如何应对PCC附近较大波动负荷的闪变评估？

不同类型的电压波动，Pst有不同的评估方法，如表6所列。

表6　闪变的评估方法

8.1　闪变仪

各种类型的电压波动均可以用符合IEC 61000-4-15的闪变仪直接测量来评估，这是闪变量值判定的基准方法。

8.2　仿真法当负荷变动特性和PCC的系统阻抗已知时，可以计算负荷引起的电压变动d（t），然后由闪变仪的模拟程序求出相应的Pst。本法需要专门的程序，其精度主要取决于负荷特性的数学模型。

8.3　用Pst＝1曲线分析

对于周期性等间隔矩形波（或阶跃波）、正弦波和三角波的电压变动，当已知电压变动d和频度r时，可以利用图2（或表7）由r查出对应于Pst＝1的电压变动dLim，则：

式中：F为波形系数。对于矩形波（或阶跃波）F＝1；对于正弦波和三角波查图3。

表7　周期性矩形（或阶跃）电压变动的单位闪变（Pst＝1）曲线对应数据

图2　周期性矩形（或阶跃）电压变动的单位闪变（Pst＝1）曲线

图3　周期性正弦波和三角波电压波动的波形系数

8.4　闪变时间分析法

在求Pst（或Plt）时分别选取产生闪变较严重的10min（或2h）时段的d（t）作分析，把各种变动波形利用波形系数等值为阶跃变动波形，求出闪变时间tf（s）来评估Pst（或Plt）。

对每个波形

式中：F为波形系数。对于阶跃波F＝1；对于双阶梯波、斜坡波、三角波和矩形波，查图4、图5；对于直接起动的电动机，F≈1；对于采取缓冲措施的电动机，查图6。

图4　双阶梯波和斜坡波电压变动的波形系数

将规定时段（10 min，2h）内d（t）的tf总和求出，则

闪变时间分析法一般用于电压变动间隔大于1s且电压变动波形为上列几种的组合，所求的Pst、Plt值和直接测量结果相比，误差在±10%以内。电压变动间隔小于1s，不推荐用此法。

图5　三角波和矩形波电压变动的波形系数

图6　具有不同前后沿的电动机起动电压波形系数

8.3、8.4　中方法仅适用于特定的电压波动场合。一些典型的实例分析见附录C。

附录A

（标准的附录）

闪变的测量和计算式

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仪器，有模拟式的也有部分或全部是数字式两种结构，其简化原理框图如图A1所示。

框1为输入级，它除了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的功能外，还产生标准的调制波，用于仪器的自检。框2、3、4综合模拟了灯-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，用来模拟灯-眼-脑环节对灯光照度变化的暂态非线性响应和记忆效应。框4的输出S（t）反映了人的视觉对电压波动的瞬时闪变感觉水平，如图A2a）所示，可对S（t）作不同的处理来反映电网电压引起的闪变情况。进入框5的S（t）值是用积累概率函数CPF的方法进行分析。在观察期内（10min），对上述信号进行统计。图中为了简明起见，分为10级。以第7级为例，由图A2a），T7＝，用CPF7代表S值处于7级（或1.2～1.4 p.u.）的时间T7占总观察时间的百分数，相继求出CPFi（i＝1～10）即可作出图A2b）CPF曲线。实际仪器分级数应不小于64级。

由CPF曲线获得短时间闪变值：

式中：P0.1、P1、P3、P10、P50分别为CPF曲线上等于0.1%、1%、3%、10%和50%时间的S（t）值。

长时间闪变值Plt由测量时间段内包含的短时间闪变值计算获得：

式中：n为长时间闪变值测量时间内所包含的短时间闪变值个数。

Pst和Plt由图A1框5输出。

图A1　IEC闪变仪模型的简化框图

图A2　由S（t）曲线作出的CPF曲线示例

附录B

（标准的附录）

高压（HV）总供电容量StHV的估算方法(www.xing528.com)

当Si用户接于某单台变压器二次侧母线（PCC）上时，StHV即为主变压器的供电容量。对于某些用户（特别是220kV级用户），其PCC可能有多个供电源，StHV可以用下列方法估算：

第一种近似估算：在PCC最大需求日（或计及将来发展），所供给的HV用户总容量为∑SiHV，就取为StHV。但当PCC附近有较大的波动负荷时，则按第二种近似估算。

第二种近似估算：如图B1所示。设1为所考虑的结点，2、3为其附近有较大波动负荷的结点。先按第一种估算法，求出StHV1、StHV2、StHV3。然后求出工频下传递系数K2－1、K3－1。“传递系数”Kj－i是结点j注入1 p.u.电压时在i结点引起的电压。Kj－i计算一般需要计算机程序，但6.2条给出简化的算法，在许多情况下能很快求出近似的结果。由此得：StHV＝StHV1＋K2－1×StHV2＋K3－1×StHV3。

图B1　第二种近似估算StHV示意

附录C

（提示的附录）

一些典型的实例分析

C1　轧钢机负荷

已知某轧钢机投产后，在供电的PCC上产生周期性电压波动，其波形如图C1所示，该供电点（中压）总的允许短期闪变值GPst＝0.72，供电总容量30MVA，轧钢厂的协议供电容量为3MVA，用电同时系数为0.3，试分析轧钢机接网对闪变的影响。

图C1　轧机电压变动示例

分析：由图C1，在运行周期20s中有2次电压变动，则电压变动频度r＝2/20（s－1）＝6（min－1），由表3和式（7）可知，不满足第一级限值规定。由式（2）求出该用户闪变限值EPst＝0.72×＝0.5，由图4对于0.5s斜坡电压变动，查得F＝0.3，由式（12）得tf＝2.3×（0.3×2）3＝0.5（s）。

10min内，对于变动10×6＝60次，代入式（13），得：

结论：该轧钢机引起的闪变符合第二级规定。

C2　多台绞车负荷

已知三台5MW矿井绞车，供电的PCC为35kV、SSC＝400MVA，分配给绞车的闪变限值EPst＝0.5；单台绞车典型的无功功率变动周期如图C2所示。三台绞车大体上同时运行，但不完全重叠，试分析闪变的影响。

分析：从图C2可以看出，一开始和中间两段为斜坡电压变动，由于T＞1s，从图4可知，波形系数很小，如将其折算为等值阶跃电压变动，其值也很小，可以忽略。在单台绞车开车后6s处有ΔQ＝4Mvar，根据式（9），相应d1＝1%；在45s停车时有ΔQ＝2.5Mvar，相应有d2＝0.63%；对d1和d2分别按60s周期（即r＝1次/min）考虑。查图2得d＝2.7%（对应Pst＝1），则由式（11）d1产生Pst1＝1/2.7＝0.37；由d2产生Pst2＝0.63/2.7＝0.23。根据式（4），取m＝3，单台绞车闪变为Pst＝＝0.40，三台绞车合成闪变Pst＝＝0.58＞EPst。

结论：需要作第三级评定。

本例也可以用闪变时间分析：由式（12）求出tf1＝2.3×13＝2.3（s），t12＝2.3×0.633＝0.575（s）；三台绞车10min内∑tf＝∑tf1＋∑tf2＝3×（2.3×10＋0.575×10）＝86.25（s），代入式（13），Pst＝＝0.524＞EPst。其结论基本上和直接用Pst分析一致。

图C2　单台绞车运行典型的无功波动周期

C3　电弧炉负荷

交流电弧炉在运行过程中，特别是在熔化期，随机且大幅度波动的无功功率会引起供电母线电压的严重波动，并构成闪变干扰。图C3为最简化的电弧炉等值电路单线图。图中U0为供电电压；X0为电弧炉供电回路的总阻抗（包括供电系统、电炉变压器和短网阻抗）；R为回路的总电阻，以可变的电弧电阻RA为主；P＋j Q为电路复功率。

图C3　最简化的电弧炉等值电路的单线图

不难证明，当R变化时，电弧炉运行的功率P、Q如图C4所示，按半圆轨迹移动，其直径OD＝Sd＝为理想的最大短路（R＝0）容量。图中A为熔化期的额定运行点，φN为相应的回路阻抗角，cosφN＝0.7～0.85；B点为电极三相短路运行点，此时RA＝0，φd为短路回路阻抗角，cosφd＝0.1～0.2。

预测计算时可以取最大无功变动量：

则有 ΔQmax＝Sd（sin2φd－sin2φN）

由于sin2φd≈1，则

实际上电弧炉在熔化期电极和炉料（或熔化后钢水）接触可以有开路（R＝∞，对应与O点）和短路（RA＝0，R≈0，对应于D点）两种极端状态，当相继出现这两种状态时则得到：

由式（C1）～（C3）代入式（9）即得到相应的d，其中由式（C1）、（C2）得到的称为“最大无功功率变动量”，电弧炉引起PCC电压变动，一般可以用此值作为预测值，对照表1中限值（标有“*”）；由式（C3）得到的称为“短路压降”d，此值为理论上最大的dmax。

图C4　电弧炉运行的功率圆图

交流电弧炉引起的闪变大小主要和d（或dmax）有关，但也和冶炼的工艺、炉料的状况有关，可以粗略地用下式预测：

或　

直流电弧炉是将三相交流整流为直流，采用单电极冶炼。直流电弧电流比交流要稳定，因此对电网的干扰要明显小于交流电弧炉，其产生的电压波动和闪变约为同容量交流炉的一半。

附录D

（提示的附录）

参考资料

[1] IEC 61000-3-3:1994 Electromagnetic compatibility（EMC）—Part 3:Limits—Section 3:Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage supply systems for equipment with rated current≤16 A

[2] IEC 61000-3-5:1994 Electromagnetic compatibility（EMC）—Part 3:Limits—Section 5:Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16A

[3] IEC 61000-3-7:1996 Electromagnetic compatibility（EMC）—Part 3:Limits—Section 7:Assessment of emission limits for fluctuating loads in MV and HV power systems—Basic EMC publication

[4] IEC 61000-4-15:1997 Electromagnetic compatibility（EMC）—Part 4:Testing and measurement techniques—Section 15:Flickermeter—Functional and design specifications