电弧炉引起的电压波动与闪变解析
经常被混淆的电压波动与电压闪变
经常被混淆的电压波动与电压闪变
电压闪变与波动，两个形影不离的兄弟，经常一起出现在我们的视野中。
闪变外向，我们可以从外表觉察到它的变化，而波动则偏内向，心理活动丰富。
除此以外，它们之间还有什幺不同之处呢？
一、电压波动的概念及计算方式
电压波动是指电网内电压有规则的变动，或是变化幅度倍数在0.9~1间的
随机变化。
电压波动可以通过电压方均根值曲线来描述，电压变动d和电压电压变动频度r则是衡量电压波动大小和快慢的指标。
电压波动d的定义表
达式为
二、电压闪变的概念及计算方式
闪变是人眼对灯光亮度变化所引起刺激的不稳定感。
即，人对亮度变化的不适感。
闪变严重度则由UIE-IEC闪变测量方法定义，以参数、评估闪变烦扰强度。
其中，短闪变是衡量短时间（目前若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值，基本记录周期为10min；长闪变则由短时间闪变值推算出，反映长时间（若
干小时）闪变强弱的量值，其基本记录周期为2h。
根据IEC 61000-4-5:1996制造的IEC闪变测试仪是目前国际上通用的测量闪变的仪器，其简化原理框图如图1所示。
图1 闪变测试仪简化原理框图
“平方一阶滤波”输出的反映了人的视觉对电压波动瞬时闪变感觉水平，进。
电弧炉对电网的影响及补偿措施
电弧炉对电网的影响及补偿措施1.引言大功率电弧炉接于容量较小的电网会对电网和其他负载产生不利影响，主要表现在：—无功冲击及闪变—三相负荷不平衡—产生谐波电流本文结合交流或直流电弧炉的工作特性对上述问题进行讨论，并提出解决方案。
2.电弧炉的负载特性用于冶炼的电弧炉在其给定的物理范围内工作时，负载电流会发生变形。
物理范围可以用圆图来表示（图1）图1中首先将电弧阻抗看作纯阻性，在电弧截断时电阻值无限大，在短路时电阻值为零。
在每个电流过零点，交流电弧须重新燃弧，但当功率因数大于0.9时，会导致电弧截断，并一直维持到输入能量与冷却能量不在平衡。
用于冶炼的电弧炉一般有三个特征工作阶段：—开始融化阶段，固体炉料熔化，能量需求很大。
—初精练及加热阶段。
—精练期，此阶段输入能量只需平衡热损耗。
在废刚冶炼时电弧炉的工作特性为：—在开始熔化时电弧频繁出现截断和重新燃弧。
—在全熔化期出现电弧波动，并导致电流急剧变化。
—发生塌料导致短路。
电弧炉在熔化期出现的电弧截断及短路现象，只有通过统计学方法进行评价。
需注意的是各项不平衡电流、各项断续电流和半波不平衡电流，会导致电网在不同时间和不同相位产生的有功功率和无功功率值发生变化。
调制电流使电网电压出现闪变效应，同时产生谐波电流注入电网，使电网电压发生畸变。
在电网阻抗上产生的电压降或电压改变可以分解为两个分量，即纵向电压降（导致电压幅值的变化）和横向电压降（导致电压相位变化）。
因为在电网阻抗中阻性分量大约占感性分量的1/10或以下，所以电压量值的改变主要由无功功率的变化引起。
有功功率的变化只影响电压的相位（见图2）。
在一个电网中，电压的改变会影响所有接于这个电网的负载，因此电弧炉对电网的影响可以称为电网的环境污染，必须采取技术措施进行抑制。
当电弧炉功率大于电网短路功率的1/80时，通常需要考虑对电网的影响问题。
3.补偿任务简单来讲，补偿的任务就是减少或抑制电弧炉对电网的影响。
当然，这也和其它领域的环境保护一样，具有一定的难度，同时需要付出相应的费用。
电压波动与闪变
配电网闪变监测：EN50160
IEC61000-3-11:2000。
对额定电流为16A至75A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪变的限制
中、低压电网(35kV以下)的闪变限制标准：EN50160:1999。 中、高压电网(35kV以上)的闪变技术报告：IEC61000-3-7。
电压源 闪变仪
EUT 被测设备
或电压幅值不超过0.9～1.1的一系列随机变化。
闪变：人眼对照度波动的一种主观感觉。
如果电压幅值变化达到0.5%，每秒钟6到8次，将引起明显的闪变。 闪变算法：由IEC61000-4-15标准定义。由统计学上的“灯－眼－脑”模 型计算，该模型反映了大多数人如何受闪烁的白炽灯影响。 波动与闪变测量的分类范围：电压有效值的变动范围在±10%之内。
起重机：配电网电压波动与闪变
基本测量：
Pst：10分钟短时闪变。1.0的读数将引起50%的人能感觉到的闪变。 Plt：2小时长时间闪变的统计描述。
F430：提供瞬时闪变(PF5)的趋势图
通过比较瞬时闪变(PF5)的趋势与电压、电流有效 值趋势的关系，可以查明导致闪变现象的电压事件。 电弧炉：配电网电压波动与闪变
● 电压波动与闪变并不会影响电气设备(如计算机及控制设备、电动机等)的正常工作。 但其引发的照明灯光闪烁现象，可能会刺激人的视感神经。
2 电气测量技术基础知识与应用 2007年9月
Company Confidential
电压波动与闪变：测量内容与限值
测量项目(IEC61000-4-15)
[电压变动] •Dc：相对的稳态电压变动 •Dmax：最大相对电压变动 •d(t)：相对的电压变动 [闪变] •Pst：短时间闪变，观测时间为10分钟。 •Plt：长时间闪变值，观测时间为2小时。 由12个短时闪变值 “Pst”来计算。
电能质量讲座第八讲电压波动与闪变
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抽样调查 。 变换后 ,有
2 1 - z T 1 + z- 1
-1
式中 T — — — 采样周期
4
2 IEC 闪变检测方法
IEC 依据 U IE 1982 年推荐 , 于 1986 年给出 了闪变仪的功能和实际规范 。 1992 年 , U IE 又做 出详细的论述 。下面介绍 IEC 闪变检测的数字化 实现方法 。
0. 000 2, b1 = 0. 001 0, b2 = 0. 002 6, b3 = 0. 003 4,
低压电器 ( 2007 №16) 现代建筑电气篇
・ 专题讲座 ・
因此模拟的传递函数可表示为
G ( s) = K
( 3 ) 带冲击负荷的电动机引起的电压波动 。
0. 3 s + 1
利用双线性变换转化成 z域表达式 ,有
正常运行和寿命 ,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 不能正常工作 。 ( 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 。 国家标准 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 。
L ecture on Electr ica l Energy Qua lity Ⅷ. Voltage Fluctua tion and Flicker
ZHAN G Z h igang
( Electrician and Electronic Technology Center, Shanghai J iaotong University, Shanghai 200240, China )
复杂组合下电弧炉的电压波动与闪变评估方法
复杂组合下电弧炉的电压波动与闪变评估方法蒋若彬;韩钟宽;关明锋;吴国昌;邵振国【摘要】运行时电弧炉的电弧频繁起断和电极开路短路都会引起供电母线严重的电压波动与闪变.为保证电网优质稳定运行,需要对即将接入电网的电弧炉负荷进行波动闪变预评估.在现有国标的基础上,本文提出一种电弧炉负荷电压波动与闪变评估的实用计算方法,能分析多种类型电弧炉多母线接入所产生电压波动与闪变的复杂情况,同时给出治理方案.通过实际变电站负荷的算例分析,验证了所提方法的可行性.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2019(020)004【总页数】5页(P47-51)【关键词】电弧炉;电压波动;闪变;评估【作者】蒋若彬;韩钟宽;关明锋;吴国昌;邵振国【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福州 350116;福建省电力有限公司莆田供电公司,福建莆田 351100;福建省电力有限公司莆田供电公司,福建莆田351100;福建莆田荔源集团,福建莆田 351100;福州大学电气工程与自动化学院,福州 350116【正文语种】中文电能质量是电能商品的重要属性，劣质供电不仅会给用户带来经济损失，同时也造成了电网本身的不稳定。
电能质量需要供用电双方共同维护，合理地评估是保障公共电网环境的基础[1]。
根据评估对象不同，电能质量评估方法可分为一般负荷评估[2-3]和新能源负荷评估[4-5]；根据评估指标组成，可分为单项评估和综合评估[6-7]。
根据《国家电网公司电网谐波管理规定》（国网（运检/3）919—2018）规定，为确保未投运的新用户生产用电过程中产生的电压波动等电能质量指标符合国标要求，需在接入电网前对其进行电网电能质量影响的预评估。
由交直流电弧炉、电弧焊机、工业轧机、绞车、电力牵引机车等冲击性负荷引起的电压波动与闪变是电能质量指标的重要组成部分。
冲击性负荷接入电网时产生的电压波动与闪变，不仅会影响同接入点其他电气设备的正常运行，还会进而对电网产生剧烈扰动，造成电网不稳定。
电能质量之电压波动与闪变分析与检测方法
电压波动与闪变分析与检测方法前言电能质量包括电压、频率、谐波、三相不平衡度、电压的骤升或骤降等等。
电压波动是多种电能质量问题的1种。
一般是指电网由于雷击、对地短路、发电厂故障及其他外部、内部原因造成电网短时故障, 引起的电网电压短时大幅度波动、甚至短时断电数秒钟的现象, 但如果设备和系统抵御能力较差, 将给生产带来不应有的损失。
据统计，自动化程度很高的工业用户一般每年要遭受10～50次与电能质量问题有关的干扰，其中因包括电压波动和闪变在内的动态电压质量问题造成的事故数约占事故总数的83%。
电压波动和闪变已成为威胁许多重要用户供电可靠性的主要原因之一,必须对其进行有效的监视与抑制。
1 电压波动的种类及产生原因电压波动的原因多种多样，其危害均是通过电网电压波动或电源的短时消失使工厂生产受到影响的。
引起电压波动的因素有多种多样，有自然界因素引起、有电网本身引起、有用电负荷引起的等等。
电压波动从类别上分有3大类: 暂态扰动、RMS ( Rights Management Services) 扰动及稳态变化，每种类别又对应多种表现形式。
1.1 暂态扰动暂态扰动分为暂态冲击和短时波动2种表现形式( 见图1、图2) ，暂态冲击是由雷电、电焊机、负荷开关及电容器开关的合断所引起；短时波动是由线路或电缆开关、电容器开关及负荷开关的合断所引起。
图 1 暂态冲击表现形式图 2短时波动表现形式1.2 RMS扰动RMS扰动分为电压骤降/ 骤升、电压中断2种表现形式( 见图3、图4) , 电压骤降/ 骤升是由远端系统故障所引起; 电压中断是由系统保护动作、断路器和熔断器的断开及定期检修所引起。
图 3 电压骤降/ 骤升表现形式图 4 电压中断表现形式1.3 稳态变化稳态变化分为低电压/ 过电压、谐波及电压闪变3种表形形式( 见图5、图6、图7) ，低电压/过电压是由电机起动和负荷增加或减少所引起；谐波是由非线性负荷和系统谐振所引起；电压闪变是由间隙性负荷、电机起动及电弧炉所引起。
电压波动与闪变分解
v
'
(t
)
mU
2 m
cos
F
t
0.35U
m2 d
电弧炉用电特性分析
由于电弧炉炼钢在
技术经济上的优越性， 工业生产采用交流电 弧炉已日益增多，单 台容量也不断增大， 因此电弧炉对供电系 统的干扰也愈加突出-交流电弧炉是供电系 统各类功率波动性负 荷中对电压特性影响 最大的负荷。
其不利影响主要包
括有功功率和无功功 率冲击性快速变化引 起的电压波动和闪变， 电弧电阻的非线性导 致的电力谐波畸变， 以及三相负荷不对称 带来的供电系统动态 不平衡干扰等。
电压波动与闪变概述
闪变觉察率超过50％，则说明半数以上的实验观察者 对电压波动有明显的或难以忍受的视觉反映。 三、瞬时闪变视感度S（t） 为反映人的瞬时闪变感觉水平，用闪变强弱的瞬时值随时 间变化来描述，即瞬时闪变视感度S（t）。它是电压波动 的频度、波形、大小等综合作用的结果，其随时间变化的 曲线是对闪变评估衡量的依据。 通常规定闪变觉察率F＝50%为瞬时闪变视感度的衡量单位， 对应的称之为S（t）＝1觉察单位。 若s（t）＞1觉察单位，说明实验观察者中有更多的人对灯光 闪烁有明显感觉，则规定为对应闪变不允许水平。
式中，m称为调制指数， m＜1。按照同步 检测方法，可将调制波电压自乘求平方， 得到
u
2
(t
)
U
2 m
(1
2m
cos
F
t
m2
cos2
F
t
)
cos2
N
t
U
2 mBiblioteka 2(1m2 2
)
U
2 m
m
cos
F
电压波动和闪变
对国家相关电能质量标准的理解与综述1 电压波动和闪变范围本标准适用于交流50Hz 电力系统正常运行方式下，由波动负荷引起的公共连接点电压的快速变动及由此可能引起人对灯光闪烁明显感觉的场合。
1.1 定义：（1）电压波动（voltage fluctuation ）电压方均根值（有效值）一系列的变动或连续的改变（2）电压方均根值曲线R.M.S. voltage shapeU （t ）每半个基波电压周期方均跟值（有效值）的时间函数（3）电压变动relative voltage changed电压方均根值曲线上相邻两个极值电压之差，以系统标称电压的百分数表示。
（4）电压变动频度rate of occurrence of voltage changesr单位时间内电压变动的次数（电压由大到小或由小到大各算一次变动）。
不同方向的若干次变动，如间隔时间小于30ms ，则算一次变动。
1.2电压波动的测量和估算电压波动可以通过电压方均根值曲线U （t ）来描述，电压变动d 和电压变动频度r 则是衡量电压波动大小和快慢的指标。
电压变动d 的定义表达式为： %100⨯∆=NU U d 式中：△U----电压方均根值曲线上相邻两个极值电压之差。
U N ----系统标称电压。
当电压变动频度较低且具有周期性时，可通过电压方均根值曲线U （t ）的测量，对电压波动进行评估。
单次电压变动可通过系统和负荷参数进行估算。
当已知三相负荷的有功功率和无功功率的变化率分别为△P i 、 △Q i 时，可用下式计算： %1002⨯∆+∆=Ni L i L U Q X P R d 式中R L 、X L 分别为电网阻抗的电阻电抗分量。
在高压电网中，一般X L ＞＞ R L 则式中：S SC ---考察点（一般为PCC ）在正常较小方式下的短路容量。
在无功功率的变化量为主要成分时（例如大容量电动机启动），可采用以下两式进行粗略估算对于平衡的三相负荷：%100⨯∆≈sci S S d 式中：△S i ---三相负荷的变化量。
第11章思考题和习题解答.
第11章 供配电系统的运行和管理11-1．节约电能有何重要意义？答：节约电能的意义主要表现为：1．缓解电力供需矛盾。
节约电能可以节约煤炭、水力、石油等一次能源，使整个能源资源得到合理使用，缓解电力供需矛盾,并能减轻能源部门和交通运输部门的紧张程度。
2．节约国家的基建投资。
节约电能可以节约国家用于发电、输配电及用电设备所需要的投资，给整个国民经济带来很大的利益,有利于国民经济的发展。
3．提高企业的经济效益。
节约电能可以减少企业的电费开支，降低生产成本，积累资金，提高企业的经济效益。
4．推动企业用电合理化。
节约电能可以推动企业采用新技术、新材料、新设备、新工艺，加速设备改造和工艺改革，从而提高企业的经营管理水平，使企业生产能力得到充分发挥，促进企业生产水平的不断发展和提高。
11-2．什么叫负荷调整？有哪些主要调整措施？答：根据供电系统的电能供应情况及各类用户不同的用电规律，合理地安排各类用户的用点时间，以降低负荷高峰，填补负荷的低谷（即所谓的“削峰填谷”），充分发挥发、变电设备的潜能，提高系统的供电能力。
负荷调整的主要措施：①同一地区各厂的厂休日错开；②同一厂内各车间的上下班时间错开，使各个车间的高峰负荷分散；③调整大容量用电设备的用点时间，使它避开高峰负荷时间用电，做到各时段负荷均衡，从而提高了变压器的负荷系数和功率因数，减少电能的损耗。
④实行“阶梯电价+分时电价” 的综合电价模式。
“阶梯电价”全名为“阶梯式累进电价”，是指把户均用电量设置为若干个阶梯，随着户均消费电量的增长，电价逐级递增。
峰谷分时电价是指根据电网的负荷变化情况，将每天24小时划分为高峰、平段、低谷等时段，各时段电价不同，以鼓励用电客户合理安排用电时间，削峰填谷，提高电力资源的利用效率。
11-3．什么叫经济运行？什么叫变压器的经济负荷？答：经济运行是指整个电力系统的有功损耗最小，获得最佳经济效益的设备运行方式。
变压器的经济负荷S ec.T ，就是应满足变压器单位容量的综合有功损耗△P/S 为最小值的条件。
电压波动和闪变
对国家相关电能质量标准的理解与综述1 电压波动和闪变范围本标准适用于交流50Hz 电力系统正常运行方式下，由波动负荷引起的公共连接点电压的快速变动及由此可能引起人对灯光闪烁明显感觉的场合。
1.1 定义：（1）电压波动（voltage fluctuation ）电压方均根值（有效值）一系列的变动或连续的改变（2）电压方均根值曲线R.M.S. voltage shapeU （t ）每半个基波电压周期方均跟值（有效值）的时间函数（3）电压变动relative voltage changed电压方均根值曲线上相邻两个极值电压之差，以系统标称电压的百分数表示。
（4）电压变动频度rate of occurrence of voltage changesr单位时间内电压变动的次数（电压由大到小或由小到大各算一次变动）。
不同方向的若干次变动，如间隔时间小于30ms ，则算一次变动。
1.2电压波动的测量和估算电压波动可以通过电压方均根值曲线U （t ）来描述，电压变动d 和电压变动频度r 则是衡量电压波动大小和快慢的指标。
电压变动d 的定义表达式为： %100⨯∆=NU U d 式中：△U----电压方均根值曲线上相邻两个极值电压之差。
U N ----系统标称电压。
当电压变动频度较低且具有周期性时，可通过电压方均根值曲线U （t ）的测量，对电压波动进行评估。
单次电压变动可通过系统和负荷参数进行估算。
当已知三相负荷的有功功率和无功功率的变化率分别为△P i 、 △Q i 时，可用下式计算： %1002⨯∆+∆=Ni L i L U Q X P R d 式中R L 、X L 分别为电网阻抗的电阻电抗分量。
在高压电网中，一般X L ＞＞ R L 则式中：S SC ---考察点（一般为PCC ）在正常较小方式下的短路容量。
在无功功率的变化量为主要成分时（例如大容量电动机启动），可采用以下两式进行粗略估算对于平衡的三相负荷：%100⨯∆≈sci S S d 式中：△S i ---三相负荷的变化量。
基于故障限流器的电弧炉电压波动和闪变抑制研究
2019 年第 4 期
万聪聪，等 基于故障限流器的电弧炉电压波动和闪变抑制研究
（总第 184 期）
情况。而且上述方法均存在损耗高、控制复杂、后 期运行维护成本及难度大等问题。
为解决上述问题，本文提出一种基于故障限流 器的电弧炉电压波动和闪变的抑制装置，该装置通 过限流电感将流过电弧炉的电流抑制在同一水平， 从而将系统中不断变化的无功稳定在一定范围之 内，最后通过固定电容器进行无功补偿，实现对电 压波动和闪变的抑制。该装置具有运行损耗小、无 需控制、运行维护方便、抑制效果显著等特点。
———————————————————————————
收稿日期：2018⁃06⁃04
· 126 ·
功率也逐步提升，其对电网的影响也越来越大，解 决由其带来的电能质量问题尤为迫切。
文献［2-5］中利用 SVC 对电弧炉引起的电压波 动和闪变进行治理，并对其进行了分析；文献［6-7］ 则针对 SVC 响应速度较慢、抑制效果不明显的缺 点，提出了基于 STATCOM 的补偿模型，一定程度上 提高了对电压波动和闪变的抑制效果，但是仍然会 存在大量补偿不足、抑制效果欠佳的情况；文献［8］ 则是通过复杂的算法对电弧炉波动电压进行短期 预测，并以此为依据提供相应控制策略完善抑制效 果，但是该类方法并不适合复杂多变的工况，同时 也会存在大量因为补偿不足造成抑制效果欠佳的
第 40 卷 第 4 期：0126-0131 2019 年 8 月
电力电容器与无功补偿 Power Capacitor & Reactive Power Compensation
DOI：10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2019.04.022
Vol.40，No.4：0126-0131 Aug.2019
电能质量指标：电压波动与闪变
CD F 100% A B C D
闪变概念与定义
3. 瞬时闪变视感度S（t）
为表示人对照度波动的瞬时主观视觉反应，常用闪变强 弱的瞬时值变化来描述，称为瞬时闪变视感度S（t）。它 是电压波动的频度、波形、大小等综合作用结果，其随时 间变化的曲线是对闪变评估衡量的依据。通常规定F=50% 为瞬时闪变视感度的衡量单位，对应为S=1觉察单位，换 言之，若S>1（觉察单位）为闪变不允许值。
电压变动的特有形式－电压波动
2、电压波动的表示
为具体描述造成实际电压在短时间里较大幅度变动的特征，将一系列电压变动值中的相 邻两个极值之间的变化称为一次电压波动，把两个相邻极值之差称为电压波动值（或波动 大小）。 实际上，电压波动表现为严重连续偏离额定电压，因此用一系列电压方均根值的两个极 值之差，且用其相对值的百分数表示：
U rms 1 N
2 u k N 1
K 0
电压变动值计算
在电能质量标准中，通常以标称电压的相对百分 数来表示电压变动值，即
U1 U 2 U d (%) 100 100(%) UN UN
电压标称值
稳态电压 变动值
UN
动态电压 变动值
最大电压 变动值
电压变动的分类及类型介绍
电弧炉引起电压波动录波图
电压变动的其它类型
3)．短时间电压变动：
短时间电压中断
当电压迅速下降，且跌至〈 0.1p.u，经一段时间 ( 数周波 ~1 分钟 ) 后又恢复到标称值，称为短时间电压 中断。关于电压暂降和短时间电压中断等问题将在本 讲义第五章中专题介绍。
电压变动的其它类型
电压暂降与暂升(Voltage sags, swells)：
电压波动和闪变
5.4 电压波动和闪变的产生和抑制
二、电压波动的抑制
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 主要补偿装置的分析比较
（3）动态电压恢复期（DVR）
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。
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）
usa usb usc
* A *
uca N2 uca N1 * B * ucb ucc ucb
* C *
uLa uLb uLc
isa isb isc
* ica
ila ilb
* icb
非线性 负载
5.4 电压波动和闪变的产生和抑制
二、电压波动的抑制
电压波动与闪变
u(t)u ,2(t),v'(t)
基于MATLAB的闪变仪检测算法仿真流程
电弧炉用电特性分析
由于电弧炉炼钢在
技术经济上的优越性 ，工业生产采用交流 电弧炉已日益增多， 单台容量也不断增大 ，因此电弧炉对供电 系统的干扰也愈加突 出--交流电弧炉是供电 系统各类功率波动性 负荷中对电压特性影 响最大的负荷。
TCR的无功功率Q从100%变化到0 （3）TCR触发角和导通角之间的关系式：
2()
（4） TCR基波电流有效值为： I11 sin U X1
TCR中的无功控制
间谐波对电压波动影响
一、单个间谐波对电压有效值的影响
ΔU -------电压波动有效值; U--------间谐波成分幅值; m------- 间谐波相对幅值; fI--------基波频率；fIH--------间谐波频率
不良影响； （5）导致电子仪器和设备、计算机系统、自动控制
生产线以及办公自动化设备等工作不正常，或受 到损坏。
电压波动与闪变的测量
目前国际上有代表性的三种原理类型的 闪变测量仪器: 1、日本的闪变仪 2、英国的ERA电弧炉闪变测量仪 3、国际电工委员会（IEC）和国际电热协
会（UIE）推荐的闪变仪。
（2）轧钢机和绞车等负 荷的电动机频繁启动 和焊机等负荷的间歇 通电，会引起时常电 压波动，并且是有一 定规律的周期电压波 动。
电弧炉引起电压波动录波图
电压波动与闪变产生原因
此外，还有下列故障可能引起闪变 (1)系统发生短路故障,引起电网电压波动和 闪变； (2)系统设备自动投切时产生操作波的影响, 如备用电源自动投切,自动重合闸动作等； (3)系统遭受雷引起的电网电压波动等。
电压波动和闪变
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。
闪变：灯光照度不稳定造成的视感。
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。
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 。
电压波动和闪变产生的原因及危害
原因：电弧炉、轧机等大功率且快速波动 性负荷的应用引起的。 危害：电压波动会影响工业生产、居民生 活等，而闪变会引发视觉疲劳、偏头痛， 引发错觉等。
开题报告_电弧炉的无功补偿和闪变抑制
一、前言与课题研究的意义随着我国国民经济的快速发展，电力负荷急剧增大，特别是一些冲击性、非线性、不平衡负荷数量和容量的不断增长，使得电力系统中电能质量问题日趋严重，造成电气设备不能正常工作，严重时将引起保护装置动作，极大地影响了人们的生产生活秩序。
因此，提高和保证电力系统良好的电能质量具有重要的现实意义。
按照作用时间的不同，电能质量问题可以分为稳态问题和暂态问题。
稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括谐波、间谐波、波形下陷和噪声等；暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，可分为脉冲暂态和振荡暂态两大类。
此外，按照电气量的不同，电能质量问题还可以分为电压质量问题和电流质量问题两个方面。
电压质量问题指会影响用户设备正常运行的不理想的系统电压，包括电压闪变（Flicker）、瞬时过电压（Swell）、波形畸变（Harmonics）、三相电压不平衡（Unbalance）等情况；电流质量问题指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，以及无功和不平衡电流、低频负荷变化造成的闪变等。
在实际中，电压电能质量问题和电流电能质量问题是密不可分、相互影响的。
在配电网中，电弧炉（Electric Arc Furnace，包括直流电弧炉和交流电弧炉）是一种较大的干扰性负荷。
由于电弧炉炼钢在技术经济上的优越性，国内外绝大多数的炼钢企业将电弧炉作为首选；但是，作为一种严重的冲击性、非线性负荷，电弧炉对于电能质量的影响是十分严重的。
以电压闪变为例，对于电弧炉冶炼过程中无功波动而导致的低频电压波动，当波动频率在8.8Hz时，即使波动范围只有0.25%，其所引起的白炽灯照明闪变，也足以使人感到不舒服，甚至难于忍受。
尤其是当电弧炉接入短路容量相对较小的配电网时，其所引起的电能质量问题，会危害到连接在公共供电点上的其他用户的正常用电。
因此，为了解决电弧炉的电能质量问题，必须就地进行包括快速无功补偿在内的一系列补偿措施。
电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案
电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案1 引言现代大型功率炼钢电弧炉，由于其容量大，是用电大户，对电网的影响具有举足轻重的作用。
它具有功率因数低，无功波动负荷大且急剧变动，产生有害的高次谐波电流，三相负荷严重不平衡产生负序电流等对电网不利的因素，使得电网电能质量恶化，危及发配电和大量用户，也影响电炉自身的产量、质量，使电耗、电极消耗增大，从而成为电网的主要公害之一。
现在有关大型电弧炉对电网公害抑制的研究也正在深入开展，有必要对其不利影响和抑制对策作一概述性的分析。
2大型电弧炉对电网的影响2.1引起电网电压急剧波动大型电弧炉在熔化期电弧长度急剧变化，引起无功负荷急剧波动，其工作短路功率为电炉变压器额定功率的两倍左右，其最大波动无功为电炉变压器额定功率的1.5倍左右（具体倍数取决于短网阻抗、电炉变压器阻抗、供电系统阻抗之和的大小，总阻抗大则工作短路倍数小，反之则大）。
无功的急剧波动，引起电网电压的急剧波动，其波动频率一般为1~15Hz，使灯光和电视机屏幕产生闪烁，使人视觉疲劳而感到烦躁，此外还影响到晶闸管设备和精密仪表等的稳定运行，甚至产生质量事故。
国标GB12326-2000《电能质量电压允许波动和闪变》规定了电力系统公共供电点各级电压等级的电压波动和闪变允许值。
2.2使电网电压波形产生畸变电弧炉在熔化期，电弧电流是不规则的，且急剧变化，其电流波形不是正弦波，可分解为2次和2次以上的各次谐波电流，主要为2~7次，其中2次和3次最大，其平均值可达基波分量的5%~10%，最大可达15%~30%；4~7次平均值为2%~6%，最大值可达6%~15%。
而电网中的铁磁元件也产生高次谐波，以3次和5次谐波电流较大，其中3次分量最大，而电炉刚好也是3次谐波电流很大，这对电网是极为不利的。
谐波电流流入电网，使其电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动，增加损耗，干扰通信，使电力电缆局部放电绝缘损坏，电容器过载损坏等，国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定了电压波形畸变率限值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
动态无功补偿的原理
动态无功补偿是指对负荷进行无功补偿时，负 荷消耗的无功由补偿装置无延时地等量输出无功 的补偿形式。其最明显的特点就是补偿装置的无 功输出可以自行跟随负载无功的变换。大量非线 性负荷诸如炼钢电弧炉、冷轧或热轧机、铁磁谐 电气化铁振设备、道等在电力系统中的使用越来 越多，它们共同特点是消耗的有功和无功都是动 态随机变化的。传统的静态无功补偿装置对它们 又无能为力、不能胜任，因此需要开发能对随机 变换的负荷无功进行快速跟踪补偿的补偿设备。
动态无功补偿的原理
单相等效电路
• 动态补偿特性曲线图
动态无功补偿的原理
特性曲线有略微向下倾斜的趋势，它表示随着负载消耗的无功功 率Q的增加，系统供电电压就会慢慢下降。
动态补偿特性曲线的数学表达式为：
供电电压的变化与无功的变化是成比例关系的。 接入无功补偿器装置之后，系统提供的无功Q是动态无功负载消 耗的无功Q L和无功补偿器产生的无功Q r的代数和：
电弧炉引起的电压波动和闪变
什么是闪变？
闪变是一种瞬间的具有高 爆发的电能，它存在于几乎所 有的电力系统中，无论是家用 电力还是工业用电。
闪变最主要的特点
➢ 超高压:通常的闪变尖峰，它高出正常电路电压幅值的250倍，最高可达数万伏。
➢ 瞬时态:闪变持续的时间非常之短，它可以在数亿分之一 秒内完成从迸发到消失的过程。
电弧炉的电气特性
电弧炉的冶炼过程依据其电气特性分为两个阶段：熔化期和精炼 期。
1）无功冲击负荷和端电压的闪变性 在熔化期，由于废钢的不规则性和冶炼当中的坍塌， 会频繁地出现电极短路、弧长伸缩，无功功率急剧变化， 引起公共连接点附近的电压产生急剧波动。 2）有功负荷的冲击性 坍塌引起的电极断弧开路进而造成电流突然变零，这 种有功冲击负荷是随机的、经常发生，它将形成电磁功率 与机械功率的不平衡，影响机组寿命。
电弧炉的电气特性
• 3）伏安曲线的非线性
由于外加正弦性电压变动 ，引起的电弧热量和弧柱电阻 的波动，一个周期内的伏安特 性如左图所示。
伏安特性曲线
电弧炉的工作特性
左图中 U 0为供电电压； X0 和 R 分别为电弧炉供电回
路总阻抗和电弧电阻； P + jQ为电路复功率。
电弧炉的简化供电系统图
电弧炉的工作特性
电弧炉的供电回路
电弧炉冶炼时的电弧电力由电弧炉变压器专门供给。 电炉变压器原边多为10kV及以上电压，副边电压一般 只有几百伏，而电流可达几千安至几百千安，为了适 用电炉的特性，电炉变压器原边有多个抽头，使副边 电压在100-700V间可调，切换抽头即可调节电弧电压 的大小，三相石墨电极插入炉内，通过电极升降装置 可上下调节，从而调节电弧电流的大小。
动态无功补偿的原理
无，功那当补么负偿Q载器就消提不耗供会的的改无无变功功。Q总此的能时变跟有化踪量Q∆r为Q的∆=变0Q，化L时所量，以∆如Q∆果LU =0，即供电电压就可以保持不变，这样就达到了 稳定电压的目的。这就是动态无功无功补偿的原 理。图 4.1(b)表示的是对系统进行了动态无功补 偿L。，增，当系大系系统减统 统 不小稳 稳 消，定 定 耗Qr工 工 无就作作功相在在，应这Q的C就=减点是Q小时A=功增，常率大Q数因，r完数这保全的个持抵完点消全Q处了补恒，Q偿定QL 。
• 由图知：
设电弧炉的短路容量为： 电弧炉的简化供电系统图
电弧炉的工作特性
由以上可得：
若Sd是一个不变的量，则 这个圆就是电弧炉有功 P 和无功Q的轨迹，被称为功
率变化圆。
电弧炉对电能质量的影响
❖ 电压波动与闪变 ❖ 谐波 ❖ 电网电压三相不平衡 ❖为电弧炉电流 的强冲击性使电网中的无功功率剧烈波动造成的，因此有 必要也必须对电弧炉负荷进行无功补偿。
➢ 高频次:闪变的活动十分频繁，可以说闪变无时不有、无 处不在。
闪变对电网和用电系统的主要危害
• 增加电网的谐振，造成瞬态高电压、高电流 • 增加附加损耗，降低发电、输电效率及设备使用率 • 加速电器设备老化，缩短使用寿命 • 造成电器设备工作不正常，计算机误码及仪表计量不准确
电弧炉结构
1.炉台；2.炉脚；3.熔钢； 4.电弧；5.炉体；6.电极；7.短网；8.炉用变 压器