电能质量分析与控制4电压波动与闪变ppt课件

1、4电压动摇与闪变4.1 根本概念一、均方根值电压的变动特性电压变动：凡不坚持电压均方根值恒定不变的景象，或者说，实践电压偏离系统标称电压的景象。电压均方根值： 其离散计算公式： “均方根值电压 要与“瞬时值电压区分：电压瞬时值的改动可以用以下表达式描画 均方根值电压变动特性Ut，简称电压特性，是指沿基波半个周期及其整数倍求取的电压均方根值随时间变化的函数关系。 .4电压动摇与闪变图41a中电动机启动终了后的稳态电压均方根值与额定电压之间的差 为稳态电压变动值。启动过程中相邻两点极值电压之差 为动态电压变动值。.4电压动摇与闪变在电能质量规范中，通常以标称电压的相对百分数来表示电压变动值，即相对

2、稳态电压变动值相对动态电压变动值 相对最大电压变动值二、典型电压变动景象 1.电压偏向 欠电压与过电压.4电压动摇与闪变 2.电压动摇 3.电压暂降与暂升 4.短时间电压中断 5.长时间电压中断 4.2电压动摇 一、电压动摇的含义电压动摇Voltage Flactuation：电压均方根值一系列相对快速变动或延续改动的景象，其变化周期大于工频周期。配电系统运转中，这种电压动摇景象有能够多次出现，变化过程能够是规那么的、不规那么的，亦或是随机的。 .4电压动摇与闪变导致缘由举例：(a)单一阻性负荷投切；(b)多重负荷投切；(c)非线性电阻负荷运转；(d)随机的功率动摇负荷运转。.4电压动摇与闪变

3、为分析方便且又不失普通性，常笼统地将恒定不变的工频电压看作载波，将动摇电压看作调幅波。仅含单一频率的调幅波对工频载波的调制，调制波解析式的普通表达式为： 假设调幅波电压为单一频率的正弦波形，那么有： .4电压动摇与闪变电压变动频度r单位时间内电压变动的次数单位：时间的倒数。国家电能质量规范规定：电压由大到小或由小到大的变化各算一次变动。同一方向的假设干次变动，假设变动间隔时间小于30ms，那么算一次变动。 图4-4b所示的l0Hz正弦调幅波电压波形曲线，其电压动摇值为调幅波的峰谷差值，变动频度为20 次/s 延续电压动摇的频度为调幅波基波频率的2倍，常用的关系式为 次/s 或 次/mis .4

4、电压动摇与闪变 二、动摇性负荷对电压特性的影响引起电压动摇的主要缘由：功率冲击性动摇负荷频繁发生且继续时间较长的电压动摇 其它：短路缺点或开关操作，或者是无功功率补偿安装、大型整流设备的投切。动摇性负荷可分为两大类型：1电压按一定规律周期变动的负荷由于频繁启动和间歇通电引起。例如，轧钢机和绞车、电动机、电焊机等。2延续的不规那么的随机电压变动的负荷。例如，炼钢电弧炉等。.4电压动摇与闪变电压动摇值的简化计算方法：思索三相平衡负荷，用户侧供电电压动摇量近似表达式：供电母线相对电压动摇值d的计算公式： 电压动摇值与负荷的无功功率变动量Q成正比，与公共衔接点的短路容量成反比。它从物理意义上反映了供电

5、电压发生变动的根本缘由。.4电压动摇与闪变在工程实践运用中，可进一步利用简化计算结果对将要衔接到供电系统中的动摇性负荷对公共衔接点PCC的电压反作用进展预测估算。详细方法如下： PCC处的短路容量计算公式：假定系统阻抗电压降相对于系统标称电压很小时，供电电流变化量也可用接入的负荷容量视在功率的变化量来表示，可以写出： .4电压动摇与闪变三、电压动摇限值 在动摇性负荷中，以电弧炉引起的电压动摇最为严重。多数国家在制定的电压动摇与闪变规范中的条款通常是针对电弧炉负荷设定的。表中公共衔接点标称电压等级划分为：1低压LV： ；2中压MV： ；3高压HV： 。 .4电压动摇与闪变对于随机性不规那么的电压

6、动摇，国标中规定电压动摇的限值为：1HV： ；2MV： ；3LV： 。4.3 闪变Voltage Flicker 一、根本概念与定义 电光源的电压动摇呵斥灯光照度不稳定的人眼视感反响称为闪变。换言之，闪变反映了电压动摇引起的灯光闪烁对人视感产生的影响。白炽灯的光功率与电源电压的平方成正比，所以受电压动摇影响最大。通常选白炽灯光照设备受影响的程度作为判别电压动摇能否能被接受的根据。 .4电压动摇与闪变闪变的主要决议要素：供电电压动摇的幅值、频度和波形频谱分布照明安装类型人对闪变的客观视感 1、闪变觉察率F 根据IEC引荐的实验条件，采用不同波形、频率、幅值的调幅波并以工频电压为载波向工频230V

7、、60W白炽灯供电照明，闪变觉察率为 式中 A没有觉察的人数；B略有觉察的人数；C有明显觉察的人数；D难以忍受的人数。.4电压动摇与闪变闪变觉察率超越50，那么阐明半数以上的实验察看者对电压动摇有明显的或难以忍受的视觉反映。 2、瞬时闪变视感度St 为反映人的瞬时闪变觉得程度，用闪变强弱的瞬时值随时间变化来描画，即瞬时闪变视感度St。它是电压动摇的频度、波形、大小等综协作用的结果，其随时间变化的曲线是对闪变评价衡量的根据。通常规定闪变觉察率F50%为瞬时闪变视感度的衡量单位，对应的称之为St1觉察单位。假设st1觉察单位，阐明实验察看者中有更多的人对灯光闪烁有明显觉得，那么规定为对应闪变不允许

8、程度。 .4电压动摇与闪变 3、视感度频率特性系数Kf1闪变的普通觉察频率范围：125Hz； 2闪变的最大觉察频率范围：0.0535Hz其上下限值称为截止频率，上限值又称为停闪频率，即高于这一频率的闪变人眼是觉得不到的；3闪变的敏感频率范围：612Hz；4闪变的最大敏感频率：8 .8Hz。视感度频率特性系数Kf显然在此条件下，对应闪变的最大敏感频率8.8Hz有电压动摇值d最小值，所以有 .4电压动摇与闪变图4-8给出了在正弦电压动摇条件下，由实验数据描画出的视感度系数的频率特性曲线。它反映了不同频率正弦电压波动所引起的灯光闪烁在人眼和大脑中产生的客观觉得相对强弱的程度。 .4电压动摇与闪变.4

9、电压动摇与闪变4.波形因数Rf 不同波形的电压动摇引起的闪变反映也是不同的。经过对一样频率的两种不同波形例如，正弦调幅波和矩形调幅波的电压波动做比较，可以计算出波形因数Rf1，即在一样频率下，矩形电压动摇非正弦波形比正弦电压动摇对闪变的影响更严重。表4-2 .4电压动摇与闪变二、闪变视觉系统模型 根本思绪：经过对电压动摇的呼应特性、人眼的感光反映才干和大脑的记忆存储效应的近似数学描画，从而得到人的视觉系统模型，即所谓闪变的灯-眼-脑反响链传送函数。一个知的视感度频率特性系数Kf，可用拉普拉斯变换复变量s表示成传送函数Ks的方式，并且多采用幅频特性。详细：由知正弦波调制电压的视感度频率特性系数K

10、f及其对应表4-2中的数据，作出灯-眼-脑反响链的对数频率特性曲线。用5条直线和渐近线对该曲线逼近描画，或者说用5个典型控制环节的对数幅频特性之和表示推导过程略。 式中的系数分别为K1.74802，2 4.05981，129.15494，222.27979，321.22535，4221.9 .4电压动摇与闪变4.4闪变的评价方法 一、电压动摇与闪变的原因和危害原因：一方面是由于各种类型的大功率动摇性负荷投运引起的；另一方面也会由于配电线路短时间承载过重。危害：1照明灯光闪烁，影响人的视觉；2电视机画面不稳定； 3电动机的转速不稳定； 4对电压动摇较敏感的工艺过程或实验结果产生不良影响；5导致电

11、子仪器和设备、计算机系统、自动控制消费线以及办公自动化设备等任务不正常，或遭到损坏。6导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱，致使电力电子换流器换相失败等。 .4电压动摇与闪变 二、闪变程度评价与干扰限制值 1、短时间闪变程度值(10min) 图4-11所示为某一察看时间段，如取l0min内等间隔采样时间为测算到的15000个数据所描画的瞬时闪变视感度St变化曲线。图中给出第7级1.21.4p.u.统计计算例如 概率分布 .4电压动摇与闪变依次对其他9级St进展统计计算，可给出概率分布直方图，如图4-12所示。对图4-12概率分布直方图进展累加计算，可以得到图4-13所示的累积概率函数C

12、PF图形。 .4电压动摇与闪变用5个概率分布 测定值计算出短时10min闪变平滑估计值 表示实践检测到的短时间闪变程度严重度。其近似计算公式为式中，k0.1=0.0314，k1 =0.0525，k3=0.0657，k10=0.28， k500.08。 式4-31中5个测定值p0.1、p1、p3、p10、p50分别为10min内超越01、1、3、10%和50%时间比的概率分布程度.4电压动摇与闪变2、长时间闪变程度值长时间闪变的统计时间需在1h以上，国标中规定为2h。在2h或更长时间测得并作出的累计概率统计曲线CPF中，将瞬时闪变视感度不超越99 %概率的短时间闪变值 用符号 表示或超越1%时间

13、的 值用符号 表示作为长时间闪变程度值 ，即UIC/IEC规范：规定对于已顺序测得的N个l0min短时间闪变值 k=1, 2, 3,，N数据，长时间闪变值可由这N个 的立方和求根得到： .4电压动摇与闪变 3、闪变干扰限制值GB/T12326-2021(2000修订版：1闪变限值中去掉了Pst，只保管Plt 2各级电压闪变限值Plt ：110kv及以下：1 110kv以上：0.8.4电压动摇与闪变4.5电弧炉用电特性分析 由于电弧炉炼钢在技术经济上的优越性，工业消费采用交流电弧炉已日益增多，单台容量也不断增大，因此电弧炉对供电系统的干扰也愈加突出-交流电弧炉是供电系统各类功率动摇性负荷中对电压

14、特性影响最大的负荷。其不利影响主要包括有功功率和无功功率冲击性快速变化引起的电压动摇和闪变，电弧电阻的非线性导致的电力谐波畸变，以及三相负荷不对称带来的供电系统动态不平衡干扰等。 普通交流电弧炉的冶炼周期约为38h，通常电弧炉的供电电压为110kV或35kV，经特殊设计的电弧炉变压器供电，二次侧电极间电压的典型值在100600V之间。电弧炉的电流控制是经过电弧炉变压器高压侧绕组分接头的切换和电极的升降来实现的。电弧炉所耗费无功功率大，并且无功功率变化量也很大，在电极短路时功率因数约为0.10.2，在额定运转时约为0.70.85。 .4电压动摇与闪变电弧炉的运转周期包括三个阶段：熔化期、氧化期和

15、复原期。 (1)熔化期的主要义务是使炉料迅速熔化。熔化期约为0.52h，但在此期间耗费的电能占一个投运周期总耗电量的60% 70%。 (2)氧化期的主要义务是脱磷及去气、去夹杂。 (3)复原期的主要义务和操作是脱氧、脱硫、调整温度和调整成分。图4-21给出了电弧炉负荷运转周期表示图(是一种间歇式冲击功率负荷). .4电压动摇与闪变4.6电压动摇和闪变的丈量目前国际上有代表性的三种原理类型的闪变丈量仪器:日本的闪变仪英国的ERA电弧炉闪变丈量仪IEC和UIE引荐的闪变仪。 IEC闪变丈量方法 一、电压动摇的同步检测法调制波解析式的普通表达式为 假设调幅波电压为单一频率的正弦波形，那么 .4电压动

16、摇与闪变式中，m称为调制指数， m1。按照同步检测方法，可将调制波电压自乘求平方，得到 .4电压动摇与闪变假设利用0.0535 Hz的带通滤波器滤除其中的直流分量和工频及以上频率的分量，并且思索到，由于实践上的调制指数m1，因此，滤波后便可实现解调，获得近似加权的调幅波电压：知相对电压变动值为 ，并且假定调幅波为正弦函数波形，那么有可以得到用相对电压变动d参量表示的表达式 以上各函数的变化波形，可参见图4-28b所示的仿真波形。 .4电压动摇与闪变.4电压动摇与闪变 二、IEC闪变丈量环节分析 图4-28a我国国家规范在参考了IEC规范后引荐采用的闪变仪简化原理框图。图4-28 a给出的闪变丈

17、量环节总体上可分为三部分： 第一部分为电压输人适配调整，由图中框1组成，两个主要部分，即一个输人电压适配器和一个自检信号发生器。第二部分模拟视觉系统模型，即灯-眼-脑反响链的频率呼应特性，主要由图中框2、框3和框4组成；框2模拟灯的作用和特性。经过平方解调器分别出与调幅波幅值成比例的电压动摇量。该量反映了灯照度变化与电压动摇的关系，可采用被测信号自乘求平方来实现。 框3模拟人眼的视觉频率选择特性。它由两个级连滤波器，即带通滤波器和视感度加权滤波器，以及一个丈量范围选择器构成。 .4电压动摇与闪变其中，带通滤波器 (通频带为0.0535Hz)的功能是消除平方解调后电压信号中的直流分量和载波倍频分量。详细设计时，采用一阶高通滤波器抑制直流分量，并采用截止频率为35Hz的6阶巴特沃斯低通滤波器滤除载波工频成分及其以上的频率分量。所谓视感度加权滤波器就是觉察率为50的闪变视感度一频率特性的详细实现。即按照幅频特性对视感度频率范围内的调幅波信号分别取不同的加权系数如对应8 .8Hz调幅波信号，其增益为1，而其他频率信号的加权系数都小于1。 Ks乘积的第一项对应二阶带通滤波器，第二项为有一个零点和两个极点的补偿环节，分别为 .4电压动摇与闪变其中丈量范围选择器的作用是为了提高丈量灵敏度而设置的。框4模拟人脑神经对视觉反映的非线性和记忆效