-电能质量重要问题电压暂降-PPT课件.ppt

1、2022-8-251国际电工界日益关注的电能质量问题：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电压暂降与短时间中断现象及其对供电可靠性的影响及其对供电可靠性的影响 肖肖 湘湘 宁宁华北电力大学电能质量研究所华北电力大学电能质量研究所xxnncepubj.eduxxnncepubj.eduPROBLEMS OF VOLTAGE SAGS AND INTERRUPTIONS2022-8-2521.电压暂降现象及其特征电压暂降现象及其特征2.电压暂降的危害电压暂降的危害主要内容主要内容2022-8-253电 压BA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

2、（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F1F22022-8-2541.1 电压暂降与短时间中断现象右图为电压暂降和短时间右图为电压暂降和短时间中断现象波形例，中断现象波形例，F1和和F2接入同一配电母线，接入同一配电母线，假设假设F2上发生三相金属性短上发生三相金属性短路路vV1c为为F1上用户电压发生短上用户电压发生短时间跌落；时间跌落；vV2c为为F2上用户电压发生短上用户电压发生短时间电压跌落直至中断。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

3、暂降2022-8-255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。2022-8-2561.2 1.2 电压暂降电压暂降(Sags/DipsSags/Dips凹陷，骤降，跌落凹陷，骤降，跌落)的定义的定义1）电压暂降不同于电压波动或欠电压，是指母线电压有）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。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（国际电工委员会（IEC）将其定义为下降到额定

4、值的将其定义为下降到额定值的90%至至1%，国际电气与电子工程师协会（国际电气与电子工程师协会（IEEE）将其定义为下降将其定义为下降到额定值的到额定值的90%至至10%，其典型持续时间为，其典型持续时间为0.51min。t(s)0.080.060.040.024002000-200-4000.140.120.10（a）电压凹陷与补偿后波形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)0.60.42022-8-2571.3 电压暂降的特征量在电压

5、暂降的分析中，通常将暂降时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的电压有效值与额定电压有效值的比值定义为值定义为暂降幅值暂降幅值；将暂降从发生到；将暂降从发生到结束之间的时间定义为结束之间的时间定义为持续时间持续时间；将；将单位时间内（评估时通常一年）发生单位时间内（评估时通常一年）发生电压暂降的次数定义为电压暂降的次数定义为暂降频次暂降频次。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）暂降幅值暂降幅值、持续时间持续时间、暂降频次暂降频次是标称电压暂降严重度的最重要的三个是标称电压暂降严重度的最重要的三个特征量

6、特征量(有时还可能出现电压有时还可能出现电压相位跳变相位跳变)。t(s)0.080.060.040.024002000-200-4000.140.120.10（a）电压凹陷与补偿后波形u(V)122022-8-2581.4 电压暂降现象的起因引起电压严重暂降的主要原因是引起电压严重暂降的主要原因是系统元件系统元件或线路的故障。或线路的故障。(雷电等恶劣天气影响雷电等恶劣天气影响)特征：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续特征：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续时间短（即故障在线时间）时间短（即故障在线时间）引起电压暂降的另一主要原因是引起电压暂降的另一主要原因是重型负荷重型负荷的启动。的启动。特征：暂降

7、幅度小、非规则矩形、持续时特征：暂降幅度小、非规则矩形、持续时间长间长图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.2022-8-2591.5 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.1159-2019。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。2022-

8、8-25101.6 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。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单一电压暂降事件的损失小于1min1min中断损失，大于中断损失，大于1s1s短时间中断损失。但由短时间中断损失。但由于用户侧电压暂降次数远大于中断次数，前者至少是后者的于用户侧电压

9、暂降次数远大于中断次数，前者至少是后者的6 6倍，甚至可高倍，甚至可高达达600600倍。因此，倍。因此，暂降造成的总损失要大于中断造成的损失。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系统的短路故障引起的.因此，因此，电压暂降问题比中断更具有全局性电压暂降问题比中断更具有全局性 （a a global problemglobal 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在消除影响上，为减少电压中断发

10、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。因此的输电系统。因此,解决电压暂降问题更困难解决电压暂降问题更困难.2022-8-25111.8 电压暂降特征量的统计规律美国美国EPRI-DPQ电压暂降统计电压暂降统计调查分布图调查分布图暂降幅值为暂降幅值为0.7p.u0.7p.u0.9p.u0.9p.u的电压暂降占的电压暂降占70%70%。;持续时间不超过持续时间不超过1s1s的约的约90%90%，不超过不超过0.1s0.1s的约占的约占60%;60%;平均发生

11、频次低于平均发生频次低于0.7p.u.0.7p.u.的的为为18.42218.422次次/年，低于年，低于0.9p.u0.9p.u的为的为56.30856.308次次/年。年。2022-8-25121.8 电压暂降危害-发生频次统计 调查结果显示：调查结果显示：v 美国电压暂降幅值低于美国电压暂降幅值低于0.7p.u.0.7p.u.的典型值为的典型值为18-2018-20次次/年，低年，低于于0.9p.u.0.9p.u.的次数为的次数为5050次次/年。年。v 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平均暂降3838次次。

12、v 英国某造纸厂年电压暂降事件次数约英国某造纸厂年电压暂降事件次数约3636次。次。v 杭州东信通讯移动电话公司杭州东信通讯移动电话公司20192019年上半年就发生了年上半年就发生了6-76-7次暂降次暂降事件。事件。2022-8-25131.9 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因内外故障引起用户不能正常工作的故障点统计情况（图统计情况（图a a）。）。由故障点位置统计结果（图由故障点位置统计结果（图b b）。）。从所显示的数据统计分析可知：从所显示的数据统计分析可知：v非本线路故障引起电压暂降影响用户设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

13、备不正常工作所占比例可达77%77%。v输电系统和配电系统故障引起暂降都会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起电压暂降的比例大于输电线路故障原因。因。图a图b2022-8-25142.5 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：究其原因主要有：v交流电压不足，供应电能不足，导致设备停运；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。如典型的桥式整流的电源电路。v电压低引起设备电源监视回路跳闸

14、，设备停运；电压低引起设备电源监视回路跳闸，设备停运；v电压低引起紧急关闭电路等的速动继电器动作电压低引起紧急关闭电路等的速动继电器动作切断电源；切断电源；v电压暂降恢复时上升脉冲引起设备的复位电路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；不正确动作，设备重启；v电压相角跳变或不平衡电压暂降引起不平衡保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。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2022-8-25152.6 电压暂降的危害-行业举例1。汽车制造业汽车制造业灵活的自动控制和链式供应生灵活的自动控制和链式供应生产线管理产线管

15、理v由于无序断电和上电由于无序断电和上电,暂降导致损坏部件或加工设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；备以及数字控制设备需重新设置控制流程；v暂降影响机器人电焊工的焊接质量，甚至需要重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；新回炉或电焊程序的重启；v暂降使得喷漆线突然停止，在火炉控制重启前，暂降使得喷漆线突然停止，在火炉控制重启前，需要需要30min30min净化空气控制系统。净化空气控制系统。v暂降导致停产的更多时间是花费在整个生产线再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，由于启动上（有报道讲，由于4 4个周波的电压暂

16、降，需个周波的电压暂降，需要要72min72min才能恢复生产线工作，造成损失可达才能恢复生产线工作，造成损失可达700700，000$000$）v 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2022-8-25162.6 电压暂降危害-行业举例2塑制品聚合加工业、造纸业、玻璃制造业塑制品聚合加工业、造纸业、玻璃制造业电力电力消耗大户消耗大户 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。清除设备内的垃圾。某玻璃制品厂工频某玻璃制品厂工频5 5个周期的

17、电压间断，造成损失约个周期的电压间断，造成损失约200,000200,000$；ITIT、通讯业、通讯业高价值端客户需要超高可靠性高价值端客户需要超高可靠性 某计算机中心某计算机中心2 2秒的供电中断引起约秒的供电中断引起约600,000600,000$的损失。的损失。杭州东信通讯移动电话公司一次暂降造成损失达杭州东信通讯移动电话公司一次暂降造成损失达3 3，000000，000000￥。医疗器械医疗器械暂降引起设备不正常工作影响诊断、治疗、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。手术进行，甚至危及到病人的生命。2022-8-25172.7 电压暂降危害-平均损失

18、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：美国电力公司调查统计：2022-8-25182.8 电压暂降危害已经引起极大关注 CIRED KL2019 CIRED KL2019国际供电会议主席指出，把电能质量问题列为当前国际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究解

19、决的重点（在用户电能质量问题投诉中，（在用户电能质量问题投诉中，90%90%以上是电压骤降引起的。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。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 5分钟以上，分钟以上，有的国家规定为小于有的国家规定为小于1 1分钟的电压中断不予计算。电压骤降

20、发生频率高，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，数十次或上千次有统计数据表示，数十次或上千次/年，暂降深度多为年，暂降深度多为40%40%（0.8-0.6p.u.)0.8-0.6p.u.)以内，持续时间多小于以内，持续时间多小于1 1秒钟。秒钟。v 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。2022-8-2519利用电力电子技术的有源电压补偿方法（CvVs动态电压恢复器动态电压恢复器DVR（Dynamic Voltage Restorer）中三相换流器在电中三相换流器在电网电压发生突变（如凹陷、凸网电压发生突变（

21、如凹陷、凸起、波动与闪变等）偏离额定起、波动与闪变等）偏离额定正弦电压波形瞬时值时，控制正弦电压波形瞬时值时，控制换流器的通断状态，产生所需换流器的通断状态，产生所需填补的瞬时电压波形，并串联填补的瞬时电压波形，并串联加入电网，使负荷侧近似保持加入电网，使负荷侧近似保持为正弦波形额定电压。为正弦波形额定电压。将上述串并联两种方式相结合，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可构成电压和电流同时补偿的统一电能质量调节器统一电能质量调节器UPQCUPQC。电网电压电网电压系统电源系统电源用电负荷用电负荷DVR换流器换流器串补变压器串补变压器2022-8-2520国外国外公司公司DV

22、RDVR产品情况介绍产品情况介绍世界第一台商业化运行的世界第一台商业化运行的DVRDVR装置（装置（EPRIEPRI）安装地点：美国杜克电力公司安装地点：美国杜克电力公司投产时间：投产时间：2019/082019/08电压：电压：12.47kV/60Hz12.47kV/60Hz负荷容量：负荷容量：2MVA2MVA储存能量：储存能量：660kJ660kJ2022-8-2521ABBABB公司目前投运的单台世界最大容量公司目前投运的单台世界最大容量DVRDVR装置装置安装地点：以色列一集成芯片制造厂安装地点：以色列一集成芯片制造厂投产时间：投产时间：2000/052000/05电压：电压：22kV

23、/50Hz22kV/50Hz最大服务负荷容量：最大服务负荷容量：22.5MVA 22.5MVA p.f.=0.9 p.f.=0.9三相暂降补偿度：三相暂降补偿度：35%35%；单相暂降补偿度：单相暂降补偿度：50%50%暂降持续时间：暂降持续时间：500ms500ms响应时间：响应时间：1ms1msDCDC电压：电压：5200VDC5200VDC储存能量：储存能量：3MJ3MJ国外国外公司公司DVRDVR产品情况介绍产品情况介绍2022-8-2522ABB公司DVR装置结构图2022-8-2523动态电压恢复器（DVR）实验记录与图片图图5 5所示为电源电压出现所示为电源电压出现30%30%左

24、右左右凹陷时的补偿效果。由于补偿前凹陷时的补偿效果。由于补偿前向通道采用了瞬时比较算法，动向通道采用了瞬时比较算法，动态响应快，暂态过程小于态响应快，暂态过程小于2ms2ms，负，负载侧几乎没有电压波动。载侧几乎没有电压波动。纵坐标：纵坐标：100V/div100V/div横坐标横坐标100ms/div100ms/div 图图 5 5 动态电压补偿示例动态电压补偿示例测试序列12345678电源电压三相平均值(伏)129140151162171182202211误差(%)-32%-26%-21%-15%-10%-4%6%11%负载电压三相平均值(伏)186187189190190190191192误差(%)-2%-2%-1%0%0%0%1%1%