1、.·. . 山東農業大學畢 業 論 文 配電網中電壓波動和閃變的分析與檢測 院 部 機械與電子工程學院 專業班級 電氣班 屆 次 學生姓名 學 號 指導教師 年月日裝訂線. . . :目 錄摘要IAbstractII1電壓波動與閃變的背景及研究現狀11.1 研究的背景11.2電壓波動與閃變檢測技術的研究現狀22 電壓波動與閃變的定義及特性指標22.1電壓波動與閃變的概念22.1.1電壓波動22.1.2 閃變42.2 電壓波動與閃變的特征量42.2.1 閃變覺察率F(%)與瞬時閃變視感度S(t)42.2.2 視感度系數K (f)62.2.3 燈一眼一腦環節的傳遞函數72.2.4 短時間

2、閃變水平值Pst82.2.5 長時間閃變水平值Plt83 閃變的發生和影響及其危害93.1 閃變的發生和影響93.2 電壓閃變的主要來源 93.3 閃變的危害104 電壓波動和閃變的抑制與檢測114.1 電壓波動與閃變的抑制114.1.1 提高供電能力114.1.2 改善用電設備特性114.1.3 補償裝置114.2 檢測方法分析124.2.1 平方解調檢波法124.2.2 全波整流檢波法134.2.3 半波有效值檢波法134.2.4 小波變換144.2.5 Teager能量算子檢波法154.2.6 Hilbert檢波法165 IEC 閃變儀的仿真165.1 仿真的介紹165.2 仿真結果18

3、5.3 仿真結果分析215.4 IEC閃變儀的數字化實現226 總結與展望22參考文獻23致謝24ContentsAbstractII1 Research background and status11.1 Research background11.2 Research status of voltage fluctuation and flicker detection22 Definitions and basic concepts22.1 Definition of voltage fluctuations and Voltage flicker22.1.1 Definition of

4、 voltage fluctuations22.1.2 Voltage flicker42.2 Feature quantity of voltage fluctuations and flicker42.2.1 Flicker sensation rate and instantaneous flicker sensation level42.2.2 Frequency characteristic coefficient of sensation level K(f)62.2.3 The transfer function of lamp-eye-brain72.2.4 Short-ter

5、m severity Pst82.2.5 Long-terns severity Plt83 Harm and influence of Voltage Fluctuation and Flicker93.1 Influence of Voltage Fluctuation and Flicke93.2 Source of Voltage Fluctuation and Flicker 93.3 Harm of Voltage Fluctuation and Flicker104 Suppression and detection of Voltage Fluctuation and Flic

6、ker114.1 Increase power supply capacity114.1.1 Increase power supply capacity114.1.2 Improving characteristics of electrical equipment114.1.3 Compensation device114.2 Overview of the Voltage Fluctuation and Flicker Detection Method124.2.1 Square detection method144.2.2 Rectifier detection method 134

7、.2.3 RMS detector method154.2.4 Wavelet Transform164.2.5 Teager detection method154.2.6 Hilbert transform detection method165 IEC flicker meter emulation165.1 Introduction of the simulation165.2 Results of tne simulation185.3 Analysis of simulation results215.4 The digital realization of IEC flicker

8、 meter226 Summary and prospects22References23Acknowledgment24 ii配電網中電壓波動和閃變的檢測與分析（山東農業大學 機械與電子工程學院）摘要：電能質量諸多指標中，電壓波動與閃變是較為重要的。它主要是供電系統中沖擊性、不平衡的用電特性以及部分負荷的非線性引起的 。閃變作為評定電能質量的重要指標，能更加直接和迅速地反映電網的供電質量。有功功率的波動對電網電壓的影響較小。一般來講，抑制電壓波動和閃變應該以控制并聯無功功率補償為重點。本文比較了傳統常用的抑制電壓波動與閃變無功補償裝置以及一些符合國際標準和國家標準的電壓波動與閃變的常用檢測方

9、法。對電壓波動和閃變的檢測方法進行了理論分析和研究并在Matlab/Simulink環境下對IEC推薦的閃變儀進行了模擬和仿真。關鍵詞:電壓波動；電壓閃變；IEC閃變儀；抑制IDetection and Analysis of Distribution Network Voltage Fluctuation and Flicker Le Li(College of Machinery and Electrical Engineering , Shandong Agricultural University, Taian, 271018，China)Abstract Voltage fluctu

10、ation and flicker of electric energy quality is important as long as one of them. It is mainly caused by the impact resistance, non-linear load in power supply system. The normal operation of the sensitive load will be affect by the Voltage fluctuation. As an important indicator to assess power qual

11、ity, flicker can reflect the quality of the power grid more directly and quickly. Generally, the fluctuation of active power affects the grid voltage smaller, the suppression of voltage fluctuation and flicker should focus on to control parallel reactive power compensation. In this paper, the conven

12、tional suppression voltage fluctuation and flicker compensator and some common detection methods of voltage fluctuations and flicker which are in accordance with international and national standards are compared. This paper has done some theoretical analysis and research to voltage flicker detection

13、 methods. Then simulated the flicker detection method recommended by IEC of analog systems in Matlab/Simulink environment .Keywords:Voltage Fluctuation;Voltage Flicker;flicker measuring apparatus recommended by IEC;suppressionII1電壓波動與閃變的背景及研究現狀 1.1 研究的背景隨著電力事業日新月異的發展,造成電能質量問題的原因也發生了比較大的變動，由以前主要來自于系統

14、側的電能質量問題轉化為現在負荷端成為電能質量惡化的重要因素。近年來，電網中的沖擊性負荷(尤其是大功率的非線性負荷)和新型的電子電器越來越多,電力電子技術的應用也逐漸普及開。出現了大量的相電壓不平衡、諧波、閃變及電壓波動等電能質量問題。經由歐盟一萊昂納多電能質量工作組和美國電力科學院調查研究后得出常見的電能質量問題有諧波畸變、電壓暫降、供電可靠性差、電壓閃變等,而國際供電會議組織和國際大電網組織的聯合工作組評估發現電壓閃變對各類電子電氣設備的危害在上述導致電能質量劣化的因素中高居第二位1。其嚴重影響了供配電電網、電氣和電子設備的正常穩定運行,并且對電力用戶的正常用電和生產造成威脅。 一直以來,由

15、電能質量下降引發的問題與事故呈現出上升的態勢。研究表明,電能質量劣化的主要原因在于配電網系統,其中電壓偏差與跌落、工頻變化、電壓波動與閃變已成為影響供電可靠性和用電終端正常穩定運行最嚴重的問題之一。根據數據統計分析,具有較高自動化能力的企業工廠每年大約會遭受l0 50次的電壓波動干擾（這些干擾直接關系電能質量的問題）。由于動態電壓質量問題（主要是指電壓波動和閃變）而造成的事故數約占總數的83 %。電壓波動和閃變已經嚴重威脅用戶端電能質量和電網供配電可靠性,因此要積極采取相關措施和設備對它進行有效的監視與抑制2。所以，研究電壓波動與閃變、積極采取措施保證電能質量已引起國內外學術界和工程界的高度關

16、注。 電壓波動與閃變常常會造成電力電子儀器及相關設備的非正常運行或故障,具體表現這幾個方面： （1）會導致硅整流器或其他一些電工設備出現波動，引發換流失敗等問題；（2）電視機圖像出現垂直和水平兩個方向的擺動、畫面亮度不斷跳躍變化；（3）電動機轉速不均勻，影響電機壽命和產品質量，特別是精密產品的質量；（4）電子儀器（例如X光機、示波器等）、電子計算機、自動控制設備等工作不正常；（5）影響一些對電壓波動反應比較靈敏的工藝、儀器和實驗；（6）它會對感性電度表表盤的轉速和作用力矩產生影響，導致其表盤出現階躍式地轉快。為了保證我國電能質量、供電可靠性及減小電壓波動和閃變的危害，自1990年以來，我國相繼

17、出臺了六項電能質量的國家標準。它們分別為:電能質量供電電壓允許偏差（GB 12325-1990）、電能質量電力系統頻率允許偏差（GB/T 15945-1995）、電能質量三相電壓允許不平衡度 （GB/T 15543-1995）、電能質量 電壓波動和閃變（GB 12326-2000）和 電能質量瞬態過電壓與暫時過電壓（GB/T 18481-2001）3。這些標準的實施，對供配電電網的電壓波動和閃變的抑制具有意義深遠的作用，有力的推動電壓波動和閃變治理工作的開發、相關標準的統一修正和有關檢測裝置和方法的創新。長期以來，在貫徹標準進行實踐中不斷積累相關經驗，同時在認識到原來的標準中存在一些問題的基礎

18、上不斷地改善。例如原來的標準中很少涉及干擾源指標的預測計算和分配辦法，其中的“閃變”指標是在10 Hz等效閃變值(Vn)的基礎上制定的。此標準中110V的照明電壓與我國的照明電壓的220V電壓有很大區別。這個標準和歐洲的大多數國家接近，因此很多國家采用了國際電工委員會(IEC)標準。IEC標準中用長時間閃變值(Plt)和短時間閃變值(Pst)兩個指標衡量“閃變”程度，該標準的準確性和普及的廣泛性都比Vn要好。閃變會對人體的生理造成很大的危害，影響正常的工作、學習和生活，造成不良的社會影響。發達國家已將電壓閃變作為一個十分重要的電能質量指標，我國也已采取對策加以抑制。隨著全球化的發展和文化科技等

19、溝通交流的改善和加深,國家標準與國際先進標準統一已經成為不可阻擋的大趨勢。1.2電壓波動與閃變檢測技術的研究現狀鑒于電能質量問題會對敏感負荷造成嚴重的影響，引起巨大的損失。采取有效的措施改善電能質量抑制閃變等現象已經成為重要問題。電壓波動是指工頻電壓方均根值的一系列相對快速變動的現象4。對于電壓波動與閃變的測量方法包括很多方面，主要有測量儀器、測量方法以及結果的評價分析。在剛開始研究閃變的階段，僅是采用預估的方法對閃變進行測量。對類似于電弧爐等功率值大、沖擊性強且功率因數小的負荷是否接入電網運行的閃變預測法稱為閃變預估。對下一種波動性負荷投入運行后對公共供電點引發的電壓閃變幅度的變化，利用這種

20、方法可得到大致的預估。主要分為互降常數預測方法、最大無功功率變動量預測法和短路壓降法5。從電壓波動和閃變的角度，根據上述方法在電力系統能接受的情況下可以預估波動性負荷接入電網的情況，但沒有辦法確切地預估電力線路(大功率波動性負荷運行)中電壓閃變值的大小。2 電壓波動與閃變的定義及特性指標2.1電壓波動與閃變的概念隨著社會的發展，電壓波動與閃變的概念也有了進一步的完善和發展。了解它們的概念也成為研究它們的基礎。2.1.1電壓波動 供電系統的理想狀態應滿足三相交流電源對稱、電壓均方根值恒定，且負荷特性不依賴電網系統的電壓穩定性。因此必須保證用戶負荷分配的三相電壓平衡，以恒定的功率持續吸收電能，又要

21、保障公共連接點具有非常大的短路容量，且系統等值的電抗為零。但在實際操作運行中，這些條件都得到滿足是很難保證的。而且供電系統電壓是一個瞬態值，一直會有小幅值的波動。因此，我們把電壓的均方根值不能保持恒定不變的現象稱之為電壓波動6。供電電壓在兩個相鄰的、持續一定時間(一般為1秒以上)的電壓方均根值U1和U2之差稱為電壓變動。在間隔時間不超過30ms條件下,當出現同一方向的二次或二次以上的若干次電壓方均根值變動時,只能算一次變動7。也可以理解為,在同一方向小于30ms快速的電壓變化可以不計入電壓變動，通常用額定電壓Un的百分數來表示 電壓變動相對百分值 d(%)即 （2-1）電壓變動頻度為單位時間內

22、電壓變動的次數;，一般以1/s, 1/min或1/h時間單位的倒數為單位。但若是從嚴格意義出發，則僅有正弦波周期T(s)的倒數才可以稱為頻率f (Hz) 例如：像周期為T(s)的三角波或矩形波的波形，可以將它們的周期T(s)的倒數稱為此波形的頻率f(Hz)。實際上是指上述波形中存在的基波分量的頻率。根據電壓變動頻度的定義，頻率與頻度的關系為： （2-2）電壓偏差與波動、短時電壓中斷、下降和上升及長時電壓中斷等都屬于電壓變動現象。只有滿足頻度和幅值變化條件的周期性或隨機性的電壓變動才能稱為電壓波動。 電壓波動(Voltage Fluctuation)為一系列電壓變動或工頻電壓包絡線的周期性變化。

23、是由沖擊性負荷變化引起的、與額定值有明顯偏離的電壓的快速變動。其經常使用相對電壓變動量這一指標描述。電壓波動值是最大和最小電壓方均根值Umax和Umin之差U與額定電壓Un的百分數（%）來表示它的相對百分數的值，即 （2-3）電壓波動的波形是以峰值電壓包絡線或者是電壓的方均根值作為時間的函數。在理解時可以將工頻電壓抽象地看作載波，將波動電壓v看作調幅波。圖2-1 波動電壓v對工頻電壓峰值的調制在圖2-1中，v為正弦波的波動電壓（10Hz的正弦調幅波）；u為50Hz的瞬時值電壓（作為載波）；對電網頻率為50 Hz的工頻載波電壓u的峰值，用它進行調制。在圖2-1中，虛線表示的橫坐標等效為工頻載波電

24、壓的峰值平均電平線，vm,表示正弦調幅波的幅值，d表示v峰和谷的差值，即峰一峰值，V為v在以T為周期的時間內的方均根，都是以額定值UN的百分數d（%）表示。一般電壓波動的量度以d為指標。應當注意的是，u為工頻載波（50Hz），v為正弦調幅波（10Hz）。vm,、 d和V的區別在于單一頻率的正弦調幅波v加在工頻載波電壓u的穩態情況下:vm為調幅波峰值;d為調幅波峰一峰值， 也就是d=2vm，其中V是調幅波v方均根值：V=V2.8V。2.1.2 閃變 電壓閃變可以理解為電壓波動的一種特殊情況。閃變本來是指供電電壓幅值較小的頻繁變化引發的電光源照度的改變或亮度的閃爍，使人視覺疲勞進而產生不舒服的感覺

25、。如今，“閃變”的含義包含了電源電壓的波動對一些敏感設備造成的影響。而根據國家標準電能質量電壓波動和閃變中的定義，閃變是燈光的輸出照度不穩定造成的視感上的反應。閃變是和電壓波動聯系在一起的一個概念。直觀地來講，閃變反映的是因電壓波動而引起的人眼對照明裝置、家電等發光器件的主觀不適程度。嚴格意義上來講，電壓波動不能由閃變來替代，同樣閃變也不能由電壓波動替代。雖然閃變的含義現如今已經得到很大的延伸，一些敏感設備對電源電壓的變化也會產生效應進而造成不良的影響。現代意義上的閃變造成的危害包括電壓波動造成的危害，所以電壓波動是不能用來代替閃變的，因為閃變是人對照度波動的主觀視感8。所以，我們常常把電壓波

26、動和閃變概念一起研究，也習慣于用電壓閃變的術語來闡明電壓波動問題。通常，對于電壓波動的敏感度來說，日光燈、電視機等設備要遠低于白熾燈，且幾乎在每個建筑的照明光源中，都有比例相當大白熾燈，若電壓波動的幅度不足以使白熾燈閃爍，則日光燈、電視機等設備的運行一定也不會受到影響。因此衡量電壓波動危害程度的評價指標是白熾燈光照受影響的程度。需要注意的是閃變不屬于電磁現象而是電壓波動引起的不利影響。決定閃變的主要決定因素有以下幾條：（1） 電壓波動時波形、幅值和頻度存在的差異。（2） 照明設備中電壓波動對白熾燈照度波的動影響最大。（3） 由于不同的人視感會存在差異。人對閃變的主觀視感要對被觀察者作相關的抽樣

27、調查。由于很多因素決定這閃變程度，而且各個國家和地區電力系統的電壓幅值和頻率各不相同，照明裝置的型號和功率也存在很大差異。在國際電工委員會(ICE)和國際電熱協會(UIE)溝通協調下，閃變的國際電工標準開始逐漸趨于統一9。2.2 電壓波動與閃變的特征量2.2.1 閃變覺察率F(%)與瞬時閃變視感度S(t)人的視覺反應對閃變的敏感度存在差異，為了進一步探索這一內容，IEC建議用頻度、幅值和波形各不同的工頻電壓以及調幅波為載波向工頻電壓為230v、 功率為60w白熾燈提供電能，從觀察者的抽樣調查中總結出，閃變覺察率 F(%)的表達式為： （2-4）式中: A無察覺人數；B稍有察覺人數；C有很顯著察

28、覺人數；D一無法承受人數。照度波動（由電壓波動引起）對人主觀的視覺反應稱之為瞬時閃變視感度(instantancous flicker sensation level)。一般來說，規定瞬時閃變的視感度的衡量單位為閃變覺察率的50%，對應稱之為S(t)= 1，覺察單位(unit of perceptibility) 。在這個覺察單位之下，不同波動頻率所對應的電壓波動值d(%)。如表2-1所示，它可以用來幫助研究閃變的相關問題。表2-1 S（t）=1時的電壓波動頻率f（Hz）頻度 r（min-1）電壓波動d（%）波形因數 R（f)視感度系數K(f)正弦波矩形波0.5602.3400.5414.55

29、0.1071.51801.0800.4322.500.2312.02400.8820.4012.200.2832.53000.7540.3742.010.3323.03600.6540.3551.840.3823.54200.5680.3451.650.4404.04800.5000.3331.500.5004.55400.4450.3161.410.5615.06000.3980.2931.390.6285.56600.3600.2691.340.6946.07200.3280.2491.320.7626.57800.3000.2311.300.8337.08400.2800.2171.29

30、0.8937.59000.2660.2071.290.9408.810560.2500.1991.261.0009.511460.2540.2001.270.98410.012000.2620.2051.270.96210.512600.2700.2131.270.92611.013000.2820.2231.260.887續上表11.513600.2960.2341.260.84512.014400.3120.2461.270.80113.015600.3480.2751.270.71814.016800.3880.3081.260.64415.018000.4620.3441.260.57

31、916.019200.4800.3801.260.39117.020400.5300.4211.260.47218.021600.5840.4611.270.42819.022800.6400.5061.260.39120.024000.7000.5521.270.35721.025200.7600.6031.260.32922.026400.8240.6571.250.30323.027600.8900.7131.250.2824.028800.9620.7671.250.26025.030001.042-0.240 不同波形的波引起的閃變反映是不同的。通過比較不同頻率的兩種同波形（如正弦調

32、幅波和矩形調幅波）的波動，則可以得到閃變的波形因數：一般以50% 的閃變覺察率用作為瞬時閃變視感度的衡量指標，即定為S=1覺察單位(unit of perceptibility)。周期性包括類似周期性的電壓波動會對照度波動造成很大的影響。以頻率為8.8Hz調幅波的波動（正弦）電壓的作用最為顯著，電壓波動值為（S=1時覺察單位）0.25。2.2.2 視感度系數K (f) 人腦神經對亮度的變化是有一定的記憶時間的，高于一定頻率的照度波動人們很難覺察到，這一特定的頻率則被稱為停閃頻率。據統計，人的腦、眼對照度波動（以功率為230V, 電壓為60W白熾燈為例）的視感閃變覺察頻率范圍為125Hz，閃變敏

33、感的頻率范圍為612Hz,正弦調幅波在8. 8Hz的照度波動最為敏感10。 一般來說，人們對照度波動的覺察范圍最大為0.05Hz35Hz，此頻率的限值被稱為截止頻率。停閃頻率為截止頻率的上限值。閃變是經過燈一眼一腦環節反映人對照度波動的主觀視感。這里引入視感度系數K(f)可以準確深刻地描述燈一眼一腦環節的頻率特性。根據IEC推薦的視感度系數：表2-1中所列的視感度系數K(f)的值是經以上運算式對前面的數據計算出來的。閃變覺察率F=50%即S=1覺察單位的視感度系數K(f)的頻率。圖2-2 K（f）的頻率特性曲線由上圖不難發現K（f）并不是隨著頻率線性增大，而是在頻率為8.8Hz時達到峰值。因此

34、頻率f在接近于10Hz就是電壓閃變的影響最嚴重。2.2.3 燈一眼一腦環節的傳遞函數 根據自動控制理論，電壓波動對白熾燈照度突變的效應可用傳遞函數對燈一眼一腦環節進行近似數學的描述，表示視感反應機理。燈一眼一腦環節的頻率特性K(f)，可用拉普拉斯(Laplace)復變量s以傳遞函數K(s)的形式表示出來。在實際操作中，常常會用對數幅頻特性，并且各項均乘以20來表示（以dB(分貝)為單位）。由上表2-1中正弦電壓波動的數據，可以得出下表燈一眼一腦的幅頻特性K(f)以及對數頻率特性201gK(f)的數據11。傳遞函數實際上是用自動控制理論中的五個典型環節(比例環節、微分環節、慣性環節、比例微分環節

35、、振蕩環節)來逼近圖2-2中的視感度頻率特性曲線K(f)而獲得，它各個環節的系數是按照均方差值最小的原則來整定。再作進一步的推證就可以得到人眼閃變視覺系統的數學模型，并用下述的傳遞函數表示。UIE給出的傳遞函數表達式為: （2-5）式中K=1.74802， =2×4.05981， 1=2×9.15494，2=2×2.27979， 3=2×1.22535， 3=2×21.9 表2-2 燈-眼-腦環節的對數頻率特性表f(Hz) K(f) 20K(f)(dB) f(Hz) K(f) 20K(f)(dB)0.5 0.107 -19.41210.0 0.

36、962 -0.3361.0 0.175 -15.13910.5 0.926 -0.6681.5 0.231 -12.72811.0 0.887 -1.0422.0 0.283 -10.96411.5 0.845 -1.4632.5 0.332 -9.57713.0 0.718 -2.08783.0 0.382 -8.35914.0 0.644 -3.8223.5 0.440 -7.13115.0 0.579 -4.7464.0 0.500 -4.04116.0 0.521 -5.6634.5 0.561 -5.02117.0 0.472 -6.5215.0 0.628 -4.04118.0 0

37、.428 -7.3715.5 0.694 -3.17319.0 0.391 -8.1566.0 0.762 -2.36120.0 0.357 -8.9476.5 0.833 -1.58721.0 0.329 -9.6567.0 0.940 -0.98322.0 0.303 -10.3717.5 0.977 -0.53723.0 0.281 -11.0268.0 0.977 -0.20224.0 0.260 -11.7018.8 1.000 025.0 0.240 -12.3969.0 0.984 -0.140-2.2.4 短時間閃變水平值Pst 對類似于電弧爐隨機變化的負荷電壓波動，不僅要檢查

38、它的最大電壓波動，還要在足夠長時間(至少取10分鐘)來觀察其統計電壓波動的特征量12。在進行閃變監測時，UIE/IEC建議對電弧爐等運行周期較長的波動性負荷，閃變嚴重度的根據一般有短時間閃變值以及長時間閃變值兩個指標。監測它的特征值對類似于電弧爐負荷電壓的波動l0minCPF曲線，常取5個規定的值(gaouge points)用來統計分析短時間的閃變統計值Pst（衡量短時間的閃變嚴重程度）。UIE統一規定計算值Pst的表達式為13： （2-6）上式中5個規定值P01、P1、P3、P10、P50。分別為10min瞬時閃變視感度S（t )超過0.1%，1%，3%，10%，50%。時間的覺察單位值通

39、常是根據電弧爐的工況CPF 曲線進而求解出來，因為引發嚴重電壓波動和閃變效應的一般為電弧爐，每一項前的常數是規定的加權系數，IEC制定閃變的標準是針對電弧爐負荷的基礎上建立的。于是短時間閃變值Pst能夠有效反映一段時間(l 0min內)閃變強度的一個綜合的統計量。對采用電壓為230V, 功率為60W的照明設備（一般取白熾燈），Pst：0.7時，一般覺察不出閃變;當Pst：1.3時，引起的閃變則會讓人不適。因此IEC推薦Pst：1作為低壓供電的閃變限值，稱其為單位閃變（unit flicker)14。2.2.5 長時間閃變水平值Plt 對類似于電弧爐運行有較長的時間周期的沖擊波動性負荷，一般有兩

40、個指標作為判斷閃變的標準：短時間閃變值Pst、長時間閃變值Plt。一般來說，長時間閃變的統計時間在2h（國際上規定為2h）及以上的時間長度測得并在繪制的累計概率統計曲線(CPF)中。那么概率的短時間閃變值Pst，(用符號Pst99 表示瞬時閃變視感度不超過99的概率)用符號Plt作為長時間閃變水平值即Plt=Pst99 (2-7) UIE/IEC推薦的算法與上述不同，它規定對已多次順序測得的N個10min短時間閃變值k (k有1, 2, 3,，N個數據），只可由這N個值的立方和求根得到。在2h監測期間內，需要每隔10min測量一次，進而可得12個值，但如果設備運行周期持續時間不到2h，則測得的

41、10min的值不足12個，此時其余l0min的值應補零.在抑制電壓波動與閃變和制定它們的執行標準時，都要限制電壓變動和閃變，首要應該考慮的是限制閃變產生的干擾。供配電系統中，高、中電壓電源仍然會以閃變限值作為考核系統供配電網絡電壓質量的標準。2000以后，我國在電能質量和電壓波動與閃變標準的基礎上，又改進和頒布了新的國家標準GB/T 12326-2008和GB/T123262000。它們中規定將長時間閃變值當作為唯一的閃變限值，較原標難放寬，降低了對電壓閃變的要求。也規定，電力系統公共連接點的閃變測量周期是下一周都應滿足下表的閃變限值要求。表2-3 閃變限制PltUN110kv UN>1

42、10kv 1 0.83 閃變的發生和影響及其危害3.1 閃變的發生和影響電網中閃變一般是由用戶波動性負荷（可分為周期性的波動性負荷和非周期性的波動性負荷）引起的。在這兩種負荷中周期性的波動性負荷對閃變的影響更為嚴重。這是因為負荷變動使系統阻抗變大亦可以使系統短路容量越小。其中波動性負荷主要有:電弧爐、感應爐的變頻電源、點焊機、頻繁起停的電動機、粉碎機等。閃變產生的來源主要有3個方面：（1）環境閃變會隨著雷電感應電壓、電磁感應、輸變電站斷路器的開合進入用電系統。環境因素產生的閃變占系統總量的20甚至達到30%。（2）用電系統內部用電系統內部產生的閃變占系統閃變總量的70到80%。任何用電負荷的起

43、停（如倒閘操作引起的操作過電壓）和運行（如大功率電動機）造成的沖擊性負荷都會產生大的電壓波動及閃變，并反作用于用電系統。同時供電系統短路電流也會引起電網電壓波動。如設備或線路發生短路，跳閘保護動作不靈敏引發持續故障，引起電網電壓的波動。（3）電弧放電 電弧放電是由于電氣連接不良或由電力設備陳舊、不干凈的電刷引起。電弧放電作為閃變的一個主要來源可能由電弧放電產生高頻電壓尖峰脈沖，會通過電力線路或相關設備擴散，進而影響到整個電力系統。3.2 電壓閃變的主要來源 （1）風力發電機是引起電壓閃變的主要電源。發電機的機組出力與風速的三次方成正比的。當風速變化時，發電機組的輸出功率會以風速的三次方的速率變

44、化。而風能的變化是間歇性和波動性的，當風力發電機組并網運行時，會使風力發電的輸出功率是波動的，從而使電網電壓不穩定從而引起閃變。（2）電動機頻繁起停引起閃變在實際工業操作中，有些電動機（如壓縮機）是需要頻繁啟動的，浪涌電流會在啟動時會產生，再加之較低的功率因數往往會引發電壓的閃變，電動機突然啟動會引起很大的電壓波動，要采取措施限制其啟動的頻繁程度。而且，具有功率因數補償作用的電容器投切時也往往會引發閃變效應。（3） 以電弧爐為代表的沖擊性負荷 功率沖擊性負荷在工廠生產中大量存在，例如煉鋼電弧爐和軋鋼機等，而且這些負荷在運行時的具有比較大的無功功率和相對較低的功率因數。有功和無功功率會產生幅度和

45、頻率大的變動，進而影響配電網的電壓穩定性。一般來說，在實際的工廠運行中煉鋼電弧爐引發電壓閃變最具代表性的污染源。3.3 閃變的危害當電壓波動范圍超過額定的允許值時，會導致設備不正常的運行性能，用戶對電壓質量的要求則得不到滿足，進而保護裝置誤動作、引發過電流及設備過熱導致燒壞等事故，而且生產效率、設備的性能以及產品的質量都會受到一定的影響。其不良影響包括：（1）影響產品質量例如：電弧爐是低功率因數的電力負荷，會對供電系統產生的有功和無功功率沖擊性變化引起的電壓波動和閃變產生不利影響，同時非線性的電弧電阻會導致的電力諧波發生畸變，引發三相負荷不平衡等。（2）影響設備使用壽命電壓波形長期畸變幅值偏高

46、，會使電熱元件（如熱敏電阻、二極管）壽命縮短。電容器電壓如果超過額定電壓的5并持續時間較長,會因面過熱而致擊穿。當電壓較額定電壓長期高于5時，白熾燈的使用壽命將隨之縮短。電壓幅值高低的波動會使電視機的顯像管壽命大大縮短。（3）造成照明光通量的變化及影響設備的正常運行閃變引起的電壓往往會造成照明設備的照度的變化，影響正常生活。它還會加深電網的諧振進而引發瞬態高電壓和大電流。電壓波動在電子設備運行中將作為一個擾動信號輸入并效應。電子設備的直流電源一般是經過整流后獲取的，所以交流電源的波形和幅值的波動必然導致直流電源的變化。特別是當電壓的波動幅度過大時，數控裝置可能出現數字亂跳、程序混亂的現象，可能

47、引起單穩態電路的錯誤動作或翻轉。因此，電壓波動的抑制與改善是具有非常大的意義的。閃變使設備的安全運行遭到破壞，用戶電器設備、耗電量和維修費用增加。所以必須對電壓閃變給予高度的關注。4 電壓波動和閃變的抑制與檢測4.1 電壓波動與閃變的抑制 電壓和閃變帶來的危害已經嚴重影響了正常的生產生活。因此，必須采取有效的措施對其進行抑制。4.1.1 提高供電能力負荷變化劇烈的電氣設備采用獨立回路供電,功率較大的沖擊性負荷或非線性負荷由專門的變壓器供電,限制它對其他正常負荷的影響。電網額定電壓的平方與電壓損失的百分比成反比。因此,提高供電電壓幅值會抑制配電電壓波動程度。4.1.2 改善用電設備特性 用電設備

48、在運行中產生的沖擊性負荷往往會引發電壓波動與閃變，因此在治理中應采取相關措施改善用電設備特性，減少設備的功率波動。例如：異步電動機的啟停是配電網主要的閃變源.其改進方法如下： （1）降壓啟動和軟啟動； （2）串接變阻器啟動； （3）增加短路容量。4.1.3 補償裝置鑒于電壓波動與閃變產生的機理，電壓波動與抑制主要從以下三個方面出發來采取相應的措施:一是改善用電設備特性;二是提高供電能力;三是安裝補償裝置。又因為改善用電設備的性能抑制閃變是有限的，通過供電方式的改造投資大、代價高。所以大部分采用改善和提高電能質量的補償裝置的方法來抑制。如今，大部分用于改善和提高電能質量的補償裝置都具有抑制電壓波

49、動與閃變的功能15。如并聯電容器和調相機，靜止同步補償器（STATCOM），靜止無功補償器(SVC )，有源濾波器(APF）以及基于電流控制的方法等。（1）靜止無功補償器(SVC) 在有固定的系統短路及供電結構容量時，對無功負荷進行補償可以有效減少電壓波動與閃變問題。靜止無功補償裝置(SVC)是目前國內外使用比較普遍的無功功率的補償裝置。SVC的缺陷在于它是固定的無功補償容量，這就意味著在確定無功補償容量之前要先確定需要補償的無功功率的精確數值，而且它有可能引發諧振，從而導致諧波電流放大。（2）有源電力濾波器(APF) 有源電力濾波器(APF)作為動態補償裝置以對負荷電流作實時補償，APF與S

50、VC 區別在于它是一種主動的補償裝置。 它的工作原理是利用電力電子控制器產生方向相反的電流來抵消負荷引發的畸變電流，從而保證供電點的電能質量。（3）動態電壓恢復器(DVR) 閃變是由電壓波動引起的，所以對當波動產生時對其進行快速補償也能對閃變進行抑制。動態電壓恢復器（DVR）是串聯接入系統的電壓補償設備，系統正常工作時處于旁路狀態，當系統電壓降低時投入運行并在毫秒時間內發出補償電壓信號，保證敏感負荷正常工作。目前來看，在各種電壓補償設備中動態電壓恢復器損耗較小、能量利用較高，是最有效的電壓波動與閃變的治理設備16。4.2 檢測方法分析 所有用來檢測電壓閃變方法必須面臨的問題是將低于額定電壓幅值的波動電壓分量從工頻電壓中分離出來。目前國內外比較有代表性的電壓波動的檢測方法有平方檢測法、有效值檢測法、全波整流檢測法、小波分解和同步檢波法等17。除平方法適合數字化實現以外，其他幾種方法更適合模擬電路實現。研究電壓波動的檢測方法可簡化為分析單一頻率的調幅波對工頻載波的調制，電壓的瞬時值解析式一般表示為： （4-1） 式中： A一工頻載波電壓的幅值； 工頻載波電壓的角頻率； m調幅波調制電壓的幅值； 調幅波電壓的角頻率。電壓波的檢測方法可以歸結為由式4-1解調出調幅波4.2.1 平方解調檢波法IEC推薦的檢波方法為平方檢波法，該檢波法要配合0.0535Hz帶