电压暂降对配电网的影响及其解决方法分析

电压暂降对配电网的影响及其解决方法分析

【摘要】随着新型电力电子设备的广泛应用，电压暂降问题已成为影响电能质量的主要因素之一。本文介绍了电压暂降的概念、产生的原因，从供电部门、用户和设备制造商方面提出了相应的解决方法，综述了动态电压恢复器在解决电压暂降方面的应用及其最核心的算法：电压暂降快速检测算法、补偿电压计算方法。

【关键词】电能质量；电压暂降；动态电压恢复器；DVR

前言

电能是一种经济、清洁、实用的能源状态，是电力部门向电力用户提供的一种特殊产品，其质量的优劣对电网的安全、经济运行，保证工业产品以及人民生活有着十分重要的意义。随着大量敏感负荷的投入，使得用户对电能质量的要求也相应提高，电能质量问题引起了人们的广泛重视。电压暂降是各类电能质量问题中发生频率最高、对用户影响最严重的一类。统计数据表明，电压暂降引起的电能质量问题占了80%。电压暂降是指电压有效值在很短的时间内突然下降后又恢复的现象，IEEE将电压暂降定义为供电电压有效值快速下降到10%～90%，然后回升至正常值附近。IEC将该范围定义为1%～90%。

引起电压暂降的原因主要有短路故障、雷击和大型异步电动机的启动等。系统故障或绝缘子闪络是造成电压暂降、供电中断的主要原因之一。其他如电容器组或变压器投切、开关操作也有可能引起电压暂降。

1 电压暂降的解决方法

可以从以下三个方面采取措施减少电压暂降带来的危害：

（1）在供电网络方面，采取措施减少故障数目、加快故障清除时间、改善电网结构等方式解决电压暂降问题。通过增加电网供电可靠性可以有效降低电压暂降对用户的影响，但这种方法通常要付出很高的代价，经济性不好，因此，这类方法仅适用于对供电质量要求高的用户。

（2）设备制造商从技术上解决设备对电压暂降的敏感度，使设备对电压暂降有一定的抗干扰能力，同时向用户提供描述设备对电压暂降敏感度的参数。

（3）用户端加装处理装置。可以采用不间断电源（UPS）、超导储能设备（SMES）、动态电压恢复器（DVR）等。在用户侧加装各种补偿装置是目前普遍采用的抑制电压暂降措施，这些补偿装置都是通过将有功和无功注入用户设备的母线上来抑制电压暂降的。

UPS有两种运行方式：在线运行方式和后备运行方式。UPS采用在线运行

方式时，可以从本质上解决电压暂降问题；采用后备方式时，只要UPS的切换速度快，电压暂降几乎不会对设备造成影响。但UPS造价比较贵，容量一般在1kW至1MW之间，难以满足综合性敏感负荷对电能质量的要求。

超导储能是最具有突破性的储能手段，其利用电流在超导线圈中流通，将电能以磁场的形式存储。但是超导储能的价格昂贵，现阶段很难得到推广使用。

DVR装置的运用得益于计算机技术、现代控制理论的发展。DVR是一种串接于电源和重要负荷之间的电压型电力电子补偿装置，电压暂降发生时，能在几个毫秒的时候内将电压恢复到正常值，在现场中已经逐步得到推广应用。

2 DVR的工作原理

DVR能在电网发生电压暂降的几个毫秒之内输出相应的幅值、相位的补偿电压，将敏感负荷处的电压维持在正常值之内，从而抑制电压暂降对敏感负荷的损害。DVR的接线图如下图所示

DVR最核心的算法包括电压暂降快速检测算法、补偿电压计算方法。

2.1 电压暂降快速检测算法

DVR能够对电压暂降做出迅速反应的前提是能准确、快速地检测出基波分量和电压暂降的特征量。三相系统常规的电压暂降检测方法有dq变换法，对于单相的情况可以以瞬时的单相电压做为静止坐标系的α轴分量，β轴分量通过构造一个超前90?的量得到，然后利用dq变换法对单相电压暂降特征量进行提取。然而这种方法没有考虑到延时和谐波的影响。因此，有文献提出一种基于dq变换的DVR综合求导检测算法，该算法的步骤是：（1）利用求导法由单相电压构造无延时的三相电压；（2）利用求导法求得dq坐标系下的直流分量。该算法能消除传统的dq法由单相系统构造三相系统时产生的延时，同时考虑了电压暂降过程中谐波的影响。这种检测算法的实时性好，精度较高，能满足DVR检测的需要。

2.2 动态电压恢复器补偿电压的计算方法

DVR补偿电压计算方法大致可以分三种：完全电压补偿法、最小电压补偿法和最小能量补偿法。

完全补偿法要求补偿后的电压恢复到暂降前的负载电压。这种补偿方法能保证暂降前后负载电压的一致性，能满足那些对供电电压幅值和波形连续性要求比较高的负载的要求。但这种补偿方法输出的功率和电压不受控制，且通常情况下负荷都有一定的抗相位、幅值扰动的能力，因此，这种补偿方法经济性和实用性都不理想。

最小电压补偿法只能进行幅值的补偿，不进行相位的补偿，无法控制DVR

的输出有功，要求将电压的幅值补偿至额定电压。该补偿方法速度快，补偿电压的范围大，适用于对相位波动不敏感的负荷。

最小能量补偿法要求将电压补偿至额定幅值，该方法注入一个电压相位适当超前于电网电压的量，相当于在DVR安装处注入无功功率来进行补偿，减小DVR 与系统间的有功交换，使DVR输出的有功功率最小化。因此，在一定的储能容量下，使得补偿的时间更长，范围更广，充分利用储能设备，提高经济效益。但最小能量补偿法也有一定的局限性：电压暂降幅度过大时，DVR无法补偿；注入的电压相位跳变有可能超过负荷所允许的范围。

3 结语

随着电网中敏感负荷的增加，电压暂降已成为影响电力设备安全运行的主要因素之一，供电部门应将为用户提供本系统的电压暂降信息作为自己工作的一部分内容，而用户应结合行业特点，选用对电压暂降有一定抗干扰能力的设备，设备制造商应重视电压暂降对电力设备的影响，提供描述设备对电压暂降免疫能力的技术参数。解决电压暂降问题需要供电部门、用户和设备制造商的密切合作。