電壓波動與閃變

1、電壓波動與閃變第1頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四4.1 基本概念一、有效值電壓的變動 理想供電系統(tǒng)（PCC 點Sd 無窮大，等值 Z零）電壓恒定不變。實際電壓偏離標稱值的現(xiàn)象稱電壓變動。這里強調(diào)有效值電壓變動（以區(qū)別瞬時電壓變動）： 幾個概念：相對穩(wěn)態(tài)電壓變動值dc 、相對動態(tài)電壓變動值dd 、相對最大電壓變動值dmax：參見圖4-1所示。第四章 電壓波動與閃變 IEC相關(guān)標準規(guī)定：dc不超過3%；dd超過3%的持續(xù)時間小于200ms；dmax不超過4%。第2頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 1、電壓偏差：指實測電壓與額定電壓相對差值的百分

2、數(shù)。 電壓偏差也稱長期電壓變化或穩(wěn)態(tài)電壓變化，是電網(wǎng)運行的主要考核指標之一。合格率常指一周內(nèi)95%的10min平均電壓不超過標準規(guī)定的允許值。 2、電壓波動： 沖擊性負荷變化引起的、明顯偏離額定值的快速電壓變動。電壓波動值用一系列電壓有效值的相鄰兩個極值之差的百分數(shù)來表示。二、典型電壓變動現(xiàn)象3、4、5與前面重復(fù)略，但說明電壓變動現(xiàn)象復(fù)雜。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四4.2 電壓波動現(xiàn)象分析 一、電壓波動頻度 電壓波動值為一系列電壓變動的兩個相鄰有效值之差，可引出電壓波動頻度的概念，如圖所示。 電壓波動頻度r：單位時間內(nèi)電壓波動的次數(shù)，為調(diào)幅波頻率的2倍。電壓

3、波動值為調(diào)幅波的峰谷差值。即 =2fF（次/s） 或 =2*60*fF（次/min） 第4頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四4.2 電壓波動現(xiàn)象分析 二、供電系統(tǒng)電壓波動原因和波動值計算 由電力系統(tǒng)課： 不平衡負荷電壓波動計算自看，依據(jù)物理概念。 三、電壓波動限值 國標規(guī)定：P93表4-1。電弧爐引起的電壓波動最嚴重，標準條款一般是針對電弧爐負荷制定的。 U1U2P+jQ R+jX 若R + jX不變，電壓變化決定負荷的有功功率和無功功率；對高壓系統(tǒng)有R1為閃變不允許值 。 3、視感度頻率特性和視感度系數(shù)K（f） 人的視覺反映與照度波動的頻率有關(guān)： 1）閃變的覺察頻率范

4、圍：125Hz 2）閃變的最大覺察頻率范圍：0.05-35Hz（其上下限值稱為截止頻率，上限值又稱為停閃頻率） 3）閃變敏感頻率范圍：612Hz；最大敏感頻率：8.8Hz第7頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 IEC推薦的視感度系數(shù)K(f)為： 由表4.2數(shù)據(jù)和上式可算各頻率的K(f)，得圖4-8特性。第8頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四4、波形因數(shù)R（f） 不同波形電壓波動引起的閃變不同，常用波形因數(shù)R（f）表示： 由表4-2數(shù)據(jù)和上式可計算R（f）；由結(jié)果圖 4-9可知：矩形電壓波動（非正弦）比正弦電壓波動的影響更嚴重。 5、閃變視覺系統(tǒng)模

5、型 問題提出：如何用數(shù)學方法表述閃變視感。 基本思路：用5條直線（即5個典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)）和漸近線進行逼近，描述視感度頻率特性。模型和系數(shù)如下：第9頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 一、電壓波動的起因和危害 起因：電弧爐、軋鋼機等大功率波動性負荷引起的。 危害：工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等，同時產(chǎn)生諧波等干擾。 二、閃變評估和干擾限值 1、短時間閃變值Pst （統(tǒng)計時間10min）確定方法如下： Pst計算公式：4.4 閃變的評估方法第10頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 2、單位閃變 IEC推薦取Pst = 1作為低壓供電的短時間閃變限值，稱為單

6、位閃變。單位閃變代表標準實驗條件下，實驗人數(shù)的 80%有明顯感覺的閃變程度。 Pst 1.3時，閃變會使人感到不舒服。 3、長時間閃變值Plt ： 與Pst 的區(qū)別：統(tǒng)計時間需在1h以上，典型值取2h。 定義方法：對統(tǒng)計期間內(nèi)，將S（t）的 99% 時間概率不超標或1%時間時間超標的Pst作為長時間閃變值Plt 。即 Plt = Pst99% =P1 IEC推薦的Plt算法： 第11頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 4、閃變干擾限制值： 國標限值如下： 注：評估取系統(tǒng)較小方式，波動負荷最大周期的實測值。 5、閃變限值補充說明 1）閃變干擾的傳遞：高電壓級向中、低電壓級

7、的傳遞系數(shù)等于 0.8-1；中、低電壓級向高電壓級的傳遞系數(shù)等于 0；同電壓級相鄰母線間的傳遞需通過計算決定。 2）閃變允許值、兼容值、規(guī)劃值：允許值指負荷產(chǎn)生閃變的限值；兼容值指遭受干擾設(shè)備的安全限值；規(guī)劃值指對高中壓系統(tǒng)提出的質(zhì)量目標值（等于或小于兼容值）。 三、閃變嚴重度簡捷預(yù)測算法（略）系統(tǒng)電壓等級低壓（LV）中壓（MV）高壓（HV）Pst (10min)1.00.9(1.0)0.8Plt(2h)0.80.7(0.8)0.6第12頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 電弧爐是對電壓波動影響最大的負荷，研究 目的在于為防治、抑制打基礎(chǔ)。 一、電弧爐負荷的運行特點 電

8、弧爐運行周期包括：熔化期、氧化期和還原期。 運行特點：熔化期使爐料迅速熔化，由于材料、工藝和技術(shù)等原因，電流不穩(wěn)定、電壓波動大；氧化和還原的精練期引起的電壓波動相對小一些。 二、電弧爐運行的電氣特性（影響因素） 1）大電流在短網(wǎng)不對稱電感回路產(chǎn)生不平衡壓降； 2）電弧電壓不穩(wěn)定、不對稱，產(chǎn)生基波負序分量； 3）電弧爐本身為非線性負荷，產(chǎn)生復(fù)雜諧波成分；4.5 電弧爐用電特征分析第13頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 二、電弧爐運行的電氣特性 4）電弧爐負荷情況復(fù)雜，影響因素多，不同運行工況電流、電壓變化大；不同工況電壓變化如圖所示。 電弧爐負荷錯綜復(fù)雜，建立高質(zhì)量負荷

9、模型困難，難以進行數(shù)值分析，測量、評估是主要分析手段。4.5 電弧爐用電特征分析第14頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 三、電弧爐電壓波動的估算 取供電母線額定電壓UN為基準電壓，以SB=1000MVA為基準容量，可求系統(tǒng)標幺值參數(shù)。忽略R可寫總電抗表達式。 2、電壓波動的估算 1）短路壓降法： 或 例4-3題： 1、電路接線與參數(shù)計算 典型電路接線如圖；由典型接線可求等值電路：第15頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 三、電弧爐電壓波動的估算 從計算結(jié)果可以看出：電壓波動超標，需要加補償裝置。 2）最大無功功率變動法 電壓波動是無功沖擊引起的

10、，可通過Qmax計算dmax。 其中： 例4-4題：PCC點和電弧爐母線電壓波動均超標。 注：兩種估算方法僅能估算電壓波動大小，可判斷電壓波動是否超標。也可用下面經(jīng)驗公式估算閃變嚴重程度： 短時間閃變值： 長時間閃變值：第16頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 四、線性時變電弧電阻模型 其中，f 是閃變頻率；R1是與實際電弧爐負荷運行條件相聯(lián)系的恒定阻值，其值選擇是由弧長的變化范圍及電弧爐負荷消耗的功率決定的。 2、線性化求電弧恒定電阻 電弧弧長通常在0 20cm 范圍變化，電弧爐消耗的平均功率P = 42 MW。對實際電弧爐 的v-i特性曲線分段線性化，即列出圖4-2

11、6曲線線性段（OA 和 AB段）的公式，電弧爐消耗的功率是線性化曲線的面積。因此R1可求。 為對電弧爐負荷進行數(shù)值分析，需建立電弧爐的負荷模型，負荷模型可用功率、阻抗表示。教材介紹了一種改進的三相線性時變電弧電阻模型求取方法。 1、定義電弧電阻：第17頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 電弧爐恒定電阻R1求取方法： 圖中，Vig和Vex是燃弧電壓和熄弧電壓，i1和 i2 分別是對應(yīng)于v-i特性曲線第一象限內(nèi)點弧和滅弧電壓的電流 。 電弧阻抗模型確定之后，可得到用電弧爐阻抗模型表示的三相電弧爐系統(tǒng)等值電路，以及電弧爐系統(tǒng)方程，可對電弧爐引起的電壓波動進行數(shù)值仿真分析。第1

12、8頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四電弧爐電壓波動的仿真分析 根據(jù)上述電弧爐系統(tǒng)方程，可用MATLAB對弧爐的電壓波動進行動態(tài)仿真。本例仿真結(jié)果如下所示。令 ， ，R1= RaARaB，以及R2=RaBRaC，整理可得電弧爐系統(tǒng)的方程為： 第19頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四電弧爐電壓、電流仿真結(jié)果第20頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 通常電能質(zhì)量問題很難進行計算，測量是必須手段。電壓波動與閃變測量常用方法有整流檢測、有效值檢測和平方檢測法。新國標（IEC標準）采用平方檢測法。 一、電壓波動的平方檢測法 調(diào)制波解析式為 其中：Um工頻載波電壓的幅值； m 調(diào)制指數(shù)，要求m1， 否則將出現(xiàn)包絡(luò)線畸變； N工頻載波電壓角頻率； F調(diào)幅波電壓的角頻率 。 4.6 電壓波動與閃變的測量第21頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四 一、電壓波動的平方檢測法 對上式平方有 可以看出，調(diào)制波電壓的平方項含有以下頻率分量 進行濾波處理和忽略倍頻分量，得調(diào)幅波檢測電壓第22頁，共24頁，2022年，5月20日，19點15分，星期四二、IEC閃變測量環(huán)節(jié)分析 主要兩部分：第一部分模擬燈-眼-腦環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)特性，主要由圖中框 2、框3和框4組成。第二部分為測量到的瞬時閃