電壓跌落問(wèn)題探討

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1、配電系統(tǒng)電壓跌落問(wèn)題探討摘要：在分析電壓跌落問(wèn)題的起因、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、危害、衡量指標(biāo)以及治理措施的基礎(chǔ)上，介紹了目前相關(guān)技術(shù)的研究狀況，提出了配電系統(tǒng)電壓跌落現(xiàn)象分析以及控制策略的研究方向，指出了以配電系統(tǒng)某一區(qū)域電壓跌落安全最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問(wèn)題，將是配電系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。文中詳細(xì)分析了此研究方向的相關(guān)內(nèi)容及技術(shù)難點(diǎn)。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；電壓跌落；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；配電系統(tǒng)1引言電力系統(tǒng)中各種擾動(dòng)引起的電能質(zhì)量問(wèn)題主要可分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題和暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題兩大類。穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題以波形畸變?yōu)樘卣鳎?/p>

2、主要包括諧波、間諧波、噪聲和頻率波動(dòng)等；暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題通常是以頻譜和暫態(tài)持續(xù)時(shí)間為特征，可分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩類，主要包括電壓跌落、電壓驟升、短時(shí)斷電和電容器充電暫態(tài)等。以前，由于諧波、電壓和頻率波動(dòng)等問(wèn)題引發(fā)的事故不斷，給系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了巨大的隱患和影響，因而國(guó)內(nèi)外的電力工作者對(duì)于穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)有了足夠的重視。隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的快速發(fā)展和系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)的重大變化，暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的事故越來(lái)越多，它有可能引起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)紊亂（若電壓幅值下降大于10%，持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.1s）、調(diào)速設(shè)備跳閘（

3、若電壓幅值下降大于15%，持續(xù)時(shí)間為半個(gè)工頻周期）以及機(jī)電設(shè)備誤動(dòng)作等，從而導(dǎo)致較大的工業(yè)損失和人身事故！比如，1998年香港由于暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，引起500套自動(dòng)扶梯瞬時(shí)停止，造成多名顧客受傷，社會(huì)影響很壞。暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題中的電壓跌落（如凹陷、驟降）問(wèn)題由于其發(fā)生的可能性遠(yuǎn)大于電壓中斷，即使幾百km以外的故障也有可能引起本地的電壓跌落，因此在工業(yè)化國(guó)家，電壓跌落已上升為最重要的電能質(zhì)量問(wèn)題之一，在國(guó)際上受到特別關(guān)注[1~3]。2電壓跌落問(wèn)題的本質(zhì)及研究現(xiàn)狀電壓跌落問(wèn)題存在已久，但是真正對(duì)其有認(rèn)識(shí)，也就是近幾

4、年的事情，因此到目前為止還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有：國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)1346標(biāo)準(zhǔn)（IEEEStd1346-1998）和歐洲的EN50160標(biāo)準(zhǔn)等。我國(guó)至今還無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)講，“電壓短時(shí)中斷”的定義為完全喪失電力供應(yīng)，持續(xù)時(shí)間至少為1.5個(gè)工頻周期。如圖1，“電壓跌落”的定義為供電電壓有效值快速下降到額定值的90%~10%，持續(xù)時(shí)間為10ms~1min。如果持續(xù)時(shí)間超過(guò)1min，則認(rèn)為是“電壓偏低”。電壓跌落的危害程度與設(shè)備的敏感程度密切相關(guān)，不同的設(shè)備對(duì)同一電壓跌落的感受度是不同的，因此

5、世界上不同的設(shè)備制造商聯(lián)盟制定了不同的敏感曲線，比如SEMIF47－SemiconductorEquipmentManufacturersInternational（半導(dǎo)體設(shè)備制造商國(guó)際組織）、ITI(CBEMA)－InformationTechnologyIndustry（信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(huì)）以及FIPS－FederalInformationProcessingStandardsPublica-tion（聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)出版物）等。圖2即為ITI曲線圖。當(dāng)分析電壓跌落的危害時(shí)，對(duì)于不同的設(shè)備或負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)采用不同

6、的敏感曲線。目前IEEE、美國(guó)商務(wù)部（U.S.DepartmentofCommerce）以及其他的一些大公司普遍采用的有ITI(CBEMA)曲線、SEMIF47曲線等。表征電壓跌落的特征量主要為有效值偏移及電壓跌落持續(xù)時(shí)間，因此衡量電壓跌落的指標(biāo)主要采用SARFI指數(shù)（SystemAverageRMSVariationFrequencyIndex）。它有兩種形式：一種是針對(duì)某一閾值電壓x的統(tǒng)計(jì)指數(shù)SARFIX另一種是針對(duì)某一設(shè)備的敏感曲線的統(tǒng)計(jì)指數(shù)SARFI(curve)。SARFI(curve)指數(shù)主要統(tǒng)計(jì)電

7、壓有效值低于相應(yīng)的設(shè)備敏感曲線的概率。不同的敏感曲線對(duì)應(yīng)不同的SARFI指數(shù)，比如SARFI（SEMI）、SARFI（ITIC）等。SARFIX指數(shù)主要統(tǒng)計(jì)電壓有效值低于閾值電壓x的概率。如式中Ni為對(duì)于第i次測(cè)量過(guò)程中，研究區(qū)域內(nèi)電壓有效值低于閾值電壓x的用戶數(shù)；NT為研究區(qū)域內(nèi)的用戶總數(shù)。此外，實(shí)際應(yīng)用中還有在SARFIX基礎(chǔ)上派生出來(lái)的SIARFIX、SMARFIX和STARFIX等系數(shù)。實(shí)際系統(tǒng)中，危害性較大的電壓跌落主要是由系統(tǒng)短路故障引起的，它的傳播距離遠(yuǎn)、跌落幅值大。輸電線路短路故障將會(huì)影響相關(guān)配

8、電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，即使是配電系統(tǒng)的短路故障也會(huì)引起相鄰饋線的電壓跌落。因此，一方面采取措施降低系統(tǒng)短路故障的發(fā)生率，以減少發(fā)生電壓跌落；另一方面在短路故障發(fā)生后，合理地控制短路電流的大小及持續(xù)時(shí)間，這樣也會(huì)大大減少因電壓跌落造成的損失。在系統(tǒng)側(cè)降低電壓跌落危害程度的相關(guān)措施主要與繼電保護(hù)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)[4,5]。比如：1)增加繼電保護(hù)的動(dòng)作速度；2)采用故障限流器，以降低故障電流；