（电工理论与新技术专业论文）电能质量分析系统研究.pdf

东北大学硕士学位论文 abs tract s t u d y o n a n a l y s i s s y s t e m o f p o w e r qu a l i t y ab s t r a c t t h i s t h e s i s o p e n s u p t h e p o w e r q u a l i t y a n a l y s i s s y s t e m a c c o r d i n g o n p r a c t i c e r e q u e s t . b a s i n g o n c o u n t r y s t a n d a r d o n p o w e r q u a l i t y d e s c r i p t i o n m a r k a n d t r a d i t i o n a l c o n t i n u a l s y s t e m s t h e o r y , i n t r o d u c e s i n t o d i g i t a l c o m p u t e me t h o d s a n d m e n d s s o m e o f t h e m. e a c h c o m p u t e m e t h o d h a s b e e n s i mu l a t e d b y u s i n g ma t l a b . t h e s i mu l a t e d r e s u l t s h o w s wt c a n b e u s e d t o r e c o g n i z e t r a n s i e n t d i s t u r b a n c e i n p o w e r q u a l i t y a n a l y s i s s y s t e m a n d d i v i d e a s i g n a l f r o m mi x e d s i g n a l , w h i c h i s mi x e d w i t h n o i s e . t h e s i m u l a t i o n r e s u l t a l s o s h o w s f f t c a n b e u s e d t o a n a l y s e s s t e a d y d i s t u r b a n c e s i g n a l . i n t h e f o l l o w i n g , a c c o r d i n g o n s y s t e m r e q u e s t m e n t , w h i c h i n c l u d e s h i g h s p e e d mc u , s t e a d y s y s t e m ，g o o d r e a l t i m e , f a v o r i t e c o m m u n i c a t i o n i n t e r f a c e , g o o d i n t e r f a c e , d e v e l o p me n t e a s y a n d g o o d e x t e n s i o n , a n a l y s e s a n d s e l e c t s mc u , h a r d w a r e p l a t f o r m a n d s o f t w a r e d e v e l o p p l a t f o r m , g e t t h e s c h e m e o f p o w e r q u a l i t y a n a l y s i s s y s t e m , w h i c h i s u s i n g v i s u a l c # .n e t d e v e l o p wi n d o w s c e u s e r p r o g r a m o n r - t e c h h a r d w a r e p l a t f o r m. t h i s t h e s i s r e a l i z e s t h e d e v e l o p m e n t o f p o w e r q u a l i t y a n a l y s i s s y s t e m o n h a r d w a r e p l a t f o r m a n d t h e s i m u l a t i o n s y s t e m o n p c . u s e t h e s i mu l a t i o n s y s t e m t o t e s t t h e a n a l y s i s s y s t e m . t h e t e s t r e s u l t s h o w t h e r e s u l t o f a n a l y s i s s y s t e m i s t h e s a me a s t h e r e s u l t o f r e a l c o n t i n u a l s y s t e m, s o w e g e t t h a t t h e a n a l y s i s s y s t e m c a n c o r r e c t l y s h o w t h e r e a l i t y p o w e r q u a l i t y . k e y w o r d s : p o w e r q u a l i t y , wa v e l e t f i l t e r , wi n d o w s c e ，v i s u a l c # . n e t i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。 论文中取得的研究成 果除加以标注和致谢的地方外， 不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果， 也 不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 直立 泉 日期: ms s . 2 , a 8 . 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使 用学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名;否则视为不同意。 ) 学 位 论 文 作 者 签 名 : 太 之 氛 签 字 日 期 : ，。 ， 、 2 , 2 9 导 师 签 名 : 剧_二 签 字 日 期 : p 7 0 5 , j . 东北大学硕士学 位论文第一章 引言 钻 一 音己i 吉 7 p下 二j 1 f a 1 . 1 问题的提出 在现代社会生活中，电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度是 一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展，人 类对电能的需求日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高。伴随着高 技术的新型电力负荷迅速发展以及它们对电能质量不断提出的更高要求， 电能质量问题逐渐受到电力企业和用户的共同关注。 其主要原因有以下几 个方面: ( i ) 为了 提高劳动生产率和自 动化水平，大量基于计算机系统的控制设 备和电子装置投入使用，这些装置对电能质量非常敏感; ( 2 ) 现代电力系统中用电负荷结构发生了重大的变化，诸如半导体整流 器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用 电器等负荷的迅速发展，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电 特性，使电网的电压波形发生畸变，或引起电压波动和闪变以及三 相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电方的电能质量造成严 重的干扰或 “ 污染” ; ( 3 )电能作为商品，在电力市场运行机制下不同的发电公司，包括独立 电能生产者，在发电侧实行竞争;输配电系统( 电力公司) 与发电分 离，独立经营管理，为发电公司和用户提供转运电能服务:用户侧 也可以作为独立实体参加价格控制。这样一个开放和鼓励竟争的运 行环境，必然对电能质量提出越来越高的要求，并促使电能质量标 准化的发展和不断完善。 由于电能质量关系重大，已引起世界各国的广泛重视，其中美、日等 发达国家己经进行了多年的研究，取得了许多重要的理论和应用成果。一 方面采取种种可能的技术措施， 抑制电能质量的恶化， 使其尽量得到改善; 另一方面在系统中的特殊点装设专门的电能监视装置，准确及时地检测出 东北大学硕士学 位论文第一章 引言 钻 一 音己i 吉 7 p下 二j 1 f a 1 . 1 问题的提出 在现代社会生活中，电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度是 一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展，人 类对电能的需求日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高。伴随着高 技术的新型电力负荷迅速发展以及它们对电能质量不断提出的更高要求， 电能质量问题逐渐受到电力企业和用户的共同关注。 其主要原因有以下几 个方面: ( i ) 为了 提高劳动生产率和自 动化水平，大量基于计算机系统的控制设 备和电子装置投入使用，这些装置对电能质量非常敏感; ( 2 ) 现代电力系统中用电负荷结构发生了重大的变化，诸如半导体整流 器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用 电器等负荷的迅速发展，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电 特性，使电网的电压波形发生畸变，或引起电压波动和闪变以及三 相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电方的电能质量造成严 重的干扰或 “ 污染” ; ( 3 )电能作为商品，在电力市场运行机制下不同的发电公司，包括独立 电能生产者，在发电侧实行竞争;输配电系统( 电力公司) 与发电分 离，独立经营管理，为发电公司和用户提供转运电能服务:用户侧 也可以作为独立实体参加价格控制。这样一个开放和鼓励竟争的运 行环境，必然对电能质量提出越来越高的要求，并促使电能质量标 准化的发展和不断完善。 由于电能质量关系重大，已引起世界各国的广泛重视，其中美、日等 发达国家己经进行了多年的研究，取得了许多重要的理论和应用成果。一 方面采取种种可能的技术措施， 抑制电能质量的恶化， 使其尽量得到改善; 另一方面在系统中的特殊点装设专门的电能监视装置，准确及时地检测出 东 北大学硕士学 位论文 电能质量方面存在的问题 第一章 引言 长期以来，我国的电力供应一直比较紧张，人们关注的焦点主要在电 力供应量方面，对电能质量关心不多，通常只对电压、频率两个指标进行 考核。近年来，随着电力供应紧张局面的初步缓解、电能质量的日益恶化 和用户对电能质量要求的不断提高， 这一问题己引起了各级电力部门的高 度重视， 国家已颁布了有关的技术标准 ” 【 日 ” 。 ， “ 。 专门监视记录电压 合格率的自动装置已在一些电力部门投入实际运行， 不少的微机式故障录 波器、变电站自动化系统等装置中也考虑了兼顾电能质量监视的问题。然 而，到目前为止，这些装置在电能质量监视方面的功能还比较单一，不具 备综合分析和判断功能，一般也不具备异常报警功能，致使电能异常现象 不能及时被发现，产生严重的后果。因此利用先进的技术手段，采用精确 合理的计算方法，研制功能齐全、性能优良、安装简单、使用方便的电能 质量综合监测与分析系统， 是十分必要的， 对提高电力系统供电的安全性、 可靠性和经济性，保证用电设备的正常工作和工农业生产的持续高效， 都 有十分重要意义。 1 . 2 定义和分类 电能质量主要是包括反应通过公用电网供给用户端的交流电能的品质 的一些参数。理想的三相交流电力系统应以恒定的频率、正弦波形和标准 的电压向用户供电， 各相的电压和电流应处于幅值大小相等、 相位互差1 2 0 的对称状态。然而，实际上由于系统中的发电机、变压器和线路等设备的 非线性或不对称，负荷性质各异且变化的随机性，调控手段的不完善以及 运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此 就产生了电能质量问题。 国内外对电能质量确切的定义至今尚没有形成统一的共识。国际电力 电子工程师协会i e e e对电能质量的定义是: “ 合格电能质量的概念指给敏 感设备提供的电力和设置的接地系统是都适合于该设备正常工作的” ，并 己 正式采用了 “ p o w e r q u a l i t y ( 电 能质量) 这一术语 f 2 1 1 13 1 。国际电 力电 东 北大学硕士学 位论文 电能质量方面存在的问题 第一章 引言 长期以来，我国的电力供应一直比较紧张，人们关注的焦点主要在电 力供应量方面，对电能质量关心不多，通常只对电压、频率两个指标进行 考核。近年来，随着电力供应紧张局面的初步缓解、电能质量的日益恶化 和用户对电能质量要求的不断提高， 这一问题己引起了各级电力部门的高 度重视， 国家已颁布了有关的技术标准 ” 【 日 ” 。 ， “ 。 专门监视记录电压 合格率的自动装置已在一些电力部门投入实际运行， 不少的微机式故障录 波器、变电站自动化系统等装置中也考虑了兼顾电能质量监视的问题。然 而，到目前为止，这些装置在电能质量监视方面的功能还比较单一，不具 备综合分析和判断功能，一般也不具备异常报警功能，致使电能异常现象 不能及时被发现，产生严重的后果。因此利用先进的技术手段，采用精确 合理的计算方法，研制功能齐全、性能优良、安装简单、使用方便的电能 质量综合监测与分析系统， 是十分必要的， 对提高电力系统供电的安全性、 可靠性和经济性，保证用电设备的正常工作和工农业生产的持续高效， 都 有十分重要意义。 1 . 2 定义和分类 电能质量主要是包括反应通过公用电网供给用户端的交流电能的品质 的一些参数。理想的三相交流电力系统应以恒定的频率、正弦波形和标准 的电压向用户供电， 各相的电压和电流应处于幅值大小相等、 相位互差1 2 0 的对称状态。然而，实际上由于系统中的发电机、变压器和线路等设备的 非线性或不对称，负荷性质各异且变化的随机性，调控手段的不完善以及 运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此 就产生了电能质量问题。 国内外对电能质量确切的定义至今尚没有形成统一的共识。国际电力 电子工程师协会i e e e对电能质量的定义是: “ 合格电能质量的概念指给敏 感设备提供的电力和设置的接地系统是都适合于该设备正常工作的” ，并 己 正式采用了 “ p o w e r q u a l i t y ( 电 能质量) 这一术语 f 2 1 1 13 1 。国际电 力电 东北大学硕士学 位论文 子工程师协会 i e e e根据电压扰动的频谱特性 、持续时间、 第一章 引言 幅值变化等将 其进行了细分，并对供电系统典型的电磁干扰现象进行了特征分类，为准 确地区分电压暂态现象提供可靠依据，见表 1 , 1 . 表1 . 1 i e e e 例定的电力系统电磁现橄的特性今致分类 t a b l e 1 . 1 i e e e e s t a b l i s h c h a r a c t e r p a r a m e t e r s o r t s o f e l e c t r i c p o w e r s y s t e m s e l e c t r o m a g n e t i s m p h e n o m e n a 类别典型频谱典型持续时间典型电压幅值 瞬变现象 冲击脉冲 纳秒级5 n s 上升 1刀is 振荡 低频 5 khz0 . 3 -5 0 ms 。 一4 p -户 中频5 -5 0 0 khz2 0 声 s0 - - e p ./ l . 高频0 . 5 -5 mh z5 尸 s0 -4 p .,a . 短 时 间 电 压 波动 瞬时 暂降0 . 5 -3 0 周波0 . 1 -0 . 9 p 尹 暂升0 . 5 - 3 0 周波1 . 1 - 1 . 8 p .p . 衡时 中断0 . 5周波3 s 1 nun 1 . 1 - 1 . 2 p . f l . 电压不平衡称态0 . 5 %-2 % 波形畸变 直流偏里稳态 0 - 0 . 1 谐波0 -1 0 0 t h稳态 0 -2 0 间谐波0 -6 k h2称态0 -2 % 陷波 称态 嗓声宽带 稳态 0 - - 1 电压波动 2 5 hz间歇 0 . 1 0%7 % 工频变化 1 0s 国际电工委员会( i e c ) 没有采用 “ p o w e r q u a l i t y ”这一术语， 而是提出 东 北大 学 硕士学 位论文第 一 章 引 言 使用 “ e mc ( 电磁兼容)的概念，它对电磁兼容的定义是: “ 系统或设备 在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其它系统和设备造成干扰” 。 指出和强调设备和设备之间、电源与设备之间的相互作用和影响，并确定 了谐波电压的兼容性水平。 国际电工委员会 i e c从电磁兼容及相互干扰的 角度考虑，对引起电磁千扰的基本现象进行了分类，见表 1 . 2 0 表 1 . 2 i e c 关于引起电磁扰动的蓦本现象分类 t a b l e 1 . 2 i e c s o r t s o f a r o u s e e l e c t r o m a g n e t i s m d i s t u r b e s s e n c e p h e n o m e n a 现象 分 类一 现 象一 分 类 传导型低频现象 谐波，间谐波辐射型低频现象工频电磁场 信号系统 ( 电力线裁 波) 辐射型高频现象 班场 电场电压波动 电磁场电压暂降和中断 连续波电压不平衡 瞬变工频变化 感 应 低 频 电 压一 。 电 放 电 现 象 ( e s o ) 交流电网中的直流成 分 核电磁脉冲 ( n e y p ) 传导型高频现象 感应连续波电压或电 流 单方向脾变 振荡性瞬变 我国根据电网电能质量的概念主要引用国际电力电子工程师协会 i e e e 对电能质量的概念并且制定了以下国家标准: g b / t 1 5 5 4 3 一一1 9 9 5 电能质量 三相电压允许不平衡度 g b / t 1 8 4 8 1 一一2 0 0 1 电能质量 暂时过电压和瞬态过电压 g b / t 1 2 3 2 5 一一2 0 0 3 电能质量 供电电压允许偏差 g b / t 1 5 9 4 5 一一1 9 9 5 电能质量 电力系统频率允许偏差 g b / t 1 2 3 2 6 -2 0 0 0 电能质量 电压波动和闪变 g b / t 1 4 5 4 9 一一9 3 电能质量 公用电网谐波 如何描述供电与用电 ( 电力系统与负荷)双方的互相作用和影响，并 东北大学硕士学位论文 且给出相应的技术定义仍是人们不断探索的问题 技术名词和定义方法是:从工程实用角度出发， 体分解并给出解释如下: 第一章 引言 一种普遍接受和采用的 将 电能质量概念进一步具 电压质量: 实际电压和理想电压的偏差; 电流质量: 电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外， 还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因数运行; 供电质量: 技术含义指电压质量和供电可靠性， 非技术含义指服务质 量; 用电质量: 包括电流质量与反映供用双方相互作用和影响中的用电 方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数缴纳电费 等 。 (l(2(3(4 1 . 3电能质量分析系统的现状 电能质量的分析技术实际上就是对电力系统各种信号( 如电压、 电流等) 进行分析处理。傅里叶 ( f o u r i e r )变换作为经典的信号处理手段在电能质 量分析中发挥了重要作用。 f o u r i e r 变换能够将信号的时域和频域特征联系 起来，分别从信号的时域或频域观察， 但是它却不能把二者有机地结合起 来， 没有局部化分析信号的功能，因此，不能有效地对各种暂态电能扰动 的时频特性进行分析。 小波理论是f o u r i e r 分析思想方法的发展和延拓。 小波变换是一种信号 的时间和频率分析方法，它具有多分辨率分析 ( mu l t i - r e s o l u t i o n - a n a l y s i s ) 的特点， 而且在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力， 是 一种窗口大小固定不变， 但时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析 方法，很适合于探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并展示其成分。 近年 来，小波变换在电能质量分析领域中有了较为广泛的应用，它通过对不同 的频率成分采用逐渐精细的采样步长，可以聚焦到信号的任意细节，能很 好地处理微弱或突变信号，适合于分析具有瞬变特性的电能质量问题。然 而，电能扰动的频率范围非常广泛，如由于电弧炉引起电压闪变扰动的频 率仅有几十赫兹，而雷电冲击却高达数兆赫兹。单纯使用小波分析的方法 东北大学硕士学位论文 且给出相应的技术定义仍是人们不断探索的问题 技术名词和定义方法是:从工程实用角度出发， 体分解并给出解释如下: 第一章 引言 一种普遍接受和采用的 将 电能质量概念进一步具 电压质量: 实际电压和理想电压的偏差; 电流质量: 电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外， 还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因数运行; 供电质量: 技术含义指电压质量和供电可靠性， 非技术含义指服务质 量; 用电质量: 包括电流质量与反映供用双方相互作用和影响中的用电 方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数缴纳电费 等 。 (l(2(3(4 1 . 3电能质量分析系统的现状 电能质量的分析技术实际上就是对电力系统各种信号( 如电压、 电流等) 进行分析处理。傅里叶 ( f o u r i e r )变换作为经典的信号处理手段在电能质 量分析中发挥了重要作用。 f o u r i e r 变换能够将信号的时域和频域特征联系 起来，分别从信号的时域或频域观察， 但是它却不能把二者有机地结合起 来， 没有局部化分析信号的功能，因此，不能有效地对各种暂态电能扰动 的时频特性进行分析。 小波理论是f o u r i e r 分析思想方法的发展和延拓。 小波变换是一种信号 的时间和频率分析方法，它具有多分辨率分析 ( mu l t i - r e s o l u t i o n - a n a l y s i s ) 的特点， 而且在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力， 是 一种窗口大小固定不变， 但时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析 方法，很适合于探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并展示其成分。 近年 来，小波变换在电能质量分析领域中有了较为广泛的应用，它通过对不同 的频率成分采用逐渐精细的采样步长，可以聚焦到信号的任意细节，能很 好地处理微弱或突变信号，适合于分析具有瞬变特性的电能质量问题。然 而，电能扰动的频率范围非常广泛，如由于电弧炉引起电压闪变扰动的频 率仅有几十赫兹，而雷电冲击却高达数兆赫兹。单纯使用小波分析的方法 东 北大学硕士学位论文第一章 引言 提取全部电能扰动的信息，并没有充分发挥小波变换对信号奇异性敏感的 特点。如果将 f o u r i e r变换和小波变换方法有机结合，充分发挥它们各自 的优势，应该是电能质量分析技术发展的一条良好途径。 总之，建立完善的全过程电能质量监测分析系统，旨在对电力系统运 行做永久性监测，及时记录供电系统的千扰，充分利用电网己有的通信资 源传递数据和信息，应用更好的分析方法找出千扰的原因，提出减轻干扰 影响的方案和措施， 提高电网运行和管理水平， 向用户提供高质量的电能。 东 北大学 硕士学 位论文第二章 总体设计 第二章 总体设计 在总体设计前必须了解什么是电能质量的描述。电能质量的描述是用 一些定量的指标来刻画电能质量的优劣。 2 . 1 电能质量的描述 2 . 1 . 1电力系统频率的偏差 ( 1 ) 定义r ， 所谓频率偏差是指电力系统频率的实际值和标称值( 我国为 5 0 i f z ) 之 琴 二 .f 一 几 了 一一一一一频率的实际值; ( 2 . 1 ) .f a 一 一 一 一 频 率 的 标 称 值( 我 国 为5 0 h z ) 产生原因 系统负荷功率总需求 ( 包括电能传输环节的损耗)与系统电源的总供 0、.声 差(2 给相互平衡时，才能维持所有发电机组转速恒定。但是，电力系统中的负 荷以及发电机组的出力随时都在发生变化。当发电机与负荷间出现有功功 率不平衡时，系统频率就会发生变动，出现频率偏差。 ( 3 )危害 对负荷的危害: a )产品质量没有保障; b )降低劳动生产率; c )使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。 对电力系统的危害: a )降低发电机组的效率， 严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩 溃; 东 北大学 硕士学 位论文第二章 总体设计 第二章 总体设计 在总体设计前必须了解什么是电能质量的描述。电能质量的描述是用 一些定量的指标来刻画电能质量的优劣。 2 . 1 电能质量的描述 2 . 1 . 1电力系统频率的偏差 ( 1 ) 定义r ， 所谓频率偏差是指电力系统频率的实际值和标称值( 我国为 5 0 i f z ) 之 琴 二 .f 一 几 了 一一一一一频率的实际值; ( 2 . 1 ) .f a 一 一 一 一 频 率 的 标 称 值( 我 国 为5 0 h z ) 产生原因 系统负荷功率总需求 ( 包括电能传输环节的损耗)与系统电源的总供 0、.声 差(2 给相互平衡时，才能维持所有发电机组转速恒定。但是，电力系统中的负 荷以及发电机组的出力随时都在发生变化。当发电机与负荷间出现有功功 率不平衡时，系统频率就会发生变动，出现频率偏差。 ( 3 )危害 对负荷的危害: a )产品质量没有保障; b )降低劳动生产率; c )使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。 对电力系统的危害: a )降低发电机组的效率， 严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩 溃; 东北大学硕士学位论文第二章 总体设计 b )汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振， 造成叶片疲劳损伤 和断裂 。 2 . 1 . 2供电电压偏差 ( 1 )定义川 电压允许偏差是指电力系统电压缓慢变化时，实际电压与系统标称电 压之差。实际电压值与系统标称电压之差，可用标么值表示。 电 压偏差( 0i 0 ) 实际电压一 标称系统电压 标称系统电压 x1 0 0 %( 2 . 2 ) ( 2 ) 产生原因 形成电压偏差的主要原因包括: a )电网存在负荷峰谷值的变化或大容量负荷率的变化影响较 大: b )系统网架结构不合理，供电电源点不靠近用电负荷中心，或 导线的有效截面积偏小，或系统的阻抗值偏大; c )供电半径过大，超过合理的允许范围，造成线路末端的电源 电压明显偏低; d )无功负荷没有遵循就地平衡的原则; e )有载调压设备配置没有达到有关规定，不符合实现有关带负 荷电压调整的要求。 ( 3 )危害 用电设备设计在额定电压时性能最好、效率最高，电压偏离额定值时， 其性能和效率都会降低， 有的还会减少使用寿命; 电压偏差超过一定值时， 会引起设备的损坏。影响电网稳定、经济运行。 2 . 1 . 3电压波动和闪变 ( 1 ) 定义【 6 1 电压波动是指一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。电压 波动值为电压均方根值 ( 有效值，下文中不作特别说明时均方根值就是有 效值)的两个极值 ( u m a x 和呱。 )之差a u， 通常以其额定电压u * 的百分 东北大学硕士学位论文第二章 总体设计 b )汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振， 造成叶片疲劳损伤 和断裂 。 2 . 1 . 2供电电压偏差 ( 1 )定义川 电压允许偏差是指电力系统电压缓慢变化时，实际电压与系统标称电 压之差。实际电压值与系统标称电压之差，可用标么值表示。 电 压偏差( 0i 0 ) 实际电压一 标称系统电压 标称系统电压 x1 0 0 %( 2 . 2 ) ( 2 ) 产生原因 形成电压偏差的主要原因包括: a )电网存在负荷峰谷值的变化或大容量负荷率的变化影响较 大: b )系统网架结构不合理，供电电源点不靠近用电负荷中心，或 导线的有效截面积偏小，或系统的阻抗值偏大; c )供电半径过大，超过合理的允许范围，造成线路末端的电源 电压明显偏低; d )无功负荷没有遵循就地平衡的原则; e )有载调压设备配置没有达到有关规定，不符合实现有关带负 荷电压调整的要求。 ( 3 )危害 用电设备设计在额定电压时性能最好、效率最高，电压偏离额定值时， 其性能和效率都会降低， 有的还会减少使用寿命; 电压偏差超过一定值时， 会引起设备的损坏。影响电网稳定、经济运行。 2 . 1 . 3电压波动和闪变 ( 1 ) 定义【 6 1 电压波动是指一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。电压 波动值为电压均方根值 ( 有效值，下文中不作特别说明时均方根值就是有 效值)的两个极值 ( u m a x 和呱。 )之差a u， 通常以其额定电压u * 的百分 东北大学硕士学位论文第二章 总体设计 b )汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振， 造成叶片疲劳损伤 和断裂 。 2 . 1 . 2供电电压偏差 ( 1 )定义川 电压允许偏差是指电力系统电压缓慢变化时，实际电压与系统标称电 压之差。实际电压值与系统标称电压之差，可用标么值表示。 电 压偏差( 0i 0 ) 实际电压一 标称系统电压 标称系统电压 x1 0 0 %( 2 . 2 ) ( 2 ) 产生原因 形成电压偏差的主要原因包括: a )电网存在负荷峰谷值的变化或大容量负荷率的变化影响较 大: b )系统网架结构不合理，供电电源点不靠近用电负荷中心，或 导线的有效截面积偏小，或系统的阻抗值偏大; c )供电半径过大，超过合理的允许范围，造成线路末端的电源 电压明显偏低; d )无功负荷没有遵循就地平衡的原则; e )有载调压设备配置没有达到有关规定，不符合实现有关带负 荷电压调整的要求。 ( 3 )危害 用电设备设计在额定电压时性能最好、效率最高，电压偏离额定值时， 其性能和效率都会降低， 有的还会减少使用寿命; 电压偏差超过一定值时， 会引起设备的损坏。影响电网稳定、经济运行。 2 . 1 . 3电压波动和闪变 ( 1 ) 定义【 6 1 电压波动是指一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。电压 波动值为电压均方根值 ( 有效值，下文中不作特别说明时均方根值就是有 效值)的两个极值 ( u m a x 和呱。 )之差a u， 通常以其额定电压u * 的百分 东 非大学硕士学位论文 数来表示其相对百分值 ， 第二章 总体设计 d _ 竺x 1 0 0 % u , , d = u 燮 - u 虹 x 1 0 0 % ( 2 . 3 ) u n 电压闪变是指人眼对由电压波动所引起的照明异常的视觉感受，它通 常是以白炽灯的工况作为判断。闪变可分为周期性和非周期性两种，前者 主要是由于周期性的电压波动引起的，如往复式压缩机、电弧炉等;后者 往往与随机性电压波动有关，如电焊机等。闪变的主要决定因素有: 供电电压波动的幅值、频率和波形; 照明装置，以对白炽灯的照明度波动影响最大，而且与白炽灯的 瓦数和额定电压等有关; 人对闪变的主观视感。 a)b) 以下的论述均是根据 i e c 推荐的闪变测量原理。 。 )闪变觉察率f ( % ) 和瞬时闪变视感度s ( t ) 为了解闪变对人的视觉反应程度，i e c推荐采用不同波形、频度、幅 值的调幅波和工频电压作为载波向工频2 2 0 v , 6 0 w白炽灯供电照明， 经观察 者抽样调查，闪变觉察率f ( 0/ a ) 的统计公式为: f _ 一三 丝 匕- x 1 0 0 % a+b+c+d 式中a 一一没有觉察的人数 b - ， 一略有觉察的人数 乙 =一有明显觉察的人数 刀 -一不能忍受的人数 电压波动引起照度波动对人的主观视觉反应称为瞬时闪变视感度 ( i n s t a n t a n e o u s fl i c k e r s e n s a t i o n l e v e l ) 。通常以闪变觉察率为5 0 %作为瞬时 闪变视感度的 衡里单位，即定义为s = l 觉察单位( u n i t o f p e r c e p t i b i l i t y ) o 与s = l 觉察单位相对应的电压波动值d ( % ) 如图 2 . 1所示。图中画出 s = 1 觉察单位的正弦和矩形电压波动曲线，这是研究闪变的实验依据。 东北大学硕士学位论文 第二章 总体设计 1 0 a ui u ( % 一 、 0 . 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 r ( m i n - 与 圈2 . 1 s=1觉察单位的电压波动与频串的关系曲线 f i g u r e 2 . 1 s二1 v o l t a g e f l u c t u a t i o n a n d f l i c k e r r e l a t i o n c u r v e b )视感度系数k ( f ) 和灯 一一眼 一一脑环节的 传递系数 人脑神经对照度变化需要有最低的记忆时间，高于某一频率的照度波 动普通人便觉察不到，这一频率称为停闪频率。根据统计，人的眼和脑对 白炽灯照度波动的视感，对于 2 2 0 v , 6 0 w 白炽灯的闪变觉察频率范围约 为1 一 2 5 h z ，闪变敏感的频率范围约为6 - 1 2 h z ，正弦波幅值在8 . 8 h z 的照 度波动最为敏感。 人对照度波动的最大觉察频率范围不会超过0 .0 5 - 3 5 h z . 这两个频率限制称为截止频率。截止频率的上限又称为停闪频率。闪变是 经过灯一一眼一一脑环节反映人对照度波动的主观感受，引入视感度系数 k ( f ) 可以更为本质地描述灯一一眼一一脑环节的频率特性。 i e c推荐的视 感度系数: k( f ) = s = 1 觉察单位的 8 . 8 h z 正弦电 压波动 d ( % ) s = 1 觉察单 位的 f h z 正 弦电 压 波 动 d ( % ) ( 2 . 4 ) 根据式( 2 . 4 ) 和由图2 . 1 查出的数据计算，便可以得到s = 1 觉察单位的视感 度系数k ( f ) 的频率特性曲 线， 如图2 .2 所示。 根据自动控制理论分析，电压波动对电灯照度波动的影响可用传递 东北大学 硕士学 位论文第二章 总 体设计 函数对灯一一眼一一脑环节从本质上进行表述， 这使研究闪变对人的主观 视感的影响提高到适当的理论高度。 为得到具有一定理论高度且在工程上 有实用价值的传递函数，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、 振荡环节) 来逼近图2 . 2 中的k ( f ) 曲 线，各环节的系数根据均方差最小的原 oqr叶时匕54nj。q l众众认氏氏氏氏氏 只味 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 了 u f z ) 19 2 . 2 视 感 r 9 . 1 5 4 9 4 r o , = 2 j r 2 .2 7 9 7 9 , w , = 2 1 r 1 .2 2 5 3 5 , m 4 = 2 ; r 2 1 . 9 c )短时闪变值p p 是通过对瞬时闪变视感度s ( t ) 用积累概率函数( c p f ) 的方法进行分 析得到。 在观察期内( 1 0 m i n ) ， 对s ( t ) 进行统计。 图2 .3 为了 简明 起见， 分 为1 0 级。 以 第7 级 为 例 ， 由 图2 . 3 . 不 二 艺 ， 用 p f , 代 表s 值 处 于7 级 东北大学硕士学位论文第二章 总体设计 ( 或1 .2 - 1 .4 p .p . )的时间不占总观察时间的百分数，相继求出 c p 月 ( i = 1 - - 1 0 ) 即可以 作出图2 . 4 c p f曲 线。 s ( t ) 八 / / 门. / ri 卜 1i 厂 一 厂 a ) 口 .一 ，一11( 尸 j 叭 5( / 甲 顽 勺 一11ii少 采 样 ， ， / 1一 / 一一一 甲 绷肠9 0806 5 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 一一一一- - 日卜 t ( 次) 图 2 . 3 s ( t )分级计时 f i g u r e 2 . 3 g r a d e t i m e 几1.卜.!.!.lr己 ( 次) 7 5 0 0 八( %) 5 0 钓30加100 尸.1.eses.esleseswe.ill一.l 5 0 0 0 2 5 0 0 一上 一 一 上 二 二 土 一一 上一口 匕一上一一一上士二匕一二一叫 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 ( 级) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 . 0 s ( t ) 图 2 . 4 c p f曲线 f i g u r e 2 . 4 c p f c u r v e 由c p f 曲线获得短时间闪变值 3 ， : t z- 东北大学硕士学位论文第二章 总体设计 p， v 0 .0 3 1 4 p ., + 0 .0 5 2 5 p , + 0 .0 6 5 7 只 + 0 .2 8 p ,o + 0 .0 8 p o ( 2 . 5 ) 式中:几 : ， 君 ， 只 月 。 ， 只 。 分 别为c p f曲 线上等于 0 . 1 % , 1 % , 3 % , 1 0 % 和 5 0 % 时间 的s ( t ) 值. 长时间闪变值p由 测量时间段内 包含的 短时间内 闪变值计算获 得: p“j 1 e (p 9n ;_, 式中:n 为长时间闪变值测量时间内所包含的短时间闪变个数。 ( 2 )产生原因 a 用电设备具有冲击负荷或波动负荷，如电弧炉、炼钢炉、电焊机 等; 系统发生短路故障，引起电网电压波动和闪变; 系统设备自动投切时产生操作的影响 动重合闸动作等; 如备用 ，电源自动投切、自 、门了、.户 山bc d )系统遭受雷击引起的电网电压波动等。 ( 3 )危害 可能产生1 0 h z 左右照明闪烁、 干扰计算机等电压敏感型电子设备和仪 器的正常运行;电压波动和闪变大多产生于配电系统， 并通过配电变压器 传递到低压侧的用户电源，影响负荷正常运行。 2 . 1 . 4三相电压不平衡度 ( 1 )定义 ( 9 1 14 1 不平衡度指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分 量与正序分量的方均根值百分比表示 刀不。 。 电压或电流的不平衡度用s u 或: ， 表 、 一 鉴 x 1 0 0 % v, 式中u , 为三相电压正序分量的均方根值; u z 为三相电压负序分量的均方根值。 东北大学硕士学位论文第二章 总体设计 p， v 0 .0 3 1 4 p ., + 0 .0 5 2 5 p , + 0 .0 6 5 7 只 + 0 .2 8 p ,o + 0 .0 8 p o ( 2 . 5 ) 式中:几 : ， 君 ， 只 月 。 ， 只 。 分 别为c p f曲 线上等于 0 . 1 % , 1 % , 3 % , 1 0 % 和 5 0 % 时间 的s ( t ) 值. 长时间闪变值p由 测量时间段内 包含的 短时间内 闪变值计算获 得: p“j 1 e (p 9n ;_, 式中:n 为长时间闪变值测量时间内所包含的短时间闪变个数。 ( 2 )产生原因 a 用电设备具有冲击负荷或波动负荷，如电弧炉、炼钢炉、电焊机 等; 系统发生短路故障，引起电网电压波动和闪变; 系统设备自动投切时产生操作的影响 动重合闸动作等; 如备用 ，电源自动投切、自 、门了、.户 山bc d )系统遭受雷击引起的电网电压波动等。 ( 3 )危害 可能产生1 0 h z 左右照明闪烁、 干扰计算机等电压敏感型电子设备和仪 器的正常运行;电压波动和闪变大多产生于配电系统， 并通过配电变压器 传递到低压侧的用户电源，影响负荷正常运行。 2 . 1 . 4三相电压不平衡度 ( 1 )定义 ( 9 1 14 1 不平衡度指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分