基于荧光灯闪变的间谐波兼容水平研究

With the extensive use of variable frequency devices, more and more inter-harmonics inject into the power system which is widely regarded as new sources of pollution of the power system. The voltage fluctuations caused by the inter-harmonics directly influence the stability of the light source and lead to the light flicker and visual disturbances. Research shows that fluorescent lamp is more sensitive than incandescent lamp and there is on inter-harmonic compatibility standard about the fluorescent lamp flicker home and abroad now. Based on the fluorescent lamps whose supply voltages contain inter-harmonics, this project researches on the interaction between different ballasts and inter-harmonic voltages, establishing the mathematical model of the ballasts and getting the current and voltage time-varying characteristic of the light tube. According to the fluorescent lamps discharge and luminescence mechanism, working in the stable condition, it reveals the mapping relationship between the fluctuation fluorescent lamp luminous flux and the current and voltage time-varying characteristic of the light tube. It also establishes the electric-light transfer function of light tubes and gets the fluorescent lamp output maintaining characteristics. Combined with the IEC flickermeter's statistics algorithm about eye-brain transfer function and flicker index, the research makes up a limit rule based on the fluorescent lamp flicker's inter-harmonic compatible level and verify the conclusion using fluorescent flicker experiment equipment. The results of the project will help to shape the inter-harmonic flicker limitation theory system and help to improve the standard of the quality of electric power about the flicker home and abroad.

随着变频装置大量使用，注入系统的间谐波日益增多，成为引起广泛关注的电力系统新污染源。间谐波导致供电电压波动，直接影响光源发光稳定性，形成光闪变和视觉干扰，已有研究表明，荧光灯比白炽灯更为敏感，目前国内外尚无基于荧光灯闪变的间谐波兼容标准。本项目以供电电压中含间谐波的荧光灯为对象，研究不同镇流器荧光灯电路镇流器与间谐波电压的相互作用，建立镇流器数学模型，获得灯管的电流、电压时变特性；根据荧光灯放电发光机理，在稳定工作状态下，揭示荧光灯光通量波动特性与灯管电流、电压时变特性之间的映射关系，建立灯管的电-光转换传递函数，获得荧光灯光输出维持特性；结合IEC闪变仪规定的眼-脑环节传递函数和闪变指标统计计算方法，构建基于荧光灯闪变的间谐波兼容水平限制法则；并由自行研制的荧光灯闪变实验装置验证研究结论。本项目的研究成果将有助于形成间谐波闪变限制理论体系，并有助于完善国内外与闪变相关的电能质量标准。

电力电子技术的飞速发展，尤其是变频调速装置在电力系统中的广泛应用和各种非线性负荷的日益增多，使得越来越多的间谐波注入到电网中。间谐波会导致电压波动和闪变，进而造成光源的光闪变，影响人们的视觉舒适性和工作效率。研究荧光灯在间谐波电压作用下的闪变效应，对于制定相关的间谐波兼容标准都具有重要的理论意义和实用价值。.项目主要工作和成果有：①搭建了基于IEC分解模型的光源闪变效应实验平台：回避了电压波动的产生环节和光源的发光机理环节，对不同原因所导致电压波动和不同光源闪变的实验研究均具有普适性。②研究了紧凑型荧光灯在含单个间谐波的波动电压条件下的闪变效应：高频和低频间谐波都可能引发紧凑型荧光灯闪变，且紧凑型荧光灯对低频间谐波更敏感，这一结论及相应的间谐波闪变曲线是现有IEC闪变仪无法获得的。③获得了紧凑型荧光灯在单一间谐波条件下的闪变限制曲线：间谐波有效值对紧凑型荧光灯闪变有重要影响，有效值不同的间谐波，即使能引起相同电压峰值波动深度，也会引起不同的光闪变效应，从而产生不同的间谐波限制值；紧凑型荧光灯仅对奇数次谐波附近的间谐波敏感，对偶数次谐波附近的间谐波几乎没有限制要求。.此外，作为项目的拓展延伸，研究了LED光源在单个间谐波条件下的闪变效应及闪变限制曲线。研究结果表明：LED光源与紧凑型荧光灯闪变限制曲线趋势相同，均为双v型；随着频率的增加，LED灯光源间谐波限制含量呈现下降趋势，而紧凑型荧光灯呈现上升趋势，即在同等电压波动下，LED灯更易发生闪变，且随着频率升高，趋势越明显；发现光谱能量分布对光源闪变限制曲线没有影响，但对人眼的闪变视觉效果有一定影响。.项目的实施均立足于含单个间谐波的波动电压环境，但电力系统中，间谐波都是成对出现的。课题组在实验中发现：将成对间谐波和仅按照有效值相等或峰值相等的原则等效的单个间谐波分别作用于荧光灯，其闪变效应不同，这说明单因素等效的单个间谐波不能准确反映成对间谐波导致的荧光灯闪变行为。因此，项目可围绕以下内容深入展开：分析单个间谐波有效值、峰值、相位及其组合对荧光灯闪变的影响，确定各参数对荧光灯闪变的贡献比例，从而建立基于多参数的成对间谐波等效原则。