)幅波電壓vRMS的調(diào)幅波電壓v沿時(shí)間軸對(duì)被測(cè)電壓每半個(gè)周期求得一個(gè)方均根值并按時(shí)間軸順序排列，即可形象地看到連續(xù)的電壓波動(dòng)的包絡(luò)線圖形XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變想象中的零軸50Hz工頻載波（a）電壓波動(dòng)調(diào)制示意圖ΔUdv00ut（b）正弦調(diào)幅波電壓波形10Hz正弦調(diào)幅波t一、電壓波動(dòng)的含義為了更直觀地表示，下圖給出了被觀測(cè)電壓瞬時(shí)值的包絡(luò)線圖形。將恒定不變的工頻電壓看做載波，將波動(dòng)電壓看做調(diào)幅波，（b）中的虛線表示工頻載波電壓峰值的平均電平線，若以此為零軸，該圖反應(yīng)了低頻（10Hz）正弦調(diào)幅波的變化。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)的含義如上所述，電壓波動(dòng)的頻度是分析電壓方均根值變化特性的另一個(gè)重要指標(biāo)。我們把單位時(shí)間內(nèi)電壓波動(dòng)的次數(shù)稱(chēng)為電壓波動(dòng)的頻度r，一般以分或秒作為頻度的單位。請(qǐng)問(wèn)上頁(yè)圖所示的電壓波動(dòng)的頻度是多少？上頁(yè)圖所示的10Hz波動(dòng)電壓，其電壓波動(dòng)值為調(diào)幅波的峰谷差值，波動(dòng)頻度為20次/秒。因此，連續(xù)電壓波動(dòng)的頻度為調(diào)幅波頻率fF的2倍，表示為：（次/秒）（次/min）或XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)的含義0在這個(gè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的例子里：在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)一次的過(guò)程中，其供電電壓實(shí)際發(fā)生了由高到低后又回升的2次電壓變動(dòng)。但是作為動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)事件，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)一次應(yīng)算作一次動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，或如電弧爐和間歇性通電的負(fù)荷工作時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)一系列的電壓變動(dòng)。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、波動(dòng)性負(fù)荷對(duì)電壓特性的影響引起電壓波動(dòng)的原因是多種多樣的：配電系統(tǒng)發(fā)生的短路故障或開(kāi)關(guān)操作無(wú)功功率補(bǔ)償裝置大型整流設(shè)備的投切但是，頻繁發(fā)生且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電壓波動(dòng)更多是由功率沖擊性波動(dòng)負(fù)荷的工作狀態(tài)變化所致。由于波動(dòng)性負(fù)荷的功率因數(shù)低，無(wú)功功率變動(dòng)量也相對(duì)較大，并且其功率變化的過(guò)程快，因此在實(shí)際運(yùn)行中，可以認(rèn)為波動(dòng)性負(fù)荷是引起供電電壓波動(dòng)的主要原因。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、波動(dòng)性負(fù)荷對(duì)電壓特性的影響波動(dòng)性負(fù)荷可以分為兩大類(lèi)：（1）由于頻繁啟動(dòng)和間歇通電時(shí)，常引起電壓按一定規(guī)律周期變動(dòng)的負(fù)荷。例如，軋鋼機(jī)和絞車(chē)，電動(dòng)機(jī)，電焊機(jī)等。（2）引起供電點(diǎn)出現(xiàn)連續(xù)的不規(guī)則的隨機(jī)電壓變動(dòng)的負(fù)荷。例如，煉鋼電弧爐等。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?nèi)?、電壓波?dòng)限值從前面的介紹知，供電電壓的波動(dòng)對(duì)用電設(shè)備和系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響主要決定于波動(dòng)值的大小和變動(dòng)的頻度。國(guó)標(biāo)中以典型的電弧爐負(fù)荷為對(duì)象設(shè)定了電壓波動(dòng)的極限值（實(shí)際上，電壓波動(dòng)限值很少考核，而代之以閃變值作為主要指標(biāo)）。變動(dòng)頻度r波動(dòng)限值d（％）變動(dòng)頻度r波動(dòng)限值d（％）LV、MVHVLV、MVHVr≤14310＜r≤10021.51＜r≤1032.5100＜r≤10001.251各級(jí)電網(wǎng)電壓波動(dòng)限值表XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變第三節(jié)閃變一、基本概念與定義二、閃變視覺(jué)系統(tǒng)模型XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、基本概念與定義影響：電壓波動(dòng)會(huì)引起部分電氣設(shè)備不能正常工作。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)電子計(jì)算機(jī)和控制設(shè)備不需要特別去關(guān)注在商用和民用建筑的照明設(shè)備中，白熾燈占有相當(dāng)大的數(shù)量，電壓的波動(dòng)會(huì)造成白熾燈光明顯閃爍，嚴(yán)重時(shí)使人眼難以忍受，為此，選白熾燈的工況作為判斷電壓波動(dòng)值是否能被接受的依據(jù)。電壓變動(dòng)值d在10%左右重復(fù)變動(dòng)頻率r在5-15Hz白熾燈造成令人煩惱的燈光閃爍嚴(yán)重時(shí)，刺激人的視感神經(jīng)使人們難以忍受而情緒煩躁XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、基本概念與定義因此，在研究電壓波動(dòng)帶來(lái)的影響時(shí)，通常選白熾燈光照設(shè)備受影響的程度作為判斷電壓波動(dòng)是否能被接受的依據(jù)。閃變：電光源的電壓波動(dòng)造成燈光照度不穩(wěn)定的人眼視感反應(yīng)。換言之，閃變反映了電壓波動(dòng)引起的燈光閃爍對(duì)人視感產(chǎn)生的影響。注意：一直以來(lái)，人們習(xí)慣使用電壓閃變（VoltageFlicker）一次代替閃變。嚴(yán)格地講，閃變是電壓波動(dòng)引起的有害結(jié)果，是指人對(duì)照度波動(dòng)的主觀視覺(jué)反映，它不屬于電磁現(xiàn)象。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、基本概念與定義同一觀察者反復(fù)進(jìn)行閃變實(shí)驗(yàn)不同觀察者閃變視感程度進(jìn)行抽樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析找出相互間有規(guī)律的關(guān)系曲線利用函數(shù)逼近的方法獲得閃變特性的近似數(shù)學(xué)描述閃變的評(píng)價(jià)方法不是通過(guò)純數(shù)學(xué)推導(dǎo)與理論證明得到，而是通過(guò)觀察者的實(shí)驗(yàn)得到：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變1.閃變覺(jué)察率F根據(jù)IEC推薦的實(shí)驗(yàn)條件，采用不同波形、頻度、幅值的調(diào)幅波工頻電壓為載波向工頻230V、60W白熾燈供電照明，并對(duì)觀察者的閃變視感實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可得到有明顯覺(jué)察和難以忍受者的數(shù)量占觀察者總數(shù)量的比，即

式中，A——沒(méi)有覺(jué)察的人數(shù)B——略有覺(jué)察的人數(shù)C——有明顯覺(jué)察的人數(shù)D——難以忍受的人數(shù)。

如果該比值超過(guò)50%，說(shuō)明半數(shù)以上的實(shí)驗(yàn)觀察者有明顯的或難以忍受的視覺(jué)反映，若把F（%）大于50%定為閃變限值，則對(duì)應(yīng)的電壓變動(dòng)值為該實(shí)驗(yàn)條件下電壓波動(dòng)允許值。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變2.瞬時(shí)閃變視感度S(t)為反映人的瞬時(shí)閃變感覺(jué)水平，用閃變強(qiáng)弱的瞬時(shí)值隨時(shí)間變化來(lái)描述，即瞬時(shí)閃變視感度S(t)。S(t)是電壓波動(dòng)的頻度、波形、大小等綜合作用的結(jié)果，其隨時(shí)間變化的曲線是對(duì)閃變?cè)u(píng)估衡量的依據(jù)。規(guī)定閃變覺(jué)察率F=50%為瞬時(shí)閃變視感度的衡量單位對(duì)應(yīng)S(t)=1覺(jué)察單位例：如果S(t)>1覺(jué)察單位，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)觀察者中有更多的人對(duì)燈光閃爍有明顯感覺(jué)，則規(guī)定為對(duì)應(yīng)閃變不允許水平。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變3.視感度頻率特性系數(shù)K(f)通過(guò)閃變實(shí)驗(yàn)研究，人對(duì)閃變的視覺(jué)反映還與照度波動(dòng)的頻率特性有關(guān)，其頻譜分布規(guī)律可概括為以下幾點(diǎn)：

（1）閃變的一般覺(jué)察頻率范圍：1—25Hz（2）閃變的最大覺(jué)察頻率范圍：0.05-35Hz（其上下限值稱(chēng)為截止頻率，上限又稱(chēng)為停閃頻率，即高于這一頻率的閃變?nèi)搜凼歉杏X(jué)不到的）（3）閃變的敏感頻率范圍：6—12Hz（4）閃變的最大敏感頻率：8.8HzXX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變3.視感度頻率特性系數(shù)K(f)為了從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)電壓波動(dòng)引起的人對(duì)照度波動(dòng)的頻率特性，引入了視感度系數(shù)K(f)，它是在S(t)=1覺(jué)察單位下，最小電壓波動(dòng)值與各頻率電壓變動(dòng)值的比,即：S(t)=1覺(jué)察單位的頻率為f的正弦電壓波動(dòng)值S(t)=1覺(jué)察單位的8.8Hz正弦電壓波動(dòng)值K(f)=XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變4.波形因數(shù)R（f）通過(guò)閃變實(shí)驗(yàn)，人們還發(fā)現(xiàn)，周期性或近于周期性的電壓變動(dòng)對(duì)照度的影響大，而且不同波形的電壓波動(dòng)引起的閃變反映也是不同的。通過(guò)對(duì)相同頻率的兩種不同波形（例如，正弦波調(diào)幅波和矩形調(diào)幅波）的電壓波動(dòng)做比較，可以計(jì)算出波形因數(shù)：S(t)=1覺(jué)察單位的矩形電壓波動(dòng)值S(t)=1覺(jué)察單位的正弦電壓波動(dòng)值R(f)=利用上式，對(duì)矩形和正弦波調(diào)幅波電壓做比較可知，以最大敏感頻率8.8Hz為對(duì)比起點(diǎn)，當(dāng)頻率≤9Hz時(shí)，矩形波的諧波分量比其基波分量對(duì)閃變影響更大。見(jiàn)P46表3-1，“視感度S=1覺(jué)察單位的電壓波動(dòng)”XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變4.波形因數(shù)R（f）例如頻率在1Hz時(shí)，查表3－1后可計(jì)算出波形因數(shù)：R（f）=1.43/0.47=3.04（意味著同樣影響下矩形波對(duì)應(yīng)的電壓波動(dòng)值更?。７粗?dāng)頻率>>9Hz時(shí)，R（f）約等于1.27不變，說(shuō)明矩形波所含頻次（n*9Hz）諧波比其基波(9Hz)對(duì)閃變影響要小。由實(shí)驗(yàn)得到的視感度S=1覺(jué)察單位的電壓波動(dòng)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3－1）還可描繪出兩種波動(dòng)電壓波形與頻度的關(guān)系曲線，如圖3－3所示。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變5.燈眼腦反應(yīng)鏈的數(shù)學(xué)描述

從對(duì)閃變視感機(jī)理的理論分析和本質(zhì)認(rèn)識(shí)出發(fā)，尋求一種較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)表述方法是必要的?；舅悸罚?）電壓波動(dòng)的響應(yīng)特性；2）人眼的感光反映能力；3）大腦的記憶存儲(chǔ)效應(yīng)三方面的近似數(shù)學(xué)描述，即可得到人的閃變視覺(jué)系統(tǒng)模型。具體辦法：通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的視感度頻率特性曲線K（f）（它是以上三方面的綜合反映）的數(shù)學(xué)分段逼近與描述，從而獲得燈-眼-腦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。一方面使我們對(duì)人的主觀視覺(jué)對(duì)照度波動(dòng)（電壓波動(dòng)引起）響應(yīng)的理論認(rèn)識(shí)有所提高，另一方面也為閃變數(shù)字測(cè)量提供了較為通用的計(jì)算方法。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變5.燈-眼-腦反應(yīng)鏈的傳遞函數(shù)

依據(jù)表3－1和K(f)-頻率曲線，將K（f）作出的燈-眼-腦環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性曲線用5條直線和漸近線逼近，或者說(shuō)用5個(gè)典型控制環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性之和表示，即

進(jìn)而可以導(dǎo)出燈-眼-腦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)表達(dá)式，已知視感度頻率特性系統(tǒng)K(f)，可用拉普拉斯變換復(fù)變量s表示成傳遞函數(shù)K(s)的形式，并且多采用幅頻特性：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變5.燈-眼-腦反應(yīng)鏈的傳遞函數(shù)XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變第四節(jié)閃變的評(píng)估方法一、電壓波動(dòng)與閃變的起因和危害二、閃變水平評(píng)估與干擾限制值三、閃變嚴(yán)重度簡(jiǎn)捷預(yù)測(cè)算法XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)與閃變的起因和危害電壓波動(dòng)與閃變的起因各種類(lèi)型的大功率波動(dòng)性負(fù)荷投運(yùn)引起由于配電線路短時(shí)間承載過(guò)重，饋電終端的電壓調(diào)整能力很弱等原因，難以保證電壓穩(wěn)定XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)與閃變的起因和危害電壓波動(dòng)與閃變的具體危害引起車(chē)間、工作室和生活居室等場(chǎng)所的照明燈光閃爍，降低工作效率和生活質(zhì)量。造成直接與交流電源相連的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，時(shí)而加速時(shí)而制動(dòng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的工藝過(guò)程或試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不良影響。電視機(jī)畫(huà)面亮度頻繁變化以及垂直和水平幅度搖動(dòng)。導(dǎo)致電子儀器和設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)控制生產(chǎn)線以及辦公自動(dòng)化設(shè)備等工作不正常，或受到損壞。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。123456XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)與閃變的起因和危害電壓波動(dòng)除了會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，危害系統(tǒng)本身的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還會(huì)直接影響生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，造成人眼疲勞，降低人們的工作效率等。順便指出，波動(dòng)性負(fù)荷除了會(huì)產(chǎn)生以上總結(jié)的閃變危害之外，由于自身的工作特點(diǎn)所決定，還會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，并且由于其三相嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)帶來(lái)的負(fù)序分量，同樣會(huì)危及供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、閃變水平評(píng)估與干擾限制值在電力輸配過(guò)程中，既要限制電壓波動(dòng)也要限制閃變，并且將限制發(fā)生閃變干擾放在首位。UIE/IEC建議在進(jìn)行閃變監(jiān)測(cè)時(shí)，對(duì)于運(yùn)行周期時(shí)間較長(zhǎng)一類(lèi)的波動(dòng)性負(fù)荷（如電弧爐等）一般用短時(shí)間閃變強(qiáng)弱和整個(gè)工作周期（1h-7天）的閃變嚴(yán)重度，分別用來(lái)確定一段時(shí)間（1-15min）的閃變強(qiáng)弱和整個(gè)工作周期（1h-7天）的閃變嚴(yán)重度，并且給出了閃變?cè)u(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)方法和測(cè)量方法。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、閃變水平評(píng)估與干擾限制值短時(shí)間閃變值和長(zhǎng)時(shí)間閃變值

它們是衡量閃變的基準(zhǔn)，分別用來(lái)確定短時(shí)間（1-15分鐘）的閃變強(qiáng)弱和整個(gè)工作周期（1小時(shí)-7天）的閃變嚴(yán)重度，因此是反映電壓波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特征量。其科學(xué)性和正確性已經(jīng)得到國(guó)際的普遍認(rèn)可和使用（IEC作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布，IEEE正在效仿實(shí)施）。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、閃變水平評(píng)估與干擾限制值1.短時(shí)間閃變水平值Pst在觀察期內(nèi)（如取典型值Tshort=10min），對(duì)瞬時(shí)閃變視感度S(t)作遞增分級(jí)處理（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，實(shí)際分級(jí)應(yīng)不小于64級(jí)），并計(jì)算各級(jí)瞬時(shí)閃變視感水平所占總檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度之比（也稱(chēng)為時(shí)間-水平統(tǒng)計(jì)法），可獲得概率直方圖。進(jìn)而采用IEC推薦的累積概率函數(shù)（CPF），即水平分級(jí)狀態(tài)時(shí)間計(jì)算法，對(duì)該段時(shí)間的閃變嚴(yán)重度作出評(píng)定。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變A/D采樣頻率t1t2t3t4t5500010000150002.0101.681.471.261.050.840.630.420.211.890t(次)（級(jí)）p.u.S（t）1.短時(shí)間閃變水平值Pst以圖3－4為例給出一計(jì)算示例介紹.圖中所示為某一觀察時(shí)間段（如10min）內(nèi)等間隔測(cè)算到的15000個(gè)數(shù)據(jù)所描述的瞬時(shí)閃變視感度S(t)變化曲線.為簡(jiǎn)要說(shuō)明時(shí)間－水平統(tǒng)計(jì)方法,將該變化曲線等分為10級(jí)。例如S(t)在2p.u范圍,則每級(jí)級(jí)差為2p.u/10=0.2p.u。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變A/D采樣頻率t1t2t3t4t5500010000150002.0101.681.471.261.050.840.630.420.211.890t(次)（級(jí)）p.u.S（t）1.短時(shí)間閃變水平值Pst圖中給出第7級(jí)(1.2p.u-1.4p.u)統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例.假設(shè),處于第7級(jí)的時(shí)間總和次數(shù):在總時(shí)間中第7級(jí)所占概率分布則為XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變1.短時(shí)間閃變水平值Pst統(tǒng)計(jì)特征量計(jì)算示例：依次對(duì)其他9級(jí)進(jìn)行同樣統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可給出概率分布直方圖。對(duì)概率分布直方圖做概率累加計(jì)算，可得到累積概率函數(shù)圖形。0.10.30.50.70.91.11.31.51.71.9123456789100.1.30.70.91.11.31.51.1.9356710010203040507500500025000050100（級(jí)）S（t）p.u..(次)Pk（％）.u..29％29％7以上各級(jí)概率之和累積概率函數(shù)CPF所表現(xiàn)的是S（t）變量處在某一確定范圍內(nèi)的可能性有多大。即S(t)的概率分布函數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中可不用畫(huà)出CPF曲線。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變1.短時(shí)間閃變水平值Pst研究表明，對(duì)于不同類(lèi)型的供電電壓干擾采用多點(diǎn)測(cè)定算法可以更準(zhǔn)確地反映閃變的嚴(yán)重程度。實(shí)際應(yīng)用時(shí)常用5個(gè)概率分布pk測(cè)定值計(jì)算出短時(shí)間（10min）閃變平滑估計(jì)值Pst，Pst表示實(shí)際檢測(cè)到的短時(shí)閃變水平嚴(yán)重度。其近似計(jì)算公式為：式中，上式中，5個(gè)測(cè)定值分別為10min內(nèi)超過(guò)0.1%、1%、3%、10%和50%時(shí)間比的概率分布水平pk。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變1.短時(shí)間閃變水平值Pst例如，當(dāng)調(diào)幅波為穩(wěn)定的周期性矩形電壓變化時(shí)，上式中相等。并且有。代入上式，有可近似寫(xiě)為從表3-1和圖3-3中，曲線下凹的最低點(diǎn)是在波動(dòng)頻度r=1056次/min，對(duì)應(yīng)調(diào)幅波基波頻率fF=8.8Hz這一點(diǎn)。它表示在S(t)=1覺(jué)察單位，對(duì)于周期性矩形電壓波動(dòng)，相對(duì)電壓波動(dòng)值最小，d=0.199%。又當(dāng)，fF=8.8Hz時(shí)，d=0.29%，覺(jué)察率F=80%、S(t)=2覺(jué)察單位，Pst=1。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變2.長(zhǎng)時(shí)間閃變水平值Plt長(zhǎng)時(shí)間閃變的統(tǒng)計(jì)時(shí)間需在1h以上，國(guó)標(biāo)中規(guī)定為2h。在2h或更長(zhǎng)時(shí)間測(cè)得并作出的累計(jì)概率統(tǒng)計(jì)曲線（CPF）中，將瞬時(shí)閃變視感度不超過(guò)99%概率的短時(shí)間閃變值Pst（用符號(hào)Pst，99%表示）或超過(guò)1%時(shí)間的Pst值（用符號(hào)P1表示）作為長(zhǎng)時(shí)間閃變水平值Plt：在實(shí)際處理時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間閃變值還可以根據(jù)具體情況，分別利用4中不同的計(jì)算方法來(lái)處理。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變2.長(zhǎng)時(shí)間閃變水平值Plt在實(shí)際處理時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間閃變值還可以根據(jù)具體情況，分別利用4中不同的計(jì)算方法來(lái)處理。（1）仍利用長(zhǎng)時(shí)間CPF進(jìn)行多點(diǎn)計(jì)算和分析。（2）有些專(zhuān)家主張以95%概率代替99%概率，以放寬對(duì)電能質(zhì)量的要求，使之更符合實(shí)際，將上頁(yè)公式稍微修改為：并利用大型電弧爐在其供電點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式做簡(jiǎn)化計(jì)算：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變2.長(zhǎng)時(shí)間閃變水平值Plt（3）對(duì)于電弧爐等類(lèi)型的負(fù)荷所引起的閃變，至少需觀測(cè)一星期才能做出全面評(píng)定，在整個(gè)閃變觀測(cè)結(jié)束時(shí)，方能給出Pst和Plt兩項(xiàng)指標(biāo)。具體處理時(shí)刻在每天保留的Pst中取出第3大值Pst，3max作為Plt值，即（4）UIE/IEC推薦的計(jì)算式與上述算法不同。它規(guī)定對(duì)于已順序測(cè)得的N個(gè)10min短時(shí)間閃變值Pst，k（k=1，2，3，……，N）數(shù)據(jù)，長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt可由這N個(gè)的立方和求根得到：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變（1）.同一供電母線上Pst的合成3.閃變干擾限制值n個(gè)波動(dòng)性負(fù)荷各自引起的閃變及背景閃變?cè)谕还补╇娔妇€上產(chǎn)生的pst合成算式的一般形式為：其中，m的值取決于主要閃變的性質(zhì)及其工況的重疊可能性：m=1用于波動(dòng)性負(fù)荷引起電壓變動(dòng)同時(shí)發(fā)生重疊率很高的工況；m=2用于隨機(jī)波動(dòng)性負(fù)荷引起電壓變動(dòng)同時(shí)發(fā)生的工況（如：熔化期重疊的電弧爐）；m=3用于波動(dòng)性負(fù)荷引起的電壓變動(dòng)同時(shí)發(fā)生的可能較小的工況；m=4僅用于熔化期不重疊的電弧爐所引起的電壓變動(dòng)合成。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變（2）.供電系統(tǒng)各電壓級(jí)間Pst的傳遞廣義的閃變包括電壓波動(dòng)，限制閃變干擾包括限制電壓變動(dòng)幅值和變動(dòng)頻度及其影響。IEC在制訂閃變標(biāo)準(zhǔn)中，將供電系統(tǒng)電壓分為高壓（HV）、中壓（MV）和低壓（LV）三級(jí)。對(duì)于超高壓（EHV）UN>230kV的輸電系統(tǒng)的閃變標(biāo)準(zhǔn)，則與高壓（HV）規(guī)定的閃變標(biāo)準(zhǔn)相同。具體標(biāo)準(zhǔn)如下：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變1、低壓，一般指的低壓配電網(wǎng)；2、中壓，指的配電網(wǎng)；3、高壓，指的大型用戶(hù)的高壓供電和地區(qū)性連接的高壓配電網(wǎng)。閃變干擾在各級(jí)電力網(wǎng)的傳遞，遵循十分簡(jiǎn)單的規(guī)律：（1）高壓傳遞至中壓和低壓的傳遞系數(shù)和稍低于1，一般取0.8~1；而由中壓傳遞至低壓的傳遞系數(shù)則接近于1，典型值為。（2）由于高壓級(jí)電力網(wǎng)的短路容量較大，由低壓級(jí)的閃變干擾傳遞至高電壓級(jí)的作用實(shí)際上可以忽略，因此，低壓傳遞至中壓及由中壓傳遞至高壓的傳遞系數(shù)等于0。（2）.供電系統(tǒng)各電壓級(jí)間Pst的傳遞XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?nèi)缟蠄D的供電系統(tǒng)，兩個(gè)電弧爐A和B分別接在A、B兩個(gè)供電母線上。假定已知這兩個(gè)電弧爐產(chǎn)生的閃變干擾值為：?jiǎn)为?dú)由電弧爐A在供電母線A上產(chǎn)生的閃變干擾值為PstA；單獨(dú)由電弧爐B在供電母線B上產(chǎn)生的閃變干擾值為PstB。計(jì)算一個(gè)供電母線上的電弧爐，在另一供電母線上所產(chǎn)生的閃變干擾的傳遞效應(yīng)。（2）.供電系統(tǒng)各電壓級(jí)間Pst的傳遞XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?yōu)榉治龊?jiǎn)化又不影響一般性，只需計(jì)算電弧爐B在供電母線A上產(chǎn)生的閃變PstBA，采用的算法是：將電弧爐B在母線B上產(chǎn)生的閃變PstB乘以傳遞系數(shù)成為傳遞到母線A的閃變干擾PstBA。在推倒鄰近母線B上閃變干擾PstB傳遞至供電母線A的等值閃變干擾PstBA的計(jì)算公式時(shí)，先將上圖變化為下面的等值電路。（2）.供電系統(tǒng)各電壓級(jí)間Pst的傳遞PstB傳遞至供電母線A的等值閃變擾動(dòng)PstBA，可按阻抗XA和XC上分壓計(jì)算，即：引入短路容量，按標(biāo)么值關(guān)系式可寫(xiě)為：，，其中：PKAB—表示供電點(diǎn)B短路時(shí)，A點(diǎn)流向B點(diǎn)的短路容量，MVA；PKAB——供電點(diǎn)A短路時(shí)，B點(diǎn)流向A點(diǎn)的短路容量，MVA；PKA——供電點(diǎn)A的短路容量，MVA。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變根據(jù)前面的推導(dǎo)，可以得出：即：其中，TBA——在母線B上產(chǎn)生的閃變干擾傳遞至母線A的傳遞系數(shù)。在前面介紹的等值電路中，于是由上面推導(dǎo)的算式可以算出。同理可得。由此可見(jiàn)，兩母線之間的傳遞系數(shù)不同，必須具體計(jì)算。這個(gè)例子的計(jì)算結(jié)果為：傳遞系數(shù)；傳遞系數(shù)XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變4.電壓波動(dòng)和閃變的計(jì)算方法在一般供電系統(tǒng)中，電壓幅值的變化主要是由負(fù)荷無(wú)功變化引起的，但由于像電弧爐等有不規(guī)則隨機(jī)特性的負(fù)荷，如何確定其無(wú)功功率的變化量很困難。一種推薦的估算方法在前面介紹了。結(jié)合給出的計(jì)算公式，下面再介紹兩種簡(jiǎn)單實(shí)用的交流電弧爐可能引起的電壓波動(dòng)的估算方法。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變所謂SCVD是指——利用電弧爐在開(kāi)路和短路兩種工況下的電壓差與額定電壓之比的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示電壓波動(dòng)值，計(jì)算公式為式中，U0是電弧爐在三相開(kāi)路時(shí)的PCC點(diǎn)電壓Ud是電弧爐在三相短路時(shí)的PCC點(diǎn)電壓通常將該公式計(jì)算的結(jié)果稱(chēng)之為短路壓降。1、短路壓降法XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變SCVD實(shí)質(zhì)上反應(yīng)了交流電弧爐三相短路容量與PCC點(diǎn)系統(tǒng)短路容量之比。經(jīng)驗(yàn)表明，導(dǎo)致電壓波動(dòng)和閃變的工作電流的變化與電弧爐的短路容量有關(guān)。根據(jù)英國(guó)的經(jīng)驗(yàn)表明，SCVD又可表示為：其中，Sd1——為電弧爐變壓器分接頭處于使電極電壓為最大檔位所對(duì)應(yīng)的電弧爐最大短路容量，MVA;Sd——為PCC點(diǎn)處供電系統(tǒng)全年最小短路容量，MVA。1、短路壓降法XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變算例：以典型的30t電弧爐的供電電路，如下圖為例，請(qǐng)計(jì)算其短路電壓降，并判斷該電弧爐負(fù)荷是否允許接入系統(tǒng)。舉例說(shuō)明1XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變解：假設(shè)電弧爐爐變?nèi)萘繛?8MVA，取計(jì)算基準(zhǔn)短路容量即SB=100MVA，則以給定SB為基準(zhǔn)的電路各電抗的百分值分別為，，，總電抗。由于容量，而且參考母線電壓的標(biāo)么值等于1，若X以百分值表示，則電弧爐的短路容量為XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變供電電路的短路容量為:于是可分別計(jì)算得出電弧爐的短路容量Sd1和供電系統(tǒng)的短路容量Sd為:由此可得斷路壓降：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變

估算出的dmax對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各電壓等級(jí)的允許范圍值（如下表），可以看出，該電弧爐必須加裝補(bǔ)償裝置才允許接入電網(wǎng)。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變通過(guò)在對(duì)電弧爐的功率圓圖分析可知，交流電弧爐無(wú)功沖擊量有最大值，因此，可以根據(jù)給定的電弧爐參數(shù)，首先計(jì)算出其最大無(wú)功功率沖擊值，然后估算出短路壓降dmax，這種方法稱(chēng)為——最大無(wú)功功率變動(dòng)量法。2、最大無(wú)功功率變動(dòng)量法若以基準(zhǔn)容量SB來(lái)表示，則:XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變電弧爐最大無(wú)功功率沖擊值對(duì)應(yīng)最大電壓變動(dòng)量為：

當(dāng)已知電弧爐短路總電抗X0時(shí):電弧爐最大無(wú)功功率沖擊值對(duì)應(yīng)最大電壓變動(dòng)量為:與額定電壓的百分比即為電弧爐的短路壓降，于是有：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變例：仍以上述的30t電弧爐參數(shù)為例，利用最大無(wú)功率沖擊值預(yù)測(cè)短路電壓降。解：先將已知數(shù)據(jù)代入前面的計(jì)算公式求得最大無(wú)功功率沖擊值為：

由上例已知，在PCC處，X=Xs=17.1%，于是：舉例說(shuō)明2XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?cè)陔娀t母線FB處，X=XS+XL=19.2%,于是：同上例一樣，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)可以見(jiàn)，以上預(yù)估測(cè)算的兩處，最大電壓波動(dòng)值都已超過(guò)允許值，這說(shuō)明，須加裝補(bǔ)償裝置才允許接入電網(wǎng)。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變需指出的是，以上兩種估算短路壓降的方法僅給出了判斷將要投入供電系統(tǒng)的電弧爐可能產(chǎn)生的電壓波動(dòng)大小是否超過(guò)允許值的方法。而實(shí)際上由于閃變的嚴(yán)重與否還與電壓波動(dòng)的波形和頻率有關(guān)，因此，還需直接根據(jù)閃變值來(lái)評(píng)定電弧爐對(duì)供電系統(tǒng)的影響。

下面給出短路壓降與閃變限制間的經(jīng)驗(yàn)換算關(guān)系式：短時(shí)間閃變值Pst與短路壓降dmax之間的換算式為：長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt與短路壓降dmax之間的換算式為：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變第五節(jié)電弧爐用電特性分析理論和實(shí)踐分析表明，交流電弧爐是供電系統(tǒng)各類(lèi)功率波動(dòng)性負(fù)荷中對(duì)電壓特性影響最大的負(fù)荷。其中煉鋼用電弧爐比其他用途（如生產(chǎn)磷化物、冶煉硅鐵等）的電弧爐對(duì)供電電壓的干擾更大。煉鋼用交流電弧爐對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響主要包括有功功率和無(wú)功功率沖擊性快速變化引起的電壓波動(dòng)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(fù)荷不對(duì)稱(chēng)帶來(lái)的供電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不平衡干擾等。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電弧爐的基本參數(shù)和運(yùn)行周期加料熔化期斷電氧化期扒渣還原期普通交流電弧爐的冶煉周期為3-8h，具體時(shí)間取決于供電電壓高低、電弧爐容量（噸位）和冶煉材料及其工藝等。通常電弧爐的供電電壓為110kV或35kV，經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的電弧爐變壓器供電，二次側(cè)電極間電壓的典型值在100-600V之間，其中電極壓降為40V，電弧壓降約為12V/cm。電弧爐的運(yùn)行周期包括三個(gè)階段：熔化期、氧化期和還原期。左圖給出了電弧爐負(fù)荷運(yùn)行周期示意圖。熔化期的主要任務(wù)是使?fàn)t料迅速熔化。爐料進(jìn)入爐膛時(shí)整體呈圓桶狀或饅頭狀。通電起弧后，三相電極迅速插入爐料，爐料熔化的液滴逐漸匯攏于爐底。熔化期約為0.5-2h，但在此期間消耗的電能最大，約占一個(gè)投運(yùn)周期總耗電量的60%-70%。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變加料熔化期斷電氧化期扒渣還原期一、電弧爐的基本參數(shù)和運(yùn)行周期氧化期的主要任務(wù)是脫磷及去氣、去夾雜。當(dāng)爐料全部熔化，溫度合適（一般為1570°C）時(shí)，通過(guò)供氧脫碳，令鋼水沸騰，使其中的氣體和夾雜物上浮，并使鋼中磷的含量下降。還原期的主要任務(wù)和操作是脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和調(diào)整成分。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變二、電弧爐運(yùn)行的電氣特性通過(guò)對(duì)電弧爐運(yùn)行過(guò)程的分析可知，其電氣特性有如下特點(diǎn)：（1）所消耗的功率強(qiáng)烈而快速，并且出現(xiàn)隨機(jī)性變化，它由煉鋼周期中的熔化過(guò)程和技術(shù)條件等因素決定。（2）電能質(zhì)量下降程度最大和時(shí)變性最強(qiáng)的時(shí)刻發(fā)生在熔化期。（3）氧化和還原的精煉期電壓波動(dòng)和諧波含量顯著降低。（4）電能質(zhì)量的性質(zhì)和電能質(zhì)量下降的程度隨熔化期運(yùn)行條件的不斷變化而有所不同，取決于電弧爐的容量和類(lèi)型，熔化材料的成分和性質(zhì)。另外，煉鋼廠電弧爐臺(tái)數(shù)的多少對(duì)電能質(zhì)量造成的影響也會(huì)不同。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變電弧爐運(yùn)行引起的電能質(zhì)量沖擊的因素包括：（1）大電流電感支路。電弧爐大電流電感支路的感應(yīng)率是由大電流導(dǎo)體的幾何形狀決定的。在實(shí)際中導(dǎo)體的總幾何對(duì)稱(chēng)性總會(huì)有偏差，又因?yàn)榇嬖趶?qiáng)磁場(chǎng)，它會(huì)引起不對(duì)稱(chēng)互感系數(shù)。這個(gè)不對(duì)稱(chēng)的互感系數(shù)將作為不同相的感抗，于是電弧爐變壓器二次側(cè)稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷。（2）在電極與熔化的爐料間燃燒的電弧。使電能質(zhì)量降低的更主要的原因是三個(gè)自由燃燒的大電流電弧。首先這些電弧是非線性電阻性的，于是電弧燃燒時(shí)就產(chǎn)生了諧波電流。又因?yàn)槭姌O的陽(yáng)極和陰極的壓降不同，所以還存在偶次諧波。三個(gè)電弧在電氣上式不對(duì)稱(chēng)的，故出現(xiàn)了零序性系統(tǒng)諧波。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?nèi)缜八?，電壓波?dòng)大小與負(fù)荷的無(wú)功功率變動(dòng)量成正比。因此有必要首先分析電弧爐的功率變化規(guī)律，進(jìn)而推導(dǎo)出電弧爐無(wú)功功率變動(dòng)量最大值計(jì)算公式。這里，采用簡(jiǎn)化電弧爐供電等值電路單線圖。圖中U0為電弧爐空載時(shí)的供電電源開(kāi)路電壓；X0為電弧爐主電路的總阻抗：R為主電路的總阻抗，主要反映了時(shí)變電極的電阻，并且假設(shè)R為線性變化，P+jQ為主電路的復(fù)功率。設(shè)電弧爐的短路容量為：且已知負(fù)荷的有功功率負(fù)荷無(wú)功功率為三、電弧爐的功率變化圓圖XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變

三、電弧爐的功率變化圓圖當(dāng)電弧爐三相電極與爐料構(gòu)成短路時(shí)，對(duì)應(yīng)圖中的D點(diǎn)，此時(shí)R=0，I=Id=U0/X0,P=0,為電弧爐的短路容量。實(shí)際運(yùn)行在三相短路時(shí)功率因數(shù)，其中為短路時(shí)回路的阻抗角，對(duì)應(yīng)圖中的B點(diǎn)。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?nèi)㈦娀t的功率變化圓圖當(dāng)弧熄時(shí)，對(duì)于圖中的0點(diǎn)。理論上，當(dāng)時(shí)，，對(duì)應(yīng)圖中的F點(diǎn)。普通電弧爐的額定運(yùn)行點(diǎn)選擇對(duì)應(yīng)圖中的A點(diǎn)為熔化期的額定運(yùn)行點(diǎn)。為額定運(yùn)行的阻抗角，此時(shí)的功率因數(shù)。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?nèi)㈦娀t的功率變化圓圖對(duì)照右圖來(lái)看，通常取為最大無(wú)功功率變動(dòng)量，它等于三相電極短路時(shí)的無(wú)功功率與熔化期額定運(yùn)行點(diǎn)的無(wú)功功率之差，即而，，即可以得出實(shí)際上，上式可以簡(jiǎn)化為：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?nèi)?、電弧爐的功率變化圓圖通過(guò)上述方法，獲得交流電弧爐無(wú)功功率沖擊量的最大值電極短路時(shí)無(wú)功功率-正常運(yùn)行時(shí)無(wú)功功率這一推薦方法在電弧爐負(fù)荷對(duì)電壓影響的工程實(shí)際測(cè)量和估算中是很有用的。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變四、線性時(shí)變電弧電阻模型上述的研究表明，能否精確地建立電弧爐負(fù)荷模型是進(jìn)行電能質(zhì)量研究的重要先決條件。與以往的單相線性電弧爐模型不同，本節(jié)介紹一種改進(jìn)的三相非線性時(shí)變電弧電阻模型。這個(gè)模型是在對(duì)實(shí)際u-i特性曲線分段線性化的基礎(chǔ)上，根據(jù)電弧爐負(fù)荷消耗的功率計(jì)算出時(shí)變電弧電阻的幅值。等值電弧電阻是以時(shí)間為自變量連續(xù)變化的隨機(jī)函數(shù)，所以選用電弧電阻不同的時(shí)變規(guī)則代替弧長(zhǎng)不同的時(shí)變規(guī)則，就可以實(shí)現(xiàn)具有控制環(huán)節(jié)的電壓波動(dòng)過(guò)程仿真。動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型則考慮了周期性變化規(guī)則的電弧電阻。一旦建立了表示電弧電阻變化的模型，就可以評(píng)估不同供電系統(tǒng)中由于電弧爐運(yùn)行造成電壓波動(dòng)的結(jié)果。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變

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(zhǎng)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(zhǎng)通常在0～20cm范圍變化，電弧爐消耗的平均功率P=42MW。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。這里介紹一種改進(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：XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變對(duì)實(shí)際電弧爐的v-i特性曲線分段線性化，即列出下圖曲線線性段（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。四、線性時(shí)變電弧電阻模型

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。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變根據(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：四、線性時(shí)變電弧電阻模型令，列寫(xiě)回路電壓方程，得到XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變電弧爐電壓、電流仿真結(jié)果XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變第六節(jié)電壓波動(dòng)和閃變的測(cè)量一、電壓波動(dòng)的檢測(cè)方法電壓波動(dòng)與閃變的測(cè)量是與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)緊密相連的。目前，在我國(guó)的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于電壓波動(dòng)和閃變的內(nèi)容已經(jīng)與IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，為此，本節(jié)主要介紹IEC閃變測(cè)量方法。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變一、電壓波動(dòng)的檢測(cè)方法常用的電壓波動(dòng)檢測(cè)方法有整流檢測(cè)法、有效值檢測(cè)法和同步檢測(cè)法。IEC推薦的閃變測(cè)測(cè)量方法是——同步檢測(cè)法。為了檢測(cè)出電壓波動(dòng)分量，通常可將電壓波動(dòng)看成以工頻電壓為載波，其電壓的均方根值或峰值受到以電壓波動(dòng)分量為調(diào)制波的調(diào)制。對(duì)于任何波形的調(diào)幅波均可以看作是由各種頻率分量合成的。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?yōu)榱吮ＷC分析簡(jiǎn)化而又不失一般性，我們可以分析僅含單一頻率的調(diào)幅波對(duì)工頻載波的調(diào)制。

調(diào)制波解析式的一般表達(dá)式為：式中：Um——工頻載波電壓的幅值，V;wN——工頻載波電壓的角頻率，Hz；v(wFt)——調(diào)幅波電壓，V；wF——調(diào)幅波電壓的角頻率，Hz。XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?nèi)粽{(diào)幅波電壓為單一頻率的正弦波形，則

有：式中，m稱(chēng)為幅值系數(shù)，，要求m<1，否則將出現(xiàn)包絡(luò)線畸變。調(diào)幅波電壓幅值載波電壓幅值XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變按照同步檢測(cè)方法，可將調(diào)制波電壓自乘求平方，得：可見(jiàn)，調(diào)制波電壓的平方項(xiàng)除了有直流成分外，含有以下頻率分量：、、、XX電能質(zhì)量第二講波動(dòng)與閃變?nèi)绻?.05～35Hz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，且考慮到，由于實(shí)際上的調(diào)制指數(shù)，存在的調(diào)幅波電壓的倍頻分量幅值遠(yuǎn)小于調(diào)幅波的幅值，可忽略不計(jì)。因此，濾波后便可實(shí)現(xiàn)解調(diào)，獲得近似加權(quán)的調(diào)幅波電壓，即：已知相對(duì)電壓變動(dòng)值為，且假定調(diào)幅波為正弦函數(shù)波形，則有：XX電能質(zhì)量