電能質(zhì)量重要問題電壓暫降

關(guān)于電能質(zhì)量重要問題電壓暫降第1頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202321.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2頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.20233電壓BA短時間中斷時間電壓暫降圖5-4重合閘時故障線路（實線）和非故障線路（虛線）電壓均方根值A(chǔ)——故障切除時間B——重合閘重合時間電壓瞬時跌落與短時中斷過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3頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202341.1

電壓暫降與短時間中斷現(xiàn)象右圖為電壓暫降和短時間中斷現(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)生短時間跌落；V2c為F2上用戶電壓發(fā)生短時間電壓跌落直至中斷。故障開始保護動作開關(guān)跳閘開關(guān)重合短時中斷暫降第4頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.20235故障線路用戶經(jīng)歷一次暫降和一次短時間中斷，非故障線路經(jīng)歷一次暫降。瞬時性故障，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,一次短時間中斷和一次長時間中斷，非故障線路經(jīng)歷兩次暫降。第5頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202361.2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)時間極短的突發(fā)事件。2）國際電工委員會（IEC）將其定義為下降到額定值的90%至1%，

國際電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）將其定義為下降到額定值的90%至10%，其典型持續(xù)時間為0.5～1min。t(s)0.080.060.040.024002000-200-4000.140.120.10（a）電壓凹陷與補償后波形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6頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202371.3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)束之間的時間定義為持續(xù)時間；將單位時間內(nèi)（評估時通常一年）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)時間=5周波時間（周波或s）

暫降幅值、持續(xù)時間、暫降頻次是標稱電壓暫降嚴重度的最重要的三個特征量(有時還可能出現(xiàn)電壓相位跳變)。t(s)0.080.060.040.024002000-200-4000.140.120.10（a）電壓凹陷與補償后波形u(V)12第7頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202381.4電壓暫降現(xiàn)象的起因引起電壓嚴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)時間短（即故障在線時間）引起電壓暫降的另一主要原因是重型負荷的啟動。特征：暫降幅度小、非規(guī)則矩形、持續(xù)時間長圖a：線路短路圖b：大型電機啟動

就現(xiàn)象而言,電壓暫降并不是新問題。但是,由于其危害和影響十分突出,它卻成為近年來日益引起電工界關(guān)注的最重要的電能質(zhì)量問題.第8頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202391.5短時間中斷的基本定義當電壓有效值降低到接近于零時，則稱為中斷。由于對電壓暫降下降幅度定義不同，對“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]。由于故障自動恢復裝置（線路重合閘和備用電源自動投入裝置）在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，才出現(xiàn)了短時間中斷現(xiàn)象。第9頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023101.6

電壓暫降與短時間中斷的異同點電壓暫降和短時間中斷一般是相伴發(fā)生的動態(tài)電壓質(zhì)量問題，共同特征是電壓均方根值短時間下降。在分析和評估中，往往將短時間中斷看作是一種特殊的嚴重暫降現(xiàn)象，但又要有針對性的研究。單一電壓暫降事件的損失小于1min中斷損失，大于1s短時間中斷損失。但由于用戶側(cè)電壓暫降次數(shù)遠大于中斷次數(shù)，前者至少是后者的6倍，甚至可高達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饋電系統(tǒng)，甚至需改造遠處的輸電系統(tǒng)。因此,解決電壓暫降問題更困難.第10頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023111.8電壓暫降特征量的統(tǒng)計規(guī)律美國EPRI-DPQ電壓暫降統(tǒng)計調(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)時間不超過1s的約90%，不超過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11頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023121.8電壓暫降危害-發(fā)生頻次統(tǒng)計

調(diào)查結(jié)果顯示：美國電壓暫降幅值低于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。加拿大對工業(yè)用戶的調(diào)查結(jié)果是每個用戶側(cè)監(jiān)測點每相每月平均暫降38次。英國某造紙廠年電壓暫降事件次數(shù)約36次。杭州東信通訊移動電話公司2003年上半年就發(fā)生了6-7次暫降事件。第12頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023131.9影響用戶工作的故障點位置因內(nèi)外故障引起用戶不能正常工作的故障點統(tǒng)計情況（圖a）。由故障點位置統(tǒng)計結(jié)果（圖b）。從所顯示的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知：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77%。輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)故障引起暫降都會影響用戶正常工作，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13頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023142.5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，導致設(shè)備停運；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；電壓低引起緊急關(guān)閉電路等的速動繼電器動作切斷電源；電壓暫降恢復時上升脈沖引起設(shè)備的復位電路不正確動作，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繼電器動作，設(shè)備停運。整流濾波波形速動繼電器復位電路平衡保護繼電器第14頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023152.6電壓暫降的危害-行業(yè)舉例1。汽車制造業(yè)——靈活的自動控制和鏈式供應(yīng)生產(chǎn)線管理由于無序斷電和上電,暫降導致?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)。暫降導致停產(chǎn)的更多時間是花費在整個生產(chǎn)線再啟動上（有報道講，由于4個周波的電壓暫降，需要72min才能恢復生產(chǎn)線工作，造成損失可達700，000$）

暫降造成商業(yè)與民用建筑中的電梯、自動消防與報警系統(tǒng)中止工作……第15頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023162.6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)小時清除設(shè)備內(nèi)的垃圾。

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

某計算機中心2秒的供電中斷引起約600,000$的損失。杭州東信通訊移動電話公司一次暫降造成損失達3，000，000￥。醫(yī)療器械——暫降引起設(shè)備不正常工作影響診斷、治療、手術(shù)進行，甚至危及到病人的生命。第16頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023172.7電壓暫降危害-平均損失統(tǒng)計現(xiàn)象分類0.8p.u.0.5s電壓暫降1-2s短時間中斷受影響的用戶百分比約50%約65%10%的高價值端用戶的損失>23600$/次>41530$/次用戶平均經(jīng)濟損失7694$/次11027$/次（夏季）

美國電力公司調(diào)查統(tǒng)計：第17頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.2023182.8電壓暫降危害已經(jīng)引起極大關(guān)注CIREDKL2002國際供電會議主席指出，把電能質(zhì)量問題列為當前國際供電界關(guān)注的首要問題。而電能質(zhì)量的首要問題是電壓驟降，應(yīng)該作為研究解決的重點（在用戶電能質(zhì)量問題投訴中，90%以上是電壓驟降引起的。據(jù)統(tǒng)計和案例反映，造成用電設(shè)備異常運行或停電的絕大部分因素是電壓驟降問題）。暫降是與短時間中斷伴隨發(fā)生，且暫降發(fā)生頻度高，事故原因不易察覺。供電可靠性反映的是供電中斷程度。一般只考慮持續(xù)時間5分鐘以上，有的國家規(guī)定為小于1分鐘的電壓中斷不予計算。電壓驟降發(fā)生頻率高，有統(tǒng)計數(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)時間多小于1秒鐘。專家們認為，電壓暫降與中斷已上升為最重要的電能質(zhì)量問題之一，已成為信息社會對供電質(zhì)量提出的新挑戰(zhàn)。第18頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202319利用電力電子技術(shù)的有源電壓補償方法～（（（（（（（（（（（（＋－···Vs動態(tài)電壓恢復器DVR（DynamicVoltageRestorer）中三相換流器在電網(wǎng)電壓發(fā)生突變（如凹陷、凸起、波動與閃變等）偏離額定正弦電壓波形瞬時值時，控制換流器的通斷狀態(tài)，產(chǎn)生所需填補的瞬時電壓波形，并串聯(lián)加入電網(wǎng)，使負荷側(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)成電壓和電流同時補償?shù)慕y(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器UPQC。電網(wǎng)電壓系統(tǒng)電源用電負荷DVR換流器串補變壓器第19頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202320國外公司DVR產(chǎn)品情況介紹世界第一臺商業(yè)化運行的DVR裝置（EPRI）安裝地點：美國杜克電力公司投產(chǎn)時間：1996/08電壓：12.47kV/60Hz負荷容量：2MVA儲存能量：660kJ第20頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202321ABB公司目前投運的單臺世界最大容量DVR裝置安裝地點：以色列一集成芯片制造廠投產(chǎn)時間：2000/05電壓：22kV/50Hz最大服務(wù)負荷容量：22.5MVAp.f.=0.9三相暫降補償度：35%；單相暫降補償度：50%暫降持續(xù)時間：500ms響應(yīng)時間：<1msDC電壓：5200VDC儲存能量：3MJ國外公司DVR產(chǎn)品情況介紹

第21頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202322ABB公司DVR裝置結(jié)構(gòu)圖第22頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三03.07.202323動態(tài)電壓恢復器（DVR）實驗記錄與圖片圖5所示為電源電壓出現(xiàn)30%左右凹陷時的補償效果。由于補償前向通道采用了瞬時比較算法，動態(tài)響應(yīng)快，暫態(tài)過程小于2ms，負載側(cè)幾乎沒有電壓波動。

縱坐標：100V/div橫坐標100ms/div