电力系统中的暂态电能质量问题-2019年文档

电力系统中的暂态电能质量问题
前言
化的发展 , 一方面 , 配电网中非线性负荷对电网的电能质量构 成了严重的威胁另一方面 , 配电网中诸如计算机等用电设备对 系统干扰更加敏感 , 它们对电能质量提出了高可靠性、 高暂态恒 定性、高可控性的要求。

因此 , 暂态电能质量问题成为当前国内 外研究的热点之一。

、暂态电能质量问题
暂态电能质量问题主要包括脉冲型的暂态电能质量问题和 振荡型的暂态电能质量问题。

脉冲型暂态电能质量问题是指电 压、电流或两者在稳态情况下发展突然、非工频且单方向（正或 负极性）性质的变化， 例如雷击电流脉冲暂态过程造成的电能质 量问题。

振荡型暂态电能质量问题是指电压、 电流或两者在稳态
情况下发生突然、 非工频且正级性和负极性两方面的变化。

IEEE 的划分，暂态电能质量问题主要包括以下几类：
1电压暂降是指在工频情况下电压或电流的有效值效降低至 0.1 p.u ，且持续时间在0.5个周波到1min ，易发生电压骤降的
场合有：系统故障、启动重负荷或大容量的电动机等。

电压骤降 按持续时间可以分为瞬时、 即时和暂时， 其三个特征量是幅值变 化、持续时间与相位移动。

2 电压暂升即在工频情况下电压或电流的有效值升高至
1.1~1.8p.u.，且持续时间在0.5个周波到1min ，易发生电压骤
升的场合有： 系统故障 （例如单相对地故障情况下的非故障相电 压）、或对大容量电容器充电。

3电压中断即供电电压或负荷电流降低到 0.1p.u. ，以下且 持续时间不超过1mi n 。

易发生电压中断的场合有：系统故障、
随着电力市场化的逐步推进以及工业自动化、
国民经济信息
根据
设备故障、控制误动、电压骤降发展成中断（如变电所重合闸）。

电压缺口持续时间小于0.5 个周期的周期性电压扰动，电压缺口主要是电力电子装置由一相换至另一相时，参与换相的电路瞬时短路造成的，它使电压波形在一个周期内有超过两个的过零点，与电压缺口有关的频率分量很高，采用谐波分析仪测量很困难。

4 瞬时脉冲（Transients ，也称瞬时突波）即在两个稳态之间的一种在极短时间内发生的现象或数量变化，它可以是任一极性的单方向脉冲，也可以是发生在任一极性的阻尼震荡的第一个尖峰。

电压波动指电压的有规则波动，其幅值通常不超过
0.9~0.1p.u 。

暂态电能质量问题虽然持续时间很短，但会对敏感用户造成巨大的甚至不可挽回的损失，其中影响许多用户设备正常运行最严重的暂态电能质量问题是电压跌落和电压中断。

电压暂降已成为影响许多设备，尤其是电子类设备正常工作的严重因素，而且不同类型，甚至同类型但不同的品牌的用电设
备对电压暂降的敏感度差异也很大。

这表明电压暂降所造成的危害与设备自身的特性以及用户的要求密切相关。

例如，对配电网的调速电机，当电压低于70%，持续时间超过6 个周波时，电机
将被迫切除，而对于一些精细加工中的电机，当电压低于90%，
持续时间超过3 个周波时，电机就会被跳闸而退出运行。

对于
日常工作和家庭中的计算机，当电压低于60%，持续时间超过几
个周波时，计算机工作将受到影响，如数据丢失等。

二、基于D-FACTS技术的改善方法
1 动态电压恢复器
动态电压调节器( DVR ) 是串联在线路上的, DVR 通过串联变压器在馈线上以电压叠加的方式注入配电系统, 用于消除系统对负荷侧的不利影响。

DVR 使用低耗的IGBT 或IGCT 等固态可关断器件。

当系统电压出现突然下降(或上升)时,DVR能快速反应，通过串联变压器向系统注入3 个与系统同频的单向交流电压分量其幅值为正常电压与故障电压之差。

通过控制注入电压分量的幅值和相位来实现DVF与系统间的有功、无功双向交换，并将其控制在预设的范围之内, 其响应速度可在几ms 之内。

根据电压相位的不同, DVF 控制分为同相电压补偿控制和最小能量补偿控制。

而且，DVR与配电系统间的无功交换是在DVR内部发生的，
无需交流无功装置,如电抗器、电容器等。

与DVR交流侧所交换的有功功率必须在其直流侧配备外部电源或储能装置。

决定DVR
成本的是补偿电压最大值和负荷电流值。

根据统计, 在最大补偿值为正常电压的30% 时（即DVR 的额定容量是负荷功率的30%）,
大约可消除95% 以上的扰动事件。

由于出现电压骤降时, 相电压的相位也会出现很大的变化, 这给补偿参考信号的检测、计算造成了困难。

因此, 快速可靠的补偿电压参考信号检测技术是
DVF的关键。

2 静止无功发生器（ D-STATCOM ）
D-STATCOM B以调节电压和系统功率因数，用于动态非线性
负载，如电弧炉等。

它是采用GTO或IGBT、IGCT）构成的自换相变流器, 它把逆变器电路看成是一个产生基波和谐波电压的交流电压源, 控制补偿器基波电压大小与相位可改变基波无功电流的大小与相位。

当逆变器基波电压比交流电源电压高时, 逆变器就会产生一个超前（容性）无功电流。

反之, 当逆变器基波电压比交流电源电压低时, 则会产生一个滞后（感性）无功电流, 因此它能与系统进行无功功率的交换, 故俗称其为无功发生器
( SVG ) 。

与现阶段常用来抑制电压波动与闪变的SVC相比，SVG有以
下优势: SVC 进行双向补偿时, 需同等容量的电容和电感, 而
SVG 可以实现双向调节; SVG 容量除了电压太低时是只与电压呈比例下降, 它有短时过载能力, 在满足同样的无功要求下,
SVG 的容量可比SVC 小15% ~ 20% ; SVC 输出感性无功时, 用晶闸管
控制电感时会产生高次谐波，SVG 一般采用多重逆变器方
小。

优选方式 , 除了对电压波动与电压闪变有明显的抑制效果外 其对电压骤降、骤升与电压中断均具有良好的补偿作用。

其实
D-STATCOM 又称为并联型动态电压恢复器，也能有效防止非线
性负荷的快速无功电流变化所引起的电压闪络及电压骤降对配 电系统造成的影响 , 为敏感负荷提供完全的电压支撑。

3 固态断路器 （ SSCB ）
SSCBfe 分利用了晶闸管动作速度快和无触点的特点 ，实现 组合开关的快速无电弧投切 , 因此可有效抑制电网电压的跌落 和大故障电流带来的一系列危险后果。

在稳态导通过程中 充分利用了电气触点接触电阻小的优点 , 不仅提高了效率 , 而 且省去了复杂的散热装置。

用 GTO 清除非常大的故障电流是不
经济的 , 所以, SSCB 在配电系统中的配置需要与常规的机械断 路器配合使用 , 以节约投资。

除以上方法外，也可配备在线或离线不间断电源（UPS ）来抑 制电压中断与电压骤降，当UPS 采用在线方式时，骤降就从本 质上得到抑制 , 采用离线方式时 , 只要转换速度足够快 （采用快
速固态开关，切换时间可控制在10ms 之内），电压骤降几乎不 会对设备造成影响 ; 另外采用铁磁谐振变压器 , 它可在输入电 压较大的变动范围内提供较稳定的输出电压。

结束语
电能质量问题包括稳态电能质量和暂态电能质量两个方面 它直接影响电力系统的供电安全及用户设备的正常运行。

传统的 电能质量问题都是基于系统稳态而言的 , 如三相电压不平衡、 高 次谐波以及长期的电压过高
式，基本上无谐波污染；SVG 占地比
SVC 小，SVG 的维护量也较
随着多电平技术、多重化技术、
SHE PW 技术在控制策略中 的应用，SVG 的调节性能更加优越，
SVG 将成为改善电能质量的
, 它又
与过低等。

经过多年的努力, 稳态电能质量有了相当的提高, 且实际系统中的许多机电设备在电压幅值变化相对较大的范围内均能正常工作。