（电力电子与电力传动专业论文）电压波动与闪变微机检测方法的研究.pdf

塑查查兰皇塑皇王量皇垄堕塾主些堡主堂堡兰兰 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o f p o w e re l e c t r o n i ct e c h n o l o g y , m u c hn o n l i n e a r , i m p a c t i v ea n di m b a l a n c el o a de m e r g e si np o w e rs y s t e m a sar e s u l t ，p o w e rq u a l i t y h a sd e t e r i o r a t e d t h ep r o b l e mo fv o l t a g ef l u c t u a t i o na n df l i c k e r , o n ei s s u eo fp o w e r q u a l i t y , b e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s t os o l v et h ep r o b l e ma n di m p r o v ep o w e r q u a l i t y , e f f e c t i v es u p e r v i s i o na n de x a c tm e a s u r e m e n ti sp r i m a r y h o w e v e r , c o m p a r e d w i t hv o l t a g ed e v i a t i o n ，u n b a l a n c eo ft h r e ep h a s e s ，h a r m o n i c sa n df r e q u e n c yd e v i a t i o n ， f l u c t u a t i o na n df l i c k e ra r em o r ec o m p l e xt ob ed e t e c t e d ，i t sr e s e a t c hj sr e l a t i v et o s c a r c e ，a n dt h em e a s u r i n gd e v i c e sa r em u c hl e s s h e n c e ，s o m ef u r t h e rr e s e a r c ho n m e a s u r i n gv o l t a g ef l u c t u a t i o na n df l i c k e rh a sb e e nd o n ei nt h ep a p e i t h eb a s i cc o n c e p t sa n dc h a r a c t e rv a l u e so fv o l t a g ef l u c t u a t i o na n df l i c k e ra r e i n t r o d u c e df i r s t l y , a n dt h e nt h ec o m m o nm e t h o d so fs u p p r e s st h ev o l t a g ef l u c t u a t i o n a r ed i s c u s s e d f u r t h e rm o r e ，t h ep r o c e s so fe x t r a c t i n gv o l t a g ef l u c t u a t i o ns i g n a la n d c a l c u l a t i n g f l i c k e rv a l u e si sa n a l y z e d ，a n dt h e p r i n c i p l e o f d e t e c t i n gv o l t a g e f l u c t u a t i o na n df l i c k e ri sd e t a i l e d b ya n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gt h ef e a t u r e so ft h e m e t h o d sa n dd e v i c e si ne x i s t e n c e ，an e wd i g i t a ld e t e c t i o nm e t h o di sp r e s e n t i ti s c a p a b l eo fd e t e c t i n gt h ev a l u eo fb o t ht h ef l u c t u a t i o nv o l t a g ea n dt h ef l u c t u a n tp o w e r t h ep r o p o s e dm e t h o da c c o r d sw i t ht h en a t i o n a ln e ws t a n d a r dp r o m u l g a t e di n2 0 0 0 ， a n di sc o n s i s t e n tw i t ht h em e t h o do fd e t e c t i n gf l i c k e rr e c o m m e n d e db yi e c c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm e t h o d s ，t h en e wo n e c a nb er e a l i z e dm o r ee a s i l ya n d s a v et h ec o s to fd e v i c ee f f e c t i v e l y w i t ht h eh e l po fm a t l a bl a n g u a g e ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l t sv e r i f yt h ef e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v i t yo ft h ep r o p o s e dm e t h o d b a s e do nt h en e wm e t h o d ，ad i g i t a lm e t e ro fd e t e c t i n gv o l t a g ef l u c t u a t i o na n d f l i c k e ri si m p l e m e n t e dw i t hs i n g l ec h i pm i c r o p r o c e s s o r s o m en o v e lt e c h n i q u e sa n d d e v i c e s ，s u c ha sp r o g r a m m a b l ep e r i p h e r a ld e v i c e ，t e c h n i q u eo fm e m o r yp a g e ，a n dt h e c h i n e s ec h a r a c t e rm e n u so fl c d ，a r ea d o p t e di nt h em e t e r a l lo ft h e ms i m p l i f yt h e s y s t e mh a r d w a r e ，i m p r o v et h er e l i a b i l i t y , s a r i s f yh u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c e ，a n d r e d u c et h ec o s t i i 粥 三；j眦n吣如刚黔b时毗 岬 o时叭汀吐n ； m nn “ o 叩 粥 o n 如 叩 s州哪 v jb 第一章绪论 1 1 研究的背景 第一章绪论 1 1 1 电网质量问题 近年来，依托电力电子技术发展起来的供电系统的各种负荷，诸如变流装置、 炼钢电弧炉和电力机车等，一方面对工农业生产自动化水平、效率的提高推动巨 大；另一方面，由于它们非线性、冲击性及不平衡的用电特性，也造成电网电压 波形发生畸变，引起电压波动与闪变以及三相不平衡，甚至导致系统频率出现波 动，供电质量降低，影响电力网和电工、通讯及电力电子设备的安全与经济运行。 目前，电能质量问题己引起国内外学术界和工程界的高度关注，成为电工技术学 科研究的热点问题之一。 电能质量问题主要包括电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡、电压波动 与闪变等方面“。 用电设备的运行特性和寿命是对其额定电压和额定频率而言的。当供电电压 出现电压偏差和频率偏差时，其运行和寿命将受到影响m2 “叫。国家标准电 能质量供电电压允许偏差( g 1 31 2 3 2 5 9 0 ) 和电能质量电力系统频率允许 偏差( g b1 5 9 4 5 1 9 9 5 ) 明确规定了在供电网的电压允许偏差和频率允许偏差， 保证有功功率和有功功率平衡，减小频率偏差和电压偏差，是电力系统运行的基 本任务之一。 6 0 7 0 年代以来，由于电力电子技术的发展，整流设备、电弧炉、电气化 铁路等大容量的非线性负荷日益增加，谐波危害日益明显。电力系统及供电系统 的谐波会降低供电系统的功率因数，增加配电网络的能量损失，使电能的生产、 传输和利用的效率降低：会使电气设各过热，绝缘老化，产生振动和噪声，缩短 用电设备的寿命：在一定条件下，谐波会引起电力系统局部出现共振，造成电容 器等因过负荷或过电压而损坏；引起继电保护和自动控制装置误动作。为此，我 国在1 9 9 5 年颁布了电能质量公用电网谐波( g b t1 4 5 4 9 9 3 ) 国家标准， 并为谐波的监测和治理进行了大量的工作6 川。 当供电系统的三相负荷不对称时，则三相电压、电流不再对称，这时系统处 于三相不平衡状态，存在负序电流。负序电流对发电机、电动机均会造成较大危 害，会产生转子局部过热，产生振动和噪声，并会使继电保护及自动装置产生误 动作。负序电流还会增加发电设备和输电线路的损耗。我国在1 9 9 5 年颁布了电 第一章绪论 能质量三相电压允许不平衡度( g b t1 5 5 4 3 。9 5 ) 国家标准h “侧。 影响电能质量的另一重要方面，就是电压波动与闪变。 1 1 2 电压波动与闪变及其影晌 供电系统中的电压波动与闪变问题主要是由大容量的具有冲击性功率的负 荷引起的，如变频调速装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和大型轧钢机等。当系统 的短路容量较小时，这些非线性、不平衡冲击性负荷在生产过程中有功和无功功 率随机地或周期性地大幅度变动，当其波动电流流过供电线路阻抗时产生变动的 压降，导致同一电网上其它用户电压以相同的频率波动，危害其它馈电线路上用 户的电气设备，严重时会使其他用户无法正常工作。这种电压幅值在一定范围内 有规律或随即地变化，就是电压波动。由于一般用电设备对电压波动的敏感度远 低于白炽灯，通常选择人对白炽灯照度波动的主观视感，即“闪变”，作为衡量 电压波动危害程度的评价指标。电压波动与闪变的危害主要表现在。1 。： 1 ) 照明灯光闪烁，引起人的视觉不适和疲劳； 2 1 电视机画面亮度变化、图象垂直和水平摆动； 3 ) 电动机转速不均匀，危及安全运行，而且影响产品质量，特别是精密产 品的质量； 4 ) 使电子仪器、电子计算机、自动控制设备等工作不正常： 5 1 影响对电压波动较敏感的工艺或实验结果，如实验时示波器波形跳动， 大功率稳流管的电流不稳定，导致实验无法进行。 为解决电压波动与闪变问题带来的危害，世界各国对由用户产生的电压波动 与闪变均制定了相应的限制标准或全国性规定。我国国家技术监督局也于1 9 9 0 年颁布了国标g b1 2 3 2 6 9 0 电能质量电压允许波动与闪变，2 0 0 0 年又对该标 准进行了修订，即为现在使用的标准g b1 2 3 2 6 2 0 0 0 。这一标准的实施对加强电 能质量的监督和管理起到了积极的作用“。论文第二章，介绍了电压波动与闪变 的抑制方法和装置。 1 2 电压波动与闪变检测技术的研究现状 1 2 1 电压波动与闪变测量方法的研究 在五项电能质量问题中，频率、谐波、电压和三相不平衡的测量方法相对比 较成熟，而电压波动与闪变测量方法和实现技术的研究，因为重视程度不够相对 滞后些7 1 7 】。 电压波动与闪变测量方法的研究，主要包括测量条件、测量仪器和测量结果 第一章绪论 评价方法的规定。在研究闪变的初期，对闪变的测量仅是一种预估。闪变预估主 要是针对电弧炉等大功率波动性负荷能否接入电网运行而进行的闪变预测法，它 可以预估新的波动性负荷投入运行后在公共供电点上所产生的电压闪变的大致 幅度。文献 7 ，1 2 ，1 3 ，1 4 】提出的最大无功功率变动量预测法、互降常数预测 法和短路压降法，它们都可简单地预估新的波动性负荷接入线路时，电力系统能 否接受，但无法确切地了解大功率波动性负荷运行时，电力线路中电压闪变值的 大小。 为了定量地获得比较准确的闪变值，一般必须采用电压波动与闪变的专门测 量仪器，在公共供电点上直接进行测量。因此世界各国和有关国际机构都先后致 力于其测量方法的研究，包括电压波动信号的提取方法和闪变值的获得方法。对 于电压波动信号的提取，文献【7 】提出了平方解调检测法、全波整流解调检测法 和半波有效值法，这些方法通过带通滤波器都可从电压信号中提取出电压波动成 分，其中i e c 推荐采用平方解调检测法。闪变值的获得方法，主要有模拟式加权 滤波器法、数字式加权滤波器法，其中模拟式加权滤波器法对硬件电路要求较高， 比较难设计，数字式加权滤波器法采用软件实现对c p u 要求较高。 文献 1 5 1 提出了采用数字滤波器运算结构方法来实现闪变值的测量，但数字 滤波器通过计算程序来实现，很复杂，而且可以看出整个闪变测量过程用软件实 现计算量相当大，对c p u 的速度要求足够快。通常至少要采用d s p 或高档工控机， 很难用单片机等成本较低的微机来实现。 近年来一些新理论和新原理也应用于调幅波检测，如文献f 1 6 1 提出了采用小 波多分辨率信号分解同步检波法，该方法可咀检测出电压包络信号中的各个频率 分量和幅度。但这种方法具有对信号所需采样数据多，运算量大，延时较长等特 点，为保证实时性，也对c p u 要求很高。 另外，文献 1 7 1 提出了一种基于随机理论和导纳矩阵的随机电压闪变功率潮 流法，这种方法可以计算出每条母线的最大电压波动值和闪变值，也能检测出闪 变源对系统电压的冲击，但这种方法在实际应用中存在很大的难度。 1 2 2 电压波动与闪变的测量装置 在目前已经存在的电压波动和闪变的检测方法中，由于各国标准不同，电压 波动和闪变的仪器结构各异，但均需从工频电压中检测出调幅波( 3 0 h z 以下成 分) 。早期的电压波动闪变测量仪器多为模拟式仪器，如英国e r a 闪变仪和法国 e d f 闪变仪，它们采用的是整流解调检测法。而近几年来出现的新型测量仪器 大都采用数字式结构，在电压波动闪变信号的提取上采用求电压均方根值波形 3 第一章绪论 法，如瑞士的m e f p 型闪变仪，国产的v f f 一1 型电压波动闪变分析仪和日本的 x v l 0 测量仪等均采用每个周波求一个有效值。 随着电压波动和闪变新国标的实施，和人们对检测仪器性能和自动化水平要 求的提高，这些闪变检测装置，在功能上、实用化、性能等方面显露出一些不足， 主要表现在“。： 1 ) 大部分不符合新的电压波动与闪变国家标准。我国原电压波动与闪变国家 标准( g b1 2 3 2 6 。9 0 ) 是在1 9 9 0 年参考日本闪变标准制定的，2 0 0 0 年新修订的 标准已转而参考i e c 的闪变标准，两者有相当多的不同之处。据已查到的文献看， 目前国内鲜有自行研制并依据新标准的闪变测量装置，依据新标准的数字式闪变 测量装置更少，而国外仪器其性能指标和测量方法与国标的规定不相符合。 2 ) 早期的电压波动闪变测量仪器多为模拟式仪器，本身存在一些缺陷，如抗 干扰性不强，受环境温度、湿度、噪声、电磁场等干扰影响比较大，甚至二次开 发比较难，如当信号处理的方法发生改变时，模拟处理系统往往需要修改硬件设 计或调整硬件参数才能实现。另外，由于模拟电路受元器件精度的影响，系统的 精度很难做得很高。 3 ) 国内研制的数字式检测装置大多是采用单片微机来实现的，如v f f 一1 型 电压波动闪变分析仪是以m c s 5 1 单片机系统为核心，该系统采用传统方法来设 计，通常使用分立元器件组成单片机的外围电路，因而处理功能较差，可扩展存 储空间较小，运算速度较慢，难以运用精确严格的算法进行大量的实时数据处理， 不满足实时性要求。 4 ) 有的产品虽然直接引进了国外的技术模块，功能较强，可是价格较高，且 不完全适合我国市场。某些产品存在人机交互性不好，可靠性较差等缺点。 1 3 本文的主要工作及创新点 1 3 1 本文的主要工作 本文全面阐述了电压波动与闪变的检测原理和方法，并在i e c 推荐的闪变测 量原理框图基础上，提出了一种电压波动与闪变的微机检测新方法。论文对该方 法进行了仿真分析，并介绍了其软硬件实现方案。论文分为6 章，具体安排如下： 第一章主要介绍了电压波动与闪变等电网质量问题，重点分析了电压波动 与闪变的危害及其研究现状。 第二章着重介绍有关电压波动与闪变的定义和基本概念，对瞬时闪变视感 度、短时间闪变值等闪变指标参数的计算原理作了详细说明。此外，本章还论述 4 第一章绪论 了电压波动与闪变的抑制方法，介绍了部分用于改善和提高电能质量的补偿装 置，如静止无功补偿器，有源滤波器，动态电压恢复器，以及配电系统电能质量 统一控制器等。 第三章系统地阐述了电压波动与闪变的检测方法，包括电压波动信号的提 取、闪变值的获得等；介绍了1 e c 推荐的闪变测量框图，并分析了其各环节功能 和测量原理；最后介绍了几种有代表性的闪变测量仪。 第四章在i e c 推荐的闪变测量原理的基础上，提出了一种新的数字式微机 检测方法，并通过m a t l a b 语言对提出的微机检测新方法进行了仿真研究，验证 了该方法的可行性和有效性。 第五章针对第四章提出的微机检测新方法，介绍了其软硬件设计方案，完 成了装置的总体设计。本装置采用单片机系统实现对电压波动与闪变的分析、计 算和统计；可编程外围器件p s d 和l c d 汉字菜单的使用，使装置硬件简化，可 靠性提高，并且易于操作，易于进行系统的修改、扩展和更新换代。另外本章针 对系统大容量的特点，重点介绍了p s d 存储器的分页技术，为大容量测控系统 的设计和实现提供了参考。 第六章对全文工作做了总结，指出了研究的不足，对进一步研究做了展望。 1 3 2 创新点 1 ) 提出了一种新的数字式电压波动与闪变微机检测方法，该方法符合我国 电压波动与闪变国家新标准，在原理上与i e c 推荐的闪变测量方法具有一致性， 但更易于实现，可有效降低测量装置成本。 2 ) 在闪变的微机检测新方法中，把功率波动概念包含入内，从而该方法具 有功率波动的计算功能，能够判断电压波动是有功功率波动还是无功功率波动引 起的，可为电压波动与闪变的原因分析和采取抑制措施提供参考。 3 ) 在短时间闪变值p s t 的求取过程中，利用瞬时闪变值p 离散的特点，提出 了排序统计插值算法。该方法可显著减小求取p s t 的计算量。 4 1 在检测装置的实现过程中，采用了p s d 存储器分页技术，为大容量测量 系统的设计和实现提供了参考。 第二章电压渡动与闪变 第二章电压波动与闪变 电弧炉和轧钢机等冲击性负荷的波动电流，当其流过供电线路阻抗时，将使 供电电压出现相应的波动。此波动电压将传递到电网其它馈电线路上危害其它用 户的设备。目前，电压波动与闪变问题已为各国所关注。本章介绍有关电压波动 和闪变的基本概念和术语”，研究现状，以及抑制电压波动与闪变的常用方法。 2 1 电压波动与闪变的基本概念 2 1 1 电压变动和电压波动 电压变动( v o l t a g ec h a n g e ) 是指两个相邻的、持续1 s 以上的电压均方根值 的差值，通常多以标称电压u 。的百分数来表示电压变动的相对百分值d ，即 d ：业1 0 0 ：坐1 0 0 ( 2 1 ) u n u n 国际电工标准( i e c ) 规定，在低压民用电力网中，稳态的电压变动d 应不超过 3 ，最大的电压波动d 应不超过4 ，电压变动d 超过3 的持续时间不应超过 2 0 0 m s 。 电压波动( v o l t a g ef l u c t u a t i o n ) 为一系列电压变动或连续的电压偏差。当电 压有效值变化速度与额定电压相比的变化率不低于每秒0 2 时，电压调幅波( 电 压幅值包络线的波形) 中相邻两个极值电压均方根值的差值，称为电压波动值 u 。，常以其额定电压( 标称电压) u 。的百分数来表示，即 d ：竺! ：坚也x l o o ( 2 - - 2 ) u 式中：u 和u 。为电压均方根值的两个相邻的极值，u 。是供电线路的额定电 压。电压波动的幅值范围通常为额定值的9 0 1 1 0 。 若电压波动的变化率低于每秒0 2 时，应视为电压偏差，电压偏差是指在 一定时间里，随着电网负荷大小的不同，实际电压和电网标称电压的偏离程度。 它不属于电压波动的范围。 单位时间内电压变动的次数称为电压变动的频度r ，一般以r a i n 。或s 。作为 其单位，对于周期性的电压变动，电压变动的频度r ( s ) ，则为频率的两倍。 2 1 2 闪变 电压波动通常会引起许多电工设备不能正常工作，如影响电视画面质量、使 第二章电压波动与闲变 电动机转速脉动、使电子仪器工作失常、使白炽灯光发生闪烁等等。由于一般用 电设备对电压波动的敏感度远低于白炽灯，为此，选择人对白炽灯照度波动的主 观视感，即“闪变”，作为衡量电压波动危害程度的评价指标。 闪变( f l i c k e r ) 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。 尽管广义的闪变包括电压波动的全部有害作用，但不能以电压波动来代替闪变， 因为闪变是人对照度波动的主观感受。闪变的主要决定因素有： 1 ) 供电电压波动的幅值、频度和波形。 2 ) 照明装置，以对白炽灯的照度波动影响最大，而且与白炽灯的瓦数和额 定电压等有关。 3 ) 人对闪变的主观视感。 由于世界各国电力系统的供电电压、频率不尽相同；照明装置的功率也干差 万别；作为主观感受者的人，不仅存在着地域、国家、年龄、性别的群体差异， 而且存在着身体状况等的个体状态差异，因此评介闪变的标准很复杂。后经过国 际电热协会( u i e ) 和国际电工委员会( i e c ) 多年的协调，至今闪变的国际电 工标准已在力求统一。 2 1 3 等效闪变值k 。( e q u i v a l e n tl o h zf l i c k e r k ( j ) 电压调幅波中不同频率的正弦波分量的均方根值等效为1 0 h z 值的一分钟平 均值，以额定电压的百分数表示： a v , 。= ( a ，) 2 ( 2 3 ) 式中：a v ，电压调幅波中频率为f 的正弦波分量一分钟均方根平均值( 即 波动电压分解出频率为f 的调幅波分量的峰谷差值) ，以额定 电压的百分数表示： a ，对应于频率为f 的正弦调幅波分量的视感度系数。 闪变视感度系数a ，( h u m a ns e n s i t i v i t yf a c t o rt of l i c k e ra ，) ，人眼对不同频 率的电压波动而引起灯闪的敏感程度，其频率特性如表2 1 所列，在5 2 0 h z 范围 的频率间隔为5 h z ，所以选定1 0 h z 的正弦调幅波对闪变最为敏感。 1 9 7 8 年，同本电气加热协会和电弧炉技术委员会制定了日本国内统一的闪变 标准，采用k 。规格，即折合成l o h z 的闪变值( ) 。由于我国原电压波动与闪 变国家标准是参考日本闪变标准制定的，因而我i n 9 0 年制定的国标和日本关于电 压闪变a k 。的定义相同，都是求折合成l o h z 的闪变值( ) 。 第二章电压波动与闪变 f ( h 毫) o 0 10 0 50 1o 51 o2 05 o 1 0 o1 5 o2 0 03 0 0 口， 0 0 2 6 0 0 5 50 0 7 50 1 6 9o 2 6 0 。5 6 3 0 7 81 。0o 8 4 50 6 5 50 3 5 7 2 2 电压波动与闪变的特征量 2 2 1 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 3 0 v 、6 0 w 自炽灯供电照明，经观察者抽样调 查闪变觉察率f ( ) 的统计公式为 f ； 旦望 x 1 0 0 ( 2 4 ) a + b + c + d 式中a 没有觉察的人数；b 略有觉察的人数； 卜有明显觉察的人数：卜不能忍受的人数： 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 sf l i c k e rs e n s a t i o nl e v e l ) 。通常以闪变觉察率为5 0 作为瞬时闪变 视感度的衡量单位，即定为s = 1 觉察单位。与s = 1 觉察单位相应的电压波动值 d ( ) ，见图2 - 1 所示和表2 - 2 所列的s = 1 觉察单位的正弦和矩形电压波动曲 线，这是研究闪变的试验依据。在图2 1 中横坐标采用对数坐标。 图2 - 1s = 1 觉察单位的矩形电压波动与频度的关系曲线 由表2 2 可以看出，作用最为显著的是8 8 h z 调幅波的正弦波动电压，它作 用于2 3 0 v 、6 0 w 的白炽灯，在s = 1 觉察单位的电压波动值为0 2 5 ，对应于 图2 1 中单位闪变曲线凹下的最低点。图2 - 1 中s = 1 的闪变曲线最为凹下部分， 则对应于闪变较为敏感的频率范围，约为6 1 2 h z 。 第二章电压波动与闪变 表2 2视感度s = 1 觉察单位的电压波动 频率f频度r电压波动d ( )波形系数视感度系数 ( h z )( r a i n “) 正弦波矩形波 r ( f ) k ( f ) 0 56 02 3 4 0o 5 1 44 5 50 1 0 7 1 01 2 01 4 3 20 4 7 13 0 40 1 7 5 1 51 8 01 0 8 00 4 3 22 5 00 2 3 1 2 02 4 00 8 8 20 4 0 12 2 00 ，2 8 3 2 5 3 0 00 7 5 40 3 7 4 2 0 10 3 3 2 3 o3 6 00 6 5 40 3 5 51 8 40 3 8 2 3 54 2 00 5 6 80 3 4 51 6 50 4 4 0 4 04 8 0 0 5 0 0 0 3 3 31 5 00 5 0 0 4 55 4 00 4 4 50 3 1 61 4 1o 5 6 1 5 06 0 00 3 9 80 2 9 31 3 90 6 2 8 5 56 6 00 3 6 00 2 6 91 3 40 6 9 4 6 07 2 00 3 2 80 2 4 91 3 20 7 6 2 6 57 8 00 3 0 00 2 3 11 3 00 8 3 3 7 08 4 00 2 8 0 0 2 1 71 2 9 0 8 9 3 7 5 9 0 00 2 6 6 0 2 0 71 2 9 0 ，9 4 0 8 o9 6 00 2 5 60 2 0 11 2 70 9 7 7 8 81 0 5 60 2 5 00 1 9 91 2 61 0 0 0 9 51 1 4 60 2 5 40 2 0 01 2 70 9 8 4 1 0 o1 2 0 002 6 0 0 2 0 5 1 2 7o 9 6 2 1 0 51 2 6 00 2 7 00 2 1 31 2 7 0 9 2 6 1 1 01 3 2 00 2 8 20 2 2 31 2 60 8 8 7 1 1 51 3 8 00 2 9 60 2 3 41 2 60 8 4 5 1 2o1 4 4 00 3 1 202 4 61 2 70 8 0 1 1 3 0 1 5 6 00 3 4 8 0 2 7 5 1 2 70 7 1 8 1 4 01 6 8 00 3 8 80 3 0 81 2 60 6 4 4 1 5 o1 8 0 00 4 3 20 3 4 41 2 6 0 5 7 9 1 6 01 9 2 00 4 8 00 3 8 01 2 60 5 2 1 1 7 02 0 4 00 5 3 00 4 2 11 2 6 0 4 7 2 1 8 02 1 6 00 5 8 40 4 6 11 ”0 4 2 8 1 9 02 2 8 00 6 4 00 5 0 61 2 60 3 9 1 2 0 o2 4 0 00 7 0 00 5 5 21 2 70 ，3 5 7 2 1 02 5 2 00 7 6 006 0 31 2 60 3 2 9 2 2 02 6 4 00 8 2 40 6 5 71 2 50 3 0 3 2 3 02 7 6 00 8 9 00 7 1 31 2 50 2 8 1 2 4 02 8 8 00 9 6 20 7 6 71 2 50 2 6 0 2 5 03 0 0 01 0 4 2 0 2 4 0 在表2 - 2 中，闪变的波形系数 9 第二章电压波动与闪变 r fr 、：塑壁鏖兰：! 堂窒垫垡塑垩堕皇堕婆塾生竖! “”7 视感度s ；1 觉察单位的矩形电压波动d ( ) 在矩形波频率 9 h z 的情况下，其谐波对闪变的影响较小，基波起主要作用， 矩形波的基波幅值为矩形波幅值的4 z = 1 2 7 倍。这与表2 2 中所列数据相符合。 例如在频率为2 0 h z 时，r ( 2 0 ) = 0 7 0 0 5 5 = 1 2 7 倍。频率在5 h z 以下时，矩 形波比其基波对闪变更起作用。例如在频率为1 h z 时，r ( 1 ) = 1 _ 4 3 0 4 7 = 3 0 倍，即在多数频率下r ( f ) 约为1 2 7 ，在1 h z 时r ( 1 ) 约为3 0 。在图2 1 中， s = 1 觉察单位的矩形电压波动曲线在正弦电压曲线的下方，这反映r ( f ) 1 ， 即矩形电压波动比正弦电压波动对闪变的影响更为严重。 2 2 2 视感度系数k ( f ) 根据统计，人的眼和脑对白炽灯照度波动的视感，对于2 3 0 v 、6 0 w 白炽灯 的闪变觉察频率范围约为1 2 5 h z ，闪变敏感的频率范围约为6 1 2 h z ，正弦调 幅波在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 o 0 5 3 5 h z ，这两个频率限值均称为截止频率。截止频率的上限值又称为停闪频 率。 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，图2 - 1 所示的 s = 1 觉察单位的正弦电压波动的特性曲线反映该环节的频率特性。引入视感度系 数k ( 0 w 更为本质地描述灯一眼一脑环节的频率特性。i e c 推荐的视感度系数 。、s = 1 觉察单位的8 8 h z 正弦电压波动d ( )，。 一”7 s ：1 觉察单位的h z 正弦电压波动d ( ) 厂、 。f 7 j 图2 - 2 视感度系数k ( f ) 的频率特性曲线 1 0 ， g 8 7 6 5 4 3 2 ， 0 0 d 0 0 0 d d o e y 第二章电压波动与闪变 根据式( 2 - 5 ) 由表2 2 中的数据计算，便可得出表2 2 所列的视感度系数 k ( 0 的值。闪变觉察率f = 5 0 即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。 2 2 ，3 灯一眼一脑环节的传递函数 电压波动对电灯照度波动的影响，根据自动控制理论分析，可用传递函数对 灯一眼一脑环节从本质上进行描述。灯一眼一脑环节的频率特性k ( f ) ，可用拉 普拉斯( l a p l a c e ) 复变量s 表示成传递函数k ( s ) 的形式，通常多以典型环节 ( 比例环节、微分环节、惯性环节、比例微分环节、振荡环节) 传递函数的乘积 形式表述。由表2 2 所列正弦电压波动数据，可以得出表2 3 所列的灯一眼一脑 的幅频特性k ( ) 和对数频率特性2 0 1 9 k ( o ) ) 。 表2 3 灯一眼一脑环节的幅频特性和对数频率特性 f ( h z )k ( ) 2 0 1 9 q ) ( d b ) f ( h z )k ( 甜) 2 0 1 9k ( 甜) ( d b ) 0 50 1 0 71 9 4 1 21 0 o0 9 6 20 3 3 6 1 00 1 7 51 5 1 3 91 0 50 9 2 60 ，6 6 8 1 50 2 3 11 27 2 81 1 o 0 8 8 7 1 0 4 2 2 o0 2 8 31 0 9 6 41 1 + 50 8 4 51 4 6 3 2 50 3 3 29 5 7 71 2 o0 8 0 11 9 2 7 3 o0 3 8 2。8 3 5 91 3 o0 7 1 82 8 7 8 3 50 4 4 07 1 3 l1 4 00 6 4 43 8 2 2 4 0 0 5 0 0 6 0 2 1 1 5 o0 5 7 94 7 4 6 4 50 5 6 15 0 2 11 6 o0 5 2 15 6 6 3 5 00 6 2 84 0 4 11 7 00 4 7 26 5 2 1 5 50 ，6 9 43 1 7 31 8 00 4 2 87 3 7 1 6 00 7 6 22 3 6 11 9 00 3 9 18 1 5 6 6 50 8 3 31 5 8 72 0 00 3 5 78 9 4 7 7 0 0 8 9 3 0 9 8 32 1 0 0 3 2 996 5 6 7 50 9 4 00 5 3 72 2 o0 3 0 31 0 3 7 1 8 o0 9 7 7- 0 2 0 22 3 00 2 8 11 1 0 2 6 8 81 0 0 0 0 2 4 00 2 6 01 1 7 0 1 9 50 9 8 40 1 4 02 5 0 0 2 4 01 2 3 9 6 根据表2 - 3 的数据，可以画出灯一眼一脑环节的对数频率特性曲线和伯德图， 进而导出各典型环节的传递函数，从而得到在工程上有实用价值的灯一眼一脑环 节的传递函数。因此，传递函数实际上是用自动控制理论中的五个典型环节来逼 近图2 2 中的视感度频率特性曲线k ( f ) 而获得，其各环节的系数根据均方差 值最小的原则来确定。u i e 给出的传递函数表达式为： 第二章电压波动与闪变 邵，2 蒜两( 2 - - 6 ) 式中 k = i 7 4 8 0 2 ，a = 2 4 0 5 9 8 1 ，甜1 = 2 s t 9 1 5 4 9 4 ， 0 9 2 = 2 a t2 2 7 9 7 9 ，32 2 1 2 2 5 3 5 ，4 = 2 s t2 1 9 。 2 2 4 短时间闪变值p s t 对于电弧炉等随机变化负荷的电压波动，不仅要检查它的最大电压波动，还 要在足够长时间( 至少取1 0 r a i n ) 观测电压波动的统计特征量。p s t 是一个统计 分析量值，也正由于引入统计、概率分析的方法而使得分析结果更能说明问题。 由s ( t ) 计算p s t 的一般过程可用图2 3 至图2 - 6 来说明。 5 0 0 01 0 0 0 0 ! ! ! ：o t ( 次) 图2 - 3s ( t ) 分级计时 123456 0 1o 3o 5o 7o 91 1 7 891 0 ( 级) s ( t ) l - 31 5 1 71 9 ( p u ) 图2 - 4s ( t ) 统计计时的概率分布直方图 六卜k l 卜卜叭叭叭叭o _|。，。_|_|。_|l ) 级9 8 7 6 5 4 3 2 l 印蛎 垢 0 。l o 0 o 印 0 7 u 2 第二章电压波动与闪变 c p f ( ) 1 0 0 5 0 o 12345 6789 l o ( 级) s ( t ) 0 10 3 0 5 0 ，70 91 11 31 5 1 71 9 ( p u ) 图2 5s “1 分级的c p f 曲线 设图2 - 3 中的曲线为1 0 m i n 内瞬时闪变视感度s ( t ) 的曲线，现对其进行均 匀采样，共得1 5 0 0 0 个数据。同时将s ( t ) 的值等分为1 0 级。这样就可以计算 各级的概率分布直方图p k ( 与分布次数直方图相对应) ，如图2 - 4 所示。将图2 ，4 中的直方图p k ( ) 进行累加可得出如图2 5 所示的累积概率函数( c p f ) ，根 据c p f 便可作出闪变的统计评定。 c p f ( ) 、- p 5 f、 、 p l o p茂 r l 1 l ，弋 0o 20 40 6 0 8 1 ol 图2 - 6l o m i n c p f 曲线示意 在实际中，可不用画出c p f 曲线，根据这个思路导出逼近c p f 曲线的适当 算式。对于典型的正态概率分布，通常用平均值和方差等数字特征量便可表达。 对于电弧炉等负荷的电压波动1 0 分钟c p f 曲线，常用5 个规定值( g a u g e p o i n t s ) 或称百分值( p e r c e n t i l e s ) 来计算短时间闪变的统计值p s t ，如图2 6 所示。在图 2 - 6 中5 个规定值p o 1 ，p 1 ，p 3 ，p i o ，p 5 0 分别表示l o m i n 内瞬时闪变视感度s ( t ) 超过0 1 ，1 ，3 ，1 0 ，5 0 时间的觉察单位值。由这5 个规定值， u i e 专家组拟定计算p s t 的公式为： 鲫加。：吣 呲 第二章电压波动与闪变 0 = k 。异1 + k 只+ 巧只+ 墨。民+ 蚝。民 ( 2 - - 7 ) 式中1 = o 0 3 1 4 ，k l = 0 0 5 2 5 ，k 3 = 0 0 6 5 7 ，k l o = 0 2 8 ，k 5 0 = o 0 8 ； 对于采用2 3 0 v 、6 0 w 的白炽灯照明，当p s t 1 3 时，则闪变使人感到不舒服。所以m c 推荐p s t = 1 作为低压供电的闪变 限值，称为单位闪变( u n i tf l i c k e r ) 。 2 2 5 长时间闪变值p l t 对于电弧炉运行周期时间较长一类的波动性负荷，一般用短时间闪变值p s t 和长时间闪变值p i t 两个指标作为判断闪变的标准。通常p s t 统计时间至少需几 分钟，典型取1 0 m i n ：而p l t 统计时问需在1 h 以上，典型取2 b 。在2 h 或更长时 间作出的c p f ，将此期间瞬时i 刈变视感度不超过9 9 概率的p s t 值p s t 9 9 或超过 1 时间的p s t 值p 1 ，作为长时间闪变值p i t 。 r = 只9 9 = 置( 2 - - 8 ) u i e i e c 推荐p l t 的取值算式是，在己多次顺序地测有1 0 m i n 的短时间闪变 值p s t k ( k = 1 ，2 ，3 ，n ) 的数据时，p l c 可由诸n 个p s t k 的立方均根值 求得： p n = 捂薹，心瓤= 3 、。，臻1 磁3 寺荟，只：或r2 、1 r 暑，尸五 ( 2 9 ) 在2 h 期间，每隔1 0 m i n 测一次可得1 2 个p s t 值，假如设备运行周期持续时 间不足2 h ，则整个运行周期中可测试1 0 r a i n 的p s t 值不到1 2 个，此时其余1 0 m i n 的p s t 值应看作为零。 2 3 电压波动与闪变的抑制 大部分用于改善和提高电能质量的补偿装置，都具有抑制电压波动与闪变的 功能，如静止无功补偿器( s v c ) ，有源电力滤波器( a p f ) ，动态电压恢复器 ( d v r ) ，以及配电系统电能质量统一控制器等”_ 1 ”。下面分析比较这些装置在 抑制电压波动与闪变方面的作用。 2 3 1 静止无功补偿器( s v o ) 电压闪变是电压波动的一种特殊反映，闪变的严重程度必将与负荷变化引起 的电压变动相关，电压变动量通常按下式计算： 第二章电压波动与闪变 a u = f a p r + a q x ) u ；1