配电网中电压波动和闪变的分析与检测

1、.·. . 山东农业大学毕 业 论 文 配电网中电压波动和闪变的分析与检测 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气班 届 次 学生姓名 学 号 指导教师 年月日装订线. . . :目 录摘要IAbstractII1电压波动与闪变的背景及研究现状11.1 研究的背景11.2电压波动与闪变检测技术的研究现状22 电压波动与闪变的定义及特性指标22.1电压波动与闪变的概念22.1.1电压波动22.1.2 闪变42.2 电压波动与闪变的特征量42.2.1 闪变觉察率F(%)与瞬时闪变视感度S(t)42.2.2 视感度系数K (f)62.2.3 灯一眼一脑环节的传递函数72.2.4 短时间

2、闪变水平值Pst82.2.5 长时间闪变水平值Plt83 闪变的发生和影响及其危害93.1 闪变的发生和影响93.2 电压闪变的主要来源 93.3 闪变的危害104 电压波动和闪变的抑制与检测114.1 电压波动与闪变的抑制114.1.1 提高供电能力114.1.2 改善用电设备特性114.1.3 补偿装置114.2 检测方法分析124.2.1 平方解调检波法124.2.2 全波整流检波法134.2.3 半波有效值检波法134.2.4 小波变换144.2.5 Teager能量算子检波法154.2.6 Hilbert检波法165 IEC 闪变仪的仿真165.1 仿真的介绍165.2 仿真结果18

3、5.3 仿真结果分析215.4 IEC闪变仪的数字化实现226 总结与展望22参考文献23致谢24ContentsAbstractII1 Research background and status11.1 Research background11.2 Research status of voltage fluctuation and flicker detection22 Definitions and basic concepts22.1 Definition of voltage fluctuations and Voltage flicker22.1.1 Definition of

4、 voltage fluctuations22.1.2 Voltage flicker42.2 Feature quantity of voltage fluctuations and flicker42.2.1 Flicker sensation rate and instantaneous flicker sensation level42.2.2 Frequency characteristic coefficient of sensation level K(f)62.2.3 The transfer function of lamp-eye-brain72.2.4 Short-ter

5、m severity Pst82.2.5 Long-terns severity Plt83 Harm and influence of Voltage Fluctuation and Flicker93.1 Influence of Voltage Fluctuation and Flicke93.2 Source of Voltage Fluctuation and Flicker 93.3 Harm of Voltage Fluctuation and Flicker104 Suppression and detection of Voltage Fluctuation and Flic

6、ker114.1 Increase power supply capacity114.1.1 Increase power supply capacity114.1.2 Improving characteristics of electrical equipment114.1.3 Compensation device114.2 Overview of the Voltage Fluctuation and Flicker Detection Method124.2.1 Square detection method144.2.2 Rectifier detection method 134

7、.2.3 RMS detector method154.2.4 Wavelet Transform164.2.5 Teager detection method154.2.6 Hilbert transform detection method165 IEC flicker meter emulation165.1 Introduction of the simulation165.2 Results of tne simulation185.3 Analysis of simulation results215.4 The digital realization of IEC flicker

8、 meter226 Summary and prospects22References23Acknowledgment24 ii配电网中电压波动和闪变的检测与分析（山东农业大学 机械与电子工程学院）摘要：电能质量诸多指标中，电压波动与闪变是较为重要的。它主要是供电系统中冲击性、不平衡的用电特性以及部分负荷的非线性引起的 。闪变作为评定电能质量的重要指标，能更加直接和迅速地反映电网的供电质量。有功功率的波动对电网电压的影响较小。一般来讲，抑制电压波动和闪变应该以控制并联无功功率补偿为重点。本文比较了传统常用的抑制电压波动与闪变无功补偿装置以及一些符合国际标准和国家标准的电压波动与闪变的常用检测方

9、法。对电压波动和闪变的检测方法进行了理论分析和研究并在Matlab/Simulink环境下对IEC推荐的闪变仪进行了模拟和仿真。关键词:电压波动；电压闪变；IEC闪变仪；抑制IDetection and Analysis of Distribution Network Voltage Fluctuation and Flicker Le Li(College of Machinery and Electrical Engineering , Shandong Agricultural University, Taian, 271018，China)Abstract Voltage fluctu

10、ation and flicker of electric energy quality is important as long as one of them. It is mainly caused by the impact resistance, non-linear load in power supply system. The normal operation of the sensitive load will be affect by the Voltage fluctuation. As an important indicator to assess power qual

11、ity, flicker can reflect the quality of the power grid more directly and quickly. Generally, the fluctuation of active power affects the grid voltage smaller, the suppression of voltage fluctuation and flicker should focus on to control parallel reactive power compensation. In this paper, the conven

12、tional suppression voltage fluctuation and flicker compensator and some common detection methods of voltage fluctuations and flicker which are in accordance with international and national standards are compared. This paper has done some theoretical analysis and research to voltage flicker detection

13、 methods. Then simulated the flicker detection method recommended by IEC of analog systems in Matlab/Simulink environment .Keywords:Voltage Fluctuation;Voltage Flicker;flicker measuring apparatus recommended by IEC;suppressionII1电压波动与闪变的背景及研究现状 1.1 研究的背景随着电力事业日新月异的发展,造成电能质量问题的原因也发生了比较大的变动，由以前主要来自于系统

14、侧的电能质量问题转化为现在负荷端成为电能质量恶化的重要因素。近年来，电网中的冲击性负荷(尤其是大功率的非线性负荷)和新型的电子电器越来越多,电力电子技术的应用也逐渐普及开。出现了大量的相电压不平衡、谐波、闪变及电压波动等电能质量问题。经由欧盟一莱昂纳多电能质量工作组和美国电力科学院调查研究后得出常见的电能质量问题有谐波畸变、电压暂降、供电可靠性差、电压闪变等,而国际供电会议组织和国际大电网组织的联合工作组评估发现电压闪变对各类电子电气设备的危害在上述导致电能质量劣化的因素中高居第二位1。其严重影响了供配电电网、电气和电子设备的正常稳定运行,并且对电力用户的正常用电和生产造成威胁。 一直以来,由

15、电能质量下降引发的问题与事故呈现出上升的态势。研究表明,电能质量劣化的主要原因在于配电网系统,其中电压偏差与跌落、工频变化、电压波动与闪变已成为影响供电可靠性和用电终端正常稳定运行最严重的问题之一。根据数据统计分析,具有较高自动化能力的企业工厂每年大约会遭受l0 50次的电压波动干扰（这些干扰直接关系电能质量的问题）。由于动态电压质量问题（主要是指电压波动和闪变）而造成的事故数约占总数的83 %。电压波动和闪变已经严重威胁用户端电能质量和电网供配电可靠性,因此要积极采取相关措施和设备对它进行有效的监视与抑制2。所以，研究电压波动与闪变、积极采取措施保证电能质量已引起国内外学术界和工程界的高度关

16、注。 电压波动与闪变常常会造成电力电子仪器及相关设备的非正常运行或故障,具体表现这几个方面： （1）会导致硅整流器或其他一些电工设备出现波动，引发换流失败等问题；（2）电视机图像出现垂直和水平两个方向的摆动、画面亮度不断跳跃变化；（3）电动机转速不均匀，影响电机寿命和产品质量，特别是精密产品的质量；（4）电子仪器（例如X光机、示波器等）、电子计算机、自动控制设备等工作不正常；（5）影响一些对电压波动反应比较灵敏的工艺、仪器和实验；（6）它会对感性电度表表盘的转速和作用力矩产生影响，导致其表盘出现阶跃式地转快。为了保证我国电能质量、供电可靠性及减小电压波动和闪变的危害，自1990年以来，我国相继

17、出台了六项电能质量的国家标准。它们分别为:电能质量供电电压允许偏差（GB 12325-1990）、电能质量电力系统频率允许偏差（GB/T 15945-1995）、电能质量三相电压允许不平衡度 （GB/T 15543-1995）、电能质量 电压波动和闪变（GB 12326-2000）和 电能质量瞬态过电压与暂时过电压（GB/T 18481-2001）3。这些标准的实施，对供配电电网的电压波动和闪变的抑制具有意义深远的作用，有力的推动电压波动和闪变治理工作的开发、相关标准的统一修正和有关检测装置和方法的创新。长期以来，在贯彻标准进行实践中不断积累相关经验，同时在认识到原来的标准中存在一些问题的基础

18、上不断地改善。例如原来的标准中很少涉及干扰源指标的预测计算和分配办法，其中的“闪变”指标是在10 Hz等效闪变值(Vn)的基础上制定的。此标准中110V的照明电压与我国的照明电压的220V电压有很大区别。这个标准和欧洲的大多数国家接近，因此很多国家采用了国际电工委员会(IEC)标准。IEC标准中用长时间闪变值(Plt)和短时间闪变值(Pst)两个指标衡量“闪变”程度，该标准的准确性和普及的广泛性都比Vn要好。闪变会对人体的生理造成很大的危害，影响正常的工作、学习和生活，造成不良的社会影响。发达国家已将电压闪变作为一个十分重要的电能质量指标，我国也已采取对策加以抑制。随着全球化的发展和文化科技等

19、沟通交流的改善和加深,国家标准与国际先进标准统一已经成为不可阻挡的大趋势。1.2电压波动与闪变检测技术的研究现状鉴于电能质量问题会对敏感负荷造成严重的影响，引起巨大的损失。采取有效的措施改善电能质量抑制闪变等现象已经成为重要问题。电压波动是指工频电压方均根值的一系列相对快速变动的现象4。对于电压波动与闪变的测量方法包括很多方面，主要有测量仪器、测量方法以及结果的评价分析。在刚开始研究闪变的阶段，仅是采用预估的方法对闪变进行测量。对类似于电弧炉等功率值大、冲击性强且功率因数小的负荷是否接入电网运行的闪变预测法称为闪变预估。对下一种波动性负荷投入运行后对公共供电点引发的电压闪变幅度的变化，利用这种

20、方法可得到大致的预估。主要分为互降常数预测方法、最大无功功率变动量预测法和短路压降法5。从电压波动和闪变的角度，根据上述方法在电力系统能接受的情况下可以预估波动性负荷接入电网的情况，但没有办法确切地预估电力线路(大功率波动性负荷运行)中电压闪变值的大小。2 电压波动与闪变的定义及特性指标2.1电压波动与闪变的概念随着社会的发展，电压波动与闪变的概念也有了进一步的完善和发展。了解它们的概念也成为研究它们的基础。2.1.1电压波动 供电系统的理想状态应满足三相交流电源对称、电压均方根值恒定，且负荷特性不依赖电网系统的电压稳定性。因此必须保证用户负荷分配的三相电压平衡，以恒定的功率持续吸收电能，又要

21、保障公共连接点具有非常大的短路容量，且系统等值的电抗为零。但在实际操作运行中，这些条件都得到满足是很难保证的。而且供电系统电压是一个瞬态值，一直会有小幅值的波动。因此，我们把电压的均方根值不能保持恒定不变的现象称之为电压波动6。供电电压在两个相邻的、持续一定时间(一般为1秒以上)的电压方均根值U1和U2之差称为电压变动。在间隔时间不超过30ms条件下,当出现同一方向的二次或二次以上的若干次电压方均根值变动时,只能算一次变动7。也可以理解为,在同一方向小于30ms快速的电压变化可以不计入电压变动，通常用额定电压Un的百分数来表示 电压变动相对百分值 d(%)即 （2-1）电压变动频度为单位时间内

22、电压变动的次数;，一般以1/s, 1/min或1/h时间单位的倒数为单位。但若是从严格意义出发，则仅有正弦波周期T(s)的倒数才可以称为频率f (Hz) 例如：像周期为T(s)的三角波或矩形波的波形，可以将它们的周期T(s)的倒数称为此波形的频率f(Hz)。实际上是指上述波形中存在的基波分量的频率。根据电压变动频度的定义，频率与频度的关系为： （2-2）电压偏差与波动、短时电压中断、下降和上升及长时电压中断等都属于电压变动现象。只有满足频度和幅值变化条件的周期性或随机性的电压变动才能称为电压波动。 电压波动(Voltage Fluctuation)为一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。

23、是由冲击性负荷变化引起的、与额定值有明显偏离的电压的快速变动。其经常使用相对电压变动量这一指标描述。电压波动值是最大和最小电压方均根值Umax和Umin之差U与额定电压Un的百分数（%）来表示它的相对百分数的值，即 （2-3）电压波动的波形是以峰值电压包络线或者是电压的方均根值作为时间的函数。在理解时可以将工频电压抽象地看作载波，将波动电压v看作调幅波。图2-1 波动电压v对工频电压峰值的调制在图2-1中，v为正弦波的波动电压（10Hz的正弦调幅波）；u为50Hz的瞬时值电压（作为载波）；对电网频率为50 Hz的工频载波电压u的峰值，用它进行调制。在图2-1中，虚线表示的横坐标等效为工频载波电

24、压的峰值平均电平线，vm,表示正弦调幅波的幅值，d表示v峰和谷的差值，即峰一峰值，V为v在以T为周期的时间内的方均根，都是以额定值UN的百分数d（%）表示。一般电压波动的量度以d为指标。应当注意的是，u为工频载波（50Hz），v为正弦调幅波（10Hz）。vm,、 d和V的区别在于单一频率的正弦调幅波v加在工频载波电压u的稳态情况下:vm为调幅波峰值;d为调幅波峰一峰值， 也就是d=2vm，其中V是调幅波v方均根值：V=V2.8V。2.1.2 闪变 电压闪变可以理解为电压波动的一种特殊情况。闪变本来是指供电电压幅值较小的频繁变化引发的电光源照度的改变或亮度的闪烁，使人视觉疲劳进而产生不舒服的感觉

25、。如今，“闪变”的含义包含了电源电压的波动对一些敏感设备造成的影响。而根据国家标准电能质量电压波动和闪变中的定义，闪变是灯光的输出照度不稳定造成的视感上的反应。闪变是和电压波动联系在一起的一个概念。直观地来讲，闪变反映的是因电压波动而引起的人眼对照明装置、家电等发光器件的主观不适程度。严格意义上来讲，电压波动不能由闪变来替代，同样闪变也不能由电压波动替代。虽然闪变的含义现如今已经得到很大的延伸，一些敏感设备对电源电压的变化也会产生效应进而造成不良的影响。现代意义上的闪变造成的危害包括电压波动造成的危害，所以电压波动是不能用来代替闪变的，因为闪变是人对照度波动的主观视感8。所以，我们常常把电压波

26、动和闪变概念一起研究，也习惯于用电压闪变的术语来阐明电压波动问题。通常，对于电压波动的敏感度来说，日光灯、电视机等设备要远低于白炽灯，且几乎在每个建筑的照明光源中，都有比例相当大白炽灯，若电压波动的幅度不足以使白炽灯闪烁，则日光灯、电视机等设备的运行一定也不会受到影响。因此衡量电压波动危害程度的评价指标是白炽灯光照受影响的程度。需要注意的是闪变不属于电磁现象而是电压波动引起的不利影响。决定闪变的主要决定因素有以下几条：（1） 电压波动时波形、幅值和频度存在的差异。（2） 照明设备中电压波动对白炽灯照度波的动影响最大。（3） 由于不同的人视感会存在差异。人对闪变的主观视感要对被观察者作相关的抽样

27、调查。由于很多因素决定这闪变程度，而且各个国家和地区电力系统的电压幅值和频率各不相同，照明装置的型号和功率也存在很大差异。在国际电工委员会(ICE)和国际电热协会(UIE)沟通协调下，闪变的国际电工标准开始逐渐趋于统一9。2.2 电压波动与闪变的特征量2.2.1 闪变觉察率F(%)与瞬时闪变视感度S(t)人的视觉反应对闪变的敏感度存在差异，为了进一步探索这一内容，IEC建议用频度、幅值和波形各不同的工频电压以及调幅波为载波向工频电压为230v、 功率为60w白炽灯提供电能，从观察者的抽样调查中总结出，闪变觉察率 F(%)的表达式为： （2-4）式中: A无察觉人数；B稍有察觉人数；C有很显著察

28、觉人数；D一无法承受人数。照度波动（由电压波动引起）对人主观的视觉反应称之为瞬时闪变视感度(instantancous flicker sensation level)。一般来说，规定瞬时闪变的视感度的衡量单位为闪变觉察率的50%，对应称之为S(t)= 1，觉察单位(unit of perceptibility) 。在这个觉察单位之下，不同波动频率所对应的电压波动值d(%)。如表2-1所示，它可以用来帮助研究闪变的相关问题。表2-1 S（t）=1时的电压波动频率f（Hz）频度 r（min-1）电压波动d（%）波形因数 R（f)视感度系数K(f)正弦波矩形波0.5602.3400.5414.55

29、0.1071.51801.0800.4322.500.2312.02400.8820.4012.200.2832.53000.7540.3742.010.3323.03600.6540.3551.840.3823.54200.5680.3451.650.4404.04800.5000.3331.500.5004.55400.4450.3161.410.5615.06000.3980.2931.390.6285.56600.3600.2691.340.6946.07200.3280.2491.320.7626.57800.3000.2311.300.8337.08400.2800.2171.29

30、0.8937.59000.2660.2071.290.9408.810560.2500.1991.261.0009.511460.2540.2001.270.98410.012000.2620.2051.270.96210.512600.2700.2131.270.92611.013000.2820.2231.260.887续上表11.513600.2960.2341.260.84512.014400.3120.2461.270.80113.015600.3480.2751.270.71814.016800.3880.3081.260.64415.018000.4620.3441.260.57

31、916.019200.4800.3801.260.39117.020400.5300.4211.260.47218.021600.5840.4611.270.42819.022800.6400.5061.260.39120.024000.7000.5521.270.35721.025200.7600.6031.260.32922.026400.8240.6571.250.30323.027600.8900.7131.250.2824.028800.9620.7671.250.26025.030001.042-0.240 不同波形的波引起的闪变反映是不同的。通过比较不同频率的两种同波形（如正弦调

32、幅波和矩形调幅波）的波动，则可以得到闪变的波形因数：一般以50% 的闪变觉察率用作为瞬时闪变视感度的衡量指标，即定为S=1觉察单位(unit of perceptibility)。周期性包括类似周期性的电压波动会对照度波动造成很大的影响。以频率为8.8Hz调幅波的波动（正弦）电压的作用最为显著，电压波动值为（S=1时觉察单位）0.25。2.2.2 视感度系数K (f) 人脑神经对亮度的变化是有一定的记忆时间的，高于一定频率的照度波动人们很难觉察到，这一特定的频率则被称为停闪频率。据统计，人的脑、眼对照度波动（以功率为230V, 电压为60W白炽灯为例）的视感闪变觉察频率范围为125Hz，闪变敏

33、感的频率范围为612Hz,正弦调幅波在8. 8Hz的照度波动最为敏感10。 一般来说，人们对照度波动的觉察范围最大为0.05Hz35Hz，此频率的限值被称为截止频率。停闪频率为截止频率的上限值。闪变是经过灯一眼一脑环节反映人对照度波动的主观视感。这里引入视感度系数K(f)可以准确深刻地描述灯一眼一脑环节的频率特性。根据IEC推荐的视感度系数：表2-1中所列的视感度系数K(f)的值是经以上运算式对前面的数据计算出来的。闪变觉察率F=50%即S=1觉察单位的视感度系数K(f)的频率。图2-2 K（f）的频率特性曲线由上图不难发现K（f）并不是随着频率线性增大，而是在频率为8.8Hz时达到峰值。因此

34、频率f在接近于10Hz就是电压闪变的影响最严重。2.2.3 灯一眼一脑环节的传递函数 根据自动控制理论，电压波动对白炽灯照度突变的效应可用传递函数对灯一眼一脑环节进行近似数学的描述，表示视感反应机理。灯一眼一脑环节的频率特性K(f)，可用拉普拉斯(Laplace)复变量s以传递函数K(s)的形式表示出来。在实际操作中，常常会用对数幅频特性，并且各项均乘以20来表示（以dB(分贝)为单位）。由上表2-1中正弦电压波动的数据，可以得出下表灯一眼一脑的幅频特性K(f)以及对数频率特性201gK(f)的数据11。传递函数实际上是用自动控制理论中的五个典型环节(比例环节、微分环节、惯性环节、比例微分环节

35、、振荡环节)来逼近图2-2中的视感度频率特性曲线K(f)而获得，它各个环节的系数是按照均方差值最小的原则来整定。再作进一步的推证就可以得到人眼闪变视觉系统的数学模型，并用下述的传递函数表示。UIE给出的传递函数表达式为: （2-5）式中K=1.74802， =2×4.05981， 1=2×9.15494，2=2×2.27979， 3=2×1.22535， 3=2×21.9 表2-2 灯-眼-脑环节的对数频率特性表f(Hz) K(f) 20K(f)(dB) f(Hz) K(f) 20K(f)(dB)0.5 0.107 -19.41210.0 0.

36、962 -0.3361.0 0.175 -15.13910.5 0.926 -0.6681.5 0.231 -12.72811.0 0.887 -1.0422.0 0.283 -10.96411.5 0.845 -1.4632.5 0.332 -9.57713.0 0.718 -2.08783.0 0.382 -8.35914.0 0.644 -3.8223.5 0.440 -7.13115.0 0.579 -4.7464.0 0.500 -4.04116.0 0.521 -5.6634.5 0.561 -5.02117.0 0.472 -6.5215.0 0.628 -4.04118.0 0

37、.428 -7.3715.5 0.694 -3.17319.0 0.391 -8.1566.0 0.762 -2.36120.0 0.357 -8.9476.5 0.833 -1.58721.0 0.329 -9.6567.0 0.940 -0.98322.0 0.303 -10.3717.5 0.977 -0.53723.0 0.281 -11.0268.0 0.977 -0.20224.0 0.260 -11.7018.8 1.000 025.0 0.240 -12.3969.0 0.984 -0.140-2.2.4 短时间闪变水平值Pst 对类似于电弧炉随机变化的负荷电压波动，不仅要检查

38、它的最大电压波动，还要在足够长时间(至少取10分钟)来观察其统计电压波动的特征量12。在进行闪变监测时，UIE/IEC建议对电弧炉等运行周期较长的波动性负荷，闪变严重度的根据一般有短时间闪变值以及长时间闪变值两个指标。监测它的特征值对类似于电弧炉负荷电压的波动l0minCPF曲线，常取5个规定的值(gaouge points)用来统计分析短时间的闪变统计值Pst（衡量短时间的闪变严重程度）。UIE统一规定计算值Pst的表达式为13： （2-6）上式中5个规定值P01、P1、P3、P10、P50。分别为10min瞬时闪变视感度S（t )超过0.1%，1%，3%，10%，50%。时间的觉察单位值通

39、常是根据电弧炉的工况CPF 曲线进而求解出来，因为引发严重电压波动和闪变效应的一般为电弧炉，每一项前的常数是规定的加权系数，IEC制定闪变的标准是针对电弧炉负荷的基础上建立的。于是短时间闪变值Pst能够有效反映一段时间(l 0min内)闪变强度的一个综合的统计量。对采用电压为230V, 功率为60W的照明设备（一般取白炽灯），Pst：0.7时，一般觉察不出闪变;当Pst：1.3时，引起的闪变则会让人不适。因此IEC推荐Pst：1作为低压供电的闪变限值，称其为单位闪变（unit flicker)14。2.2.5 长时间闪变水平值Plt 对类似于电弧炉运行有较长的时间周期的冲击波动性负荷，一般有两

40、个指标作为判断闪变的标准：短时间闪变值Pst、长时间闪变值Plt。一般来说，长时间闪变的统计时间在2h（国际上规定为2h）及以上的时间长度测得并在绘制的累计概率统计曲线(CPF)中。那么概率的短时间闪变值Pst，(用符号Pst99 表示瞬时闪变视感度不超过99的概率)用符号Plt作为长时间闪变水平值即Plt=Pst99 (2-7) UIE/IEC推荐的算法与上述不同，它规定对已多次顺序测得的N个10min短时间闪变值k (k有1, 2, 3,，N个数据），只可由这N个值的立方和求根得到。在2h监测期间内，需要每隔10min测量一次，进而可得12个值，但如果设备运行周期持续时间不到2h，则测得的

41、10min的值不足12个，此时其余l0min的值应补零.在抑制电压波动与闪变和制定它们的执行标准时，都要限制电压变动和闪变，首要应该考虑的是限制闪变产生的干扰。供配电系统中，高、中电压电源仍然会以闪变限值作为考核系统供配电网络电压质量的标准。2000以后，我国在电能质量和电压波动与闪变标准的基础上，又改进和颁布了新的国家标准GB/T 12326-2008和GB/T123262000。它们中规定将长时间闪变值当作为唯一的闪变限值，较原标难放宽，降低了对电压闪变的要求。也规定，电力系统公共连接点的闪变测量周期是下一周都应满足下表的闪变限值要求。表2-3 闪变限制PltUN110kv UN>1

42、10kv 1 0.83 闪变的发生和影响及其危害3.1 闪变的发生和影响电网中闪变一般是由用户波动性负荷（可分为周期性的波动性负荷和非周期性的波动性负荷）引起的。在这两种负荷中周期性的波动性负荷对闪变的影响更为严重。这是因为负荷变动使系统阻抗变大亦可以使系统短路容量越小。其中波动性负荷主要有:电弧炉、感应炉的变频电源、点焊机、频繁起停的电动机、粉碎机等。闪变产生的来源主要有3个方面：（1）环境闪变会随着雷电感应电压、电磁感应、输变电站断路器的开合进入用电系统。环境因素产生的闪变占系统总量的20甚至达到30%。（2）用电系统内部用电系统内部产生的闪变占系统闪变总量的70到80%。任何用电负荷的起

43、停（如倒闸操作引起的操作过电压）和运行（如大功率电动机）造成的冲击性负荷都会产生大的电压波动及闪变，并反作用于用电系统。同时供电系统短路电流也会引起电网电压波动。如设备或线路发生短路，跳闸保护动作不灵敏引发持续故障，引起电网电压的波动。（3）电弧放电 电弧放电是由于电气连接不良或由电力设备陈旧、不干净的电刷引起。电弧放电作为闪变的一个主要来源可能由电弧放电产生高频电压尖峰脉冲，会通过电力线路或相关设备扩散，进而影响到整个电力系统。3.2 电压闪变的主要来源 （1）风力发电机是引起电压闪变的主要电源。发电机的机组出力与风速的三次方成正比的。当风速变化时，发电机组的输出功率会以风速的三次方的速率变

44、化。而风能的变化是间歇性和波动性的，当风力发电机组并网运行时，会使风力发电的输出功率是波动的，从而使电网电压不稳定从而引起闪变。（2）电动机频繁起停引起闪变在实际工业操作中，有些电动机（如压缩机）是需要频繁启动的，浪涌电流会在启动时会产生，再加之较低的功率因数往往会引发电压的闪变，电动机突然启动会引起很大的电压波动，要采取措施限制其启动的频繁程度。而且，具有功率因数补偿作用的电容器投切时也往往会引发闪变效应。（3） 以电弧炉为代表的冲击性负荷 功率冲击性负荷在工厂生产中大量存在，例如炼钢电弧炉和轧钢机等，而且这些负荷在运行时的具有比较大的无功功率和相对较低的功率因数。有功和无功功率会产生幅度和

45、频率大的变动，进而影响配电网的电压稳定性。一般来说，在实际的工厂运行中炼钢电弧炉引发电压闪变最具代表性的污染源。3.3 闪变的危害当电压波动范围超过额定的允许值时，会导致设备不正常的运行性能，用户对电压质量的要求则得不到满足，进而保护装置误动作、引发过电流及设备过热导致烧坏等事故，而且生产效率、设备的性能以及产品的质量都会受到一定的影响。其不良影响包括：（1）影响产品质量例如：电弧炉是低功率因数的电力负荷，会对供电系统产生的有功和无功功率冲击性变化引起的电压波动和闪变产生不利影响，同时非线性的电弧电阻会导致的电力谐波发生畸变，引发三相负荷不平衡等。（2）影响设备使用寿命电压波形长期畸变幅值偏高

46、，会使电热元件（如热敏电阻、二极管）寿命缩短。电容器电压如果超过额定电压的5并持续时间较长,会因面过热而致击穿。当电压较额定电压长期高于5时，白炽灯的使用寿命将随之缩短。电压幅值高低的波动会使电视机的显像管寿命大大缩短。（3）造成照明光通量的变化及影响设备的正常运行闪变引起的电压往往会造成照明设备的照度的变化，影响正常生活。它还会加深电网的谐振进而引发瞬态高电压和大电流。电压波动在电子设备运行中将作为一个扰动信号输入并效应。电子设备的直流电源一般是经过整流后获取的，所以交流电源的波形和幅值的波动必然导致直流电源的变化。特别是当电压的波动幅度过大时，数控装置可能出现数字乱跳、程序混乱的现象，可能

47、引起单稳态电路的错误动作或翻转。因此，电压波动的抑制与改善是具有非常大的意义的。闪变使设备的安全运行遭到破坏，用户电器设备、耗电量和维修费用增加。所以必须对电压闪变给予高度的关注。4 电压波动和闪变的抑制与检测4.1 电压波动与闪变的抑制 电压和闪变带来的危害已经严重影响了正常的生产生活。因此，必须采取有效的措施对其进行抑制。4.1.1 提高供电能力负荷变化剧烈的电气设备采用独立回路供电,功率较大的冲击性负荷或非线性负荷由专门的变压器供电,限制它对其他正常负荷的影响。电网额定电压的平方与电压损失的百分比成反比。因此,提高供电电压幅值会抑制配电电压波动程度。4.1.2 改善用电设备特性 用电设备

48、在运行中产生的冲击性负荷往往会引发电压波动与闪变，因此在治理中应采取相关措施改善用电设备特性，减少设备的功率波动。例如：异步电动机的启停是配电网主要的闪变源.其改进方法如下： （1）降压启动和软启动； （2）串接变阻器启动； （3）增加短路容量。4.1.3 补偿装置鉴于电压波动与闪变产生的机理，电压波动与抑制主要从以下三个方面出发来采取相应的措施:一是改善用电设备特性;二是提高供电能力;三是安装补偿装置。又因为改善用电设备的性能抑制闪变是有限的，通过供电方式的改造投资大、代价高。所以大部分采用改善和提高电能质量的补偿装置的方法来抑制。如今，大部分用于改善和提高电能质量的补偿装置都具有抑制电压波

49、动与闪变的功能15。如并联电容器和调相机，静止同步补偿器（STATCOM），静止无功补偿器(SVC )，有源滤波器(APF）以及基于电流控制的方法等。（1）静止无功补偿器(SVC) 在有固定的系统短路及供电结构容量时，对无功负荷进行补偿可以有效减少电压波动与闪变问题。静止无功补偿装置(SVC)是目前国内外使用比较普遍的无功功率的补偿装置。SVC的缺陷在于它是固定的无功补偿容量，这就意味着在确定无功补偿容量之前要先确定需要补偿的无功功率的精确数值，而且它有可能引发谐振，从而导致谐波电流放大。（2）有源电力滤波器(APF) 有源电力滤波器(APF)作为动态补偿装置以对负荷电流作实时补偿，APF与S

50、VC 区别在于它是一种主动的补偿装置。 它的工作原理是利用电力电子控制器产生方向相反的电流来抵消负荷引发的畸变电流，从而保证供电点的电能质量。（3）动态电压恢复器(DVR) 闪变是由电压波动引起的，所以对当波动产生时对其进行快速补偿也能对闪变进行抑制。动态电压恢复器（DVR）是串联接入系统的电压补偿设备，系统正常工作时处于旁路状态，当系统电压降低时投入运行并在毫秒时间内发出补偿电压信号，保证敏感负荷正常工作。目前来看，在各种电压补偿设备中动态电压恢复器损耗较小、能量利用较高，是最有效的电压波动与闪变的治理设备16。4.2 检测方法分析 所有用来检测电压闪变方法必须面临的问题是将低于额定电压幅值的波动电压分量从工频电压中分离出来。目前国内外比较有代表性的电压波动的检测方法有平方检测法、有效值检测法、全波整流检测法、小波分解和同步检波法等17。除平方法适合数字化实现以外，其他几种方法更适合模拟电路实现。研究电压波动的检测方法可简化为分析单一频率的调幅波对工频载波的调制，电压的瞬时值解析式一般表示为： （4-1） 式中： A一工频载波电压的幅值； 工频载波电压的角频率； m调幅波调制电压的幅值； 调幅波电压的角频率。电压波的检测方法可以归结为由式4-1解调出调幅波4.2.1 平方解调检波法IEC推荐的检波方法为平方检波法，该检波法要配合0.0535Hz带