电能质量研究_电压暂降及其治理

电能质量研究——电压暂降及其治理

华北电力大学□陈志业李鹏

随着社会的发展和技术的进步，新技术产业不断出现，电力用户比以往任何时候都更加关注电能质量问题，并特别关心电压幅值下降带来的危害。电压幅值下降不是新问题，但电力电子设备和计算机对其非常敏感，使其成为最重要的电能质量问题之一。

对于电压下降，美国电力电子工程师协会（IEEE）用语为voltage sag，国际电工委员会（IEC）用语为voltage dip。IEEE并定义电压的方均根值下降到标称电压的90%至10%为voltage sag。我国对sag和dip的翻译长时间来非常不统一。最近在电工术语标委会组织的国家标准“发电、输电及配电领域中的运行术语”审查会议上，专家们认为将IEC标准中的“voltage dip”翻译为“电压暂降”比较合适，其定义为：在系统的某供电点上，电压突然降低，在几个周波到几秒钟的时间内得以恢复。这个定义描述了电压暂降的特征，但没有规定下降的幅值范围。

在电能质量的研究中，“电压暂降”是目前研究的热点之一。

从1991年开始，加拿大电气协会（CEA）用三年时间对电能质量问题进行了专门调查。在550个供电点上（包括工业、商业和民用）进行实际监测，其中对工业用户测量结果表明：平均每个用户每相每月发生38次电压下降，即平均每天都有电压下降发生，给工业生产造成严重损失。所以，人们关注电压下降问题是很自然的事情。

1电压暂降的成因和危害

引起电压暂降的原因很多，但主要是雷击、短路故障和大型异步电动机启动等。

一个定位误差值Δ，同时也对工件纵截面外圆上的素线平行度误差中包含了一个定位误差值Δ1。

此外，还有过定位引起的定位误

差等，在此不再讨论。图5

（收稿日期：2002–03–20）

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雷击时造成的绝缘子闪络或对地放电会引起供电电压暂降，而且影响范围大，持续时间一般超过100 ms。

架空的输配电线路暴露在外，造成的瞬时故障要比永久性故障要多，所以引起的电压暂降的机会比供电中断要多。输电线路故障引起的电压暂降要比配电线路故障引起的电压暂降严重。

大型异步电动机全电压启动时，启动电流一般比额定电流大五倍以上，会引起电压暂降。这种电压暂降下降幅度不大，影响范围也小。

其它，如开关操作、电容器组或变压器投切等也有可能引起电压暂降。

引起电压暂降的原因很多，而且是不可避免的，使每个用户都有可能受到电压暂降的危害。表1为某工厂供电点一年内测得的电压暂降统计结果。

表1

电压暂降幅值

%

10~20 20~30 30~40 ＞50

发生概率

%

61 18 4 0

由该表可以看出，电压暂降的幅值一般小于40%。电压暂降的幅值与测量的供电点位置有关，但这个测量结果可认为具有代表性。

电压幅值下降30%~40%，对用户的PLC （可编程逻辑控制器）和ASD（调速器）可造成失灵或停止运转，导致工厂的全部或部分停产。图1为ASD敏感曲线图。

对于计算机，其安全工作电压为90%~110%，当电压下降到70%及以下时，若持续时间超过20 ms，就无法工作。IBM公司统计表明，48.5%的计算机数据丢失都是由电压不合格造成的。对于由计算机控制的自动生产线、机器人、机器手、精密加工等，在电压暂降时也会停止工作或产品质量下降。电压（正常百分比）

图1 ASD灵敏度曲线示例

电压暂降对一些传统设备的工作也会带来危害，例如：造成欠压继电器误动、交流接触器和中间继电器不能正常动作等。

电压暂降带来的危害随着新技术产业的发展会越来越严重，应当研究对其治理的措施。

2抑制电压暂降的措施

由于引起电压暂降的原因是随机的、不可避免的，对它的分析和抑制目前还是一件令人头痛的事，供电公司对此还要有一个认识过程。一些用户不得不自己安装UPS，以保证设备的正常运行。安装UPS必然要增加生产成本。

电压暂降与谐波不同，谐波一般是由用户的非线性负荷引起的，应以用户治理为主；电压暂降主要是由电网故障引起的，应以供电公司治理为主。治理电压暂降要比治理电压偏差、波动和闪烁困难，因为电压暂降的抑制不仅需要补偿无功功率，还需要补偿有功功率。目前研究的动态电压恢复器（DVR–Dynamic Voltage Restorer）具有这种功能。

图2给出了动态电压恢复器DVR主回路的一种典型配置图。DVR一般由：变压器T （T1为并联、T2为串联）、换流桥（由GTO、IGBT、IGCT、IEGT等大功率电力电子器件组成，桥1工作在整流状态、桥2工作在逆变状态）、直流环节（超级电容器或蓄电池等

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储能元件）构成。在实际的配电网中，若负荷母线处A点（由于某种扰动，如：邻近馈线发生故障等）电压暂降影响B点处敏感负荷时，则通过DVR的串联补偿单元换流桥2使B点处电压达到敏感负荷的要求。利用换流桥1可对由超级电容器或蓄电池组等组成的直流储能系统进行储能，在负荷高峰时直流储能系统又可通过换流桥2对负荷提供有功支持；电源短时断电时直流储能系统又可通过换流桥2对负荷提供UPS功能，这样保证了向重要用户提供高可靠的（减少断电次数等）、高质量的电能。图3给出了DVR的补偿原理示意图。为了使DVR对抑制电压暂降具有良好的补偿效果，必须使其在保证一定的补偿准确度的前提下具有相当快的动态响应速度，这也正是该装置研制开发中的重点和难点问题。据IEEE电力工程评论报道，由ABB公司制造的当今世界上最大的两套DVR系统（单套容量为：22.5M V A）已于2000年在以色列一家著名的芯片制造厂投入运行，用以防止供电电压暂降引起数以百万美元的产品成为废品的损失。

图2 DVR主回路的配置a）负荷母线处A点电压

b） DVR补偿电压

c）B点处的补偿后电压图3 DVR的补偿原理示意图

当然，也可采用静止同步补偿器（STATCOM）与储能装置配合，治理电压暂降。

3应尽快制定专门的电压暂降国家标准

有人认为电磁兼容标准中已有电压暂降的标准，不必再制定专门的标准了。实际上即使是同一个问题，在不同的标准中，因看问题的角度不同，会侧重于问题的不同方面。在电磁兼容标准中，是从电磁现象及其相互作用的角度，将电压暂降作为干扰源来看待的，对设备规定干扰极限以及减少干扰的措施等等。而电能质量标准，规定供用电双方共同遵守的管理和治理原则及判据，即供用电双方在改善电能质量方面的责任及义务，以便推动电能质量的治理工作，它不局限于设备，还有对供用电双方行为的约束。

随着电力市场的开放，供用电双方要签订买卖电合同，在合同中必定有电能质量条款。因此，有一套包括电压暂降的完整的电能质量标准是非常必要的。

IEEE和IEC都有相应的标准，可以作为我们制定标准的参考。

（收稿日期：2002–01–30）

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