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1、大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制电能质量分析与控制 第四章第四章 电压波动与闪变电压波动与闪变 孙孙 辉辉 内容提要 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 内容提要 电能质量分析与控制 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 4.1.1方均根电压的变动特性方均根电压的变动特性 12 100% N UU d U 电压变动值： 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 电压变动定义：实际电压偏离系统标称电压现象的统称。 电压特性方均根电压变动特性U(t)。沿基波半个周期及其整数倍求 取的电压方均根随时间变化的函数关系
2、。 1 2 1 0 N RMSkN k Uu 方均根电压： 理想的供电系统三相交流电源对称、电压方均根恒定 电压变动 条件条件 用户：用户：三相平衡， 恒功率汲取电能； PCC点点：短路容 量无穷大，系统 等值电抗为零。 电动机启动引起的电压变动特性 4.1.1方均根电压的变动特性方均根电压的变动特性 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 转速增加 额定转速 电动机启动引起的电压变动 4.1.1方均根电压的变动特性方均根电压的变动特性 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 启动过程中 相邻两点极值电压差 4.1.1方均根电压的变动
3、特性方均根电压的变动特性 相对稳态电压的变动值 相对动态电压的变动值 相对最大电压的变动值 100% c c N U d U 100% d d N U d U max max 100% N U d U 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 4.1.1方均根电压的变动特性方均根电压的变动特性 国际电工委员会(IEC)规定： 相对稳态电压变动值应不超过3%； 在低压民用电力网中 相对动态电压变动值超过3%的持续时间不应超过300ms； 相对最大电压变动值不应超过4%。 负荷的无功功率需求的变化是引起电压变动的主要因素； 干扰性负荷的功率因数低，无功变化大； 系统无功
4、补偿装置的投切； 系统线路发生故障。 电压损失的原因： 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 4.1.2 典型的电压变动现象典型的电压变动现象 电能质量分析与控制 波动性 负荷 运行状 态改变 故障或设 备投切 内容提要内容提要 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 4.2.1电压波动的含义电压波动的含义 定义： 电压方均根值一系列相对快速变动或连续改变 的现象。其变化周期大于工频周期。 特点： 在配电网运行中，电压波动现象有可能多次出现， 变化过程可能是规则的、不规则的、随机的。 描述： 把一系列电压波动中的相邻两个极值之间的变化 称为一次电压波动
5、。 4.2.1电压波动的含义电压波动的含义 周期性等幅矩形电压波动 不规则时间间隔阶跃电压波动 非全阶跃式可明显分离的电压波动 随机的或连续电压波动 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 非线性负荷 4.2.2电压方均根值特性电压方均根值特性 以系统标称的相对百分数表示的相对电压变动特性 调幅波变化曲线 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 电压方均根值曲线电压方均根值曲线U(t) 波动电压对工频电压的调制 正弦调幅波电压波形 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 4.2.2电压方均根值特性电压方均
6、根值特性 电压变动频度电压变动频度r 4.2.2电压方均根值特性电压方均根值特性 以时间的倒数为单位以时间的倒数为单位 国标规定：电压的由大到小或由小到大的变化各算一次变动。 例如 10HZ 20次次/s N fr 2（次/s) OR 602 N fr （次/min） 连续电压波动的频度计算： 4.2.3波动性负荷对电压特性的影响波动性负荷对电压特性的影响 由于频繁启动和间歇通电时引起电压按一定规律周期变动的负荷； 引起供电点出现连续的不规则的随机电压变动的负荷 波动负荷分两类： 三种典型接线的波动负荷三种典型接线的波动负荷 （1）三相平衡负荷 三相平衡负荷的简化单线图 00 (cossin)
7、 LLL URXI 用户侧供电电压波动量近似表达式： 系统阻抗 供电母线相对电压波动值： 00 2 100% N RPXQ d U 100% d Q d S 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 供电母线 将要连接到供电系统中的波动负荷对PCC点电压影响的预测估算 PCC点处的短路容量计算： 0 3 dd SU I 2 0 0 U Z 假设接入负荷系统电压不变，则供电电流变化量可用接入负 荷的容量的变化量容量的变化量表示： 0 3 L L S I U 4.2.3波动性负荷对电压特性的影响波动性负荷对电压特性的影响 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院
8、 电能质量分析与控制 供电系统的无限大 电源母线电压 系统等值阻抗 工程应用工程应用 相对电压波动值为： 00 3 L L d S UI ZU S 3 3 L Nd SU d US 4.2.3波动性负荷对电压特性的影响波动性负荷对电压特性的影响 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 N UU 0 令令 （2）接于二相间的单相负荷 供电系统简化电路图 三相三线制系统中 PCC点三相短路容量不变 0 3 dd SU I 用户接入的负荷功率变 化量为： 0LL SI U 4.2.3波动性负荷对电压特性的影响波动性负荷对电压特性的影响 大连理工大学电气工程学院大连理工大
9、学电气工程学院 电能质量分析与控制 近似计算电压变动量： 0 2 L UIZ 相对电压波动值计算： 2 L Nd SU d US 4.2.3波动性负荷对电压特性的影响波动性负荷对电压特性的影响 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 （3）单相负荷 供电系统简化电路图 0 3 L L U I Z 负荷电流： 单相负荷的容量： 2 0 3 L L U S Z 4.2.3波动性负荷对电压特性的影响波动性负荷对电压特性的影响 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 线电压 相对电压波动计算： 3 L Nd SU d US 系统阻抗上的电压降
10、： 00 3 L L d S UI ZU S 4.2.3波动性负荷对电压特性的影响波动性负荷对电压特性的影响 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 系统的短路 容量 现场实测困难时，或要预先对将要投入系统的设备进行评估现场实测困难时，或要预先对将要投入系统的设备进行评估 4.2.3波动性负荷对电压特性的影响波动性负荷对电压特性的影响 国家标准 LV-低压，低于1kV； MV-中压，1kV35kV； HV-高压，35kV以上 针对电弧炉负荷设定 GB/T123262008 注：注： 内容提要 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 4
11、.3.1闪变的概念 闪变 人对照度波动的主观视感，它不属于电磁现象。 （1） 闪变觉察率F 100% CD F ABCD 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 （2） 瞬时闪变视感度S（t） 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 通常以闪变觉察率F为50作为瞬时闪变视感度S(t)的衡量单位，即 定为S(t)=1觉察单位。 （3）视感度频率特性系数K(f) 8.8Hz 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 4.3.2电压波动与闪变的危害：电压波动与闪变的危害： （1）引起照明灯光闪烁，使人的
12、视觉易于疲劳，产生烦躁情绪； （2）使得电视机画面亮度频繁变化，垂直和水平幅度摇动； （3）造成电动机的转速不稳定，影响产品质量，危及设备安全； （4）对电压波动敏感的工艺过程或试验结果产生不良影响； （5）导致电子设备、自动化设备工作不正常，或受到损坏； （6）导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱。 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 4.3.3电压波动与闪变的原因：电压波动与闪变的原因： （1）各种类型的大功率波动性负荷投运引起的；各种类型的大功率波动性负荷投运引起的；
13、 （2）配电线路短时间承载过重，而且馈电终端的电压调整能力很弱。）配电线路短时间承载过重，而且馈电终端的电压调整能力很弱。 周期性和近似周期性的功率波动负荷功率波动负荷对电压的影响更为严重 电弧炉 轧钢机 电力机车 电阻焊接机 高功率脉冲输出的电子设备 4.3.4闪变水平评估与干扰限制值 评估指标 短时间闪变值（115min） 长时间闪变值（1h7天） 反映电压波动与闪变的统计特征量 （1）短时间闪变水平值 st P 方法方法：在观察期内，对瞬时闪变视感度S(t)做递增分级处理， 并计算各级瞬时闪变视感水平所占总检测时间长度之 比，可获得概率直方图。进而采用IEC推荐的累积概 率函数（CPF）
14、，对改短时间的闪变严重度作出评定。 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 5 712345 1 4350 i i Ttttttt 等间隔采样时间 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 7 7 4350 100%29% 15000 k T pp T 概率分布：概率分布： 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 电能质量分析与控制 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 实际应用实际应用 短时间闪
15、变值适用于对单一闪变源的干扰评价 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 电能质量分析与控制 （2）长时间闪变水平值 lt P 方法方法：国标中规定为2小时。在2h或更长时间测得并作出 的累积概率统计曲线中，将瞬时闪变视感度不超过 99%概率的短时间闪变值Pst，作为长时间闪变水平 值Plt. 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 实际处理时 1）仍利用长时间CPF进行多点计算和分析； 2）以95%概率替代99%概率，放宽对电能质量的要求； 3）对于电弧炉等类型的负荷所引起的闪变，至少需要观 测一星期才能作出全面评定。具体处理时可在每天保留 的Pst中取出第3大值作为Plt； IEC推荐的算法：顺序测得的N个10min短时间闪变值 3 3 , 1 1 N ltst k k PP N 大连理工大学电气工程学院大连理工大学电气工程学院 电能质量分析与控制 4.3闪变及其评估方法闪变及其评估方法 （3）闪变干扰限制值 GB/T12326-2008 电能质量 电压波动和闪变标准 系统电压等级（系统电压等级（kV） 110 1 0.8 110 lt P 各级电压闪变限值
