1、供电系统电能质量 电气2003级2006 2007学年第一学期 4 1基本概念 一 有效值电压的变动 理想供电系统 PCC点Sd无穷大 等值Z零 电压恒定不变 实际电压偏离标称值的现象称电压变动 这里强调有效值电压变动 以区别瞬时电压变动 几个概念 相对稳态电压变动值dc 相对动态电压变动值dd 相对最大电压变动值dmax 参见图4 1所示 第四章电压波动与闪变 IEC相关标准规定 dc不超过3 dd超过3 的持续时间小于200ms dmax不超过4 1 电压偏差 指实测电压与额定电压相对差值的百分数 电压偏差也称长期电压变化或稳态电压变化 是电网运行的主要考核指标之一 合格率常指一周内95
2、的10min平均电压不超过标准规定的允许值 2 电压波动 冲击性负荷变化引起的 明显偏离额定值的快速电压变动 电压波动值用一系列电压有效值的相邻两个极值之差的百分数来表示 二 典型电压变动现象 3 4 5与前面重复略 但说明电压变动现象复杂 4 2电压波动现象分析 一 电压波动频度电压波动值为一系列电压变动的两个相邻有效值之差 可引出电压波动频度的概念 如图所示 电压波动频度r 单位时间内电压波动的次数 为调幅波频率的2倍 电压波动值为调幅波的峰谷差值 即 2fF 次 s 或 2 60 fF 次 min 4 2电压波动现象分析 二 供电系统电压波动原因和波动值计算由电力系统课 不平衡负荷电压波
3、动计算自看 依据物理概念 三 电压波动限值国标规定 P93表4 1 电弧炉引起的电压波动最严重 标准条款一般是针对电弧炉负荷制定的 若R jX不变 电压变化决定负荷的有功功率和无功功率 对高压系统有R X 因此电压变化主要决定无功功率变化 4 3闪变 电压波动造成灯光闪烁的专业术语称为闪变 因此闪变是电压波动引起的有害结果 是人对照度波动的主观视感反映 闪变本身不属于电磁现象 人对闪变感受与电压波动的幅值和频度有关 闪变程度是对观察者进行视感调查 统计的结果 1 闪变觉察率F 式中 A 没有觉察的人数 B 略有觉察的人数 C 有明显觉察的人数 D 难以忍受的人数 实验条件 230V 60W白枳
4、灯施加不同波动电压 一 基本概念与定义 2 瞬时闪变视感度S t 电压波动引起照度波动对人的主观视觉反映称为瞬时闪变视感度S t 用闪变强弱的瞬时值变化来描述 它是电压波动的频度 波形 大小等综合作用的结果 规定闪变觉察率F 50 为瞬时闪变视感度的衡量单位 对应的S 1为觉察单位 换言之 若S 1为闪变不允许值 3 视感度频率特性和视感度系数K f 人的视觉反映与照度波动的频率有关 1 闪变的觉察频率范围 1 25Hz2 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 3 闪变敏感频率范围 6 12Hz 最大敏感频率 8 8Hz IEC推荐的视感度系
5、数K f 为 由表4 2数据和上式可算各频率的K f 得图4 8特性 4 波形因数R f 不同波形电压波动引起的闪变不同 常用波形因数R f 表示 由表4 2数据和上式可计算R f 由结果图4 9可知 矩形电压波动 非正弦 比正弦电压波动的影响更严重 5 闪变视觉系统模型问题提出 如何用数学方法表述闪变视感 基本思路 用5条直线 即5个典型环节的传递函数 和渐近线进行逼近 描述视感度频率特性 模型和系数如下 一 电压波动的起因和危害起因 电弧炉 轧钢机等大功率波动性负荷引起的 危害 工业生产 居民生活等 同时产生谐波等干扰 二 闪变评估和干扰限值1 短时间闪变值Pst 统计时间10min 确定
6、方法如下 Pst计算公式 4 4闪变的评估方法 2 单位闪变IEC推荐取Pst 1作为低压供电的短时间闪变限值 称为单位闪变 单位闪变代表标准实验条件下 实验人数的80 有明显感觉的闪变程度 Pst1 3时 闪变会使人感到不舒服 3 长时间闪变值Plt 与Pst的区别 统计时间需在1h以上 典型值取2h 定义方法 对统计期间内 将S t 的99 时间概率不超标或1 时间时间超标的Pst作为长时间闪变值Plt 即Plt Pst99 P1IEC推荐的Plt算法 4 闪变干扰限制值 国标限值如下 注 评估取系统较小方式 波动负荷最大周期的实测值 5 闪变限值补充说明1 闪变干扰的传递 高电压级向中
7、低电压级的传递系数等于0 8 1 中 低电压级向高电压级的传递系数等于0 同电压级相邻母线间的传递需通过计算决定 2 闪变允许值 兼容值 规划值 允许值指负荷产生闪变的限值 兼容值指遭受干扰设备的安全限值 规划值指对高中压系统提出的质量目标值 等于或小于兼容值 三 闪变严重度简捷预测算法 略 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
8、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 4 5电弧炉用电特征分析 二 电弧炉运行的电气特性4 电弧炉负荷情况复杂 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 4 5电弧炉用电特征分析 三 电弧炉电压波动的估算 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
9、电路接线如图 由典型接线可求等值电路 三 电弧炉电压波动的估算 从计算结果可以看出 电压波动超标 需要加补偿装置 2 最大无功功率变动法电压波动是无功冲击引起的 可通过 Qmax计算dmax 其中 例4 4题 PCC点和电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 四 线性时变电弧电阻模型 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电弧弧长通常在0 20cm范围变化 电弧炉消耗的平均功
10、率P 42MW 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值分析 需建立电弧炉的负荷模型 负荷模型可用功率 阻抗表示 教材介绍了一种改进的三相线性时变电弧电阻模型求取方法 1 定义电弧电阻 电弧炉恒定电阻R1求取方法 图中 Vig和Vex是燃弧电压和熄弧电压 i1和i2分别是对应于v i特性曲线第一象限内点弧和灭弧电压的电流 电弧阻抗模型确定之后 可得到用电弧炉阻抗模型表示的三相电弧炉系统等值电路 以及电弧炉系统方程 可对电弧炉引起的电压波动进行数值仿真分析 电弧炉电压波动的仿
11、真分析 根据上述电弧炉系统方程 可用MATLAB对弧炉的电压波动进行动态仿真 本例仿真结果如下所示 令 R1 RaA RaB 以及R2 RaB RaC 整理可得电弧炉系统的方程为 电弧炉电压 电流仿真结果 通常电能质量问题很难进行计算 测量是必须手段 电压波动与闪变测量常用方法有整流检测 有效值检测和平方检测法 新国标 IEC标准 采用平方检测法 一 电压波动的平方检测法调制波解析式为其中 Um 工频载波电压的幅值 m 调制指数 要求m 1 否则将出现包络线畸变 N 工频载波电压角频率 F 调幅波电压的角频率 4 6电压波动与闪变的测量 一 电压波动的平方检测法对上式平方有可以看出 调制波电压的平方项含有以下频率分量进行滤波处理和忽略倍频分量 得调幅波检测电压 二 IEC闪变测量环节分析 主要两部分 第一部分模拟灯 眼 脑环节的频率响应特性 主要由图中框2 框3和框4组成 第二部分为测量到的瞬时闪变视感度的统计分析 由框5组成 现对图中各框的传递函数进行简要介绍 IEC闪变测量 国标 简化原理框图如图所示 闪变测量的传递函数 6阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数 一阶高通滤波器的传递函数 视感度加权滤波器传递函数 一阶低通滤波器的传递函 其中实际中问题 第四章小结
