电压波动和基于瞬时无功功率理论的闪变计算
基于瞬时功率理论电压闪变参数计算及抑制
１ 瞬 时 无 功 功 率 理 论
设 三 相 电路 为 三 相 三 线 制 ， ， 其 各 相 电 流 、电 压 的 瞬 时值 分别 为 ｕ ０、 ｕ ｂ、 ｃ和 ｉ ａ、ｉ ｂ、ｉ ｃ 且 满
作用 有 限 。本 文 就是 在 静 止 无 功 补偿 器 的基 础 上 ， 增加 并行 控制 器 ， 使 得 在 实 现基 波 无 功 补偿 测 同 时 实现 谐 波功率 的抑 制 和谐 波 的消除 。
属 于 电能质 量 问 题 ， 其 影 响 因素 包 括 电压 波 动 、照
ｒ 。 ］
明装 置 和人 的视 觉感 受程 度 。电压 闪变对 于 电机 负
㈩ 载 影 响严重 ， 会 大 大增 加 电机 发 热 甚 至烧 毁 电机 。
ｃ ｂ
根 据扰 动 原 因不 同 ， 闪变 有 周 期 性 和 非 周 期 性 之
确 型 的 同时 ， 可以快速简洁实现对谐 波的控制 ， 达
到 消 除 谐 波 的 目的 。
２ 利 用 瞬 时 功 率 理 论 抑 制 电压 闪 变
瞬时 功率 中包 含 了 电压 或 电流波 形 中谐 波 的信
息， 抑 制或 消 除谐 波 也就 成 为 了抑 制 瞬 时 功率 的波 动 。对 于静止 无功 补偿 器甚 至 由 晶闸管组 成 的开关 电容 可 以实现 基波 无功 的补 偿 ， 但对 于谐 波引起 ， 特 别是 对 于低频 谐波 引起 的无 功或 有功 功率 的波 动却
（ ２ ）
功 功率 ， 造成 电能质量 和功率 因数 的严 重下 降 。功 率 因数低可 以通 过无功补偿 的方式 提高 ， 但 对 于谐波 引
定义 瞬 时功率 如 下 ：
Ｐ ｑ Ｍ 一 ｕ ｔ ＋ ＋
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。
一种基于瞬时无功理论的电压电流检测新方法
Abstract: In order to implement detection precision of reactive current with the system voltage distortion and unbalanced, a method for positive sequence fundamental voltage and current detection based on the instantaneous reactive power theory is presented. By means of carrying out the αβ coordinates transformation for three-phase grid voltage and a set rotation vector, this method can get the positive sequence voltage component of unity fundamental, and then calculates the compensating reactive current through the phase relationship between voltage and current. Simulation is carried out with RTDS and results show that this method offers simplicity of design, high detection accuracy and it is important for SVC to regulate voltage. Keywords: instantaneous reactive power; reactive current detection; unbalance; SVC; RTDS
电压波动和闪烁测试方法
电压波动和闪烁测试方法电压波动和闪变是电网电能质量的两个重要指标，电压波动是指电网电压方均根值(有效值)一系列的变动或连续的改变，闪变是指灯光照度不稳定造成的视感。
下面本文主要根据GB12326 电能质量电压波动和闪变介绍电压波测量及闪变测量的相关内容。
一、电压波动测量电压波动可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：式中：△U——电压方均根值曲线上相临两个极值电压之差；UN——系统标准电压。
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量分别为△Pi和△Qi，可用下式计算：式中：RL、XL分别为电网阻抗的电阻、电抗分量。
在高压电网中，一般XL》RL，则：式中：Ssc——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)，可采用下式进行粗略估算。
对于平衡的三相负荷：式中：△Si——三相负荷的变化量。
对于相间单相负荷：式中：△Si——相间单相负荷的变化量。
二、闪变测量根据IEC 61000-4-15制造的IEC闪变仪是目前国际上通用的测量闪变的标准仪器，其简化原理框图如下图所示。
图1：IEC闪变仪模型简化框图框1为输入级，主要用来实现把不同等级的电源电压(从电压互感器或输入变压器二次侧取得)降到适用于仪器内部电路电压值，同时还产生标准的调制波，用于仪器自检。
图2：由S(t)曲线作出的CPF曲线示例框2、3、4综合模拟灯-眼-脑环节对电压波动的反应。
其中框2对电压波动分量进行解调，获得与电压变动成线性关系的电压;框3的带通加权滤波器反映了人对60w230V钨丝灯在不同频率的电压波动下照度变化的敏感程度，通频带为0.05Hz~35Hz;框4包含一个平方器和时间常数为300ms的低通滤波器，用来模拟等-眼-脑环节对灯光照度变化的暂态非线性相应和记忆效应。
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 )
基于瞬时无功功率理论求取电压闪变参数的新方法
ｆｍｉ １８ ｕ 于 ９ ４年提 出 的具有 里 程碑 意义 的方 法 。
设 三相 电路 为 三相三 线 制 ， 各项 电流 、 其 电压
的瞬 时值分 别 为 “ 、 、 和 、 “ ， 满足 “ “ Ｊ 、 且 ． ＋“ ＋“ ＝０ ｉ＋ｉ＋ｉ！ ０ 则可 将其 分别 变 换 至 ｂ ， ｂ ＝， ＝ 两 项正 交 的 ａ 一 坐标 系 ：
１ ０
供 用 电
‰ （） 一 “ （） “（） ｔ一 ｔ 一 ｔ
（ ５）
２０ 年第 ｌ ０６ 期
ｉ （） “ （） ｂｔ一 ｂ￡
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（ ） ６
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关键 词 ： 电压 闪 变 ； 时无 功 功率 理 论 ； 变 包 络 ； 瞬 闪 高精 度 Ｆ Ｔ 分 析 ； 波 去 噪 Ｆ 小 中 图 分 类 号 ： Ｍ １ Ｔ ７ 文献 标 识 码 ： 文章 编 号 ：０ ６ ６ ５ （０ ６０ —０ ０ —０ Ｂ １ ０ — ３ ７ ２ ０ ）１ ０ ９ ４
维普资讯
第２ ３卷 第 １ 期
２０ 年 ２ ０６ 月
供 用 电
９
基于瞬时 无功功率理论求取 电压 闪变参数的新方法
余健 明 张 萍 张伏 生 魏 磊。 ， ， ，
（ ． 安理 工大 学 ， 西省 西 安 １西 陕
７ ０ ４ ；． １ ０ ８ ２ 西安 交通 大学 ， 陕西 省 西 安 ７０ ３ ） １０ ２
√３
９
信号 同相位 、 同频率 ， 否则包 络信号也不 准确 。
本文 提 出一种 利用 瞬时无 功 功率理论 结 合高 精度 Ｆ Ｔ 变换＿ 用 于 电压 闪变 有关参 数 的计 算 。 Ｆ ９ ］
电压波动与闪变
二、一对间谐波对电压波动的影响
左图是电压基波频率 50HZ，有效值为 70.721V，低频次间谐 波频率为55HZ，相对 幅值均为3%时的波形。 通过左图，可知当其 间谐波频率接近奇数 次倍数的谐波时，其 波形包络线在正负两 个方向上同时膨胀或 缩减。
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。
电压波动限值
国标中以典型的电弧炉负荷为对象设定了电压波 动的极限值（实际上，电压波动限值很少考核， 而代之以闪变值作为主要指标）。
电压波动与闪变概述
二、闪变觉察率F 依据IEC推荐的实验条件，采用不同波形、频 率、幅值的调幅波并以工频电压为载波向工频 230V、60W白炽灯供电照明，闪变觉察率为
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。
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。
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。
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【关键词】 电压波动； 闪变； 闪变计算 【作者单位】 高彦静， 中国核电工程有限公司河北分公司 ； 安文翔， 中国核电工程有限公司河北分公司
一、 引言 电压闪变问题是上世纪 70 年代以来电力系统研究的重 点课题之一， 它可以说是电压波动的一种特殊反应。公共供 电点（ PCC） 的电压波动， 会引起人眼对灯光闪烁感觉的不适， 人眼的这种主观感觉， 称为闪变。目前闪变一词的含义已经扩 展到电源电压的变化对一些敏感设备所产生的不良影响。引起 这些负荷会对电力系统的 电压闪变的主要原因是冲击性负荷， 安全稳定运行和用电设备的正常工作造成严重的影响。 目前， 国内外的闪变检测方法主要有平方检测法 、 有效 值检测法和整流检测法等 。 本文将主要采用瞬时无功功率 理论检测法分别对电压波动信号进行检测仿真 。 并通过仿 真得到调幅波从而进行闪变值的计算 ， 分析短时闪变值精度 — —统 本文分析介绍了三种计算方法 — 是否符合要求。另外， 计排序法， 线性插值法和多项式曲线拟合法 ， 并分别用这三 对结果进行分析和比较 。 种方法对闪变值进行计算 ， 二、 瞬时无功功率理论 1984 年日本学者 Akagi Hirofumi 提出瞬时无功功率理论 这个具有里程碑意义的方法 。 首先设三相电路为三相三线 ib ， ic 制， 并且完全对称， 其各相电流， 电压的瞬时值分别为 i a ， ub ， uc ， ia + ib + ic = 0， u a + u b + u c = 0 。 根据派克变换， 和 ua ， 将其变换到正交的 d － q － 0 坐标系中：
ω 2 U [u ] =槡 3 [ － sinωt ] ud
q
cos t
（ 5）
将式（ 7 ） 和式（ 8 ） 代入式（ 4 ） 中得： 3 p = UIcosф 2 3 q = UIsinф 2 三、 用瞬时无功功率理论求取调幅波
（ 6） （ 7）
本文将闪变看成是对正弦工频电压的低频调制 ， 即： u（ t） = A（ t） cosωt = U［ 1 + ma（ t） ］ cosωt （ 8） 用瞬时无功功率得到调幅波电压 ， 必须得到完全对称的 三相电压和三相电流， 考虑到对称三相系统中 ， 相临两相的 。 电压波形相同， 相位相差 120 的特点， 因此， 我们用延时 u a 得到其它两相电压， 并令每相电流等于其电压 ， 即： u a （ t） = u a （ t） T u b （ t） = － u a （ t + ） 6 T u c （ t） = － u a （ t － ） 6 将式（ 9 ） 代入到式（ 5 ） 得 ud cosωt 3 = A（ t） 2 － sinωt uq （ 9a） （ 9b） （ 9c）
针， 把质量教育摆在突出位置 。同时建立和完善工程质量领 导责任制， 按照“谁主管， 谁负责的 ” 原则， 从人员、 材料、 设 备、 工序、 工艺、 技术措施等方面层层落实工程质量责任 ， 做 层层抓落实。 到一级抓一级， （ 三） 严格规范施工项目中各个环节的操作流程 。首先， 要做好施工图会审工作 。通过会审， 可详细地了解设计的依 ， 据及要求 同时在审图过程中发生的疑问和发现的问题向设 计人员提出， 将有错误的地方及时纠正 ， 以保证施工进度及 避免返工而引起质量问题 。 其次， 作好施工组织设计工作 ， 对影响工程施工质量的因素进行有效控制 。 它可以解决施 工过程中的工作顺序、 工程进度及合理调度人财物 ， 还直接 景程工作质量。 一个好的施工组织， 可通过确定使用的人 设施， 对建设中的质量起到宏观的控制作用 。 例如， 在钢 力、 筋混凝土结构施工中， 对选用支模设施的设计 ， 采用振动器 ， 的型号及数量 都应在施工组织设计中明确下来 ， 以免施工 过程中组织混乱。 再次完善进场材料的检测和验收 ， 对材 料、 半成品、 构配件等物品的性能、 参数、 规格、 型号等进行严 格的检测和验收， 争取每种材料都有相应的质量证明文件 ， 同进做好材料的档案管理工作 ， 对每种材料的供应商， 验收 人员， 存放地址， 存放情况， 使用情况等做好记录， 并做好抽 （ 上接第 85 页） 仿真出的调幅波电压如图 1 所示： 查检测的工作。更为重要的是要加强施工现场的质量控制 ： 一是组织定期或不定期的现场会议 ， 及时分析、 通报工程质 量状况， 视情况决定是否进行职工技术培训等活动 ； 二是严 格审核设计变更和图纸修改 ； 三是完善工序控制。 把影响工 序质量的因素都纳入管理状态 ， 建立质量管理点， 及时检查 质量统计分析资料和质量控制图表 ； 四是严格工序间交接检 查。主要工序需按有关验收规定经现场监理人员或专职质 安人员检查验收； 五是对完成的分项、 分部工程， 监理工程师 或专职质安人员按相应的质量评定标准和办法进行检查 、 验 收， 并按有关规章制度行使质量监督权 。 （ 四） 推进质量安全诚信评价及惩戒体系建设 。 做好工 程质量责任主体和有关机构不良记录管理工作 ， 加强对从业 通过通告、 公示进行 单位和人员的质量安全不良记录管理 ， 信用惩戒并和业绩挂钩 ， 从而提高相关人员对工程质量的重 。 视意识 总而言之， 只有提高了工程的生产效率 ， 保证了工程的 质量， 才能提高企业的信誉形象 ， 只有做到各个环节的有效 管理， 才能使建筑工程的质量达到最优 。 企业应该加快自己 的系统升级， 提高管理能力， 质量是企业的生命， 保证工程质 量才能让企业立于不败之地 。 五、 短时闪变值的计算 短时闪变值的计算方法主要有统计排序法 ， 多项式曲线 拟合法和线性插值法， 本文主要给出多项式曲线拟合法计算 P st 。首先， 通过前面的检测方法得到 s （ t ） 曲线后， 我们由 s （ t） 曲线得到分为 10 级的累积概率函数曲线 ，得 CPF 曲线 y， n ） 函数来进行曲线拟 后， 我们由 Matlab 中的 p = polyfit （ x， y 为 CPF 值， n 为多项式的次数， 合， 其中 x 为 s（ t） ， 本文用 4 次多项式进行拟合， 得到的多项式的系数为 ： p = 0． 0000 1． 2141 － 3． 2780 1． 4812 0． 9371 得到拟合曲线 ， ， P 后 再对函数求反函数 再计算 st 的值为 0． 7125 。 六、 结语 在各种电能质量问题中 ， 电压闪变是比较重要的一个 ， 因为闪变是评定电能质量的主要指标之一 ， 对它的检测较为 复杂， 研究相对不足， 而且测量设备很少。 本文通过对闪变 问题的研究得到如下一些结论 ： 通过瞬时无功功率理论对电 同时计算了其短时闪变 压波动和闪变信号进行仿真检测 ， 值， 得到的结果近似理论值 。 【参考文献】 1． 肖湘宁， ［M］ ． 北京： 中国电力出版 电能质量分析与控制， ， 2004 社 2． 马巍巍， IEC 闪变仪的 RTDS 实现［ J］ . 电力 石新春， 付超， 2009 ， 5 ： 31 ～ 34 科学与工程， 3． 余健明， 张萍， 张伏生等， 基于瞬时无功功率理论求取电压 J］ . 供用电， 2006 ， 2 ： 9 ～ 12 闪变参数的新方法［ 4． Giovanni Bucci， Fabrizio Ciancetta， Fabio Di Nicola， The Performance Evaluation of IEC Flicker Meters in Realistic Conditions， IMTC2006 － Instrumentation and Measurement Technology Conference， 2006 ， p id
q
ud
q
u ][ i ] uq
q
id
q
2 p 3 －1 U
（ 13 ）
（ 3）
四、 仿真分析 本文用原始电压波动信号下式的进行分析为 ： 0 ． 0025 u1 （ t） = 220 × 槡 2［ 1+ sin （ 2 π × 8 ． 8 t） ］ × sin （ 2 π × 2 ×槡 2 50 t） （ 14 ） 用基于瞬时无功功率理论的检测方法 （ 下转第 236 页）
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 9 期
电压波动和基于瞬时无功功率理论的闪变计算
□高彦静 安文翔
【摘
要】 随着电力系统负荷功率越来越大 ， 尤其是冲击性负荷和非线性负荷急剧增加 ， 使电网中的电压波动和闪变愈发严重 。 为了抑制电压波动， 提高电能质量， 就必须了解电压波动的检测和闪变计算 。
[i ]
id
q
ia = c dq i b ic
= c dq u b
[ ] 槡 [
]
（ 10 ）
（ 1）
[u ]
ud
q
ua uc
。
[ ] 槡 [
由上式可得： 3 p = A2 （ t ） 2
将电流代入式（ 4 ） 得 id cosωt 3 = A（ t） 2 － sinωt iq
三相电流电压均为对称的正弦波 ， 对式其进行 Park 变 换， 可得： ω ф 2 I [i ] =槡 3 [ － sin（ ωt － ф） ] cos（ t － ） （ 4）
.6 Industrial & Science Tribune 2012.（11）.9
·85·
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 9 期
]
（ 11 ）
（ 2）
（ 12 ）
c dq 为不含 注： 因三相完全对称， 故零序分量为 0 。 式中， 零序分量的 Park 变换矩阵， 且在 α = 0 时的值， α 为初始角 ， p q ： 度 并定义瞬时有功功率 和无功功率 为
因此， 可求出原电压信号闪变包络线， 进而得到调幅波为： ma（ t） =