電能質(zhì)量：對電壓驟降問題的分析

電力現(xiàn)在被人們廣泛的使用，電能已成了人們使用最為普遍的能源了，電能也是一個國家的綜合國力和發(fā)展水平的一個重要的標(biāo)志。保證電能的供應(yīng)穩(wěn)定關(guān)系到人們的正常生活生產(chǎn)的進(jìn)行，國家經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行和電網(wǎng)電氣設(shè)備的安全都有重要的意義。電能質(zhì)量的問題已經(jīng)受到人們的普遍關(guān)注，關(guān)于電能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)陸續(xù)的頒布。但是和歐美日等發(fā)達(dá)國家相比，我們還存在一定的差距，對電壓問題還沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的研究，對電能的認(rèn)識還停留在傳統(tǒng)的電壓，頻率偏差上。

電力配電系統(tǒng)中電壓的驟降是一中常見的電壓擾動現(xiàn)象，其不論如何提高電力系統(tǒng)的可靠性，電壓驟降現(xiàn)象仍然存在，比如，大型發(fā)電機(jī)組的啟動，電路的各種短路故障，因雷擊導(dǎo)致的電路保護(hù)動作，倒閘開關(guān)的操作等等這些現(xiàn)象都有很大可能造成電路電壓驟降的的情況發(fā)生。伴隨著科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，人們對電路電壓的驟降越來越關(guān)注。

一、產(chǎn)生電壓驟降的原因

電能指標(biāo)中一個重要的指標(biāo)就是電壓驟降。電壓驟降是電能指標(biāo)中的一項(xiàng)重要組成部分。電壓驟降在電氣和電子工程師協(xié)會中的定義是，在電力供電系統(tǒng)中電壓的工頻有效值突然下降到了其額定值的10%-90%，并在隨后短暫的1min中之內(nèi)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。

產(chǎn)生電壓驟降的因素是多方面的，主要原因有：大功率的用電設(shè)備突然啟動或加載時，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遭受到雷擊，電路發(fā)生短路，電路保護(hù)措施檢測出現(xiàn)故障等。和電力線路停電相比，電壓驟降的現(xiàn)象發(fā)生的次數(shù)頻繁，人們很難容易察覺，為此處理起來相對比較困難。

二、電壓驟降造成的危害

由于電壓驟降現(xiàn)象發(fā)生比較頻繁，是影響電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的主要因素，其能夠影響到電力系統(tǒng)中的每一個電力用戶。電力系統(tǒng)中的電力驟降現(xiàn)象的危害主要有：一是，信息產(chǎn)業(yè)造成巨大的影響，自動化控制裝置的誤動，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的失靈等。二是，對敏感機(jī)械設(shè)備造成的危害，如對直流發(fā)電機(jī)的危害，當(dāng)電壓低于正常的 80%時就極有可能發(fā)生電路跳閘事故，而對于PLC控制器，每次電壓驟降或電路短路都會造成控制程序紊亂現(xiàn)象發(fā)生，而對于變頻調(diào)速器，當(dāng)電壓在120s內(nèi)持續(xù)的低于70%時，就會被退出運(yùn)行。四是，對人們的正常生產(chǎn)和生活帶來影響。五是，每次電壓驟降或者電壓波動都會國民經(jīng)濟(jì)少則10萬-20萬元的經(jīng)濟(jì)損失，多則達(dá)到上百萬的經(jīng)濟(jì)損失。

三、解決電壓驟降的措施

從以上可以看出電壓驟降給我們的生活帶來了諸多的危害，為此必須采取措施解決電壓驟降所造成的損失。解決電壓驟降問題一般采取以下幾個措施：

(一)降低電壓驟降發(fā)生的頻率，減少電路故障排除的時間。減少電路故障排除的時間也就是減少電壓驟降持續(xù)的時間，減少電壓驟降對機(jī)器設(shè)備造成的影響，以此減少造成的經(jīng)濟(jì)損失。

為了減少排除故障的時間，一般電路使用的是靜態(tài)短路器和電流限流熔斷器。

(二)改變電路網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免或降低電壓擾動。這種措施主要是改變布線，使用特種的變壓器，比如k型的變壓器，提高設(shè)備的性能，導(dǎo)線加粗，針對敏感器材設(shè)備使用靈敏的防干擾保護(hù)措施，采用獨(dú)立回線，降低接地的電阻，避雷器配置和參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)等。

(三)提高電路設(shè)備的抵抗電壓驟降的能力。比如，使用電動機(jī)發(fā)電機(jī)組(MG)，利用電動機(jī)的慣性當(dāng)電壓驟降發(fā)生時能夠保持發(fā)電機(jī)的電壓平穩(wěn)，電路變壓器使用磁諧振變壓器(CVT)，當(dāng)電路電壓驟降到正常電壓的70%時其仍能夠提供平穩(wěn)的電壓，唯一缺點(diǎn)是體積比普通的變壓器稍大。

(四) 電路中安裝電壓補(bǔ)償?shù)难b置。電路中安裝電壓補(bǔ)償裝置最典型的就是安裝，動態(tài)電壓恢復(fù)期(DVR)和不間斷電源(UPS)。電網(wǎng)電壓經(jīng)過AC-DC逆變器輸出直流電壓，供給DC-AC逆變器，輸出穩(wěn)定的交流電壓供給負(fù)載，同時，電網(wǎng)電壓對儲能電池充電。當(dāng)電網(wǎng)欠壓或突然掉電時，UPS電源開始工作，由儲能電池供給負(fù)載所需電源，維持正常的生產(chǎn)。由于生產(chǎn)需要，當(dāng)負(fù)載嚴(yán)重過載時，由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負(fù)載供電UPS可以有效解決電壓驟降及短時間供電中斷等問題。另外，負(fù)荷的全部功率要通過UPS進(jìn)行變換后提供，增加了系統(tǒng)損耗，降低了效率。

當(dāng)DVR串聯(lián)在敏感負(fù)荷上，發(fā)生電壓驟降時，帶脈沖寬度調(diào)制功能的DC-AC逆變器會合成一個幅值、頻率和波形受控的電壓，經(jīng)過串聯(lián)的升壓變壓器將這個電壓加到線路電壓上，可以在1/4周期內(nèi)對電壓驟降做出反應(yīng)，即將輸出的電壓升高到系統(tǒng)需要的電壓水平。逆變器的PWM調(diào)制波的基準(zhǔn)源為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，通過采集電壓波形與標(biāo)準(zhǔn)波進(jìn)行比較，能有效補(bǔ)償電壓諧波。提供電壓提升的能量是由直流電容器供給的。

DVR是目前國內(nèi)外最受關(guān)注的解決電壓驟降的裝置。雖然DVR串聯(lián)于線路中運(yùn)行，但由于只需補(bǔ)償電壓驟降部分的能量，所以，其設(shè)計(jì)功率只有負(fù)荷全部容量的1/5~1/3，價格優(yōu)于同容量的UPS，損耗也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者，具有顯著的技術(shù)先進(jìn)性。

四、結(jié)論

由以上可知，電能質(zhì)量問題中電壓驟降是一個特別突出的問題，減少電力系統(tǒng)損失的關(guān)鍵在于，當(dāng)電壓驟降發(fā)生時能夠迅速，及時的進(jìn)行有效的控制和處理。電壓質(zhì)量檢測網(wǎng)絡(luò)要不斷的健全完善，提高電能質(zhì)量的全面檢測能力，提高電力用戶對電壓驟降問題的正確認(rèn)識，對電力驟降問題較為敏感的電力用戶要幫助改善電路等措施減少電壓驟降所帶來的危害。減少電壓驟降不僅對電網(wǎng)安全意義重大，而且對國家的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也有重要意義。

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