1绪论的07级例子 - 图文(4)

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成电动机、电梯等停顿；引起高温光源（碘钨灯）熄灭，造成公共活动场所失去照明，电压暂降已造成巨大经济损失和社会问题。其对某些敏感设备的影响如下：

（1） 可编程逻辑控制器（PLC）

PLC是一种硬件化了的电子控制器。对工业过程来说，整个工业流程通常都是在PLC的控制下进行的。各类可编程控制器对电压暂降的敏感程度有很大差别，但一般来讲，PLC的某些部分对电压暂降非常敏感。用来检测输入电压的电源监测电路在电压暂降时可能会启动停机。另一个重要方面是电压暂降或断电不仅会引起PLC停机，而且会使一些PLC产生错误输出。对于某些生产过程，错误输出比停机引起更严重的破坏。 （2） 变速传动装置（ASD）

变速传动装置时非常通用的工业设备。最常见的拓扑结构：输入三相交流电源经整流变为直流，在经过脉宽调制逆变器变换成可变的三相交流电源，然后用此电源来驱动速度可变的异步电动机。

变速传动装置对电压暂降敏感，遇到暂降断电几乎总是停机。通常停机的原因是直流母线上的电压跌落太大，只是欠电压保护启动停机。即使传动装置没有真正停机，电动机也可能会停机，并且在未去除机械负载前无法重新启动。如果传动装置是通过接触器接通电源的，一旦接触器跳闸，传动装置会随之停机。暂降过后，传动装置会吸收大量涌流，其值为正常电流的3~4倍。这样大的涌流可以使熔断器动作或损坏输入侧二极管，并使传动装置跳闸。

（3）计算机与电子设备

目前，计算机及电子设备得到了广泛的应用。电压暂降可能使计算机以及电子设备的硬件或软件发生故障或失误，或使设备的低电压保护或快速过流保护动作而使设备电源跳闸，导致设备断电而彻底停止运行。当电压下降到70%及以下时，若持续时间超过20ms，部分计算机可能无法工作。据统计，信息产业80%的服务器出现瘫痪以及用户端45%左右数据丢失和“出错”均与电压暂降有关。 （4）接触器与继电器

接触器和继电器用来接通或断开电源和控制电路。当在电磁扰动过程中，接触器或继电器以一种不可预期的方式断开时，通常会导致不可控的进程中断。很多制造商声明，当只有50%正常电压且持续一个周期以上时，他们生产的继电器会退出运行。实际上，在电压只有正常电压的70%或者更高的时候，可能已经存在不正常运行了。有研究表明，当电压低于50%，持续时间超过1个周期时，接触器脱扣。 （5）敏感设备耐受曲线

电子类和IT类设备，常用的敏感设备标准耐受曲线有CBEMA曲线(图2.4)、ITIC曲线(图2.5)。CBEMA曲线最早可追溯到1977年，美国计算机商业设备制造商协会(简称CBEMA，由此该曲线也简称CBEMA曲线)基于大型计算机对电能质量的要求提出的，以防止电压扰动造成计算机及其控制装置误动和损坏1。该曲线是根据大型计算机的实践数据和历史数据绘制的。CBEMA曲线可划分为合格和不合格电压变化两个区域，可接受区为合格电压。

发展到今，曲线不仅成为电子设备的设计标准，而且还作为电力公司和大工业用户之间签订合同时对电能质量性能的约束要求。因此，CBEMA曲线反映了用户对供电系统和设备制造商的要求。但是，该曲线时间坐标是以60Hz系统的周波为尺度，没有50Hz的标

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注。

图2.4 CBEMA曲线 图2.5 ITIC曲线

ITIC曲线由原CBEMA曲线修订而来，如图2.5所示。ITIC曲线将CBEMA的光滑曲线成折线，使电压幅值和持续时间有明确的对应关系，允许的电压中断时间由CBEMA曲的8.33ms改成20ms，表明计算机元件的断电耐受水平有提高，横坐标既标明单位s，又标明60Hz系统周波的单位更具实用性，更好地描述现代PC机和电子类设备对暂降特征的要求，其分段线图形便于量化IT类设备的检测和分析。另外曲线在应用上对工作电压范围提出了要求，即120，120/208，120/240伏。

CBEMA和ITIC曲线都适用于于60Hz、120V配电电压系统，但目前还没有研究表明是否适用于其它不同的配电系统和不同电压水平的设备。

2.4电压暂降问题的治理手段与现状

电压暂降问题可以通过三种途径进行治理。

（1）改变用户已有设备的参数，或改变设备的连接方式，这是最经济也是局限性最大的一种方法。例如通过调整部分变频器参数，当电网发生电压暂降时电动机不会因变频器自我保护而制动停机。

（2）传统的电压暂降治理方法：用户加装UPS、备用电机等设备，能在一定程度上满足用户需求，但投资和损耗都很大。

（3）基于配电网的D—FACTS技术(又称为CP技术)[10]。其核心是基于电力电子、微处理和控制技术在配电网中的应用。这是一种经济、有效地抑制电压暂降的方法。该技术应用IGBT等电力电子器件，因此具有更快的开关频率，快速的响应特性。现在市场上出现的设备有：

A动态电压恢复器(DVR)：通过串联变压器，在馈线上叠加电压的方式注入配电系统，用于消除对负荷侧的不利影响。其响应速度可在几毫秒之内。

B 双路供电固态切换开关(SSTS)：采取双路供电的方式，SSTS串联在敏感负荷与主备用电压源之间。正常运行时主电源通过SSTS向负荷供电，当主电源侧发生电压暂降时，切换到备用电源继续向敏感负荷供电。

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C 基于超级电容的Dc—backup：用超级电容来支持变频器中间直流环节的直流电压，使变频器在电网出现电压暂降时，不会因系统电压过低而自动保护退出运行。

D 统一电能质量控制器(UPQC)：结合了电压型和电流型补偿装置的优点，综合解决电压、电流问题。其中并联逆变器采用PWM电流控制技术，进行无功补偿，起到调节电容直流电压作用。串联逆变器采用PWM电压控制技术，通过控制其输出电压，减少电源波动对敏感负荷的影响。

E 超导磁能(SMES)：其原理是将电网交流电源转换成直流后，利用超导线圈把电能以磁能的形式储存起来，在需要时，再将储存的磁能转变为电能送回电网。

除了上述提到的DVR、SSTS、Dc—backup、DSTATCOM、UPQC、SMES之外还有有源电力滤波器(APF)、配电串联电容器(DSC)、静止电子分接开关(SETC)、轻型静止无功补偿器(SVC Light)等。

2.5本章小结

本章对电压暂降概念、分类、危害及治理措施做了简介。三种电压暂降源在三相电压平衡性上有较大差别，三相对称短路故障和感应电动机启动引起的电压暂降三相电压暂降平衡，而不对称短路故障和变压器投切引起的电压暂降三相不平衡。短路故障引起的电压现象恢复时电压会发生突变，而其他两种暂降电压恢复的波形较平缓。变压器投切引起的电压暂降现象会含有较多的谐波分量。上述暂降特征为电压暂降源识别提供了理论基础。

3 现有电压暂降源定位方法

3.1基于扰动能量和扰动功率的定位方法

系统中发生暂态扰动故障时，可看作是能量的一种流动。故障中，能量总是从其他负载流向故障点，因此通过研究电网中瞬时能量的流动可达到对扰动故障源定位的目的。作为扰动源定位研究先驱之一，文献[3]提出了利用监测点的扰动能量和扰动功率的初始峰值的极性确定扰动源位于测量装置的哪一侧。

图3.1所示，可以参照基波有功潮流的方向，如果故障发生在监测装置的后方，称为上游方向；如果故障发生在监测装置的前方，称为下游方向。一般来说，电能质量的监测是用户与电力部门的共同需要，监测点的数据可以向双方提供客观真实的资料。

图3.1 电压暂降源定位示意图

监测点往往是公共连接点，如变电站母线、系统和用户连接点处等，根据电网中监测点记录的电压电流波形，流经监测点的三相瞬时功率变动可通过计算掌握。在平衡系统中，

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三相瞬时功率在稳态时是一个常数，而在扰动发生时，瞬时功率会因电压、电流的暂时脱离稳态而变化。即

DP(t) = – （1） DP(t)：因扰动造成的瞬时功率的变化，即扰动功率，：扰动发生时的三相瞬时功率值，：扰动发生前稳态时的三相瞬时功率值。理想情况下，在没有扰动发生时，DP(t)值为零。DE(t)定义为是DP(t)的积分，即

DE(t)= （2） DE(t)：因扰动所造成的流过测量装置的能量值的变化，即扰动能量。在理想情况下，扰动过程中的DE(t)直接受到DP(t)的影响，因为在系统其它地方DP(t)值为零。为确定扰动源的方位，需要计算因扰动而产生的DE(t)值的变化。

基于扰动能量和扰动功率定位电压暂降源步骤如下： （1）检测扰动起始和结束时刻，计算扰动前，扰动期间和扰动后的瞬时功率； （2）计算整个过程中的DP(t)，DE(t)；

（3）计算扰动结束时的DE(t)值，依据其值大小有以下两种情况：

a 如果扰动结束时刻的DE值大于扰动期间DE最大值的80%，则运用这种方法的判断结果是有效的。即扰动能量为正值，扰动源在下游，为负值，扰动源在上游。扰动功率的初始峰值若和扰动能量的符号一致，则这种方法判断的结果更具可信度，反之，以扰动能量的符号为准，可信度降低。

b 如果扰动结束时刻的DE值小于扰动期间DE最大值的80%，扰动能量符号没有说服力。这种情况下判断扰动功率的初始峰值符号来确定扰动源位置。

该方法可以确定电压暂降和电容器投切两种扰动源定位，同时也适用于感应电动机启动引发的电压暂降源的定位，因为电动机启动也要从系统中汲取能量。尽管其为感应电动机启动引发的电压暂降源的定位提供了一种新方法，但将其推广到感应电动机启动上还需要进一步的研究。

文献[11]将扰动无功功率和无功能量引入到暂降源定位中，使对故障引起的暂降源定位法得到新扩展。首先利用希尔伯特变换提取出暂降期间的瞬时有功功率和瞬时无功功率的变化量p(t)、q(t)，对其积分得到扰动有功能量和无功能量：

(t)=

dt （3）

(t)=dt （4）

如果(t)和(t)都是正数，表明暂降源来自下游；如果(t)和(t)都是负数，则

说明扰动源位于上游[11]。

3.2基于判定系统轨迹斜率的方法

文献[4]考虑到暂降发生时，电压幅值和功率因数相对于电流幅值之间的关系随着暂降

源的发生点不同而不同，用最小二乘法对暂降期间的基频电压幅值与功率因数的乘积|Ucos|和基频电流幅值I数据拟合成一条直线，通过直线的斜率正负判断暂降源的位置。

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A 基本思路

单电源系统示意图如下所示：

A B 监测器

图3.2单电源系统示意图

假设上图中单电源系统中位于监测设备上游和下游发生三相短路故障。在两种情况下，M处所测得的电压都会降低，但是电流的变化不同。A处故障，M处电流是低电压下的负荷电流，小于正常负荷电流。B处故障，M处电流为负荷电流和故障电流之和，大于正常负荷电流。将故障前和故障时选取两点在V-I坐标中连线斜率是不同的。A处故障斜率大于0，B处则小于0。因此通过斜率的不同可以判断暂降源的位置。这也同样适用于双电源系统。

B 该方法详细叙述

如图3.3所示双电源系统，假设非故障部分的参数在扰动期间不发生变化，故障发生在监测装置右侧，左半部分满足：

图3.3 电压暂降源定位分析等效电路

V=

? IZ （5）

V和I可直接从检测装置中获得。在（1）两侧同乘以，提取实部得：

VIcos=Icos ? R （6） 为、I的相角差，为V、I的相角差，R是Z的实部。上式可写为：

V cos=cos – IR （7） 若cos0，|V cos|= V cos，有功潮流方向和图中所示方向一致。当cos在扰动过程中变化不大，就有测得的各点坐标(I，| V cos|)位于斜率为-R的直线上。相反若cos<0，有功潮流方向和图示相反。各点(I，| V cos|)坐标位于一条斜率为+R的直线上。更多研究表明假设在扰动期间cos保持不变不是能总满足的，这是由于扰动期间电流的相位会发生明显改变。但是，文献[4]附录中理论研究得出，下游发生故障， |cos|减小的

电源 M

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