XXXX电能质量第二讲波动与闪变ppt课件

1、动摇与闪变汪颖769429505.目 录第一节 根本概念第二节 电压动摇第三节 闪变第四节 闪变的评价方法第五节 电弧炉用电特性分析第六节 电压动摇与闪变的丈量.第一节 根本概念一、方均根值电压的变动特性二、典型电压变动景象.一、方均根值电压的变动特性方均根电压RMS Voltage电力网的瞬时值电压u是随时间t作周期性变化的。周期性非正弦波形的电压，可以分解为基波调和波电压，基波电压的周期与非正弦电压的周期一样。工频基波电压的规范频率为50Hz，周期为20ms。在工程上通常以电压整周期的方均根值来衡量电压的大小。.将工频电压的半周期分成N个等分点，每隔T/2N逐点取

2、电压的瞬时值。设在kT/2N时辰电压的瞬时值为uk，那么沿半周期内瞬时电压序列为u0,u1,u2,un-1，于是方均根电压U的计算公式为：一、方均根值电压的变动特性.一、方均根值电压的变动特性放大某一处看方均根值.一、方均根值电压的变动特性方均根值电压变动特性U(t)是方均根电压的时间函数，它是沿每基波半周期取方均根值顺序逐点画出的图形。. . . . .0U1,U2,.,Uk为等间隔记录的电压方均根值。现以电动机启动所引起的电压方均根典型变动曲线为例阐明这一变化关系。.一、方均根值电压的变动特性0.一、方均根值电压的变动特性0稳态电压变动值 ：电动机启动终了后的稳态电压方均根值与额定电压之间

3、的差。动态电压变动值 ：电动机启动过程中相邻两点极值电压之差。通常以标称电压的相对百分数来表示电压变动值：.0一、方均根值电压的变动特性相对稳态电压变动值：相对动态电压变动值：相对最大电压变动值：方均根值电压的变动是系统运转中常出现的一种电压质量景象。IEC规范规定：在低压民用电网中，相对稳态电压变动值 应不超越3%；相对动态电压变动值 超越3%的时间不应超越200ms； 应不超越4%。.一、方均根值电压的变动特性在当代电力系统中，新型的功率冲击性和动摇性负荷越来越多，如炼钢用电弧炉、由可控硅整流供电的轧钢机、矿山卷扬机、电焊机、电力机车等，其功率高达几万千瓦甚至十几万千瓦。由于这类干扰性负荷

4、的功率因数普遍较低且无功功率变化量大，所以在其运转时将引起公共衔接点PCC的电压幅值大幅度快速变动，严重时能够使同一电磁环境下的其他电气设备不能正常任务。.二、典型电压变动景象1.电压偏向电压偏向=系统标称电压电压丈量值-系统标称电压100%在一定的电力系统运转条件下，由于总负荷或部分负荷的运转形状与特性的改动，以及变压器分接头调整和电容器、电抗器投入或切除等缘由，负荷所需无功功率与配电系统提供的无功功率不平衡，从而导致供电电压出现继续性的逐渐偏离标称电压的情况。这种电压方均根的相对缓慢变动也称为长期电压变动long duration variations，或稳态电压变动。根据电压丈量值相对系

5、统标称电压的电压正偏向与负偏向，还可以进一步分为过电压和欠电压。.二、典型电压变动景象2.电压动摇由于动摇性负荷在运转过程中频繁的从配电系统取用快速变动电能，即出现冲击性功率变化，呵斥公共衔接点电压在短时间里急剧变动，并明显偏离标称电压值IEEE相关文件中给出的典型电压动摇范围为0.1%-7%,变化频率小雨25Hz。相对电压偏向而言，电压动摇也成为快速电压变化，或动态电压变动。这里仍以d 的大小作为电压动摇的量度。为了区分电压动摇和电压偏向，在国家电能质量规范中特别对电压的动摇性给出了定义，即方均根值电压的变化速率不低于0.2%每秒。.二、典型电压变动景象3.电压暂降与暂升当系统发生短路缺点或

6、由于大容量设备启动等，能够呵斥供电母线甚至远方的供电母线电压迅速下降，并且跌幅较大，后随即上升，恢复至标称电压的允许范围，其典型继续时间为0.5-30周波，下降幅度为标称电压的90%-10%。这种景象又称为短时欠电压。.二、典型电压变动景象4.短时间电压中断当系统发生短路缺点时，缺点点维护动作，供电端电压迅速下降，其方均根值跌至小于0.1p.u.，经一段时间后重合闸动作胜利，重新恢复供电电压至标称电压允许范围。这种过程称为短时间电压中断。5.长时间电压中断由于各种缘由，供电电压迅速下降跌至零且长时间不能恢复的景象，称为长时间电压中断，也泛称断电，是电压变动的一种极端情况。这种继续性的长时间电压

7、中断景象与上述电压变动情况有本质性的区别。.二、典型电压变动景象电压变动细化分类图.第二节 电压动摇一、电压动摇的含义二、动摇性负荷对电压特性的影响三、电压动摇限制.一、电压动摇的含义电压动摇Voltage Fluctuation定义为电压方均根值一系列相对快速变动或延续改动的景象。这种景象将对周边其他负荷正常运转呵斥危害和影响。其中最突出的是引起照亮堂度的闪烁和对人视觉的影响。其变化周期，大于工频周期。在配电系统运转中，这种电压动摇景象又能够多次出现，变化过程能够是规那么的、不规那么的，或者是随机的。这是一个由电弧炉引起的电压动摇，变动明显不规那么，试想一下，放大横坐标来看，电压是腾跃形，斜

8、坡形还是准稳态形呢？.一、电压动摇的含义a bc da为周期性等幅矩形电压动摇。例：单一阻性负荷投切引起的电压动摇。b一系列不规那么时间间隔阶跃电压动摇。其电压动摇幅值能够相等，或不等。例：多重负荷投切引起的电压动摇。c非全阶跃式可明显分别的电压动摇。例：非线性电阻负荷运转引起的电压动摇。d一系列随机的或延续电压动摇。例:循环的或随机的功率动摇负荷运转引起的电压动摇。.一、电压动摇的含义电压动摇的表示 为详细描画呵斥实践电压在短时间里较大幅度变动的特征，将一系列电压变动值中的相邻两个极值之间的变化称为一次电压动摇，把两个相邻极值之差称为电压动摇值或动摇大小。 实践上，电压动摇表现为严重延续偏离

9、额定电压，因此用一系列电压方均根值的两个极值之差，且用其相对值的百分数表示： 通常以 d 的大小作为电压动摇的量度。.t基频电压有效值调幅波变化曲线相对电压变动特性.一、电压动摇的含义tt0载波电压a相对电压变动特性b调幅波变化曲线vRMS的调幅波电压vRMS的调幅波电压v沿时间轴对被测电压每半个周期求得一个方均根值并按时间轴顺序陈列，即可笼统地看到延续的电压动摇的包络线图形.想象中的零轴50Hz工频载波a电压动摇调制表示图Udv00utb正弦调幅波电压波形10Hz正弦调幅波t一、电压动摇的含义为了更直观地表示，以下图给出了被观测电压瞬时值的包络线图形。将恒定不变的工频电压看做载波，将动摇电压

10、看做调幅波，b中的虚线表示工频载波电压峰值的平均电平线，假设以此为零轴，该图反响了低频10Hz正弦调幅波的变化。.一、电压动摇的含义如上所述，电压动摇的频度是分析电压方均根值变化特性的另一个重要目的。我们把单位时间内电压动摇的次数称为电压动摇的频度 r ，普通以分或秒作为频度的单位。请问上页图所示的电压动摇的频度是多少？上页图所示的10Hz动摇电压，其电压动摇值为调幅波的峰谷差值，动摇频度为20次/秒。因此，延续电压动摇的频度为调幅波频率fF的2倍，表示为：次/秒次/min或.一、电压动摇的含义0在这个电动机启动的例子里：在电动机启动一次的过程中，其供电电压实践发生了由高到低后又上升的2次电压

11、变动。但是作为动态电压变动事件，电动机启动一次应算作一次动态电压变动。当电动机频繁启动，或如电弧炉和间歇性通电的负荷任务时，那么会出现一系列的电压变动。.二、动摇性负荷对电压特性的影响引起电压动摇的缘由是多种多样的：配电系统发生的短路缺点或开关操作无功功率补偿安装大型整流设备的投切但是，频繁发生且继续时间较长的电压动摇更多是由功率冲击性动摇负荷的任务形状变化所致。由于动摇性负荷的功率因数低，无功功率变动量也相对较大，并且其功率变化的过程快，因此在实践运转中，可以以为动摇性负荷是引起供电电压动摇的主要缘由。.二、动摇性负荷对电压特性的影响动摇性负荷可以分为两大类：1由于频繁启动和间歇通电时，常引

12、起电压按一定规律周期变动的负荷。例如，轧钢机和绞车，电动机，电焊机等。2引起供电点出现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。.三、电压动摇限值 从前面的引见知，供电电压的动摇对用电设备和系统平安运转的影响主要决议于动摇值的大小和变动的频度。 国标中以典型的电弧炉负荷为对象设定了电压动摇的极限值实践上，电压动摇限值很少考核，而代之以闪变值作为主要目的。 变动频度r波动限值 d（） 变动频度r波动限值 d（）LV、MVHVLV、MVHV r14310 r10021.51r1032.5100 r10001.251各级电网电压动摇限值表.第三节 闪变一、根本概念与定义二、闪变视觉系统

13、模型.一、根本概念与定义影响：电压动摇会引起部分电气设备不能正常任务。普通来说，对电子计算机和控制设备不需求特别去关注在商用和民用建筑的照明设备中，白炽灯占有相当大的数量，电压的动摇会呵斥白炽灯光明显闪烁，严重时使人眼难以忍受，为此，选白炽灯的工况作为判别电压动摇值能否能被接受的根据。电压变动值d 在10%左右反复变动频率r 在5-15Hz白炽灯呵斥令人烦恼的灯光闪烁严重时，刺激人的视感神经使人们难以忍受而心情焦躁.一、根本概念与定义 因此，在研讨电压动摇带来的影响时，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。闪变：电光源的电压动摇呵斥灯光照度不稳定的人眼视感反响。换

14、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。留意：不断以来，人们习惯运用电压闪变Voltage Flicker一次替代闪变。严厉地讲，闪变是电压动摇引起的有害结果，是指人对照度动摇的客观视觉反映，它不属于电磁景象。.一、根本概念与定义同一察看者反复进展闪变实验不同察看者闪变视感程度进展抽样调查统计分析找出相互间有规律的关系曲线利用函数逼近的方法获得闪变特性的近似数学描画闪变的评价方法不是经过纯数学推导与实际证明得到，而是经过察看者的实验得到：.1.闪变觉察率F 根据IEC引荐的实验条件，采用不同波形、频度、幅值的调幅波工频电压为载波向工频230V、60W白炽灯供电照明，并对察看者

15、的闪变视感实验进展统计可得到有明显觉察和难以忍受者的数量占察看者总数量的比，即 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。 假设该比值超越50%，阐明半数以上的实验察看者有明显的或难以忍受的视觉反映，假设把F%大于50%定为闪变限值，那么对应的电压变动值为该实验条件下电压动摇允许值。.2.瞬时闪变视感度S(t)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S(t)。S(t)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。规定闪变觉察率F=50%为瞬时闪变视感度的衡量单位对应S(t)=

16、1觉察单位例：假设S(t)1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程度。.3.视感度频率特性系数K(f)经过闪变实验研讨，人对闪变的视觉反映还与照度动摇的频率特性有关，其频谱分布规律可概括为以下几点： 1闪变的普通觉察频率范围：125Hz2闪变的最大觉察频率范围：0.05-35Hz其上下限值称为截止频率，上限又称为停闪频率，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：612Hz4闪变的最大敏感频率：8.8Hz.3.视感度频率特性系数K(f)为了从本质上认识电压动摇引起的人对照度动摇的频率特性，引入了视感度系数K(f)，它是在S(t)=1

17、觉察单位下，最小电压动摇值与各频率电压变动值的比,即：S(t)=1觉察单位的频率为 f 的正弦电压动摇值S(t)=1觉察单位的8.8Hz正弦电压动摇值K( f )=.4.波形因数Rf经过闪变实验，人们还发现，周期性或近于周期性的电压变动对照度的影响大，而且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，正弦波调幅波和矩形调幅波的电压动摇做比较，可以计算出波形因数：S(t)=1觉察单位的矩形电压动摇值S(t)=1觉察单位的正弦电压动摇值R( f )=利用上式，对矩形和正弦波调幅波电压做比较可知，以最大敏感频率8.8Hz为对比起点，当频率9Hz时，矩形波的谐波分量比其

18、基波分量对闪变影响更大。见P46表3-1，“视感度S=1觉察单位的电压动摇.4.波形因数Rf例如频率在1Hz时，查表31后可计算出波形因数： Rf=1.43/0.47=3.04意味着同样影响下矩形波对应的电压动摇值更小。 反之当频率9Hz时，Rf约等于1.27不变，阐明矩形波所含频次n*9Hz谐波比其基波(9Hz)对闪变影响要小。由实验得到的视感度S=1觉察单位的电压动摇数据见表31还可描画出两种动摇电压波形与频度的关系曲线，如图33所示。 .5.灯眼脑反响链的数学描画 从对闪变视感机理的实际分析和本质认识出发，寻求一种较为严谨的数学表述方法是必要的。根本思绪： 1电压动摇的呼应特性；2人眼的

19、感光反映才干；3大脑的记忆存储效应三方面的近似数学描画，即可得到人的闪变视觉系统模型。详细方法：经过对实验得到的视感度频率特性曲线Kf它是以上三方面的综合反映的数学分段逼近与描画，从而获得灯-眼-脑环节的数学表达式。一方面使我们对人的客观视觉对照度动摇电压动摇引起呼应的实际认识有所提高，另一方面也为闪变数字丈量提供了较为通用的计算方法。.5.灯-眼-脑反响链的传送函数 根据表31和K(f)-频率曲线，将Kf作出的灯-眼-脑环节的对数频率特性曲线用5条直线和渐近线逼近，或者说用5个典型控制环节的对数幅频特性之和表示，即 进而可以导出灯-眼-脑环节的传送函数表达式，知视感度频率特性系统K(f)，可

20、用拉普拉斯变换复变量s表示成传送函数K(s)的方式，并且多采用幅频特性：.5.灯-眼-脑反响链的传送函数.第四节 闪变的评价方法一、电压动摇与闪变的原因和危害二、闪变程度评价与干扰限制值三、闪变严重度简捷预测算法.一、电压动摇与闪变的原因和危害电压动摇与闪变的原因各种类型的大功率动摇性负荷投运引起由于配电线路短时间承载过重，馈电终端的电压调整才干很弱等缘由，难以保证电压稳定.一、电压动摇与闪变的原因和危害电压动摇与闪变的详细危害引起车间、任务室和生活居室等场所的照明灯光闪烁，降低任务效率和生活质量。呵斥直接与交流电源相连的电动机的转速不稳定，时而加速时而制动，影响产质量量。对电压动摇较敏感的工

21、艺过程或实验结果产生不良影响。电视机画面亮度频繁变化以及垂直和程度幅度摇动。导致电子仪器和设备、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。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。123456.一、电压动摇与闪变的原因和危害电压动摇除了会使电动机转速不均匀，危害系统本身的平安运转，而且还会直接影响消费企业的产质量量，呵斥人眼疲劳，降低人们的任务效率等。顺便指出，动摇性负荷除了会产生以上总结的闪变危害之外，由于本身的任务特点所决议，还会产生大量的谐波，并且由于其三相严重不对称带来的负序分量，同样会危及供电系统的平安稳定运转。.二、闪变

22、程度评价与干扰限制值在电力输配过程中，既要限制电压动摇也要限制闪变，并且将限制发生闪变干扰放在首位。UIE/IEC建议在进展闪变监测时，对于运转周期时间较长一类的动摇性负荷如电弧炉等普通用短时间闪变强弱和整个任务周期1h-7天的闪变严重度，分别用来确定一段时间1-15min的闪变强弱和整个任务周期1h-7天的闪变严重度，并且给出了闪变评价的数学方法和丈量方法。.二、闪变程度评价与干扰限制值短时间闪变值和长时间闪变值 它们是衡量闪变的基准，分别用来确定短时间1-15分钟的闪变强弱和整个任务周期1小时-7天的闪变严重度，因此是反映电压动摇的统计特征量。其科学性和正确性曾经得到国际的普遍认可和运用I

23、EC作为丈量规范曾经公布，IEEE正在效仿实施。.二、闪变程度评价与干扰限制值1.短时间闪变程度值Pst在察看期内如取典型值Tshort=10min，对瞬时闪变视感度S(t)作递增分级处置规范规定，实践分级应不小于64级，并计算各级瞬时闪变视感程度所占总检测时间长度之比也称为时间-程度统计法，可获得概率直方图。进而采用IEC引荐的累积概率函数CPF，即程度分级形状时间计算法，对该段时间的闪变严重度作出评定。.A/D采样频率t1t2t3t4t5500010000150002.0101.681.471.261.050.840.630.420.211.890t (次)级p.u.St1.短时间闪变程度

24、值Pst 以图34为例给出一计算例如引见.图中所示为某一察看时间段如10min内等间隔测算到的15000个数据所描画的瞬时闪变视感度S(t)变化曲线.为简要阐明时间程度统计方法,将该变化曲线等分为10级。例如S(t)在2p.u范围,那么每级级差为2p.u/10=0.2p.u。.A/D采样频率t1t2t3t4t5500010000150002.0101.681.471.261.050.840.630.420.211.890t (次)级p.u.St1.短时间闪变程度值Pst图中给出第7级(1.2p.u-1.4p.u)统计计算例如.假设,处于第7级的时间总和次数:在总时间中第7级所占概率分布那么为.

25、1.短时间闪变程度值Pst统计特征量计算例如：依次对其他9级进展同样统计计算，可给出概率分布直方图。对概率分布直方图做概率累加计算，可得到累积概率函数图形。0.10.30.50.70.91.11.31.51.71.9123456789100.1.30.70.91.11.31.51.1.9356710010203040507500500025000050100级Stp.u.(次)Pk.u.29297以上各级概率之和累积概率函数CPF所表现的是St变量处在某一确定范围内的能够性有多大。即S(t)的概率分布函数。实践运用中可不用画出CPF曲线。.1.短时间闪变程度值Pst研讨阐明，对于不同类型的供电

26、电压干扰采用多点测定算法可以更准确地反映闪变的严重程度。实践运用时常用5个概率分布pk测定值计算出短时间10min闪变平滑估计值Pst，Pst表示实践检测到的短时闪变程度严重度。其近似计算公式为：式中，上式中，5个测定值 分别为10min内超越0.1%、1%、3%、10%和50%时间比的概率分布程度pk 。.1.短时间闪变程度值Pst例如，当调幅波为稳定的周期性矩形电压变化时，上式中 相等。并且有 。代入上式，有可近似写为从表3-1和图3-3中，曲线下凹的最低点是在动摇频度r=1056次/min，对应调幅波基波频率fF=8.8Hz这一点。它表示在S(t)=1觉察单位，对于周期性矩形电压动摇，相

27、对电压动摇值最小，d=0.199%。又当， fF=8.8Hz时， d=0.29%，觉察率F=80%、 S(t)=2觉察单位，Pst=1 。.2.长时间闪变程度值Plt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Pst用符号Pst，99%表示或超越1%时间的Pst值用符号P1表示作为长时间闪变程度值Plt ：在实践处置时，长时间闪变值还可以根据详细情况，分别利用4中不同的计算方法来处置。.2.长时间闪变程度值Plt在实践处置时，长时间闪变值还可以根据详细情况，分别利用4中不同的计算方法来处

28、置。1仍利用长时间CPF进展多点计算和分析。2有些专家主张以95%概率替代99%概率，以放宽对电能质量的要求，使之更符合实践，将上页公式略微修正为：并利用大型电弧炉在其供电点的实测数据总结的阅历公式做简化计算：.2.长时间闪变程度值Plt3对于电弧炉等类型的负荷所引起的闪变，至少需观测一星期才干做出全面评定，在整个闪变观测终了时，方能给出Pst和Plt两项目的。详细处置时辰在每天保管的Pst中取出第3大值Pst，3max作为Plt值，即4UIE/IEC引荐的计算式与上述算法不同。它规定对于已顺序测得的N个10min短时间闪变值Pst，kk=1，2，3，N数据，长时间闪变值Plt可由这N个 的立

29、方和求根得到： .1.同一供电母线上 Pst 的合成3.闪变干扰限制值n个动摇性负荷各自引起的闪变及背景闪变在同一公共供电母线上产生的pst合成算式的普通方式为：其中，m的值取决于主要闪变的性质及其工况的重叠能够性：m=1用于动摇性负荷引起电压变动同时发生重叠率很高的工况；m=2用于随机动摇性负荷引起电压变动同时发生的工况如：熔化期重叠的电弧炉；m=3用于动摇性负荷引起的电压变动同时发生的能够较小的工况；m=4仅用于熔化期不重叠的电弧炉所引起的电压变动合成。.2. 供电系统各电压级间Pst的传送广义的闪变包括电压动摇，限制闪变干扰包括限制电压变动幅值和变动频度及其影响。IEC在制定闪变规范中，

30、将供电系统电压分为高压HV、中压MV和低压LV三级。对于超高压EHVUN230kV的输电系统的闪变规范，那么与高压HV规定的闪变规范一样。详细规范如下：.1、低压，普通指 的低压配电网；2、中压，指 的配电网；3、高压，指 的大型用户的高压供电和地域性衔接的高压配电网。闪变干扰在各级电力网的传送，遵照非常简单的规律： 1高压传送至中压和低压的传送系数 和 稍低于1，普通取0.81；而由中压传送至低压的传送系数 那么接近于1，典型值为 。 2由于高压级电力网的短路容量较大，由低压级的闪变干扰传送至高电压级的作用实践上可以忽略，因此，低压传送至中压及由中压传送至高压的传送系数等于0。2. 供电系统

31、各电压级间Pst的传送. 如上图的供电系统，两个电弧炉A和B分别接在A、B两个供电母线上。假定知这两个电弧炉产生的闪变干扰值为：单独由电弧炉A在供电母线A上产生的闪变干扰值为PstA；单独由电弧炉B在供电母线B上产生的闪变干扰值为PstB。计算一个供电母线上的电弧炉，在另一供电母线上所产生的闪变干扰的传送效应。 2. 供电系统各电压级间Pst的传送. 为分析简化又不影响普通性，只需计算电弧炉B在供电母线A上产生的闪变PstBA，采用的算法是：将电弧炉B在母线B上产生的闪变PstB 乘以传送系数成为传送到母线A的闪变干扰PstBA 。在推倒临近母线B上闪变干扰PstB传送至供电母线A的等值闪变干

32、扰PstBA的计算公式时，先将上图变化为下面的等值电路。2. 供电系统各电压级间Pst的传送PstB传送至供电母线A的等值闪变扰动PstBA，可按阻抗XA和XC上分压计算，即：引入短路容量，按标么值关系式可写为：， ，其中：PKAB表示供电点B短路时，A点流向B点的短路容量，MVA； PKAB供电点A短路时，B点流向A点的短路容量，MVA；PKA供电点A的短路容量，MVA。.根据前面的推导，可以得出：即：其中，TBA在母线B上产生的闪变干扰传送至母线A的传送系数。在前面引见的等值电路中， 于是由上面推导的算式可以算出 。同理可得 。由此可见，两母线之间的传送系数不同，必需详细计算。这个例子的计

33、算结果为：传送系数 ；传送系数.4.电压动摇和闪变的计算方法 在普通供电系统中，电压幅值的变化主要是由负荷无功变化引起的，但由于像电弧炉等有不规那么随机特性的负荷，如何确定其无功功率的变化量很困难。 一种引荐的估算方法在前面引见了。结合给出的计算公式，下面再引见两种简单适用的交流电弧炉能够引起的电压动摇的估算方法。.所谓SCVD是指利用电弧炉在开路和短路两种工况下的电压差与额定电压之比的百分数来表示电压动摇值，计算公式为式中，U0是电弧炉在三相开路时的PCC点电压 Ud是电弧炉在三相短路时的PCC点电压 通常将该公式计算的结果称之为短路压降。1、短路压降法.SCVD本质上反响了交流电弧炉三相短

34、路容量与PCC点系统短路容量之比。阅历阐明，导致电压动摇和闪变的任务电流的变化与电弧炉的短路容量有关。根据英国的阅历阐明，SCVD又可表示为：其中，Sd1为电弧炉变压器分接头处于使电极电压为最大档位所对应的电弧炉最大短路容量，MVA ; Sd为PCC点处供电系统全年最小短路容量，MVA。1、短路压降法.算例：以典型的30t电弧炉的供电电路，如以下图为例，请计算其短路电压降，并判别该电弧炉负荷能否允许接入系统。举例阐明1.解：假设电弧炉炉变容量为18MVA，取计算基准短路容量即SB=100MVA，那么以给定SB为基准的电路各电抗的百分值分别为 ， ， ， 总电抗 。 由于容量 ，而且参考母线电压

35、的标 么值等于1，假设X以百分值表示，那么电弧炉的短路容量为.供电电路的短路容量为:于是可分别计算得出电弧炉的短路容量Sd1和供电系统的短路容量Sd为:由此可得断路压降：. 估算出的dmax对照规范规定的各电压等级的允许范围值如下表，可以看出，该电弧炉必需加装补偿安装才允许接入电网。. 经过在对电弧炉的功率圆图分析可知，交流电弧炉无功冲击量有最大值，因此，可以根据给定的电弧炉参数，首先计算出其最大无功功率冲击值 ， 然后估算出短路压降dmax，这种方法称为最大无功功率变动量法。2、最大无功功率变动量法 假设以基准容量SB来表示，那么:. 电弧炉最大无功功率冲击值对应最大电压变动量为： 当知电弧

36、炉短路总电抗X0时 : 电弧炉最大无功功率冲击值对应最大电压变动量为:与额定电压的百分比即为电弧炉的短路压降，于是有： .例：仍以上述的30t电弧炉参数为例，利用最大无功率冲击值预测短路电压降。解： 先将知数据代入前面的计算公式求得最大无功功率冲击值为： 由上例知，在PCC处，X=Xs=17.1%，于是：举例阐明2. 在电弧炉母线FB处，X=XS+XL=19.2%,于是： 同上例一样，对照规范可以见，以上预估测算的两处，最大电压动摇值都已超越允许值，这阐明，须加装补偿安装才允许接入电网。. 需指出的是，以上两种估算短路压降的方法仅给出了判别将要投入供电系统的电弧炉能够产生的电压动摇大小能否超越

37、允许值的方法。而实践上由于闪变的严重与否还与电压动摇的波形和频率有关，因此，还需直接根据闪变值来评定电弧炉对供电系统的影响。 下面给出短路压降与闪变限制间的阅历换算关系式： 短时间闪变值Pst与短路压降dmax之间的换算式为：长时间闪变值Plt与短路压降dmax之间的换算式为：.第五节 电弧炉用电特性分析实际和实际分析阐明，交流电弧炉是供电系统各类功率动摇性负荷中对电压特性影响最大的负荷。其中炼钢用电弧炉比其他用途如消费磷化物、冶炼硅铁等的电弧炉对供电电压的干扰更大。炼钢用交流电弧炉对供电系统产生的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

38、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。.一、电弧炉的根本参数和运转周期加料 熔化期 断电 氧化期 扒渣 复原期普通交流电弧炉的冶炼周期为3-8h，详细时间取决于供电电压高低、电弧炉容量吨位和冶炼资料及其工艺等。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100-600V之间，其中电极压降为40V，电弧压降约为12V/cm。电弧炉的运转周期包括三个阶段：熔化期、氧化期和复原期。左图给出了电弧炉负荷运转周期表示图。熔化期的主要义务是使炉料迅速熔化。炉料进入炉膛时整体呈圆桶状或馒头状。通电起弧后，三相电极迅速插入炉料，炉料

39、熔化的液滴逐渐汇拢于炉底。熔化期约为0.5-2h，但在此期间耗费的电能最大，约占一个投运周期总耗电量的60%-70%。.加料 熔化期 断电 氧化期 扒渣 复原期一、电弧炉的根本参数和运转周期氧化期的主要义务是脱磷及去气、去夹杂。当炉料全部熔化，温度适宜普通为1570C时，经过供氧脱碳，令钢水沸腾，使其中的气体和夹杂物上浮，并使钢中磷的含量下降。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。.二、电弧炉运转的电气特性经过对电弧炉运转过程的分析可知，其电气特性有如下特点：1所耗费的功率剧烈而快速，并且出现随机性变化，它由炼钢周期中的熔化过程和技术条件等要素决议。2电能质量下降程度最大和时

40、变性最强的时辰发生在熔化期。3氧化和复原的精炼期电压动摇调和波含量显著降低。4电能质量的性质和电能质量下降的程度随熔化期运转条件的不断变化而有所不同，取决于电弧炉的容量和类型，熔化资料的成分和性质。另外，炼钢厂电弧炉台数的多少对电能质量呵斥的影响也会不同。.电弧炉运转引起的电能质量冲击的要素包括：1大电流电感支路。电弧炉大电流电感支路的感应率是由大电流导体的几何外形决议的。在实践中导体的总几何对称性总会有偏向，又由于存在强磁场，它会引起不对称互感系数。这个不对称的互感系数将作为不同相的感抗，于是电弧炉变压器二次侧称为不对称负荷。2在电极与熔化的炉料间熄灭的电弧。使电能质量降低的更主要的缘由是三

41、个自在熄灭的大电流电弧。首先这些电弧是非线性电阻性的，于是电弧熄灭时就产生了谐波电流。又由于石墨电极的阳极和阴极的压降不同，所以还存在偶次谐波。三个电弧在电气上式不对称的，故出现了零序性系统谐波。.如前所述，电压动摇大小与负荷的无功功率变动量成正比。因此有必要首先分析电弧炉的功率变化规律，进而推导出电弧炉无功功率变动量最大值计算公式。这里，采用简化电弧炉供电等值电路单线图。图中U0为电弧炉空载时的供电电源开路电压；X0为电弧炉主电路的总阻抗：R为主电路的总阻抗，主要反映了时变电极的电阻，并且假设R为线性变化，P+jQ为主电路的复功率。设电弧炉的短路容量为：且知负荷的有功功率负荷无功功率为三、电

42、弧炉的功率变化圆图.三、电弧炉的功率变化圆图当电弧炉三相电极与炉料构成短路时，对应图中的D点，此时R=0，I=Id=U0/X0, P=0, 为电弧炉的短路容量。实践运转在三相短路时功率因数 ，其中 为短路时回路的阻抗角，对应图中的B点。 .三、电弧炉的功率变化圆图当弧熄时，对于图中的0点。实际上，当 时， ， 对应图中的F点。普通电弧炉的额定运转点选择对应图中的A点为熔化期的额定运转点。 为额定运转的阻抗角，此时的功率因数 。.三、电弧炉的功率变化圆图对照右图来看，通常取 为最大无功功率变动量 ，它等于三相电极短路时的无功功率 与熔化期额定运转点的无功功率 之差，即而 ， ，即可以得出实践上，

43、 上式可以简化为：.三、电弧炉的功率变化圆图经过上述方法，获得交流电弧炉无功功率冲击量的最大值电极短路时无功功率-正常运转时无功功率这一引荐方法在电弧炉负荷对电压影响的工程实践丈量和估算中是很有用的。.四、线性时变电弧电阻模型上述的研讨阐明，能否准确地建立电弧炉负荷模型是进展电能质量研讨的重要先决条件。与以往的单相线性电弧炉模型不同，本节引见一种改良的三相非线性时变电弧电阻模型。这个模型是在对实践u-i特性曲线分段线性化的根底上，根据电弧炉负荷耗费的功率计算出时变电弧电阻的幅值。等值电弧电阻是以时间为自变量延续变化的随机函数，所以选用电弧电阻不同的时变规那么替代弧长不同的时变规那么，就可以实现

44、具有控制环节的电压动摇过程仿真。动态负荷模型那么思索了周期性变化规那么的电弧电阻。一旦建立了表示电弧电阻变化的模型，就可以评价不同供电系统中由于电弧炉运转呵斥电压动摇的结果。. 四、线性时变电弧电阻模型 其中，f 是闪变频率；R1是与实践电弧炉负荷运转条件相联络的恒定阻值，其值选择是由弧长的变化范围及电弧炉负荷耗费的功率决议的。 2、线性化求电弧恒定电阻 电弧弧长通常在0 20cm 范围变化，电弧炉耗费的平均功率P = 42 MW。 为对电弧炉负荷进展数值分析，需建立电弧炉的负荷模型，负荷模型可用功率、阻抗表示。这里引见一种改良的三相线性时变电弧电阻模型求取方法。 1、定义电弧电阻：. 对实践

45、电弧炉 的v-i 特性曲线分段线性化，即列出以下图曲线线性段OA 和 AB段的公式，电弧炉耗费的功率是线性化曲线的面积。因此R1可求。四、线性时变电弧电阻模型 电弧阻抗模型确定之后，可得到用电弧炉阻抗模型表示的三相电弧炉系统等值电路，以及电弧炉系统方程，可对电弧炉引起的电压动摇进展数值仿真分析。. 根据上述电弧炉系统方程，可用MATLAB对弧炉的电压动摇进展动态仿真。本例仿真结果如下所示。令 ， ，R1= RaARaB，以及R2=RaBRaC，整理可得电弧炉系统的方程为： 四、线性时变电弧电阻模型令 ，列写回路电压方程，得到.电弧炉电压、电流仿真结果.第六节 电压动摇和闪变的丈量一、电压动摇的

46、检测方法 电压动摇与闪变的丈量是与评价规范严密相连的。目前，在我国的电能质量规范中，关于电压动摇和闪变的内容曾经与IEC国际规范接轨，为此，本节主要引见IEC闪变丈量方法。.一、电压动摇的检测方法 常用的电压动摇检测方法有整流检测法、有效值检测法和同步检测法。IEC引荐的闪变测丈量方法是同步检测法。 为了检测出电压动摇分量，通常可将电压动摇看成以工频电压为载波，其电压的均方根值或峰值遭到以电压动摇分量为调制波的调制。对于任何波形的调幅波均可以看作是由各种频率分量合成的。. 为了保证分析简化而又不失普通性，我们可以分析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：式中： U

47、m工频载波电压的幅值，V; wN工频载波电压的角频率，Hz； v(wFt)调幅波电压，V； wF调幅波电压的角频率，Hz。.假设调幅波电压为单一频率的正弦波形，那么 有：式中，m称为幅值系数， ，要求m1，否那么将出现包络线畸变。调幅波电压幅值载波电压幅值.按照同步检测方法，可将调制波电压自乘求平方，得： 可见，调制波电压的平方项除了有直流成分外，含有以下频率分量： 、 、 、 . 假设利用0.0535Hz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，且思索到，由于实践上的调制指数 ，存在的调幅波电压的倍频分量幅值远小于调幅波的幅值，可忽略不计。因此，滤波后便可实现解调，获得近似加权的调幅波电压 ，即： 知相对电压变动值为 ，且假定调幅波为正弦函数波形，那么有：.将上面两式合并，可得用相对电压动摇d参量表示的表达式：.二、IE