電壓波動(dòng)和閃變

1、第第5章章 電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)和閃變5.1 電壓波動(dòng)和閃變的基本概念5.2 電壓波動(dòng)和閃變的標(biāo)準(zhǔn)5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制5.1 電壓波動(dòng)和閃變的基本概念電壓波動(dòng)和閃變的基本概念一、電壓波動(dòng)電壓波動(dòng)即位一系列電壓變動(dòng)或連續(xù)的電壓偏差。電壓波動(dòng)值為電壓均方根值的兩個(gè)極值Umax和Umin之差U，常以額定電壓UN的百分?jǐn)?shù)表示其相對百分值，即：maxmin100%5 1NNUUUVUU電壓波動(dòng)波形為以電壓均方根值或峰值的包絡(luò)線作為時(shí)間函數(shù)的波形。分析時(shí)抽象地將工頻電壓u作為載波，將波動(dòng)電壓v看作調(diào)幅波。5.1 電壓波動(dòng)和閃變的基本概念電壓波動(dòng)和閃變的基本概念二、閃變 電弧爐、軋鋼機(jī)等大功

2、率裝置的運(yùn)行會引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。而電壓波動(dòng)常會導(dǎo)致許多電氣設(shè)備不能正常工作。通常，白熾燈對電壓波動(dòng)的敏感程度要遠(yuǎn)大于日光燈、電視機(jī)等電氣設(shè)備，并且所有建筑的照明都大量使用白熾燈，若電壓波動(dòng)的大小不足以使白熾燈閃爍，則肯定不會使日光燈、電視機(jī)等設(shè)備發(fā)生異常。 因此，通常選用白熾燈的工況來判斷電壓波動(dòng)值是否能夠被接受。5.1 電壓波動(dòng)和閃變的基本概念電壓波動(dòng)和閃變的基本概念二、閃變 閃變可理解為人對白熾燈明暗變化的感覺，包括電壓變動(dòng)對電工設(shè)備的影響危害。但不能用電壓波動(dòng)來代替閃變，因?yàn)殚W變是人對照度波動(dòng)的主觀視感。 閃變的主要決定因素如下：（1）供電電壓波動(dòng)的幅值、頻度和波形；（2）照明裝置。閃

3、變對白熾燈的照度波形影響最大，而且與白熾燈的額定功率和額定電壓等有關(guān)。（3）人對閃變的主觀視感。由于人們視感的差異，需對觀察者的閃變視感作采樣調(diào)查。5.1 電壓波動(dòng)和閃變的基本概念電壓波動(dòng)和閃變的基本概念二、閃變n 閃變覺察率F：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：不能忍受的人數(shù)。100%52CDFABCDn 瞬時(shí)閃變視感度S(t)：表示人對電壓波動(dòng)引起照度波動(dòng)的主觀視覺反應(yīng)。通常以閃變覺察率F（%）為50%作為瞬時(shí)閃變視感度的衡量單位，稱為覺察單位。5.1 電壓波動(dòng)和閃變的基本概念電壓波動(dòng)和閃變的基本概念二、閃變n 視感度系數(shù)K（f）：人腦神經(jīng)對照度變化需要有最

4、低的記憶時(shí)間，人類覺察不到高于某一頻率的照度波動(dòng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，人的眼和腦對白熾燈照度波動(dòng)的視感，對于230V、60W白熾燈的閃變覺察頻率范圍約為125Hz，閃變敏感的頻率范圍約為612Hz，正弦調(diào)幅波在8.8Hz的照度波動(dòng)最為敏感。人對照度波動(dòng)的最大覺察范圍不會超過0.0535Hz，這兩個(gè)頻率限值均稱為截止頻率。截止頻率的上限又稱為停閃頻率。5.1 電壓波動(dòng)和閃變的基本概念電壓波動(dòng)和閃變的基本概念 18.8 z531fSHKfS覺察單位的正弦波電壓波動(dòng)覺察單位的頻率為 的正弦波電壓波動(dòng)二、閃變n 視感度系數(shù)K（f）：閃變是經(jīng)過燈-眼-腦環(huán)節(jié)反映人對照度波動(dòng)的主觀視感。IEC推薦的視感度系數(shù)表達(dá)式

5、為：5.1 電壓波動(dòng)和閃變的基本概念電壓波動(dòng)和閃變的基本概念三、電壓波動(dòng)和閃變的危害（1）照明燈光閃爍引起人的視覺不適合疲勞，進(jìn)而影響視力。（2）電視機(jī)畫面亮度變化，圖像垂直和水平擺動(dòng)，從而刺激人們的眼睛和大腦。（3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，不僅危害電機(jī)電器正常運(yùn)行及壽命，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量。（4）電子儀器、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制設(shè)備等工作不正常。（5）影響對電壓波動(dòng)較敏感的工藝或?qū)嶒?yàn)結(jié)果，如實(shí)驗(yàn)時(shí)示波器波形跳動(dòng)，大功率穩(wěn)流管的電流不穩(wěn)定，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。5.2 電壓波動(dòng)和閃變的標(biāo)準(zhǔn)電壓波動(dòng)和閃變的標(biāo)準(zhǔn)GB 12326-2000電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變規(guī)定了電壓波動(dòng)和閃變的限值、計(jì)算和評估方法。一、電

6、壓波動(dòng)和閃變的限值電壓波動(dòng)限值d與變動(dòng)頻度r和電壓等級有關(guān)，見表5-2.低壓（LV）：中壓（MV）：高壓（HV）：1;135;35220;NNNUkVkVUkVkVUkV5.2 電壓波動(dòng)和閃變的標(biāo)準(zhǔn)電壓波動(dòng)和閃變的標(biāo)準(zhǔn)二、對于沖擊性負(fù)荷的限值對于每個(gè)沖擊性負(fù)荷，電壓變動(dòng)的限值仍如表5-2規(guī)定，這意味著不考慮電壓變動(dòng)的疊加效應(yīng)。但高壓的限值要嚴(yán)于中、低壓，這說明適當(dāng)考慮了高壓對中、低壓的一些傳遞影響。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制一、電壓波動(dòng)與閃變的產(chǎn)生n電源引起的電壓波動(dòng)（1）大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)引起的電壓波動(dòng)： 起動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的46倍。（2）帶沖擊負(fù)載的電動(dòng)

7、機(jī)引起的電壓波動(dòng)： 沖擊性負(fù)荷如沖床、壓力機(jī)、軋鋼機(jī)等，其特點(diǎn)是負(fù)荷在工作過程 中作劇增和劇減變化，并周期性地交替變更。（3）反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)載引起的電壓波動(dòng)： 這類負(fù)荷的特點(diǎn)是負(fù)載作周期性交替增減變化，但交替的周期不為定值，其交替的幅值也不為定值，如吊運(yùn)工作的吊車、手工焊接用的交直流電焊機(jī)等。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制一、電壓波動(dòng)與閃變的產(chǎn)生n電源引起的電壓波動(dòng)（4）大型電弧煉鋼爐運(yùn)行時(shí)造成大的電壓波動(dòng)和閃變： 電弧爐在熔煉期間頻繁切斷，甚至在一次熔煉過程可能達(dá)到10次以上。不同工藝環(huán)節(jié)所需電流的變化，導(dǎo)致了電壓波動(dòng)或閃變。（5）供電系統(tǒng)短路電流引起的電壓波

8、動(dòng)： 發(fā)生短路故障時(shí)，若繼電保護(hù)裝置或斷路器失靈，造成越級跳閘，造成大面積停電，延長整個(gè)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)時(shí)間并擴(kuò)大波動(dòng)范圍。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制n電壓閃變的產(chǎn)生（1）電源引起的電壓閃變（2）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)引起的電壓閃變（3）沖擊性負(fù)荷的投入引起的電壓閃變5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n抑制電壓波動(dòng)的措施綜述（1）合理地選擇變壓器的分接頭以保證用電設(shè)備的電壓水平。（2）設(shè)置電容器進(jìn)行人工補(bǔ)償。（3）線路出口加裝限流電抗器。（4）采用電抗值最小的高低壓配電線路方案。（5）配電變壓器并列運(yùn)行。（6）大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶電容

9、器補(bǔ)償，目的主要是對大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行個(gè)別補(bǔ)償。（7）采用電力穩(wěn)壓器穩(wěn)壓。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n國外抑制電壓波動(dòng)的裝置（1）高壓TSC無功補(bǔ)償裝置 對于軋機(jī)、碎石機(jī)、鋸木機(jī)和電阻焊機(jī)等波動(dòng)性負(fù)荷，為了減少無功功率沖擊引起的電壓波動(dòng)，國內(nèi)外普遍應(yīng)用了晶閘管投切電容器（TSC）無功補(bǔ)償裝置。TSC具有快速響應(yīng)性、可頻繁動(dòng)作性和分相補(bǔ)償能力，故可有效地抑制這些負(fù)荷所引起的電壓波動(dòng)問題，起到改善電能質(zhì)量的作用。 TSC生產(chǎn)制造，國外知名的電氣廠商如ABB、GE、SIEMENS等。 大容量高壓TSC無功補(bǔ)償裝置，在20世紀(jì)80年代后期已在國外電力

10、系統(tǒng)中得到了商業(yè)化運(yùn)行。 目前，我國中高壓輸配電網(wǎng)中，無功和電壓的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)還相對落后，也缺乏有效解決中高壓配電網(wǎng)中電能質(zhì)量的技術(shù)手段，因此高壓TSC裝置具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n國外抑制電壓波動(dòng)的裝置（2）高阻抗電弧爐 在各類波動(dòng)性負(fù)荷中，以電弧爐電壓波動(dòng)的影響最大。電弧爐是生產(chǎn)鋼的一種重要設(shè)備，也是供電系統(tǒng)中重大的波動(dòng)性負(fù)荷。 自從電弧爐誕生那天起，人們便開始研究用什么辦法獲得最大的電弧功率。過去一直依靠加大電極電流來提高電弧功率，這樣造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)和閃變，并產(chǎn)生大量的高次諧波。 將電弧爐主電

11、路由低阻抗改造成高阻抗，即在主電路串聯(lián)一只電抗器，則能使電弧燃燒穩(wěn)定、電極電流減少、電壓波動(dòng)降低、諧波發(fā)生量減少、提高二次電壓，可使電弧功率加大、電功率提高。這種在電弧爐主電路串有大電抗器，并有較高二次電壓的電弧爐被稱為高阻抗電弧爐。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n國外抑制電壓波動(dòng)的裝置（3）電壓波動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) 對特殊區(qū)域新能源的配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，制定設(shè)備入?yún)^(qū)標(biāo)準(zhǔn)，確定不達(dá)標(biāo)設(shè)備的治理方案，從源頭上對影響電能質(zhì)量的因素進(jìn)行嚴(yán)格控制；對特殊區(qū)域還要集中監(jiān)測，建立一個(gè)相對獨(dú)立的電氣環(huán)境，將該區(qū)域置于嚴(yán)密的監(jiān)測之下。 國內(nèi)在電壓波動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)

12、測系統(tǒng)方面取得了一些預(yù)期成果：初步建立電能質(zhì)量實(shí)驗(yàn)和仿真平臺，編制數(shù)學(xué)建模、設(shè)備性能分析、計(jì)算智能應(yīng)用等模塊，完善電能質(zhì)量評估管理與決策支持軟件系統(tǒng)；將模糊神經(jīng)計(jì)算智能技術(shù)應(yīng)用到評估中的擾動(dòng)分類、定位和原因識別等重點(diǎn)內(nèi)容上，初步完成自動(dòng)的、實(shí)用先進(jìn)的計(jì)算智能評估系統(tǒng)；完成一套適合暫態(tài)電壓波動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n主要補(bǔ)償裝置的分析比較在10kV以上系統(tǒng)中，XR2/100%NUPRQXU2/100%NUQX U在高壓或中壓配電網(wǎng)中，電壓波動(dòng)主要與無功負(fù)荷的變化量有關(guān)。因此對電壓閃變的抑制，最常用方法是安裝靜止無功補(bǔ)償裝置。

13、但由于某些類型的SVC本身還產(chǎn)生低次諧波電流，需與無源濾波器并聯(lián)實(shí)用。（1）靜止無功補(bǔ)償器電壓變動(dòng)量為：5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n主要補(bǔ)償裝置的分析比較有源電力濾波器與SVC相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間快，對電壓波動(dòng)、閃變補(bǔ)償率高，可減少補(bǔ)償容量；沒有諧波放大作用和諧振問題，運(yùn)行穩(wěn)定；控制強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)控制電壓波動(dòng)、閃變，穩(wěn)定電壓作用；同時(shí)也能有效地濾除高次諧波，補(bǔ)償功率因數(shù)。（2）有源電力濾波器5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n主要補(bǔ)償裝置的分析比較逆變器采用3個(gè)單相結(jié)構(gòu)，目的是為了更靈活的對三相電

14、壓和電流進(jìn)行控制，并提供對系統(tǒng)電壓不對稱情況下的補(bǔ)償。（3）動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)期（DVR）5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n主要補(bǔ)償裝置的分析比較（4）統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPFC）5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制（4）統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPFC）5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制（4）統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPFC）32sasbscuuCuuu32LaLbLciiCiii11223233221203C5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n主要補(bǔ)償裝置的分析比

15、較（5）其他補(bǔ)償裝置靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）也能抑制電壓波動(dòng)和閃變。目前主要的FACTS有靜止無功補(bǔ)償器（STATCOM）、晶閘管投切電容器（TSSC）、可控串聯(lián)補(bǔ)償電容器（TCSC）等。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n適用于大型負(fù)荷波動(dòng)的主要補(bǔ)償方式（一）串聯(lián)補(bǔ)償方式（1）串聯(lián)電容器串聯(lián)電容器主要是為了抵消感抗的系統(tǒng)阻抗，從而使波動(dòng)負(fù)荷F造成的供電母線上電壓波動(dòng)很小。實(shí)際應(yīng)用中，往往電容器并聯(lián)一個(gè)阻尼電阻，用來限制低頻的振蕩。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n適用于大型負(fù)荷波動(dòng)的主要補(bǔ)償方式（

16、一）串聯(lián)補(bǔ)償方式（2）串聯(lián)互感電抗器電抗器L的中間抽頭接電源，其兩端分接一般負(fù)荷和變動(dòng)負(fù)荷F。如互感電抗器的變比選擇合適，可以使電壓波動(dòng)與閃變得到較好的補(bǔ)償。當(dāng)系統(tǒng)等值電抗變化時(shí)，可以調(diào)整電抗器抽頭來適應(yīng)。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n適用于大型負(fù)荷波動(dòng)的主要補(bǔ)償方式（二）并聯(lián)補(bǔ)償方式（1）同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)的端電壓相應(yīng)于負(fù)荷波動(dòng)而變動(dòng)，自動(dòng)地起到無功功率補(bǔ)償作用。為了提高同步調(diào)相機(jī)補(bǔ)償效果，在調(diào)相機(jī)和電源之間一般串入緩沖電抗器XBR。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n適用于大型負(fù)荷波動(dòng)的主要補(bǔ)償

17、方式（二）并聯(lián)補(bǔ)償方式（2）靜止無功補(bǔ)償裝置SVC由快速可變的電抗和電容元件組合而成（兩者均變或其中一個(gè)元件可變），目前技術(shù)比較成熟。SVC應(yīng)用的較多的有4中基本型：SR（自飽和電抗器型）、TCR（晶閘管控制電抗器型）、TCT（晶閘管控制高漏抗變壓器型）、TSC（晶閘管投切電容器型）。除了SR裝置外，TCR、TCT、TSC裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間和控制器的性能關(guān)系很大。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制具有飽和電抗器的靜止補(bǔ)償器電容器組與晶閘管可控電抗器并聯(lián)形成的靜止無功補(bǔ)償器 可以通過電容器的分組投切可提供不連續(xù)的容性無功功率，通過晶閘管控制的電抗器可提供連續(xù)的感性無功功

18、率。電容器通常串接一定量的電抗，實(shí)現(xiàn)濾波作用。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制二、電壓波動(dòng)的抑制n適用于大型負(fù)荷波動(dòng)的主要補(bǔ)償方式（二）并聯(lián)補(bǔ)償方式（3）靜止無功電源SVG原理：將負(fù)荷電流分解為有功電流和無功電流，由SVG提供無功電流注入系統(tǒng)，可使系統(tǒng)的電源只向負(fù)荷提供與電壓波形一致的有功電流。5.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制常見的SVG可分為電流型和電壓型兩大類。 基于可自關(guān)斷器件：GTO, IGBT, IGCT 具有控制特性好、響應(yīng)速度快、體積小、 損耗低等優(yōu)點(diǎn)。 Ui與Us始終保持頻率相同。 通過調(diào)節(jié)Ui大小，可控制加在中間變壓器上的 電壓大小與方向，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)無功吸收與補(bǔ) 償?shù)目刂啤?.4 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生和抑制 基于可自關(guān)斷器件：GTO, IGBT, IGCT 具有控制特性好、響應(yīng)速度快、體積小、 損耗低等優(yōu)點(diǎn)。 Ui與Us始終保持頻率相同。 通過調(diào)節(jié)Ui大小，可控制加在中間變壓器上的 電壓大小與方向，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)無功吸收與補(bǔ) 償?shù)目刂?。與傳統(tǒng)的SVC相比，SVG通過可控電壓源方式實(shí)現(xiàn)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，其優(yōu)點(diǎn)：（1）SVG具有更好的處理特性。SVC在系統(tǒng)電壓較