第四章电压波动与闪变

1、4.1 基本概念一、有效值电压的变动 1.电压变动（Voltage-RMS Change）的定义 理想供电系统（PCC 点Sd 无穷大，等值 Z零）电压恒定不变。实际电压偏离标称值的现象称电压变动。这里强调有效值电压变动（以区别瞬时电压变动）：(1).有效值的概念(2).电压变动与瞬时值改变的区别 瞬时值改变想象：瞬变现象，陷波 %10021NUUUd%100maxNUUd%100NccUUd%100NddUUd 3. IEC相关标准规定 dc不超过3%；dd超过3%的持续时间小于200ms；dmax不超过4%。 4.电压变动的原因 主要原因：负荷无功功率需求的变化 其次：无功补偿设备投切、开

2、关操作及线路故障等2.电压变动特性及其描述：电压变动特性U(t)，相对电压变动特性d(t)相对稳态电压变动值dc 、相对动态电压变动值dd 、相对最大电压变动值dmax：参见图4-1所示。 1、电压偏差：指实测电压与额定电压相对差值的百分数。 电压偏差也称长期电压变化或稳态电压变化，是电网运行的主要考核指标之一。合格率常指一周内95%的10min平均电压不超过标准规定的允许值。 2、电压波动： 冲击性负荷变化引起的、明显偏离额定值的快速电压变动。电压波动值用一系列电压有效值的相邻两个极值之差的百分数来表示。3、4、5与前面重复略，但说明电压变动现象复杂。 一、电压波动含义 电压波动值为一系列电

3、压变动的两个相邻极值之差，可引出电压波动频度的概念，如图所示。 电压波动频度r：单位时间内电压波动的次数，为调幅波频率的2倍。电压波动值为调幅波的峰谷差值。即 =2fF（次/s） 或 =2*60*fF（次/min） 二、供电系统电压波动原因和波动值计算 由电力系统课： 不平衡负荷电压波动计算自看，依据物理概念。 三、电压波动限值 国标规定：P93表4-1。电弧炉引起的电压波动最严重，标准条款一般是针对电弧炉负荷制定的。 U1U2P+jQ R+jX 若R + jX不变，电压变化决定负荷的有功功率和无功功率；对高压系统有R1为闪变不允许值 。 3、视感度频率特性和视感度系数K（f） 人的视觉反映与

4、照度波动的频率有关： 1）闪变的觉察频率范围：125Hz 2）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，上限值又称为停闪频率） 3）闪变敏感频率范围：612Hz；最大敏感频率：8.8Hz IEC推荐的视感度系数K(f)为： 由表4.2数据和上式可算各频率的K(f)，得图4-8特性。 不同波形电压波动引起的闪变不同，常用波形因数R（f）表示： 由表4-2数据和上式可计算R（f）；由结果图 4-9可知：矩形电压波动（非正弦）比正弦电压波动的影响更严重。 5、闪变视觉系统模型 问题提出：如何用数学方法表述闪变视感。 基本思路：用5条直线（即5个典型环节的传递函数）和渐近线进

5、行逼近，描述视感度频率特性。模型和系数如下： 一、电压波动的起因和危害 起因：电弧炉、轧钢机等大功率波动性负荷引起的。 危害：工业生产、居民生活等，同时产生谐波等干扰。 二、闪变评估和干扰限值 1、短时间闪变值Pst （统计时间10min）确定方法如下： Pst计算公式： 2、单位闪变 IEC推荐取Pst = 1作为低压供电的短时间闪变限值，称为单位闪变。单位闪变代表标准实验条件下，实验人数的 80%有明显感觉的闪变程度。 Pst 1.3时，闪变会使人感到不舒服。 3、长时间闪变值Plt ： 与Pst 的区别：统计时间需在1h以上，典型值取2h。 定义方法：对统计期间内，将S（t）的 99%

6、时间概率不超标或1%时间时间超标的Pst作为长时间闪变值Plt 。即 Plt = Pst99% =P1 IEC推荐的Plt算法： 4、闪变干扰限制值： 国标限值如下： 注：评估取系统较小方式，波动负荷最大周期的实测值。 5、闪变限值补充说明 1）闪变干扰的传递：高电压级向中、低电压级的传递系数等于 0.8-1；中、低电压级向高电压级的传递系数等于 0；同电压级相邻母线间的传递需通过计算决定。 2）闪变允许值、兼容值、规划值：允许值指负荷产生闪变的限值；兼容值指遭受干扰设备的安全限值；规划值指对高中压系统提出的质量目标值（等于或小于兼容值）。 三、闪变严重度简捷预测算法（略）系统电压等级系统电压

7、等级低压（低压（LVLV）中压（中压（MVMV）高压（高压（HVHV）Pst (10min)1.01.00.9(1.0)0.9(1.0)0.80.8Plt(2h)0.80.80.7(0.8)0.7(0.8)0.60.6 电弧炉是对电压波动影响最大的负荷，研究 目的在于为防治、抑制打基础。 一、电弧炉负荷的运行特点 电弧炉运行周期包括：熔化期、氧化期和还原期。 运行特点：熔化期使炉料迅速熔化，由于材料、工艺和技术等原因，电流不稳定、电压波动大；氧化和还原的精练期引起的电压波动相对小一些。 二、电弧炉运行的电气特性（影响因素） 1）大电流在短网不对称电感回路产生不平衡压降； 2）电弧电压不稳定、不

8、对称，产生基波负序分量； 3）电弧炉本身为非线性负荷，产生复杂谐波成分； 二、电弧炉运行的电气特性 4）电弧炉负荷情况复杂，影响因素多，不同运行工况电流、电压变化大；不同工况电压变化如图所示。 电弧炉负荷错综复杂，建立高质量负荷模型困难，难以进行数值分析，测量、评估是主要分析手段。 取供电母线额定电压UN为基准电压，以SB=1000MVA为基准容量，可求系统标幺值参数。忽略R可写总电抗表达式。 2、电压波动的估算 1）短路压降法： 或 例4-3题： 1、电路接线与参数计算 典型电路接线如图；由典型接线可求等值电路：%1000maxNdUUUd%1001maxddSSd 从计算结果可以看出：电压

9、波动超标，需要加补偿装置。 2）最大无功功率变动法 电压波动是无功冲击引起的，可通过Qmax计算dmax。 其中： 例4-4题：PCC点和电弧炉母线电压波动均超标。 注：两种估算方法仅能估算电压波动大小，可判断电压波动是否超标。也可用下面经验公式估算闪变严重程度： 短时间闪变值： 长时间闪变值：BSQXdmaxmaxNBNdSXSQ202maxcos100cosmaxmax5 . 0)85. 048. 0 (ddPstmaxmax4 . 0) 5 . 035. 0(ddPlt 其中，f 是闪变频率；R1是与实际电弧炉负荷运行条件相联系的恒定阻值，其值选择是由弧长的变化范围及电弧炉负荷消耗的功率

10、决定的。 2、线性化求电弧恒定电阻 电弧弧长通常在0 20cm 范围变化，电弧炉消耗的平均功率P = 42 MW。对实际电弧炉 的v-i特性曲线分段线性化，即列出图4-26曲线线性段（OA 和 AB段）的公式，电弧炉消耗的功率是线性化曲线的面积。因此R1可求。 为对电弧炉负荷进行数值分析，需建立电弧炉的负荷模型，负荷模型可用功率、阻抗表示。教材介绍了一种改进的三相线性时变电弧电阻模型求取方法。 1、定义电弧电阻： 图中，Vig和Vex是燃弧电压和熄弧电压，i1和 i2 分别是对应于v-i特性曲线第一象限内点弧和灭弧电压的电流 。 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

11、等值电路，以及电弧炉系统方程，可对电弧炉引起的电压波动进行数值仿真分析。viRiiiRVRRiiiig112211201,(),RVPVRVRigigex122222() 根据上述电弧炉系统方程，可用MATLAB对弧炉的电压波动进行动态仿真。本例仿真结果如下所示。UIR IL IRIRIR ILABAAAaABaBBB UIR IL IRIRIR ILBCBBBaBCaCCC 令 ， ，R1= RaARaB，以及R2=RaBRaC，整理可得电弧炉系统的方程为： IIIAB1IIIBC2UIRIRILAB 1111UIRIRILBC 2222 通常电能质量问题很难进行计算，测量是必须手段。电压波

12、动与闪变测量常用方法有整流检测、有效值检测和平方检测法。新国标（IEC标准）采用平方检测法。 一、电压波动的平方检测法 调制波解析式为 其中：Um工频载波电压的幅值； m 调制指数，要求m1， 否则将出现包络线畸变； N工频载波电压角频率； F调幅波电压的角频率 。 ttmUtuNFmcos)cos1 ()( 一、电压波动的平方检测法 对上式平方有 可以看出，调制波电压的平方项含有以下频率分量 进行滤波处理和忽略倍频分量，得调幅波检测电压.)2sin(2)2sin(2)(2cos8)(2cos82cos42cos)21 (2sin)21 (2sin)sinsin21 ()(222222222222222222tmUtmUtmUtmUtmUtmUtmUmUttmtmUtuFNmFNmFNmFNmFmNmFmmNFFmFNFNFFNN2),(2 ,2 ,2 ,dUVUVmtVUtmUtvNmmFmmFm22122)cos(cos)( 2 主要两部分：第一部分模拟灯-眼-脑环节的频率响应特性，主要由图中框 2、框3和框4组成。第二部分为测量到的瞬时闪变视感度的统计分析，由框 5组成。 现对图中各框的传递函数进行简要介绍。 IEC闪变测量（国标）简化原理框图如图所示。 S（t） 记录输入适配自测信号1min积分平方和平方检测滤波器带通和加权滤波平方器低通滤波闪变的统计评