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电力系统中的暂态电能质量问题 DIANQIGONGCHENG}lcYo,(; 电力系统中的暂态电能质量问题 天津天铁集团钢板公司(300162)杨廷强 中冶南方工程技术有限公司(430080)翁利民 [摘要]暂态电能质量问题日益突出,越来越受到关注,文章从暂态电能质量的概念及其特征出 发,对其进行了较为详细的分类,分析产生的成因以及对电网的影响和危害,并提出和阐述了基于D— FACTS技术的改善暂态电能质量的装置与措施:动态电压恢复器,静止无功发生器,固态断路器,统一 电能质量控制器,超导磁能与UPS等;由于电压骤降,骤升与电压中断等已经成为系统可靠性分析和暂 态电能质量研究的重要内容,制定相关国家标准已经迫在眉睫. f关键词]电压骤降电压中断电压骤升电压缺口电压波动 l引言 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 及用电设备的正常运行.传统的电能质量问题都 是基于系统稳态而言的,如三相不平衡,高次谐波 等,经过研究与努力,稳态电能质量有了相当的提 高.随着工业自动化和电力系统的深入发展,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 出了高可靠性和高可控性的要求,因此,暂态电能 质量问题成为当前研究的热点之一. 2暂态电能质量的概念及其特征 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.根据IEEE的划 分.暂态电能质量问题主要包括以下几类: 电压暂降(VoltageSags)是指在工频情况下电 压或电流的有效值效降低至0.1p.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. 电压暂升(VoltageSwel1)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lmin.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. 电压中断(VoltageInterruptions)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1min.易发生电压中断的场合有:系统故障,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(VoltageNotches)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. 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 电气工程应用2006.611 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(VoltageFluctuations)指电压的有规 则波动,其幅值通常不超过0.9～0.1p.u. 各种暂态扰动波形示意见图l. 图l:暂态电能质量问题示意图 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. 在工业生产中.任一设备的电压中断都将可 能导致整个流水线,甚至全厂作业的中断.造成的 损失非常巨大. 3基于D—FACTS技术的改善方法 D—FACTS技术,即配电网中的FACTS技术, 亦称为用户电力技术(简称CP技术),其核心是电 力电子,微处理及控制技术在配电系统中的应用, 是提高综合暂态电能质量的一种经济,