1、第第5章章 電壓波動和閃變電壓波動和閃變5.1 電壓波動和閃變的基本概念5.2 電壓波動和閃變的標準5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制5.1 電壓波動和閃變的基本概念電壓波動和閃變的基本概念一、電壓波動電壓波動即位一系列電壓變動或連續的電壓偏差。電壓波動值為電壓均方根值的兩個極值Umax和Umin之差U，常以額定電壓UN的百分數表示其相對百分值，即：maxmin100%5 1NNUUUVUU電壓波動波形為以電壓均方根值或峰值的包絡線作為時間函數的波形。分析時抽象地將工頻電壓u作為載波，將波動電壓v看作調幅波。5.1 電壓波動和閃變的基本概念電壓波動和閃變的基本概念二、閃變 電弧爐、軋鋼機等大功

2、率裝置的運行會引起電網電壓的波動。而電壓波動常會導致許多電氣設備不能正常工作。通常，白熾燈對電壓波動的敏感程度要遠大于日光燈、電視機等電氣設備，并且所有建筑的照明都大量使用白熾燈，若電壓波動的大小不足以使白熾燈閃爍，則肯定不會使日光燈、電視機等設備發生異常。 因此，通常選用白熾燈的工況來判斷電壓波動值是否能夠被接受。5.1 電壓波動和閃變的基本概念電壓波動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，包括電壓變動對電工設備的影響危害。但不能用電壓波動來代替閃變，因為閃變是人對照度波動的主觀視感。 閃變的主要決定因素如下：（1）供電電壓波動的幅值、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。（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查。5.1 電壓波動和閃變的基本概念電壓波動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；B：略有覺察的人數；C：有明顯覺察的人數；D：不能忍受的人數。100%52CDFABCDn 瞬時閃變視感度S(t)：表示人對電壓波動引起照度波動的主觀視覺反應。通常以閃變覺察率F（%）為50%作為瞬時閃變視感度的衡量單位，稱為覺察單位。5.1 電壓波動和閃變的基本概念電壓波動和閃變的基本概念二、閃變n 視感度系數K（f）：人腦神經對照度變化需要有最

4、低的記憶時間，人類覺察不到高于某一頻率的照度波動。根據統計，人的眼和腦對白熾燈照度波動的視感，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，正弦調幅波在8.8Hz的照度波動最為敏感。人對照度波動的最大覺察范圍不會超過0.0535Hz，這兩個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 電壓波動和閃變的基本概念電壓波動和閃變的基本概念 18.8 z531fSHKfS覺察單位的正弦波電壓波動覺察單位的頻率為 的正弦波電壓波動二、閃變n 視感度系數K（f）：閃變是經過燈-眼-腦環節反映人對照度波動的主觀視感。IEC推薦的視感度系數表達式

5、為：5.1 電壓波動和閃變的基本概念電壓波動和閃變的基本概念三、電壓波動和閃變的危害（1）照明燈光閃爍引起人的視覺不適合疲勞，進而影響視力。（2）電視機畫面亮度變化，圖像垂直和水平擺動，從而刺激人們的眼睛和大腦。（3）電動機轉速不均勻，不僅危害電機電器正常運行及壽命，而且影響產品質量。（4）電子儀器、電子計算機、自動控制設備等工作不正常。（5）影響對電壓波動較敏感的工藝或實驗結果，如實驗時示波器波形跳動，大功率穩流管的電流不穩定，導致實驗無法進行。5.2 電壓波動和閃變的標準電壓波動和閃變的標準GB 12326-2000電能質量 電壓波動和閃變規定了電壓波動和閃變的限值、計算和評估方法。一、電

6、壓波動和閃變的限值電壓波動限值d與變動頻度r和電壓等級有關，見表5-2.低壓（LV）：中壓（MV）：高壓（HV）：1;135;35220;NNNUkVkVUkVkVUkV5.2 電壓波動和閃變的標準電壓波動和閃變的標準二、對于沖擊性負荷的限值對于每個沖擊性負荷，電壓變動的限值仍如表5-2規定，這意味著不考慮電壓變動的疊加效應。但高壓的限值要嚴于中、低壓，這說明適當考慮了高壓對中、低壓的一些傳遞影響。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制一、電壓波動與閃變的產生n電源引起的電壓波動（1）大型電動機起動時引起的電壓波動： 起動電流可達到額定電流的46倍。（2）帶沖擊負載的電動

7、機引起的電壓波動： 沖擊性負荷如沖床、壓力機、軋鋼機等，其特點是負荷在工作過程 中作劇增和劇減變化，并周期性地交替變更。（3）反復短時工作制負載引起的電壓波動： 這類負荷的特點是負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，如吊運工作的吊車、手工焊接用的交直流電焊機等。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制一、電壓波動與閃變的產生n電源引起的電壓波動（4）大型電弧煉鋼爐運行時造成大的電壓波動和閃變： 電弧爐在熔煉期間頻繁切斷，甚至在一次熔煉過程可能達到10次以上。不同工藝環節所需電流的變化，導致了電壓波動或閃變。（5）供電系統短路電流引起的電壓波

8、動： 發生短路故障時，若繼電保護裝置或斷路器失靈，造成越級跳閘，造成大面積停電，延長整個電網的電壓波動時間并擴大波動范圍。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制n電壓閃變的產生（1）電源引起的電壓閃變（2）電動機啟動引起的電壓閃變（3）沖擊性負荷的投入引起的電壓閃變5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n抑制電壓波動的措施綜述（1）合理地選擇變壓器的分接頭以保證用電設備的電壓水平。（2）設置電容器進行人工補償。（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）配電變壓器并列運行。（6）大型感應電動機帶電容

9、器補償，目的主要是對大型感應電動機進行個別補償。（7）采用電力穩壓器穩壓。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n國外抑制電壓波動的裝置（1）高壓TSC無功補償裝置 對于軋機、碎石機、鋸木機和電阻焊機等波動性負荷，為了減少無功功率沖擊引起的電壓波動，國內外普遍應用了晶閘管投切電容器（TSC）無功補償裝置。TSC具有快速響應性、可頻繁動作性和分相補償能力，故可有效地抑制這些負荷所引起的電壓波動問題，起到改善電能質量的作用。 TSC生產制造，國外知名的電氣廠商如ABB、GE、SIEMENS等。 大容量高壓TSC無功補償裝置，在20世紀80年代后期已在國外電力

10、系統中得到了商業化運行。 目前，我國中高壓輸配電網中，無功和電壓的實時、動態補償和自動調節技術還相對落后，也缺乏有效解決中高壓配電網中電能質量的技術手段，因此高壓TSC裝置具有很大的推廣應用價值。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n國外抑制電壓波動的裝置（2）高阻抗電弧爐 在各類波動性負荷中，以電弧爐電壓波動的影響最大。電弧爐是生產鋼的一種重要設備，也是供電系統中重大的波動性負荷。 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，這樣造成電網電壓波動和閃變，并產生大量的高次諧波。 將電弧爐主電

11、路由低阻抗改造成高阻抗，即在主電路串聯一只電抗器，則能使電弧燃燒穩定、電極電流減少、電壓波動降低、諧波發生量減少、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 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n國外抑制電壓波動的裝置（3）電壓波動動態監測系統 對特殊區域新能源的配置、網絡結構要進行統一規劃，制定設備入區標準，確定不達標設備的治理方案，從源頭上對影響電能質量的因素進行嚴格控制；對特殊區域還要集中監測，建立一個相對獨立的電氣環境，將該區域置于嚴密的監測之下。 國內在電壓波動動態監

12、測系統方面取得了一些預期成果：初步建立電能質量實驗和仿真平臺，編制數學建模、設備性能分析、計算智能應用等模塊，完善電能質量評估管理與決策支持軟件系統；將模糊神經計算智能技術應用到評估中的擾動分類、定位和原因識別等重點內容上，初步完成自動的、實用先進的計算智能評估系統；完成一套適合暫態電壓波動的動態監測系統。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n主要補償裝置的分析比較在10kV以上系統中，XR2/100%NUPRQXU2/100%NUQX U在高壓或中壓配電網中，電壓波動主要與無功負荷的變化量有關。因此對電壓閃變的抑制，最常用方法是安裝靜止無功補償裝置。

13、但由于某些類型的SVC本身還產生低次諧波電流，需與無源濾波器并聯實用。（1）靜止無功補償器電壓變動量為：5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n主要補償裝置的分析比較有源電力濾波器與SVC相比，有以下優點：響應時間快，對電壓波動、閃變補償率高，可減少補償容量；沒有諧波放大作用和諧振問題，運行穩定；控制強，能實現控制電壓波動、閃變，穩定電壓作用；同時也能有效地濾除高次諧波，補償功率因數。（2）有源電力濾波器5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n主要補償裝置的分析比較逆變器采用3個單相結構，目的是為了更靈活的對三相電

14、壓和電流進行控制，并提供對系統電壓不對稱情況下的補償。（3）動態電壓恢復期（DVR）5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n主要補償裝置的分析比較（4）統一電能質量控制器（UPFC）5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制（4）統一電能質量控制器（UPFC）5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制（4）統一電能質量控制器（UPFC）32sasbscuuCuuu32LaLbLciiCiii11223233221203C5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n主要補償裝置的分析比

15、較（5）其他補償裝置靈活交流輸電系統（FACTS）也能抑制電壓波動和閃變。目前主要的FACTS有靜止無功補償器（STATCOM）、晶閘管投切電容器（TSSC）、可控串聯補償電容器（TCSC）等。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n適用于大型負荷波動的主要補償方式（一）串聯補償方式（1）串聯電容器串聯電容器主要是為了抵消感抗的系統阻抗，從而使波動負荷F造成的供電母線上電壓波動很小。實際應用中，往往電容器并聯一個阻尼電阻，用來限制低頻的振蕩。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n適用于大型負荷波動的主要補償方式（

16、一）串聯補償方式（2）串聯互感電抗器電抗器L的中間抽頭接電源，其兩端分接一般負荷和變動負荷F。如互感電抗器的變比選擇合適，可以使電壓波動與閃變得到較好的補償。當系統等值電抗變化時，可以調整電抗器抽頭來適應。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n適用于大型負荷波動的主要補償方式（二）并聯補償方式（1）同步調相機同步調相機的端電壓相應于負荷波動而變動，自動地起到無功功率補償作用。為了提高同步調相機補償效果，在調相機和電源之間一般串入緩沖電抗器XBR。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n適用于大型負荷波動的主要補償

17、方式（二）并聯補償方式（2）靜止無功補償裝置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元件可變），目前技術比較成熟。SVC應用的較多的有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裝置的動態響應時間和控制器的性能關系很大。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制具有飽和電抗器的靜止補償器電容器組與晶閘管可控電抗器并聯形成的靜止無功補償器 可以通過電容器的分組投切可提供不連續的容性無功功率，通過晶閘管控制的電抗器可提供連續的感性無功功

18、率。電容器通常串接一定量的電抗，實現濾波作用。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制二、電壓波動的抑制n適用于大型負荷波動的主要補償方式（二）并聯補償方式（3）靜止無功電源SVG原理：將負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，可使系統的電源只向負荷提供與電壓波形一致的有功電流。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制常見的SVG可分為電流型和電壓型兩大類。 基于可自關斷器件：GTO, IGBT, IGCT 具有控制特性好、響應速度快、體積小、 損耗低等優點。 Ui與Us始終保持頻率相同。 通過調節Ui大小，可控制加在中間變壓器上的 電壓大小與方向，進而可以實現無功吸收與補 償的控制。5.4 電壓波動和閃變的產生和抑制電壓波動和閃變的產生和抑制 基于可自關斷器件：GTO, IGBT, IGCT 具有控制特性好、響應速度快、體積小、 損耗低等優點。 Ui與Us始終保持頻率相同。 通過調節Ui大小，可控制加在中間變壓器上的 電壓大小與方向，進而可以實現無功吸收與補 償的控制。與傳統的SVC相比，SVG通過可控電壓源方式實現無功功率的動態補償，其優點：（1）SVG具有更好的處理特性。SVC在系統電壓較