电能质量重要问题电压暂降

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,国际电工界日益关注的电能质量问题：电压暂降与短时间中断现象及其对供电可靠性的影响,肖 湘 宁,华北电力大学电能质量研究所,PROBLEMS OF VOLTAGE SAGS AND INTERRUPTIONS,10/12/2024,1,1.电压暂降现象及其特征,2.电压暂降的危害,主要内容,10/12/2024,2,电 压,B,A,短时间中断,时间,电压暂降,图5-4 重合闸时故障线路（实线）和非故障线路（虚线）电压均方根值,A故障切除时间 B重合闸重合时间,电压瞬时跌落与短时中断过程描述,变电站,重合闸,主馈线,1,分支线路,熔断器,2,图5-3 带有熔断器和重合闸的架空线路配电系统,F1,F2,10/12/2024,3,1.1,电压暂降与短时间中断现象,右图为电压暂降和短时间中断现象波形例，,F1,和,F2,接入同一配电母线，假设,F2,上发生三相金属性短路,V1c,为,F1,上用户电压发生短时间跌落；,V2c,为,F2,上用户电压发生短时间电压跌落直至中断。,故障开,始,保护动作,开关跳闸,开关重合,短时中断,暂降,10/12/2024,4,故障线路用户经历一次暂降和一次短时间中断，非故障线路经历一次暂降。,瞬时性故障，重合成功,永久性故障，重合不成功,故障线路用户经历两次暂降,一次短时间中断和一次长时间中断，非故障线路经历两次暂降。,10/12/2024,5,1.2 电压暂降(,Sags/Dips凹陷，骤降，跌落,)的定义,1）电压暂降不同于电压波动或欠电压，是指母线电压有效值大幅度快速下降且持续时间极短的突发事件。,2）,国际电工委员会（,IEC）,将其定义为下降到额定值的,90%至1%,，,国际电气与电子工程师协会（,IEEE）,将其定义为下降到额定值的,90%至10%,，其典型持续时间为,0.5,1min,。,t,(s),0.08,0.06,0.04,0.02,400,200,0,-,200,-,400,0.14,0.12,0.10,（a）电压凹陷与补偿后波形,u,(V),1,2,u,(p.u.),t,(s),0.15,0.10,0.05,0.02,1,0.5,0,0.25,0.20,(a),-,0.5,-,1,U,RMS,(p.u.),t,(s),0.15,0.10,0.05,0,1,0.8,0.25,0.20,(b),0.6,0.4,10/12/2024,6,1.3 电压暂降的特征量,在电压暂降的分析中，通常将暂降时的电压有效值与额定电压有效值的比值定义为,暂降幅值,；将暂降从发生到结束之间的时间定义为,持续时间,；将单位时间内（评估时通常一年）发生电压暂降的次数定义为,暂降频次,。,0%,20%,40%,60%,80%,100%,电压RMS,(%),暂降幅值=45%,持续时间=5周波,时间（周波或s）,暂降幅值,、,持续时间,、,暂降频次,是标称电压暂降严重度的最重要的三个,特征量(有时还可能出现电压,相位跳变,)。,t,(s),0.08,0.06,0.04,0.02,400,200,0,-,200,-,400,0.14,0.12,0.10,（a）电压凹陷与补偿后波形,u,(V),1,2,10/12/2024,7,1.4 电压暂降现象的起因,引起电压严重暂降的主要原因是,系统元件或线路的故障。,(雷电等恶劣天气影响,),特征：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续时间短（即故障在线时间）,引起电压暂降的另一主要原因是,重型负荷的启动,。,特征：暂降幅度小、非规则矩形、持续时间长,图a：线路短路,图b：大型电机启动,就现象而言,电压暂降并不是新问题。但是,由于其危害和影响十分突出,它却成为近年来日益引起电工界关注的最重要的电能质量问题,.,10/12/2024,8,1.5 短时间中断的基本定义,当电压有效值降低到,接近于零,时，则称为中断。,由于对电压暂降下降幅度定义不同，对“接近于零”的定义也有不同：,IEC,定义“接近于零”为“低于额定电压的1%”；,IEEE,定义为“低于10%”,IEEE Std.1159-1995,。,由于故障自动恢复装置（线路重合闸和备用电源自动投入装置）在电力系统的应用，才出现了短时间中断现象。,10/12/2024,9,1.6,电压暂降与短时间中断的异同点,电压暂降和短时间中断一般是相伴发生的动态电压质量问题，共同特征是电压均方根值短时间下降。在分析和评估中，往往将短时间中断看作是一种特殊的严重暂降现象，但又要有针对性的研究。,单一电压暂降事件的损失小于,1min,中断损失，大于,1s,短时间中断损失。但由于用户侧电压暂降次数远大于中断次数，前者至少是后者的,6,倍，甚至可高达,600,倍。因此，,暂降造成的总损失要大于中断造成的损失。,中断一般只发生在故障线路上，而电压暂降则可能是由于数百公里外的输电系统的短路故障引起的,.,因此，,电压暂降问题比中断更具有全局性,（,a global problem,）。,在消除影响上，为减少电压中断发生的次数，一般仅仅需要改造一个馈电系统，而为减少电压暂降次数则往往需要改造多个馈电系统，甚至需改造远处的输电系统。因此,解决电压暂降问题更困难,.,10/12/2024,10,1.8 电压暂降特征量的统计规律,美国EPRI-DPQ电压暂降统计,调查分布图,暂降幅值为,的电压暂降占70%。;,持续时间不超过1s的约90%，,不超过0.1s的约占60%;,平均发生频次低于0.7p.u.的,为18.422次/年，低于,的为56.308次/年。,10/12/2024,11,1.8 电压暂降危害-发生频次统计,调查结果显示：,美国电压暂降幅值低于,0.7p.u.,的典型值为,18-20,次,/,年，低于,0.9p.u.,的次数为,50,次,/,年。,加拿大对工业用户的调查结果是每个用户侧监测点每相每月平均暂降,38,次,。,英国某造纸厂年电压暂降事件次数约,36,次。,杭州东信通讯移动电话公司,2003,年上半年就发生了,6-7,次暂降事件。,10/12/2024,12,1.9 影响用户工作的故障点位置,因内外故障引起用户不能正常工作的故障点统计情况（图,a,）。,由故障点位置统计结果（图,b,）。,从所显示的数据统计分析可知：,非本线路故障引起电压暂降影响用户设备不正常工作所占比例可达,77%,。,输电系统和配电系统故障引起暂降都会影响用户正常工作，且配电线路故障引起电压暂降的比例大于输电线路故障原因。,图a,图b,10/12/2024,13,2.5 设备不能正常工作的原由,电压暂降往往引起用户电气设备不能正常工作,究其原因主要有：,交流电压不足，供应电能不足，导致设备停运；如典型的桥式整流的电源电路。,电压低引起设备电源监视回路跳闸，设备停运；,电压低引起紧急关闭电路等的速动继电器动作切断电源；,电压暂降恢复时上升脉冲引起设备的复位电路不正确动作，设备重启；,电压相角跳变或不平衡电压暂降引起不平衡保护继电器动作，设备停运。,整流滤波波形,速动继电器,复位电路,平衡保护继电器,10/12/2024,14,2.6 电压暂降的危害-行业举例1,。,汽车制造业,灵活的自动控制和链式供应生产线管理,由于无序断电和上电,暂降导致损坏部件或加工设备以及数字控制设备需重新设置控制流程；,暂降影响机器人电焊工的焊接质量，甚至需要重新回炉或电焊程序的重启；,暂降使得喷漆线突然停止，在火炉控制重启前，需要,30min,净化空气控制系统。,暂降导致停产的更多时间是花费在整个生产线再启动上（有报道讲，由于,4,个周波的电压暂降，需要,72min,才能恢复生产线工作，造成损失可达,700,，,000$,）,暂降造成商业与民用建筑中的电梯、自动消防与报警系统中止工作,10/12/2024,15,2.6 电压暂降危害-行业举例2,塑制品聚合加工业、造纸业、玻璃制造业,电力消耗大户,暂降导致现代化生产线突然停止意味着重启前需要数小时清除设备内的垃圾。,某玻璃制品厂工频5个周期的电压间断，造成损失约,200,000,$；,IT,、,通讯业,高价值端客户需要超高可靠性,某计算机中心2秒的供电中断引起约,600,000,$的损失。杭州东信通讯移动电话公司一次暂降造成损失达,3，000，000￥,。,医疗器械,暂降引起设备不正常工作影响诊断、治疗、手术进行，甚至危及到病人的生命。,10/12/2024,16,2.7 电压暂降危害-平均损失统计,现象分类,0.8p.u.0.5s,电压暂降,1-2s,短时间中断,受影响的用户百分比,约,50%,约,65%,10%,的高价值端用户的损失,23600$/,次,41530$/,次,用户平均经济损失,7694$/,次,11027$/,次（夏季）,美国电力公司调查统计：,10/12/2024,17,2.8 电压暂降危害已经引起极大关注,CIRED KL2002,国际供电会议主席指出，把电能质量问题列为当前国际,供电界关注的首要问题。而,电能质量的首要问题是电压骤降，应该作为研,究解决的重点,（在用户电能质量问题投诉中，,90%,以上是电压骤降引起的。,据统计和案例反映，造成用电设备异常运行或停电的绝大部分因素是,电压骤降问题）。暂降是与短时间中断伴随发生，且暂降发生频度高，事,故原因不易察觉。,供电可靠性反映的是供电中断程度。一般只考虑持续时间,5,分钟以上，,有的国家规定为小于,1,分钟的电压中断不予计算。电压骤降发生频率高，,有统计数据表示，数十次或上千次,/,年，暂降深度多为,40%,（,0.8-0.6p.u.),以内，持续时间多小于,1,秒钟。,专家们认为，电压暂降与中断已上升为最重要的电能质量问题之一，已,成为信息社会对供电质量提出的新挑战。,10/12/2024,18,利用电力电子技术的有源电压补偿方法,（,（,（,（,（,（,（,（,（,（,（,（,Vs,动态电压恢复器DVR,（Dynamic Voltage Restorer）,中三相换流器在电网电压发生突变（如凹陷、凸起、波动与闪变等）偏离额定正弦电压波形瞬时值时，控制换流器的通断状态，产生所需填补的瞬时电压波形，并串联加入电网，使负荷侧近似保持为正弦波形额定电压。,将上述串并联两种方式相结合，可构成电压和电流同时补偿的,统一电能质量调节器UPQC。,电网电压,系统电源,用电负荷,DVR换流器,串补变压器,10/12/2024,19,国外,公司,DVR产品情况介绍,世界第一台商业化运行的,DVR,装置（,EPRI,）,安装地点：美国杜克电力公司,投产时间：,1996/08,电压：,12.47kV/60Hz,负荷容量：,2MVA,储存能量：,660kJ,10/12/2024,20,ABB,公司目前投运的单台世界最大容量,DVR,装置,安装地点：以色列一集成芯片制造厂,投产时间：,2000/05,电压：,22kV/50Hz,最大服务负荷容量：,22.5MVA,p.f,.=0.9,三相暂降补偿度：,35%,；,单相暂降补偿度：,50%,暂降持续时间：,500ms,响应时间：,1ms,DC,电压：,5200VDC,储存能量：,3MJ,国外,公司,DVR产品情况介绍,10/12/2024,21,ABB公司DVR装置结构图,10/12/2024,22,动态电压恢复器（DVR）实验记录与图片,图5所示为电源电压出现30%左右凹陷时的补偿效果。由于补偿前向通道采用了瞬时比较算法，动态响应快，暂态过程小于2ms，负载侧几乎没有电压波动。,纵坐标：,100V/div,横坐标,100ms/div,图,5,动态电压补偿示例,测试序列,1,2,3,4,5,6,7,8,电源电压,三相平均值(伏),129,140,151,162,171,182,202,211,误差(%),-32%,-26%,-21%,-15%,-10%,-4%,6%,11%,负载电压,三相平均值(伏),186,187,189,190,190,190,