电压波动和闪变教学PPT.ppt
第5章 电压波动和闪变,5.1 电压波动和闪变的基本概念5.2 电压波动和闪变的标准5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,5.1 电压波动和闪变的基本概念,一、电压波动,电压波动即位一系列电压变动或连续的电压偏差。电压波动值为电压均方根值的两个极值Umax和Umin之差U，常以额定电压UN的百分数表示其相对百分值，即：,电压波动波形为以电压均方根值或峰值的包络线作为时间函数的波形。分析时抽象地将工频电压u作为载波，将波动电压v看作调幅波。,5.1 电压波动和闪变的基本概念,二、闪变,电弧炉、轧钢机等大功率装置的运行会引起电网电压的波动。而电压波动常会导致许多电气设备不能正常工作。通常，白炽灯对电压波动的敏感程度要远大于日光灯、电视机等电气设备，并且所有建筑的照明都大量使用白炽灯，若电压波动的大小不足以使白炽灯闪烁，则肯定不会使日光灯、电视机等设备发生异常。因此，通常选用白炽灯的工况来判断电压波动值是否能够被接受。,5.1 电压波动和闪变的基本概念,二、闪变,闪变可理解为人对白炽灯明暗变化的感觉，包括电压变动对电工设备的影响危害。但不能用电压波动来代替闪变，因为闪变是人对照度波动的主观视感。,闪变的主要决定因素如下：（1）供电电压波动的幅值、频度和波形；（2）照明装置。闪变对白炽灯的照度波形影响最大，而且与白炽灯的额定功率和额定电压等有关。（3）人对闪变的主观视感。由于人们视感的差异，需对观察者的闪变视感作采样调查。,5.1 电压波动和闪变的基本概念,二、闪变,闪变觉察率F：,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：不能忍受的人数。,瞬时闪变视感度S(t)：表示人对电压波动引起照度波动的主观视觉反应。通常以闪变觉察率F（%）为50%作为瞬时闪变视感度的衡量单位，称为觉察单位。,5.1 电压波动和闪变的基本概念,二、闪变,视感度系数K（f）：,人脑神经对照度变化需要有最低的记忆时间，人类觉察不到高于某一频率的照度波动。根据统计，人的眼和脑对白炽灯照度波动的视感，对于230V、60W白炽灯的闪变觉察频率范围约为125Hz，闪变敏感的频率范围约为612Hz，正弦调幅波在8.8Hz的照度波动最为敏感。人对照度波动的最大觉察范围不会超过0.0535Hz，这两个频率限值均称为截止频率。截止频率的上限又称为停闪频率。,5.1 电压波动和闪变的基本概念,二、闪变,视感度系数K（f）：,闪变是经过灯-眼-脑环节反映人对照度波动的主观视感。IEC推荐的视感度系数表达式为：,5.1 电压波动和闪变的基本概念,三、电压波动和闪变的危害,（1）照明灯光闪烁引起人的视觉不适合疲劳，进而影响视力。（2）电视机画面亮度变化，图像垂直和水平摆动，从而刺激人们的眼睛和大脑。（3）电动机转速不均匀，不仅危害电机电器正常运行及寿命，而且影响产品质量。（4）电子仪器、电子计算机、自动控制设备等工作不正常。（5）影响对电压波动较敏感的工艺或实验结果，如实验时示波器波形跳动，大功率稳流管的电流不稳定，导致实验无法进行。,5.2 电压波动和闪变的标准,GB 12326-2000电能质量 电压波动和闪变规定了电压波动和闪变的限值、计算和评估方法。,一、电压波动和闪变的限值,电压波动限值d与变动频度r和电压等级有关，见表5-2.,低压（LV）：中压（MV）：高压（HV）：,5.2 电压波动和闪变的标准,二、对于冲击性负荷的限值,对于每个冲击性负荷，电压变动的限值仍如表5-2规定，这意味着不考虑电压变动的叠加效应。但高压的限值要严于中、低压，这说明适当考虑了高压对中、低压的一些传递影响。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,一、电压波动与闪变的产生,电源引起的电压波动,（1）大型电动机起动时引起的电压波动：起动电流可达到额定电流的46倍。（2）带冲击负载的电动机引起的电压波动：冲击性负荷如冲床、压力机、轧钢机等，其特点是负荷在工作过程 中作剧增和剧减变化，并周期性地交替变更。（3）反复短时工作制负载引起的电压波动：这类负荷的特点是负载作周期性交替增减变化，但交替的周期不为定值，其交替的幅值也不为定值，如吊运工作的吊车、手工焊接用的交直流电焊机等。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,一、电压波动与闪变的产生,电源引起的电压波动,（4）大型电弧炼钢炉运行时造成大的电压波动和闪变：电弧炉在熔炼期间频繁切断，甚至在一次熔炼过程可能达到10次以上。不同工艺环节所需电流的变化，导致了电压波动或闪变。（5）供电系统短路电流引起的电压波动：发生短路故障时，若继电保护装置或断路器失灵，造成越级跳闸，造成大面积停电，延长整个电网的电压波动时间并扩大波动范围。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,电压闪变的产生,（1）电源引起的电压闪变,（2）电动机启动引起的电压闪变,（3）冲击性负荷的投入引起的电压闪变,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,抑制电压波动的措施综述,（1）合理地选择变压器的分接头以保证用电设备的电压水平。（2）设置电容器进行人工补偿。（3）线路出口加装限流电抗器。（4）采用电抗值最小的高低压配电线路方案。（5）配电变压器并列运行。（6）大型感应电动机带电容器补偿，目的主要是对大型感应电动机进行个别补偿。（7）采用电力稳压器稳压。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,国外抑制电压波动的装置,（1）高压TSC无功补偿装置 对于轧机、碎石机、锯木机和电阻焊机等波动性负荷，为了减少无功功率冲击引起的电压波动，国内外普遍应用了晶闸管投切电容器（TSC）无功补偿装置。TSC具有快速响应性、可频繁动作性和分相补偿能力，故可有效地抑制这些负荷所引起的电压波动问题，起到改善电能质量的作用。TSC生产制造，国外知名的电气厂商如ABB、GE、SIEMENS等。大容量高压TSC无功补偿装置，在20世纪80年代后期已在国外电力系统中得到了商业化运行。目前，我国中高压输配电网中，无功和电压的实时、动态补偿和自动调节技术还相对落后，也缺乏有效解决中高压配电网中电能质量的技术手段，因此高压TSC装置具有很大的推广应用价值。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,国外抑制电压波动的装置,（2）高阻抗电弧炉 在各类波动性负荷中，以电弧炉电压波动的影响最大。电弧炉是生产钢的一种重要设备，也是供电系统中重大的波动性负荷。自从电弧炉诞生那天起，人们便开始研究用什么办法获得最大的电弧功率。过去一直依靠加大电极电流来提高电弧功率，这样造成电网电压波动和闪变，并产生大量的高次谐波。将电弧炉主电路由低阻抗改造成高阻抗，即在主电路串联一只电抗器，则能使电弧燃烧稳定、电极电流减少、电压波动降低、谐波发生量减少、提高二次电压，可使电弧功率加大、电功率提高。这种在电弧炉主电路串有大电抗器，并有较高二次电压的电弧炉被称为高阻抗电弧炉。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,国外抑制电压波动的装置,（3）电压波动动态监测系统 对特殊区域新能源的配置、网络结构要进行统一规划，制定设备入区标准，确定不达标设备的治理方案，从源头上对影响电能质量的因素进行严格控制；对特殊区域还要集中监测，建立一个相对独立的电气环境，将该区域置于严密的监测之下。国内在电压波动动态监测系统方面取得了一些预期成果：初步建立电能质量实验和仿真平台，编制数学建模、设备性能分析、计算智能应用等模块，完善电能质量评估管理与决策支持软件系统；将模糊神经计算智能技术应用到评估中的扰动分类、定位和原因识别等重点内容上，初步完成自动的、实用先进的计算智能评估系统；完成一套适合暂态电压波动的动态监测系统。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,主要补偿装置的分析比较,在10kV以上系统中，XR,在高压或中压配电网中，电压波动主要与无功负荷的变化量有关。因此对电压闪变的抑制，最常用方法是安装静止无功补偿装置。但由于某些类型的SVC本身还产生低次谐波电流，需与无源滤波器并联实用。,（1）静止无功补偿器,电压变动量为：,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,主要补偿装置的分析比较,有源电力滤波器与SVC相比，有以下优点：响应时间快，对电压波动、闪变补偿率高，可减少补偿容量；没有谐波放大作用和谐振问题，运行稳定；控制强，能实现控制电压波动、闪变，稳定电压作用；同时也能有效地滤除高次谐波，补偿功率因数。,（2）有源电力滤波器,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,主要补偿装置的分析比较,逆变器采用3个单相结构，目的是为了更灵活的对三相电压和电流进行控制，并提供对系统电压不对称情况下的补偿。,（3）动态电压恢复期（DVR）,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,主要补偿装置的分析比较,（4）统一电能质量控制器（UPFC）,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,（4）统一电能质量控制器（UPFC）,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,（4）统一电能质量控制器（UPFC）,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,主要补偿装置的分析比较,（5）其他补偿装置,灵活交流输电系统（FACTS）也能抑制电压波动和闪变。目前主要的FACTS有静止无功补偿器（STATCOM）、晶闸管投切电容器（TSSC）、可控串联补偿电容器（TCSC）等。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,适用于大型负荷波动的主要补偿方式,（一）串联补偿方式,（1）串联电容器,串联电容器主要是为了抵消感抗的系统阻抗，从而使波动负荷F造成的供电母线上电压波动很小。实际应用中，往往电容器并联一个阻尼电阻，用来限制低频的振荡。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,适用于大型负荷波动的主要补偿方式,（一）串联补偿方式,（2）串联互感电抗器,电抗器L的中间抽头接电源，其两端分接一般负荷和变动负荷F。如互感电抗器的变比选择合适，可以使电压波动与闪变得到较好的补偿。当系统等值电抗变化时，可以调整电抗器抽头来适应。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,适用于大型负荷波动的主要补偿方式,（二）并联补偿方式,（1）同步调相机,同步调相机的端电压相应于负荷波动而变动，自动地起到无功功率补偿作用。为了提高同步调相机补偿效果，在调相机和电源之间一般串入缓冲电抗器XBR。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,适用于大型负荷波动的主要补偿方式,（二）并联补偿方式,（2）静止无功补偿装置,SVC由快速可变的电抗和电容元件组合而成（两者均变或其中一个元件可变），目前技术比较成熟。SVC应用的较多的有4中基本型：SR（自饱和电抗器型）、TCR（晶闸管控制电抗器型）、TCT（晶闸管控制高漏抗变压器型）、TSC（晶闸管投切电容器型）。除了SR装置外，TCR、TCT、TSC装置的动态响应时间和控制器的性能关系很大。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,具有饱和电抗器的静止补偿器,电容器组与晶闸管可控电抗器并联形成的静止无功补偿器 可以通过电容器的分组投切可提供不连续的容性无功功率，通过晶闸管控制的电抗器可提供连续的感性无功功率。电容器通常串接一定量的电抗，实现滤波作用。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,二、电压波动的抑制,适用于大型负荷波动的主要补偿方式,（二）并联补偿方式,（3）静止无功电源,SVG原理：将负荷电流分解为有功电流和无功电流，由SVG提供无功电流注入系统，可使系统的电源只向负荷提供与电压波形一致的有功电流。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,常见的SVG可分为电流型和电压型两大类。,基于可自关断器件：GTO,IGBT,IGCT 具有控制特性好、响应速度快、体积小、损耗低等优点。Ui与Us始终保持频率相同。通过调节Ui大小，可控制加在中间变压器上的 电压大小与方向，进而可以实现无功吸收与补 偿的控制。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,基于可自关断器件：GTO,IGBT,IGCT 具有控制特性好、响应速度快、体积小、损耗低等优点。Ui与Us始终保持频率相同。通过调节Ui大小，可控制加在中间变压器上的 电压大小与方向，进而可以实现无功吸收与补 偿的控制。,与传统的SVC相比，SVG通过可控电压源方式实现无功功率的动态补偿，其优点：（1）SVG具有更好的处理特性。SVC在系统电压较低时，表现为电容的特 性，即无功随电压的降低按平方关系下降。而SVG则在低电压时，表 现为定电流特性，因而无功功率只随电压的降低按一次方关系下降。（2）SVG采用PWM控制，具有更快的响应特性。（3）SVG中，无功调节不是通过控制容抗或感抗的大小实现的，因而，无 需直接与系统连接的电容器或电抗器，不存在系统谐振问题，且大大 减小了设备体积。相同容量下，SVG体积约为SVC的1/3。（4）由于SVG三相的出力可以各自独立地进行控制，因而可以用于三相不 平衡负荷的动态补偿。（5）SVG具有有源滤波器的特性，可以用于需要有源滤波的场合。,5.4 电压波动和闪变的产生和抑制,
