電能質(zhì)量重要問(wèn)題電壓暫降

關(guān)于電能質(zhì)量重要問(wèn)題電壓暫降第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202321.電壓暫降現(xiàn)象及其特征2.電壓暫降的危害主要內(nèi)容第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.20233電壓BA短時(shí)間中斷時(shí)間電壓暫降圖5-4重合閘時(shí)故障線路（實(shí)線）和非故障線路（虛線）電壓均方根值A(chǔ)——故障切除時(shí)間B——重合閘重合時(shí)間電壓瞬時(shí)跌落與短時(shí)中斷過(guò)程描述變電站重合閘主饋線1分支線路熔斷器2圖5-3帶有熔斷器和重合閘的架空線路配電系統(tǒng)F1F2第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202341.1

電壓暫降與短時(shí)間中斷現(xiàn)象右圖為電壓暫降和短時(shí)間中斷現(xiàn)象波形例，F(xiàn)1和F2接入同一配電母線，假設(shè)F2上發(fā)生三相金屬性短路V1c為F1上用戶電壓發(fā)生短時(shí)間跌落；V2c為F2上用戶電壓發(fā)生短時(shí)間電壓跌落直至中斷。故障開(kāi)始保護(hù)動(dòng)作開(kāi)關(guān)跳閘開(kāi)關(guān)重合短時(shí)中斷暫降第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.20235故障線路用戶經(jīng)歷一次暫降和一次短時(shí)間中斷，非故障線路經(jīng)歷一次暫降。瞬時(shí)性故障，重合成功永久性故障，重合不成功故障線路用戶經(jīng)歷兩次暫降,一次短時(shí)間中斷和一次長(zhǎng)時(shí)間中斷，非故障線路經(jīng)歷兩次暫降。第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202361.2電壓暫降(Sags/Dips凹陷，驟降，跌落)的定義1）電壓暫降不同于電壓波動(dòng)或欠電壓，是指母線電壓有效值大幅度快速下降且持續(xù)時(shí)間極短的突發(fā)事件。2）國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將其定義為下降到額定值的90%至1%，

國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）將其定義為下降到額定值的90%至10%，其典型持續(xù)時(shí)間為0.5～1min。t(s)0.080.060.040.024002000-200-4000.140.120.10（a）電壓凹陷與補(bǔ)償后波形u(V)12u(p.u.)t(s)0.150.100.050.0210.500.250.20(a)-0.5-1URMS(p.u.)t(s)0.150.100.05010.80.250.20(b)0.60.4第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202371.3電壓暫降的特征量在電壓暫降的分析中，通常將暫降時(shí)的電壓有效值與額定電壓有效值的比值定義為暫降幅值；將暫降從發(fā)生到結(jié)束之間的時(shí)間定義為持續(xù)時(shí)間；將單位時(shí)間內(nèi)（評(píng)估時(shí)通常一年）發(fā)生電壓暫降的次數(shù)定義為暫降頻次。0%20%40%60%80%100%電壓RMS(%)暫降幅值=45%持續(xù)時(shí)間=5周波時(shí)間（周波或s）

暫降幅值、持續(xù)時(shí)間、暫降頻次是標(biāo)稱電壓暫降嚴(yán)重度的最重要的三個(gè)特征量(有時(shí)還可能出現(xiàn)電壓相位跳變)。t(s)0.080.060.040.024002000-200-4000.140.120.10（a）電壓凹陷與補(bǔ)償后波形u(V)12第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202381.4電壓暫降現(xiàn)象的起因引起電壓嚴(yán)重暫降的主要原因是系統(tǒng)元件或線路的故障。(雷電等惡劣天氣影響)特征：暫降幅度大、近乎矩形曲線、持續(xù)時(shí)間短（即故障在線時(shí)間）引起電壓暫降的另一主要原因是重型負(fù)荷的啟動(dòng)。特征：暫降幅度小、非規(guī)則矩形、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)圖a：線路短路圖b：大型電機(jī)啟動(dòng)

就現(xiàn)象而言,電壓暫降并不是新問(wèn)題。但是,由于其危害和影響十分突出,它卻成為近年來(lái)日益引起電工界關(guān)注的最重要的電能質(zhì)量問(wèn)題.第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202391.5短時(shí)間中斷的基本定義當(dāng)電壓有效值降低到接近于零時(shí)，則稱為中斷。由于對(duì)電壓暫降下降幅度定義不同，對(duì)“接近于零”的定義也有不同：

IEC定義“接近于零”為“低于額定電壓的1%”；IEEE定義為“低于10%”[IEEEStd.1159-1995]。由于故障自動(dòng)恢復(fù)裝置（線路重合閘和備用電源自動(dòng)投入裝置）在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，才出現(xiàn)了短時(shí)間中斷現(xiàn)象。第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023101.6

電壓暫降與短時(shí)間中斷的異同點(diǎn)電壓暫降和短時(shí)間中斷一般是相伴發(fā)生的動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題，共同特征是電壓均方根值短時(shí)間下降。在分析和評(píng)估中，往往將短時(shí)間中斷看作是一種特殊的嚴(yán)重暫降現(xiàn)象，但又要有針對(duì)性的研究。單一電壓暫降事件的損失小于1min中斷損失，大于1s短時(shí)間中斷損失。但由于用戶側(cè)電壓暫降次數(shù)遠(yuǎn)大于中斷次數(shù)，前者至少是后者的6倍，甚至可高達(dá)600倍。因此，暫降造成的總損失要大于中斷造成的損失。中斷一般只發(fā)生在故障線路上，而電壓暫降則可能是由于數(shù)百公里外的輸電系統(tǒng)的短路故障引起的.因此，電壓暫降問(wèn)題比中斷更具有全局性（aglobalproblem）。在消除影響上，為減少電壓中斷發(fā)生的次數(shù)，一般僅僅需要改造一個(gè)饋電系統(tǒng)，而為減少電壓暫降次數(shù)則往往需要改造多個(gè)饋電系統(tǒng)，甚至需改造遠(yuǎn)處的輸電系統(tǒng)。因此,解決電壓暫降問(wèn)題更困難.第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023111.8電壓暫降特征量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律美國(guó)EPRI-DPQ電壓暫降統(tǒng)計(jì)調(diào)查分布圖暫降幅值為0.7p.u－0.9p.u的電壓暫降占70%。;持續(xù)時(shí)間不超過(guò)1s的約90%，不超過(guò)0.1s的約占60%;平均發(fā)生頻次低于0.7p.u.的為18.422次/年，低于0.9p.u的為56.308次/年。

第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023121.8電壓暫降危害-發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)

調(diào)查結(jié)果顯示：美國(guó)電壓暫降幅值低于0.7p.u.的典型值為18-20次/年，低于0.9p.u.的次數(shù)為50次/年。加拿大對(duì)工業(yè)用戶的調(diào)查結(jié)果是每個(gè)用戶側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每相每月平均暫降38次。英國(guó)某造紙廠年電壓暫降事件次數(shù)約36次。杭州東信通訊移動(dòng)電話公司2003年上半年就發(fā)生了6-7次暫降事件。第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023131.9影響用戶工作的故障點(diǎn)位置因內(nèi)外故障引起用戶不能正常工作的故障點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況（圖a）。由故障點(diǎn)位置統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖b）。從所顯示的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知：非本線路故障引起電壓暫降影響用戶設(shè)備不正常工作所占比例可達(dá)77%。輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)故障引起暫降都會(huì)影響用戶正常工作，且配電線路故障引起電壓暫降的比例大于輸電線路故障原因。圖a圖b第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023142.5設(shè)備不能正常工作的原由電壓暫降往往引起用戶電氣設(shè)備不能正常工作,究其原因主要有：交流電壓不足，供應(yīng)電能不足，導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)；如典型的橋式整流的電源電路。電壓低引起設(shè)備電源監(jiān)視回路跳閘，設(shè)備停運(yùn)；電壓低引起緊急關(guān)閉電路等的速動(dòng)繼電器動(dòng)作切斷電源；電壓暫降恢復(fù)時(shí)上升脈沖引起設(shè)備的復(fù)位電路不正確動(dòng)作，設(shè)備重啟；電壓相角跳變或不平衡電壓暫降引起不平衡保護(hù)繼電器動(dòng)作，設(shè)備停運(yùn)。整流濾波波形速動(dòng)繼電器復(fù)位電路平衡保護(hù)繼電器第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023152.6電壓暫降的危害-行業(yè)舉例1。汽車(chē)制造業(yè)——靈活的自動(dòng)控制和鏈?zhǔn)焦?yīng)生產(chǎn)線管理由于無(wú)序斷電和上電,暫降導(dǎo)致?lián)p壞部件或加工設(shè)備以及數(shù)字控制設(shè)備需重新設(shè)置控制流程；暫降影響機(jī)器人電焊工的焊接質(zhì)量，甚至需要重新回爐或電焊程序的重啟；暫降使得噴漆線突然停止，在火爐控制重啟前，需要30min凈化空氣控制系統(tǒng)。暫降導(dǎo)致停產(chǎn)的更多時(shí)間是花費(fèi)在整個(gè)生產(chǎn)線再啟動(dòng)上（有報(bào)道講，由于4個(gè)周波的電壓暫降，需要72min才能恢復(fù)生產(chǎn)線工作，造成損失可達(dá)700，000$）

暫降造成商業(yè)與民用建筑中的電梯、自動(dòng)消防與報(bào)警系統(tǒng)中止工作……第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023162.6電壓暫降危害-行業(yè)舉例2塑制品聚合加工業(yè)、造紙業(yè)、玻璃制造業(yè)——電力消耗大戶暫降導(dǎo)致現(xiàn)代化生產(chǎn)線突然停止意味著重啟前需要數(shù)小時(shí)清除設(shè)備內(nèi)的垃圾。

某玻璃制品廠工頻5個(gè)周期的電壓間斷，造成損失約200,000$；IT、通訊業(yè)——高價(jià)值端客戶需要超高可靠性

某計(jì)算機(jī)中心2秒的供電中斷引起約600,000$的損失。杭州東信通訊移動(dòng)電話公司一次暫降造成損失達(dá)3，000，000￥。醫(yī)療器械——暫降引起設(shè)備不正常工作影響診斷、治療、手術(shù)進(jìn)行，甚至危及到病人的生命。第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023172.7電壓暫降危害-平均損失統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象分類(lèi)0.8p.u.0.5s電壓暫降1-2s短時(shí)間中斷受影響的用戶百分比約50%約65%10%的高價(jià)值端用戶的損失>23600$/次>41530$/次用戶平均經(jīng)濟(jì)損失7694$/次11027$/次（夏季）

美國(guó)電力公司調(diào)查統(tǒng)計(jì)：第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.2023182.8電壓暫降危害已經(jīng)引起極大關(guān)注CIREDKL2002國(guó)際供電會(huì)議主席指出，把電能質(zhì)量問(wèn)題列為當(dāng)前國(guó)際供電界關(guān)注的首要問(wèn)題。而電能質(zhì)量的首要問(wèn)題是電壓驟降，應(yīng)該作為研究解決的重點(diǎn)（在用戶電能質(zhì)量問(wèn)題投訴中，90%以上是電壓驟降引起的。據(jù)統(tǒng)計(jì)和案例反映，造成用電設(shè)備異常運(yùn)行或停電的絕大部分因素是電壓驟降問(wèn)題）。暫降是與短時(shí)間中斷伴隨發(fā)生，且暫降發(fā)生頻度高，事故原因不易察覺(jué)。供電可靠性反映的是供電中斷程度。一般只考慮持續(xù)時(shí)間5分鐘以上，有的國(guó)家規(guī)定為小于1分鐘的電壓中斷不予計(jì)算。電壓驟降發(fā)生頻率高，有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表示，數(shù)十次或上千次/年，暫降深度多為40%（0.8-0.6p.u.)以內(nèi)，持續(xù)時(shí)間多小于1秒鐘。專家們認(rèn)為，電壓暫降與中斷已上升為最重要的電能質(zhì)量問(wèn)題之一，已成為信息社會(huì)對(duì)供電質(zhì)量提出的新挑戰(zhàn)。第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202319利用電力電子技術(shù)的有源電壓補(bǔ)償方法～（（（（（（（（（（（（＋－···Vs動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器DVR（DynamicVoltageRestorer）中三相換流器在電網(wǎng)電壓發(fā)生突變（如凹陷、凸起、波動(dòng)與閃變等）偏離額定正弦電壓波形瞬時(shí)值時(shí)，控制換流器的通斷狀態(tài)，產(chǎn)生所需填補(bǔ)的瞬時(shí)電壓波形，并串聯(lián)加入電網(wǎng)，使負(fù)荷側(cè)近似保持為正弦波形額定電壓。將上述串并聯(lián)兩種方式相結(jié)合，可構(gòu)成電壓和電流同時(shí)補(bǔ)償?shù)慕y(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器UPQC。電網(wǎng)電壓系統(tǒng)電源用電負(fù)荷DVR換流器串補(bǔ)變壓器第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202320國(guó)外公司DVR產(chǎn)品情況介紹世界第一臺(tái)商業(yè)化運(yùn)行的DVR裝置（EPRI）安裝地點(diǎn)：美國(guó)杜克電力公司投產(chǎn)時(shí)間：1996/08電壓：12.47kV/60Hz負(fù)荷容量：2MVA儲(chǔ)存能量：660kJ第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202321ABB公司目前投運(yùn)的單臺(tái)世界最大容量DVR裝置安裝地點(diǎn)：以色列一集成芯片制造廠投產(chǎn)時(shí)間：2000/05電壓：22kV/50Hz最大服務(wù)負(fù)荷容量：22.5MVAp.f.=0.9三相暫降補(bǔ)償度：35%；單相暫降補(bǔ)償度：50%暫降持續(xù)時(shí)間：500ms響應(yīng)時(shí)間：<1msDC電壓：5200VDC儲(chǔ)存能量：3MJ國(guó)外公司DVR產(chǎn)品情況介紹

第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202322ABB公司DVR裝置結(jié)構(gòu)圖第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二24.03.202323動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）實(shí)驗(yàn)記錄與圖片圖5所示為電源電壓出現(xiàn)30%左右凹陷時(shí)的補(bǔ)償效果。由于補(bǔ)償前向通道采用了瞬時(shí)比較算法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，暫態(tài)過(guò)程小于2ms，負(fù)載側(cè)幾乎沒(méi)有電壓波動(dòng)。

縱坐標(biāo)：100V/div橫坐標(biāo)100ms/div