电压波动与闪变

1、 第四章 电压(diny)波动与闪变VOLTAGE FLUCTUATIONS AND FLICKER想象中的零轴图4-4 波动电压对工频电压的调制50Hz工频载波（a）电压波动调制示意图Udv00utt（b）正弦调幅波电压波形10Hz正弦调幅波tt共六十六页电压(diny)变动的基本概念1. 电压变动的定义 凡不保持电压均方根值恒定(hngdng)不变的现象。 或者说，实际电压偏离系统标称电压，统称为电压变动（Voltage-RMS Change）。共六十六页电压变动(bindng)值计算在电能质量标准中，通常(tngchng)以标称电压的相对百分数来表示电压变动值，即共六十六页稳态电压(di

2、ny)变动值最大电压(diny)变动值动态电压变动值电压标称值共六十六页电压变动的分类(fn li)及类型介绍3. 电压变动的细划分类 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 根据(gnj)变动规律与特点（快慢、大小、频次和持续时间）又作如下分类：共六十六页 电压(diny)变动细化分类图1）跌落(dilu)幅值2）持续时间3）发生次数共六十六页应注意的几个(j )问题正周期与半周期的RMS计算采用均方根值的理由1）特别强调RMS，是为了(wi le)注意与瞬时值电压情况区别。2）有效值与均方根值的应用差别3）额定值和标称值的区别共六十六页电压(diny)变动的基本概念2电

3、压(rms)变动的原因无功功率不平衡 即使系统供端电压幅值保持恒定，由于无功功率不足，当负荷吸收的无功功率增大时，就会引起负荷受端母线(mxin)上的电压下降。 共六十六页电压(diny)变动的基本概念进一步推导有在工程计算中，上式中各参量单位规范为 PCC点电压标称值（ ） ， 系统等值电阻和电抗（ ） 负荷汲取的有功功率和无功功率变化量（ ） PCC点短路容量（ ） 通常在中压和高压电网(dinwng)中，等值电阻远小于其等值电抗，一般 1（觉察单位）为闪变不允许值。（注： S1（觉察单位）对应有电压波动限定值，但表现为非线性多元关系，一般不能简单地用波动值等效表示）。参见P99，日本的闪

4、变视感度系数公式429.共六十六页闪变概念(ginin)与定义4. 视感度-频率特性K(f) 通过闪变实验研究，还可得到人的视觉(shju)对照度波动的频率特性，可概括为：（此时以调制波的频率为单位给出，它是波动频次的12）：闪变的觉察频率范围：125Hz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）闪变的敏感频率范围：612Hz闪变的最大敏感频率：8.8Hz为了从本质上认识电压波动引起的人对照度波动的频率特性，引入了视感度系数K(f)，它是在觉察单位下，最小电压波动值与各频度电压变动值的比, 共六十六页闪变概念(ginin)与定义 不难看到，在S

5、=1（觉察单位）时，对应闪变的最大敏感频率8.8Hz有电压波动d(%)最小值（如表42中，8.8Hz对应有电压波动值d(%)最小，为0.250。所以有，K（f）=1。图48给出了在正弦(zhngxin)电压波动条件下，由试验数据描绘出的视感度系数频率特性曲线。 图4-8视感度系数频率特性曲线0.11234567891011121314151617181920212223f（Hz）K( f )0.20.30.40.50.60.70.80.91. 00这是一条很有价值的实验曲线。共六十六页闪变概念(ginin)与定义5. 波形因数R（f） 不同波形的调幅波引起的闪变效果也不同。对两种典型波动电压做

6、比较，给出波形因数如下式: 对矩形和正弦调幅波电压比较可知，以最大敏感频率8.8Hz为对比起点，当频率9Hz时，矩形波的谐波比其基波对闪变影响更大（S1条件下，其电压波动值小于正弦波）。问题：仅以矩形波和正弦波为例分析(fnx)，为什么当频率9Hz时，矩形波的谐波对闪变的影响会变小？共六十六页闪变概念(ginin)与定义例如频率在1Hz时，查表42后可计算出波形因数： R（f）=1.43/0.47=3.04（意味着同样影响下矩形波对应(duyng)的电压波动值更小）。 反之当频率9Hz时，R（f）约等于1.27不变，说明矩形波所含频次（n*9Hz）谐波比其基波(9Hz)对闪变影响要小。由实验得

7、到的视感度S=1觉察单位的电压波动数据（见表42）还可描绘出两种波动电压波形与频度的关系曲线，如图49所示。 共六十六页两种波形的电压波动(bdng)与频率关系曲线闪变曲线dmaxU/U（）0.111010010000r（min-1） r（s-1）1010图4-9 S=1觉察单位的电压波动(bdng)与频率的关系曲线单位闪变（Pst=1）S=1察觉单位的矩形电压波动S=1察觉单位的正弦电压波动8.8Hz/s,1056/120s共六十六页闪变视觉(shju)系统模型6 . 灯眼脑反应链的数学描述 从对闪变视感机理的理论分析(fnx)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。基本思路

8、： 1）电压波动的响应特性；2）人眼的感光反映能力；3）大脑的记忆存储效应三方面的近似数学描述，即可得到人的闪变视觉系统模型。具体办法：通过对实验得到的视感度频率特性曲线K（f）（它是以上三方面的综合反映）的数学分段逼近与描述，从而获得灯-眼-脑环节的数学表达式。一方面使我们对人的主观视觉对照度波动（电压波动引起）响应的理论认识有所提高，另一方面也为闪变数字测量提供了较为通用的计算方法。共六十六页电压波动与闪变的数学(shxu)描述 灯-眼-脑反应链的传递函数 依据表42和曲线48，将K（f）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(kngzh)环节的对数

9、幅频特性之和表示，即 进而可以导出灯-眼-脑环节的传递函数表达式，（428）共六十六页灯-眼-脑反应(fnyng)链的传递函数仿真波形共六十六页闪变的评估(pn )方法1. 电压(diny)波动与闪变的起因和危害 电压波动造成的危害是多种多样的，闪变是电压波动造成的主要危害之一。广义的电压闪变概念： 它几乎涵盖了电压波动的全部有害内容（之所以如此，是因为电光源具有应用的广泛性；其光照度对电压波动的敏感具有代表性）。中高压电网也采用闪变强度来衡量电压波动的水平，是为了统一标准。还由于在实际对随机波动性负荷的供电点，很难对其最大电压波动给出评估，往往采用只评估闪变严重度。鉴于此，在电能质量标准中，

10、既要限制电压波动也要限制电压闪变，但一般将限制电压闪变作为第一考核指标。共六十六页闪变的评估(pn )方法 2. 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）的闪变强弱和整个工作周期（1小时-7天）的闪变严重度，因此是反映电压波动的统计特征量。其科学性和正确性已经(y jing)得到国际的普遍认可和使用（IEC作为测量标准已经颁布，IEEE正在效仿实施）。共六十六页电压闪变的统计(tngj)特征量计算短时间闪变值 在观察期内（如10min）,对瞬时闪变视感度S(t)作递增分级（标准规定，分级应不小于64级）处理，计算各级( j)瞬时闪变视感水平所占相对时

11、间长度比（也称为时间水平统计法），可获得概率直方图。进而采用IEC 推荐的统计方法累积概率函数(CPF)，对该段时间的闪变强弱作出评定。 共六十六页电压波动的统计(tngj)特征量计算 以图411为例给出一计算示例介绍.图中所示为某一观察时间段（如10min）内等间隔测算到的15000个数据所描述的瞬时闪变视感度S(t)变化(binhu)曲线.为简要说明时间水平统计方法,将该变化曲线等分为10级。 例如S(t)在2p.u范围, 则每级级差为2p.u/10=0.2p.u。图4-11 S（t）分级计时示例A/D采样频率t1t2t3t4t5500010000150002.0101.681.471.2

12、61.050.840.630.420.211.890t (次)（级）p.u.S（t）)共六十六页统计特征(tzhng)量计算示例图中给出第7级(1.2p.u-1.4p.u)统计计算示例.假设,处于第7级的时间总和(zngh)次数:在总时间中第7级所占概率分布则为图4-11 S（t）分级计时示例A/D采样频率t1t2t3t4t5500010000150002.0101.681.471.261.050.840.630.420.211.890t (次)（级）p.u.S（t）)共六十六页统计(tngj)特征量计算示例依次对其他9级进行同样(tngyng)统计计算，可给出概率分布直方图。对概率分布直方图

13、做概率累加计算，可得到累积概率函数图形。0.10.30.50.70.91.11.31.51.71.9123456789100.10.30.50.70.91.11.31.51.71.912345678910010203040507500500025000050100CPF (%)（级）S（t）p.u.(次)Pk（）（级）S（t）p.u.图4-12 S（t）统计计时概率分布直方图图4-13 S（t）累计概率函数曲线29507以上各级概率之和29累积概率函数CPF所表现的是S（t）变量处在某一确定范围内的可能性有多大。即S(t)的概率分布函数。实际应用中可不用画出CPF曲线。共六十六页电压(diny

14、)波动的统计特征量计算 对图412概率分布直方图进行累加计算，可以得到图413所示的累积概率函数(CPF)。而实际应用时常用5个概率分布规定值计算出10min短时间闪变统计值 ，它表示短时间闪变严重度。其计算公式如下 式中5个规定值 、 、 、 、 分别为10min内瞬时(shn sh)闪变视感度S(t)超过0.1%、1%、3%、10%和50%的时间比 。共六十六页电压波动(bdng)的统计特征量计算单位闪变（UNIT FLICKER）： 由以上计算得到短时间闪变值。当 0.7觉察单位时，一般觉察不出闪变；当 1.3时，则闪变使人感到不舒服。所以(suy)IEC推荐 =1作为低压供电的短时闪变

15、限值，称为单位闪变。它代表在标准实验条件下（60W230V钨丝灯）被实验人数(大于500人）中80%（当f=8.8Hz时，d=29%，觉察率F=80%，瞬时闪变视感度S=2觉察单位）有明显刺激性感觉的闪变强度。它作为低压供电的闪变限值。共六十六页电压波动(bdng)的统计特征量计算3长时间闪变值 长时间闪变的统计时间需在1h以上，典型取2h或更长时间。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过(chogu)99%概率的短时间闪变值 （用符号 表示）或超过1%时间的 （用符号 表示）作为长时间闪变值。 = = 共六十六页电压波动(bdng)的统计特征量计算有些专

16、家主张以95%概率(gil)代替99%概率，以放宽对电能质量的要求使之更符合实际。即将上式稍做修改有： = = 由大型电弧炉在其公共供电点的实测数据, 可给出经验关系式 =0.8 ， 或 =1.25 共六十六页电压(diny)波动的统计特征量计算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能作出全面评定，在整个闪变观测结束时给出 和 两项指标。具体处理(chl)时可在每天保留的 中取出第3大值 作为 值，即 =共六十六页电压(diny)波动的统计特征量计算UIE/IEC推荐的取值算式与上述算法不同，它规定在已经顺序(shnx)测得的N个10min短时间闪变值 （k=1，2，3，。N）

17、 数据中，长时间闪变值 可由这N个 的立方根求得 =例如，在2h期间，每隔10min测一次可得12个 值，在一天期间可得到N=144个 值，在一星期期间则可得到N=1008个 值。共六十六页闪变测量推荐(tujin)方法26 电压(diny)波动与闪变的测量国际上有代表性的三种原理类型的闪变测量仪器，如日本的闪变仪，英国的ERA电弧炉闪变测量仪和由IEC和UIE推荐的闪变仪。2.6.1 电压波动的平方检测法 常用的电压波动检测方法有整流检测法、有效值检测法和平方检测法。在IEC推荐的闪变测量方法中采用的是平方检测法。 共六十六页闪变测量推荐(tujin)方法分析仅含单一频率的调幅(dio f)

18、波对工频载波的调制，因此调制波解析式为 其中， 工频载波电压的幅值， 调幅波电压的调制系数， 工频载波电压的角频率， 调幅波电压的角频率共六十六页闪变测量(cling)推荐方法调制波电压自乘求平方，有 可以看出(kn ch)，调制波电压的平方项含有以下频率分量， 共六十六页闪变测量(cling)推荐方法若利用0.05-35Hz的带通滤波器滤除其中(qzhng)的直流分量和工频及以上频率的分量，并考虑到存在调幅波电压的倍频分量，由于其幅值远小于调幅波的幅值，可忽略不计，便可近似获得加权的调幅波电压，其波形例如图428所示。共六十六页灯-眼-脑反应(fnyng)链的传递函数仿真波形共六十六页基于M

19、ATLAB的闪变仪检测算法(sun f)仿真流程共六十六页 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(yzh)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；电弧炉用电特征分析共六十六页二、电弧炉运行的电气特性 4）电弧炉负荷情况复杂，

20、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(jinl)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。共六十六页 三、电弧炉电压(diny)波动的估算 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(hl)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：共六十六页 2）最大无功功率变动法 电压波动是无功冲击(chngj)引起的，可通过Qmax计算dmax。其中： 例4-4题：PCC点和电

21、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：共六十六页 四、线性时变电弧电阻(dinz)模型 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决定的。 2、线性化求电弧恒定电阻(dinz) 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