1、波動與閃變,TelQQ：769429505,目 錄,第一節(jié) 基本概念 第二節(jié) 電壓波動 第三節(jié) 閃變 第四節(jié) 閃變的評估方法 第五節(jié) 電弧爐用電特性分析 第六節(jié) 電壓波動與閃變的測量,第一節(jié) 基本概念,一、方均根值電壓的變動特性 二、典型電壓變動現(xiàn)象,一、方均根值電壓的變動特性,方均根電壓（RMS Voltage） 電力網(wǎng)的瞬時值電壓u是隨時間t作周期性變化的。周期性非正弦波形的電壓，可以分解為基波和諧波電壓，基波電壓的周期與非正弦電壓的周期相同。 工頻基波電壓的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，周期為20ms。 在工程上通常以電壓整周期的方均根值來衡量電壓的大小。,將工頻電壓的半

2、周期分成N個等分點(diǎn)，每隔T/2N逐點(diǎn)取電壓的瞬時值。設(shè)在kT/2N時刻電壓的瞬時值為uk，則沿半周期內(nèi)瞬時電壓序列為u0,u1,u2,un-1，于是方均根電壓U的計(jì)算公式為：,一、方均根值電壓的變動特性,一、方均根值電壓的變動特性,放大某一處看,方均根值,一、方均根值電壓的變動特性,方均根值電壓變動特性U(t)是方均根電壓的時間函數(shù)，它是沿每基波半周期取方均根值順序逐點(diǎn)畫出的圖形。,U1,U2,.,Uk為等間隔記錄的電壓方均根值。現(xiàn)以電動機(jī)啟動所引起的電壓方均根典型變動曲線為例說明這一變化關(guān)系。,一、方均根值電壓的變動特性,一、方均根值電壓的變動特性,穩(wěn)態(tài)電壓變動值（ ）：電動機(jī)啟動結(jié)束后的穩(wěn)

3、態(tài)電壓方均根值與額定電壓之間的差。,動態(tài)電壓變動值（ ）：電動機(jī)啟動過程中相鄰兩點(diǎn)極值電壓之差。,通常以標(biāo)稱電壓的相對百分?jǐn)?shù)來表示電壓變動值：,一、方均根值電壓的變動特性,相對穩(wěn)態(tài)電壓變動值：,相對動態(tài)電壓變動值：,相對最大電壓變動值：,方均根值電壓的變動是系統(tǒng)運(yùn)行中常出現(xiàn)的一種電壓質(zhì)量現(xiàn)象。 IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：在低壓民用電網(wǎng)中，相對穩(wěn)態(tài)電壓變動值 應(yīng)不超過3%；相對動態(tài)電壓變動值 超過3%的時間不應(yīng)超過200ms； 應(yīng)不超過4%。,一、方均根值電壓的變動特性,在當(dāng)代電力系統(tǒng)中，新型的功率沖擊性和波動性負(fù)荷越來越多，如煉鋼用電弧爐、由可控硅整流供電的軋鋼機(jī)、礦山卷揚(yáng)機(jī)、電焊機(jī)、電力機(jī)車等，其功率

4、高達(dá)幾萬千瓦甚至十幾萬千瓦。 由于這類干擾性負(fù)荷的功率因數(shù)普遍較低且無功功率變化量大，所以在其運(yùn)行時將引起公共連接點(diǎn)（PCC）的電壓幅值大幅度快速變動，嚴(yán)重時可能使同一電磁環(huán)境下的其他電氣設(shè)備不能正常工作。,二、典型電壓變動現(xiàn)象,1.電壓偏差,在一定的電力系統(tǒng)運(yùn)行條件下，由于總負(fù)荷或部分負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)與特性的改變，以及變壓器分接頭調(diào)整和電容器、電抗器投入或切除等原因，負(fù)荷所需無功功率與配電系統(tǒng)提供的無功功率不平衡，從而導(dǎo)致供電電壓出現(xiàn)持續(xù)性的逐漸偏離標(biāo)稱電壓的情況。,這種電壓方均根的相對緩慢變動也稱為長期電壓變動（long duration variations），或穩(wěn)態(tài)電壓變動。 根據(jù)電壓測

5、量值相對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的電壓正偏差與負(fù)偏差，還可以進(jìn)一步分為過電壓和欠電壓。,二、典型電壓變動現(xiàn)象,2.電壓波動,由于波動性負(fù)荷在運(yùn)行過程中頻繁的從配電系統(tǒng)取用快速變動電能，即出現(xiàn)沖擊性功率變化，造成公共連接點(diǎn)電壓在短時間里急劇變動，并明顯偏離標(biāo)稱電壓值（IEEE相關(guān)文件中給出的典型電壓波動范圍為0.1%-7%,變化頻率小雨25Hz）。 相對電壓偏差而言，電壓波動也成為快速電壓變化，或動態(tài)電壓變動。,這里仍以d 的大小作為電壓波動的量度。 為了區(qū)分電壓波動和電壓偏差，在國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中特別對電壓的波動性給出了定義，即方均根值電壓的變化速率不低于0.2%每秒。,二、典型電壓變動現(xiàn)象,3.電壓暫降

6、與暫升,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障或由于大容量設(shè)備啟動等，可能造成供電母線甚至遠(yuǎn)方的供電母線電壓迅速下降，并且跌幅較大，后隨即回升，恢復(fù)至標(biāo)稱電壓的允許范圍，其典型持續(xù)時間為0.5-30周波，下降幅度為標(biāo)稱電壓的90%-10%。 這種現(xiàn)象又稱為短時欠電壓。,二、典型電壓變動現(xiàn)象,4.短時間電壓中斷,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，故障點(diǎn)保護(hù)動作，供電端電壓迅速下降，其方均根值跌至小于0.1p.u.，經(jīng)一段時間后重合閘動作成功，重新恢復(fù)供電電壓至標(biāo)稱電壓允許范圍。 這種過程稱為短時間電壓中斷。,5.長時間電壓中斷,由于各種原因，供電電壓迅速下降跌至零且長時間不能恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為長時間電壓中斷，也泛稱斷電，是電壓變

7、動的一種極端情況。 這種持續(xù)性的長時間電壓中斷現(xiàn)象與上述電壓變動情況有本質(zhì)性的區(qū)別。,二、典型電壓變動現(xiàn)象,電壓變動細(xì)化分類圖,第二節(jié) 電壓波動,一、電壓波動的含義 二、波動性負(fù)荷對電壓特性的影響 三、電壓波動限制,一、電壓波動的含義,電壓波動（Voltage Fluctuation）定義為電壓方均根值一系列相對快速變動或連續(xù)改變的現(xiàn)象。 這種現(xiàn)象將對周邊其他負(fù)荷正常運(yùn)行造成危害和影響。其中最突出的是引起照明亮度的閃爍和對人視覺的影響。 其變化周期，大于工頻周期。 在配電系統(tǒng)運(yùn)行中，這種電壓波動現(xiàn)象又可能多次出現(xiàn)，變化過程可能是規(guī)則的、不規(guī)則的，或者是隨機(jī)的。,這是一個由電弧爐引起的電壓波動，

8、變動明顯不規(guī)則，試想一下，放大橫坐標(biāo)來看，電壓是跳躍形，斜坡形還是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)形呢？,一、電壓波動的含義,（a） （b）,（c） （d）,（a）為周期性等幅矩形電壓波動。例：單一阻性負(fù)荷投切引起的電壓波動。 （b）一系列不規(guī)則時間間隔階躍電壓波動。其電壓波動幅值可能相等，或不等。例：多重負(fù)荷投切引起的電壓波動。 （c）非全階躍式可明顯分離的電壓波動。例：非線性電阻負(fù)荷運(yùn)行引起的電壓波動。 （d）一系列隨機(jī)的或連續(xù)電壓波動。例:循環(huán)的或隨機(jī)的功率波動負(fù)荷運(yùn)行引起的電壓波動。,一、電壓波動的含義,電壓波動的表示 為具體描述造成實(shí)際電壓在短時間里較大幅度變動的特征，將一系列電壓變動值中的相鄰兩個極值之間的

9、變化稱為一次電壓波動，把兩個相鄰極值之差稱為電壓波動值（或波動大?。?。 實(shí)際上，電壓波動表現(xiàn)為嚴(yán)重連續(xù)偏離額定電壓，因此用一系列電壓方均根值的兩個極值之差，且用其相對值的百分?jǐn)?shù)表示： 通常以 d 的大小作為電壓波動的量度。,t,基頻電壓有效值,調(diào)幅波變化曲線,相對電壓變動特性,一、電壓波動的含義,t,t,0,（a）相對電壓變動特性,（b）調(diào)幅波變化曲線,v,RMS的調(diào)幅波電壓v,RMS的調(diào)幅波電壓v,沿時間軸對被測電壓每半個周期求得一個方均根值并按時間軸順序排列，即可形象地看到連續(xù)的電壓波動的包絡(luò)線圖形,一、電壓波動的含義,為了更直觀地表示，下圖給出了被觀測電壓瞬時值的包絡(luò)線圖形。將恒定不變的

10、工頻電壓看做載波，將波動電壓看做調(diào)幅波，（b）中的虛線表示工頻載波電壓峰值的平均電平線，若以此為零軸，該圖反應(yīng)了低頻（10Hz）正弦調(diào)幅波的變化。,一、電壓波動的含義,如上所述，電壓波動的頻度是分析電壓方均根值變化特性的另一個重要指標(biāo)。我們把單位時間內(nèi)電壓波動的次數(shù)稱為電壓波動的頻度 r ，一般以分或秒作為頻度的單位。,請問上頁圖所示的電壓波動的頻度是多少？,上頁圖所示的10Hz波動電壓，其電壓波動值為調(diào)幅波的峰谷差值，波動頻度為20次/秒。 因此，連續(xù)電壓波動的頻度為調(diào)幅波頻率fF的2倍，表示為：,（次/秒）,（次/min）,或,一、電壓波動的含義,在這個電動機(jī)啟動的例子里： 在電動機(jī)啟動一

11、次的過程中，其供電電壓實(shí)際發(fā)生了由高到低后又回升的2次電壓變動。 但是作為動態(tài)電壓變動事件，電動機(jī)啟動一次應(yīng)算作一次動態(tài)電壓變動。 當(dāng)電動機(jī)頻繁啟動，或如電弧爐和間歇性通電的負(fù)荷工作時，則會出現(xiàn)一系列的電壓變動。,二、波動性負(fù)荷對電壓特性的影響,引起電壓波動的原因是多種多樣的： 配電系統(tǒng)發(fā)生的短路故障或開關(guān)操作 無功功率補(bǔ)償裝置 大型整流設(shè)備的投切,但是，頻繁發(fā)生且持續(xù)時間較長的電壓波動更多是由功率沖擊性波動負(fù)荷的工作狀態(tài)變化所致。由于波動性負(fù)荷的功率因數(shù)低，無功功率變動量也相對較大，并且其功率變化的過程快，因此在實(shí)際運(yùn)行中，可以認(rèn)為波動性負(fù)荷是引起供電電壓波動的主要原因。,二、波動性負(fù)荷對電

12、壓特性的影響,波動性負(fù)荷可以分為兩大類： （1）由于頻繁啟動和間歇通電時，常引起電壓按一定規(guī)律周期變動的負(fù)荷。例如，軋鋼機(jī)和絞車，電動機(jī)，電焊機(jī)等。 （2）引起供電點(diǎn)出現(xiàn)連續(xù)的不規(guī)則的隨機(jī)電壓變動的負(fù)荷。例如，煉鋼電弧爐等。,三、電壓波動限值,從前面的介紹知，供電電壓的波動對用電設(shè)備和系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響主要決定于波動值的大小和變動的頻度。 國標(biāo)中以典型的電弧爐負(fù)荷為對象設(shè)定了電壓波動的極限值（實(shí)際上，電壓波動限值很少考核，而代之以閃變值作為主要指標(biāo)）。,各級電網(wǎng)電壓波動限值表,第三節(jié) 閃變,一、基本概念與定義 二、閃變視覺系統(tǒng)模型,一、基本概念與定義,影響： 電壓波動會引起部分電氣設(shè)備不能正常

13、工作。 一般來說，對電子計(jì)算機(jī)和控制設(shè)備不需要特別去關(guān)注 在商用和民用建筑的照明設(shè)備中，白熾燈占有相當(dāng)大的數(shù)量，電壓的波動會造成白熾燈光明顯閃爍，嚴(yán)重時使人眼難以忍受，為此，選白熾燈的工況作為判斷電壓波動值是否能被接受的依據(jù)。,一、基本概念與定義,因此，在研究電壓波動帶來的影響時，通常選白熾燈光照設(shè)備受影響的程度作為判斷電壓波動是否能被接受的依據(jù)。,閃變：電光源的電壓波動造成燈光照度不穩(wěn)定的人眼視感反應(yīng)。 換言之，閃變反映了電壓波動引起的燈光閃爍對人視感產(chǎn)生的影響。,注意：一直以來，人們習(xí)慣使用電壓閃變（Voltage Flicker）一次代替閃變。嚴(yán)格地講，閃變是電壓波動引起的有害結(jié)果，是指

14、人對照度波動的主觀視覺反映，它不屬于電磁現(xiàn)象。,一、基本概念與定義,同一觀察者 反復(fù)進(jìn)行閃變實(shí)驗(yàn),不同觀察者 閃變視感程度進(jìn)行抽樣調(diào)查,統(tǒng)計(jì)分析,找出相互間有規(guī)律的關(guān)系曲線,利用函數(shù)逼近的方法獲得閃變特性的近似數(shù)學(xué)描述,閃變的評價方法不是通過純數(shù)學(xué)推導(dǎo)與理論證明得到，而是通過觀察者的實(shí)驗(yàn)得到：,1.閃變覺察率F,根據(jù)IEC推薦的實(shí)驗(yàn)條件，采用不同波形、頻度、幅值的調(diào)幅波工頻電壓為載波向工頻230V、60W白熾燈供電照明，并對觀察者的閃變視感實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可得到有明顯覺察和難以忍受者的數(shù)量占觀察者總數(shù)量的比，即 式中，A沒有覺察的人數(shù) B略有覺察的人數(shù) C有明顯覺察的人數(shù) D難以忍受的人數(shù)。,如果

15、該比值超過50%，說明半數(shù)以上的實(shí)驗(yàn)觀察者有明顯的或難以忍受的視覺反映，若把F（%）大于50%定為閃變限值，則對應(yīng)的電壓變動值為該實(shí)驗(yàn)條件下電壓波動允許值。,2.瞬時閃變視感度S(t),為反映人的瞬時閃變感覺水平，用閃變強(qiáng)弱的瞬時值隨時間變化來描述，即瞬時閃變視感度S(t)。,S(t)是電壓波動的頻度、波形、大小等綜合作用的結(jié)果，其隨時間變化的曲線是對閃變評估衡量的依據(jù)。,規(guī)定閃變覺察率F=50%為瞬時閃變視感度的衡量單位,對應(yīng),S(t)=1覺察單位,例：如果S(t)1覺察單位，說明實(shí)驗(yàn)觀察者中有更多的人對燈光閃爍有明顯感覺，則規(guī)定為對應(yīng)閃變不允許水平。,3.視感度頻率特性系數(shù)K(f),通過閃

16、變實(shí)驗(yàn)研究，人對閃變的視覺反映還與照度波動的頻率特性有關(guān)，其頻譜分布規(guī)律可概括為以下幾點(diǎn)：,（1）閃變的一般覺察頻率范圍：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，上限又稱為停閃頻率，即高于這一頻率的閃變?nèi)搜凼歉杏X不到的） （3）閃變的敏感頻率范圍：612Hz （4）閃變的最大敏感頻率：8.8Hz,3.視感度頻率特性系數(shù)K(f),為了從本質(zhì)上認(rèn)識電壓波動引起的人對照度波動的頻率特性，引入了視感度系數(shù)K(f)，它是在S(t)=1覺察單位下，最小電壓波動值與各頻率電壓變動值的比,即：,4.波形因數(shù)R（f）,通過閃變實(shí)驗(yàn)，人們還發(fā)現(xiàn)，周期性或近于周期性的電

17、壓變動對照度的影響大，而且不同波形的電壓波動引起的閃變反映也是不同的。通過對相同頻率的兩種不同波形（例如，正弦波調(diào)幅波和矩形調(diào)幅波）的電壓波動做比較，可以計(jì)算出波形因數(shù)：,利用上式，對矩形和正弦波調(diào)幅波電壓做比較可知，以最大敏感頻率8.8Hz為對比起點(diǎn)，當(dāng)頻率9Hz時，矩形波的諧波分量比其基波分量對閃變影響更大。 見P46表3-1，“視感度S=1覺察單位的電壓波動”,4.波形因數(shù)R（f）,例如頻率在1Hz時，查表31后可計(jì)算出波形因數(shù)： R（f）=1.43/0.47=3.04 （意味著同樣影響下矩形波對應(yīng)的電壓波動值更?。?。 反之當(dāng)頻率9Hz時，R（f）約等于1.27不變，說明 矩形波所含頻次

18、（n*9Hz）諧波比其基波(9Hz)對閃變影 響要小。 由實(shí)驗(yàn)得到的視感度S=1覺察單位的電壓波動數(shù)據(jù)（見表 31）還可描繪出兩種波動電壓波形與頻度的關(guān)系曲線， 如圖33所示。,5.燈眼腦反應(yīng)鏈的數(shù)學(xué)描述,從對閃變視感機(jī)理的理論分析和本質(zhì)認(rèn)識出發(fā)，尋求一種較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)表述方法是必要的。 基本思路： 1）電壓波動的響應(yīng)特性；2）人眼的感光反映能力；3）大腦的記憶存儲效應(yīng)三方面的近似數(shù)學(xué)描述，即可得到人的閃變視覺系統(tǒng)模型。 具體辦法：通過對實(shí)驗(yàn)得到的視感度頻率特性曲線K（f）（它是以上三方面的綜合反映）的數(shù)學(xué)分段逼近與描述，從而獲得燈-眼-腦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 一方面使我們對人的主觀視覺對照度波

19、動（電壓波動引起）響應(yīng)的理論認(rèn)識有所提高，另一方面也為閃變數(shù)字測量提供了較為通用的計(jì)算方法。,5.燈-眼-腦反應(yīng)鏈的傳遞函數(shù),依據(jù)表31和K(f)-頻率曲線，將K（f）作出的燈-眼-腦環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性曲線用5條直線和漸近線逼近，或者說用5個典型控制環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性之和表示，即,進(jìn)而可以導(dǎo)出燈-眼-腦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)表達(dá)式，,已知視感度頻率特性系統(tǒng)K(f)，可用拉普拉斯變換復(fù)變量s表示成傳遞函數(shù)K(s)的形式，并且多采用幅頻特性：,5.燈-眼-腦反應(yīng)鏈的傳遞函數(shù),第四節(jié) 閃變的評估方法,一、電壓波動與閃變的起因和危害 二、閃變水平評估與干擾限制值 三、閃變嚴(yán)重度簡捷預(yù)測算法,一、電壓波動與閃變

20、的起因和危害,電壓波動與閃變的起因,各種類型的大功率波動性負(fù)荷投運(yùn)引起,由于配電線路短時間承載過重，饋電終端的電壓調(diào)整能力很弱等原因，難以保證電壓穩(wěn)定,一、電壓波動與閃變的起因和危害,電壓波動與閃變的具體危害,引起車間、工作室和生活居室等場所的照明燈光閃爍，降低工作效率和生活質(zhì)量。,造成直接與交流電源相連的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，時而加速時而制動，影響產(chǎn)品質(zhì)量。,對電壓波動較敏感的工藝過程或試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不良影響。,電視機(jī)畫面亮度頻繁變化以及垂直和水平幅度搖動。,導(dǎo)致電子儀器和設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、自動控制生產(chǎn)線以及辦公自動化設(shè)備等工作不正常，或受到損壞。,導(dǎo)致以電壓相位角為控制指令的系統(tǒng)控制功能紊亂，

21、致使電力電子換流器換相失敗等。,1,2,3,4,5,6,一、電壓波動與閃變的起因和危害,電壓波動除了會使電動機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，危害系統(tǒng)本身的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還會直接影響生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，造成人眼疲勞，降低人們的工作效率等。 順便指出，波動性負(fù)荷除了會產(chǎn)生以上總結(jié)的閃變危害之外，由于自身的工作特點(diǎn)所決定，還會產(chǎn)生大量的諧波，并且由于其三相嚴(yán)重不對稱帶來的負(fù)序分量，同樣會危及供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。,二、閃變水平評估與干擾限制值,在電力輸配過程中，既要限制電壓波動也要限制閃變，并且將限制發(fā)生閃變干擾放在首位。 UIE/IEC建議在進(jìn)行閃變監(jiān)測時，對于運(yùn)行周期時間較長一類的波動性負(fù)荷（如電弧爐等）一般用

22、短時間閃變強(qiáng)弱和整個工作周期（1h-7天）的閃變嚴(yán)重度，分別用來確定一段時間（1-15min）的閃變強(qiáng)弱和整個工作周期（1h-7天）的閃變嚴(yán)重度，并且給出了閃變評價的數(shù)學(xué)方法和測量方法。,二、閃變水平評估與干擾限制值,短時間閃變值和長時間閃變值 它們是衡量閃變的基準(zhǔn)，分別用來確定短時間（1-15分鐘）的閃變強(qiáng)弱和整個工作周期（1小時-7天）的閃變嚴(yán)重度，因此是反映電壓波動的統(tǒng)計(jì)特征量。其科學(xué)性和正確性已經(jīng)得到國際的普遍認(rèn)可和使用（IEC作為測量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布，IEEE正在效仿實(shí)施）。,二、閃變水平評估與干擾限制值,1.短時間閃變水平值Pst,在觀察期內(nèi)（如取典型值Tshort=10min），對瞬

23、時閃變視感度S(t)作遞增分級處理（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，實(shí)際分級應(yīng)不小于64級），并計(jì)算各級瞬時閃變視感水平所占總檢測時間長度之比（也稱為時間-水平統(tǒng)計(jì)法），可獲得概率直方圖。 進(jìn)而采用IEC推薦的累積概率函數(shù)（CPF），即水平分級狀態(tài)時間計(jì)算法，對該段時間的閃變嚴(yán)重度作出評定。,1.短時間閃變水平值Pst,以圖34為例給出一計(jì)算示例介紹.圖中所示為某一觀察時間段（如10min）內(nèi)等間隔測算到的15000個數(shù)據(jù)所描述的瞬時閃變視感度S(t)變化曲線. 為簡要說明時間水平統(tǒng)計(jì)方法,將該變化曲線等分為10級。 例如S(t)在2p.u范圍,則每級級差為2p.u/10=0.2p.u。,1.短時間閃變水平值Pst

24、,圖中給出第7級(1.2p.u-1.4p.u) 統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例.假設(shè),處于第7級 的時間總和次數(shù): 在總時間中第7級所占概率分布則為,1.短時間閃變水平值Pst,統(tǒng)計(jì)特征量計(jì)算示例：,依次對其他9級進(jìn)行同樣統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可給出概率分布直方圖。,對概率分布直方圖做概率累加計(jì)算，可得到累積概率函數(shù)圖形。,累積概率函數(shù)CPF所表現(xiàn)的是S（t）變量處在某一確定范圍內(nèi)的可能性有多大。即S(t)的概率分布函數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中可不用畫出CPF曲線。,1.短時間閃變水平值Pst,研究表明，對于不同類型的供電電壓干擾采用多點(diǎn)測定算法可以更準(zhǔn)確地反映閃變的嚴(yán)重程度。實(shí)際應(yīng)用時常用5個概率分布pk測定值計(jì)算出短時間（10mi

25、n）閃變平滑估計(jì)值Pst，Pst表示實(shí)際檢測到的短時閃變水平嚴(yán)重度。 其近似計(jì)算公式為：,式中，,上式中，5個測定值 分別為10min內(nèi)超過0.1%、1%、3%、10%和50%時間比的概率分布水平pk 。,1.短時間閃變水平值Pst,例如，當(dāng)調(diào)幅波為穩(wěn)定的周期性矩形電壓變化時，上式中 相等。并且有 。代入上式，有,可近似寫為,從表3-1和圖3-3中，曲線下凹的最低點(diǎn)是在波動頻度r=1056次/min，對應(yīng)調(diào)幅波基波頻率fF=8.8Hz這一點(diǎn)。它表示在S(t)=1覺察單位，對于周期性矩形電壓波動，相對電壓波動值最小，d=0.199%。 又當(dāng)， fF=8.8Hz時， d=0.29%，覺察率F=80

26、%、 S(t)=2覺察單位，Pst=1 。,2.長時間閃變水平值Plt,長時間閃變的統(tǒng)計(jì)時間需在1h以上，國標(biāo)中規(guī)定為2h。在2h或更長時間測得并作出的累計(jì)概率統(tǒng)計(jì)曲線（CPF）中，將瞬時閃變視感度不超過99%概率的短時間閃變值Pst（用符號Pst，99%表示）或超過1%時間的Pst值（用符號P1表示）作為長時間閃變水平值Plt ：,在實(shí)際處理時，長時間閃變值還可以根據(jù)具體情況，分別利用4中不同的計(jì)算方法來處理。,2.長時間閃變水平值Plt,在實(shí)際處理時，長時間閃變值還可以根據(jù)具體情況，分別利用4中不同的計(jì)算方法來處理。,（1）仍利用長時間CPF進(jìn)行多點(diǎn)計(jì)算和分析。 （2）有些專家主張以95%

27、概率代替99%概率，以放寬對電能質(zhì)量的要求，使之更符合實(shí)際，將上頁公式稍微修改為： 并利用大型電弧爐在其供電點(diǎn)的實(shí)測數(shù)據(jù)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式做簡化計(jì)算：,2.長時間閃變水平值Plt,（3）對于電弧爐等類型的負(fù)荷所引起的閃變，至少需觀測一星期才能做出全面評定，在整個閃變觀測結(jié)束時，方能給出Pst和Plt兩項(xiàng)指標(biāo)。具體處理時刻在每天保留的Pst中取出第3大值Pst，3max作為Plt值，即 （4）UIE/IEC推薦的計(jì)算式與上述算法不同。它規(guī)定對于已順序測得的N個10min短時間閃變值Pst，k（k=1，2，3，N）數(shù)據(jù)，長時間閃變值Plt可由這N個 的立方和求根得到：,（1）.同一供電母線上 Pst

28、的合成,3.閃變干擾限制值,n個波動性負(fù)荷各自引起的閃變及背景閃變在同一公共供電母線上產(chǎn)生的pst合成算式的一般形式為： 其中，m的值取決于主要閃變的性質(zhì)及其工況的重疊可能性：m=1用于波動性負(fù)荷引起電壓變動同時發(fā)生重疊率很高的工況；m=2用于隨機(jī)波動性負(fù)荷引起電壓變動同時發(fā)生的工況（如：熔化期重疊的電弧爐）；m=3用于波動性負(fù)荷引起的電壓變動同時發(fā)生的可能較小的工況；m=4僅用于熔化期不重疊的電弧爐所引起的電壓變動合成。,（2）. 供電系統(tǒng)各電壓級間Pst的傳遞,廣義的閃變包括電壓波動，限制閃變干擾包括限制電壓變動幅值和變動頻度及其影響。IEC在制訂閃變標(biāo)準(zhǔn)中，將供電系統(tǒng)電壓分為高壓（HV）

29、、中壓（MV）和低壓（LV）三級。對于超高壓（EHV）UN230kV的輸電系統(tǒng)的閃變標(biāo)準(zhǔn)，則與高壓（HV）規(guī)定的閃變標(biāo)準(zhǔn)相同。 具體標(biāo)準(zhǔn)如下：,1、低壓，一般指 的低壓配電網(wǎng)； 2、中壓，指 的配電網(wǎng)； 3、高壓，指 的大型用戶的高壓供電和地區(qū)性連接的高壓配電網(wǎng)。 閃變干擾在各級電力網(wǎng)的傳遞，遵循十分簡單的規(guī)律： （1）高壓傳遞至中壓和低壓的傳遞系數(shù) 和 稍低于1，一般取0.81；而由中壓傳遞至低壓的傳遞系數(shù) 則接近于1，典型值為 。 （2）由于高壓級電力網(wǎng)的短路容量較大，由低壓級的閃變干擾傳遞至高電壓級的作用實(shí)際上可以忽略，因此，低壓傳遞至中壓及由中壓傳遞至高壓的傳遞系數(shù)等于0。,（2）.

30、供電系統(tǒng)各電壓級間Pst的傳遞,如上圖的供電系統(tǒng)，兩個電弧爐A和B分別接在A、B兩個供電母線上。假定已知這兩個電弧爐產(chǎn)生的閃變干擾值為：單獨(dú)由電弧爐A在供電母線A上產(chǎn)生的閃變干擾值為PstA；單獨(dú)由電弧爐B在供電母線B上產(chǎn)生的閃變干擾值為PstB。計(jì)算一個供電母線上的電弧爐，在另一供電母線上所產(chǎn)生的閃變干擾的傳遞效應(yīng)。,（2）. 供電系統(tǒng)各電壓級間Pst的傳遞,為分析簡化又不影響一般性，只需計(jì)算電弧爐B在供電母線A上產(chǎn)生的閃變PstBA，采用的算法是：將電弧爐B在母線B上產(chǎn)生的閃變PstB 乘以傳遞系數(shù)成為傳遞到母線A的閃變干擾PstBA 。在推倒鄰近母線B上閃變干擾PstB傳遞至供電母線A的

31、等值閃變干擾PstBA的計(jì)算公式時，先將上圖變化為下面的等值電路。,（2）. 供電系統(tǒng)各電壓級間Pst的傳遞,PstB傳遞至供電母線A的等值閃變擾動PstBA，可按阻抗XA和XC上分壓計(jì)算，即：,引入短路容量，按標(biāo)么值關(guān)系式可寫為：,， ，,其中： PKAB表示供電點(diǎn)B短路時，A點(diǎn)流向B點(diǎn)的短路容量，MVA； PKAB供電點(diǎn)A短路時，B點(diǎn)流向A點(diǎn)的短路容量，MVA； PKA供電點(diǎn)A的短路容量，MVA。,根據(jù)前面的推導(dǎo)，可以得出： 即： 其中，TBA在母線B上產(chǎn)生的閃變干擾傳遞至母線A的傳遞系數(shù)。 在前面介紹的等值電路中， 于是由上面推導(dǎo)的算式可以算出 。 同理可得 。 由此可見，兩母線之間的傳

32、遞系數(shù)不同，必須具體計(jì)算。這個例子的計(jì)算結(jié)果為： 傳遞系數(shù) ；傳遞系數(shù),4.電壓波動和閃變的計(jì)算方法,在一般供電系統(tǒng)中，電壓幅值的變化主要是由負(fù)荷無功變化引起的，但由于像電弧爐等有不規(guī)則隨機(jī)特性的負(fù)荷，如何確定其無功功率的變化量很困難。 一種推薦的估算方法在前面介紹了。結(jié)合給出的計(jì)算公式，下面再介紹兩種簡單實(shí)用的交流電弧爐可能引起的電壓波動的估算方法。,所謂SCVD是指利用電弧爐在開路和短路兩種工況下的電壓差與額定電壓之比的百分?jǐn)?shù)來表示電壓波動值，計(jì)算公式為 式中，U0是電弧爐在三相開路時的PCC點(diǎn)電壓 Ud是電弧爐在三相短路時的PCC點(diǎn)電壓 通常將該公式計(jì)算的結(jié)果稱之為短路壓降。,1、短路壓

33、降法,SCVD實(shí)質(zhì)上反應(yīng)了交流電弧爐三相短路容量與PCC點(diǎn)系統(tǒng)短路容量之比。經(jīng)驗(yàn)表明，導(dǎo)致電壓波動和閃變的工作電流的變化與電弧爐的短路容量有關(guān)。根據(jù)英國的經(jīng)驗(yàn)表明，SCVD又可表示為： 其中，Sd1為電弧爐變壓器分接頭處于使電極電壓為最大檔位所對應(yīng)的電弧爐最大短路容量，MVA ; Sd為PCC點(diǎn)處供電系統(tǒng)全年最小短路容量，MVA。,1、短路壓降法,算例：以典型的30t電弧爐的供電電路，如下圖為例，請計(jì)算其短路電壓降，并判斷該電弧爐負(fù)荷是否允許接入系統(tǒng)。,舉例說明1,解：假設(shè)電弧爐爐變?nèi)萘繛?8MVA，取計(jì)算基準(zhǔn)短路容量即SB=100MVA，則以給定SB為基準(zhǔn)的電路各電抗的百分值分別為 ， ，

34、， 總電抗 。 由于容量 ，而且參考母線電壓的標(biāo) 么值等于1，若X以百分值表示，則電弧爐的短路容量為,供電電路的短路容量為: 于是可分別計(jì)算得出電弧爐的短路容量Sd1和供電系統(tǒng)的短路容量Sd為: 由此可得斷路壓降：,估算出的dmax對照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各電壓等級的允許范圍值（如下表），可以看出，該電弧爐必須加裝補(bǔ)償裝置才允許接入電網(wǎng)。,通過在對電弧爐的功率圓圖分析可知，交流電弧爐無功沖擊量有最大值，因此，可以根據(jù)給定的電弧爐參數(shù)，首先計(jì)算出其最大無功功率沖擊值 ， 然后估算出短路壓降dmax，這種方法稱為最大無功功率變動量法。,2、最大無功功率變動量法,若以基準(zhǔn)容量SB來表示，則:,電弧爐最大無功功

35、率沖擊值對應(yīng)最大電壓變動量為： 當(dāng)已知電弧爐短路總電抗X0時 :,電弧爐最大無功功率沖擊值對應(yīng)最大電壓變動量為: 與額定電壓的百分比即為電弧爐的短路壓降，于是有：,例：仍以上述的30t電弧爐參數(shù)為例，利用最大無功率沖擊值預(yù)測短路電壓降。,解： 先將已知數(shù)據(jù)代入前面的計(jì)算公式求得最大無功功率沖擊值為： 由上例已知，在PCC處，X=Xs=17.1%，于是：,舉例說明2,在電弧爐母線FB處，X=XS+XL=19.2%,于是：,同上例一樣，對照標(biāo)準(zhǔn)可以見，以上預(yù)估測算的兩處，最大電壓波動值都已超過允許值，這說明，須加裝補(bǔ)償裝置才允許接入電網(wǎng)。,需指出的是，以上兩種估算短路壓降的方法僅給出了判斷將要投入

36、供電系統(tǒng)的電弧爐可能產(chǎn)生的電壓波動大小是否超過允許值的方法。而實(shí)際上由于閃變的嚴(yán)重與否還與電壓波動的波形和頻率有關(guān)，因此，還需直接根據(jù)閃變值來評定電弧爐對供電系統(tǒng)的影響。 下面給出短路壓降與閃變限制間的經(jīng)驗(yàn)換算關(guān)系式：,短時間閃變值Pst與短路壓降dmax之間的換算式為：,長時間閃變值Plt與短路壓降dmax之間的換算式為：,第五節(jié) 電弧爐用電特性分析,理論和實(shí)踐分析表明，交流電弧爐是供電系統(tǒng)各類功率波動性負(fù)荷中對電壓特性影響最大的負(fù)荷。 其中煉鋼用電弧爐比其他用途（如生產(chǎn)磷化物、冶煉硅鐵等）的電弧爐對供電電壓的干擾更大。 煉鋼用交流電弧爐對供電系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響主要包括有功功率和無功功率沖擊

37、性快速變化引起的電壓波動和閃變，電弧電阻的非線性導(dǎo)致的電力諧波畸變，以及三相負(fù)荷不對稱帶來的供電系統(tǒng)動態(tài)不平衡干擾等。,一、電弧爐的基本參數(shù)和運(yùn)行周期,普通交流電弧爐的冶煉周期為3-8h，具體時間取決于供電電壓高低、電弧爐容量（噸位）和冶煉材料及其工藝等。通常電弧爐的供電電壓為110kV或35kV，經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的電弧爐變壓器供電，二次側(cè)電極間電壓的典型值在100-600V之間，其中電極壓降為40V，電弧壓降約為12V/cm。,電弧爐的運(yùn)行周期包括三個階段：熔化期、氧化期和還原期。左圖給出了電弧爐負(fù)荷運(yùn)行周期示意圖。,熔化期的主要任務(wù)是使?fàn)t料迅速熔化。爐料進(jìn)入爐膛時整體呈圓桶狀或饅頭狀。通電起弧后

38、，三相電極迅速插入爐料，爐料熔化的液滴逐漸匯攏于爐底。熔化期約為0.5-2h，但在此期間消耗的電能最大，約占一個投運(yùn)周期總耗電量的60%-70%。,一、電弧爐的基本參數(shù)和運(yùn)行周期,氧化期的主要任務(wù)是脫磷及去氣、去夾雜。當(dāng)爐料全部熔化，溫度合適（一般為1570C）時，通過供氧脫碳，令鋼水沸騰，使其中的氣體和夾雜物上浮，并使鋼中磷的含量下降。,還原期的主要任務(wù)和操作是脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和調(diào)整成分。,二、電弧爐運(yùn)行的電氣特性,通過對電弧爐運(yùn)行過程的分析可知，其電氣特性有如下特點(diǎn)： （1）所消耗的功率強(qiáng)烈而快速，并且出現(xiàn)隨機(jī)性變化，它由煉鋼周期中的熔化過程和技術(shù)條件等因素決定。 （2）電能質(zhì)量下降程

39、度最大和時變性最強(qiáng)的時刻發(fā)生在熔化期。 （3）氧化和還原的精煉期電壓波動和諧波含量顯著降低。 （4）電能質(zhì)量的性質(zhì)和電能質(zhì)量下降的程度隨熔化期運(yùn)行條件的不斷變化而有所不同，取決于電弧爐的容量和類型，熔化材料的成分和性質(zhì)。 另外，煉鋼廠電弧爐臺數(shù)的多少對電能質(zhì)量造成的影響也會不同。,電弧爐運(yùn)行引起的電能質(zhì)量沖擊的因素包括：,（1）大電流電感支路。 電弧爐大電流電感支路的感應(yīng)率是由大電流導(dǎo)體的幾何形狀決定的。在實(shí)際中導(dǎo)體的總幾何對稱性總會有偏差，又因?yàn)榇嬖趶?qiáng)磁場，它會引起不對稱互感系數(shù)。這個不對稱的互感系數(shù)將作為不同相的感抗，于是電弧爐變壓器二次側(cè)稱為不對稱負(fù)荷。 （2）在電極與熔化的爐料間燃燒的

40、電弧。 使電能質(zhì)量降低的更主要的原因是三個自由燃燒的大電流電弧。首先這些電弧是非線性電阻性的，于是電弧燃燒時就產(chǎn)生了諧波電流。又因?yàn)槭姌O的陽極和陰極的壓降不同，所以還存在偶次諧波。三個電弧在電氣上式不對稱的，故出現(xiàn)了零序性系統(tǒng)諧波。,如前所述，電壓波動大小與負(fù)荷的無功功率變動量成正比。因此有必要首先分析電弧爐的功率變化規(guī)律，進(jìn)而推導(dǎo)出電弧爐無功功率變動量最大值計(jì)算公式。 這里，采用簡化電弧爐供電等值電路單線圖。圖中U0為電弧爐空載時的供電電源開路電壓；X0為電弧爐主電路的總阻抗：R為主電路的總阻抗，主要反映了時變電極的電阻，并且假設(shè)R為線性變化，P+jQ為主電路的復(fù)功率。 設(shè)電弧爐的短路容

41、量為： 且已知負(fù)荷的有功功率 負(fù)荷無功功率為,三、電弧爐的功率變化圓圖,三、電弧爐的功率變化圓圖,三、電弧爐的功率變化圓圖,通過上述方法，獲得交流電弧爐無功功率沖擊量的最大值,電極短路時無功功率-正常運(yùn)行時無功功率,這一推薦方法在電弧爐負(fù)荷對電壓影響的工程實(shí)際測量和估算中是很有用的。,四、線性時變電弧電阻模型,上述的研究表明，能否精確地建立電弧爐負(fù)荷模型是進(jìn)行電能質(zhì)量研究的重要先決條件。 與以往的單相線性電弧爐模型不同，本節(jié)介紹一種改進(jìn)的三相非線性時變電弧電阻模型。這個模型是在對實(shí)際u-i特性曲線分段線性化的基礎(chǔ)上，根據(jù)電弧爐負(fù)荷消耗的功率計(jì)算出時變電弧電阻的幅值。 等值電弧電阻是以時間為自變

42、量連續(xù)變化的隨機(jī)函數(shù)，所以選用電弧電阻不同的時變規(guī)則代替弧長不同的時變規(guī)則，就可以實(shí)現(xiàn)具有控制環(huán)節(jié)的電壓波動過程仿真。動態(tài)負(fù)荷模型則考慮了周期性變化規(guī)則的電弧電阻。一旦建立了表示電弧電阻變化的模型，就可以評估不同供電系統(tǒng)中由于電弧爐運(yùn)行造成電壓波動的結(jié)果。,四、線性時變電弧電阻模型,其中，f 是閃變頻率；R1是與實(shí)際電弧爐負(fù)荷運(yùn)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(fù)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。,為對電弧爐負(fù)荷進(jìn)行數(shù)值分析，需建立電弧爐的負(fù)荷模型，負(fù)荷模型可用功率、阻抗表示。這

43、里介紹一種改進(jìn)的三相線性時變電弧電阻模型求取方法。 1、定義電弧電阻：,對實(shí)際電弧爐 的v-i 特性曲線分段線性化，即列出下圖曲線線性段（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。,四、線性時變電弧電阻模型,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(jìn)行數(shù)值仿真分析。,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(jìn)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：,四、線性時變電弧電阻模型,令 ，列寫回路

44、電壓方程，得到,電弧爐電壓、電流仿真結(jié)果,第六節(jié) 電壓波動和閃變的測量,一、電壓波動的檢測方法 電壓波動與閃變的測量是與評估標(biāo)準(zhǔn)緊密相連的。目前，在我國的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于電壓波動和閃變的內(nèi)容已經(jīng)與IEC國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，為此，本節(jié)主要介紹IEC閃變測量方法。,一、電壓波動的檢測方法,常用的電壓波動檢測方法有整流檢測法、有效值檢測法和同步檢測法。IEC推薦的閃變測測量方法是同步檢測法。 為了檢測出電壓波動分量，通?？蓪㈦妷翰▌涌闯梢怨ゎl電壓為載波，其電壓的均方根值或峰值受到以電壓波動分量為調(diào)制波的調(diào)制。對于任何波形的調(diào)幅波均可以看作是由各種頻率分量合成的。,為了保證分析簡化而又不失一般性，我們可

45、以分析僅含單一頻率的調(diào)幅波對工頻載波的調(diào)制。 調(diào)制波解析式的一般表達(dá)式為：,式中： Um工頻載波電壓的幅值，V; wN工頻載波電壓的角頻率，Hz； v(wFt)調(diào)幅波電壓，V； wF調(diào)幅波電壓的角頻率，Hz。,若調(diào)幅波電壓為單一頻率的正弦波形，則 有：,式中，m稱為幅值系數(shù)， ， 要求m1，否則將出現(xiàn)包絡(luò)線畸變。,調(diào)幅波電壓幅值,載波電壓幅值,按照同步檢測方法，可將調(diào)制波電壓自乘求平方，得：,可見，調(diào)制波電壓的平方項(xiàng)除了有直流成分外，含有以下頻率分量： 、 、 、,如果利用0.0535Hz的帶通濾波器濾除其中的直流分量和工頻及以上頻率的分量，且考慮到，由于實(shí)際上的調(diào)制指數(shù) ，存在的調(diào)幅波電壓的倍頻分量幅值遠(yuǎn)小于調(diào)幅波的幅值，可忽略不計(jì)。因此，濾波后便可實(shí)現(xiàn)解調(diào)，獲得近似加權(quán)的調(diào)幅波電壓 ，即：,已知相對電壓變動值為 ，且假定調(diào)幅波為正弦函數(shù)波形，則有：,將上面兩式合并，可得用相對電壓波動d參量表示的表達(dá)式：,二、IEC閃變測量環(huán)節(jié)分析,為了使電壓波動與閃變的測量方法與標(biāo)準(zhǔn)一致，并使各測試儀制造廠家生產(chǎn)