【基于MATLAB的電壓暫降抑制器的仿真分析21000字（論文）】

PAGE2基于MATLAB的電壓暫降抑制器的仿真研究目錄30498第一章前言 141311.1研究的目的及意義 1297621.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 229911.3本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 318045第二章電壓暫降 5280302.1電壓暫降的基本概念 587452.1.1電壓暫降的定義 5141582.1.2電壓暫降的主要特征參量 535532.2電壓暫降的成因研究 8311882.2.1由短路故障引起的電壓暫降 845782.2.2大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)引起的電壓暫降 10300072.2.3由雷擊引起的電壓暫降 11192472.2.4由其他情況引起的電壓暫降 115312.3電壓暫降的危害 12186712.4電壓暫降值的測(cè)量與計(jì)算 14122722.5抑制電壓暫降的措施 1934932.5.1電壓暫降的治理措施 19112772.5.2抑制電壓暫降方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較 2269572.6本章小結(jié) 2323539第三章動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR） 24265343.1動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的結(jié)構(gòu) 24125853.2動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的工作原理 26191263.2.1基本工作原理 26102413.2.2工作模式 27117103.3動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì) 28126333.3.1主電路的結(jié)構(gòu)選擇 28243253.3.2DVR主電路參數(shù)設(shè)計(jì) 3219783.4動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的技術(shù)特點(diǎn) 3499533.5本章小結(jié) 3612876第四章仿真分析 37305554.1MATLAB仿真技術(shù)概述 37195634.2DVR抑制電壓暫降的原理 3845954.3DVR對(duì)電壓暫降抑制的仿真實(shí)現(xiàn) 3979084.4本章小結(jié) 437266第五章結(jié)論 4416423參考文獻(xiàn) 46………………………前言研究的目的及意義電能是目前應(yīng)用最廣泛的能源，電能可以和其他各種能源進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化出來(lái)的新能源可以發(fā)揮出新的功能。比如，電能可直接轉(zhuǎn)化為光、熱和機(jī)械能，或者首先轉(zhuǎn)化為電能的非工頻、非正弦形式，這是社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)的主要能源。電能在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)樗且环N十分有用且用途廣泛的能源。由于越來(lái)越少的可利用的自然資源，并且電能的使用非常便利，這些都使得人們使用電能的頻率越來(lái)越大[1]。當(dāng)社會(huì)的工業(yè)水平進(jìn)步到一定水準(zhǔn)時(shí)，就有可能存在電力質(zhì)量相關(guān)的疑難。隨著現(xiàn)代社會(huì)的電子信息發(fā)展的越來(lái)越迅速，就可能導(dǎo)致出現(xiàn)更為嚴(yán)峻的問(wèn)題[2]?？赡軙?huì)妨礙到系統(tǒng)中電力能源的質(zhì)量問(wèn)題還包括現(xiàn)在大家經(jīng)常討論的微型電網(wǎng)技術(shù)和目前正在嘗試運(yùn)用的新能源等。我國(guó)人數(shù)眾多，很多能源又因?yàn)榈赜虻年P(guān)系而無(wú)法分派地十分平均，這又會(huì)導(dǎo)致一部分資源幾乎用盡。我國(guó)在這一段時(shí)間進(jìn)步的十分迅猛，人們開(kāi)始注重生活的體驗(yàn)感，最大的感覺(jué)是最近幾年電子產(chǎn)品更新的非常迅速，我們的科技也越來(lái)越發(fā)達(dá)，這些都需要電能的幫助。所以我國(guó)電能相關(guān)技能人員都需要想辦法去保持電能質(zhì)量的穩(wěn)定，這是至關(guān)重要的。電壓的突然下降，換言之就是電壓的突然凹陷。在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中突然出現(xiàn)電網(wǎng)中的電壓迅速跌落。這是由于電網(wǎng)中經(jīng)常存在的干擾現(xiàn)象[4]。這主要是因?yàn)殡妷貉杆俳档偷臄?shù)值和電壓下降的具體時(shí)間以及電網(wǎng)中電源的相位角的改變而存在的[5]。如果電力網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行大功率電機(jī)的突然起動(dòng)和暫停，或是由于各種因素而產(chǎn)生的故障、電容和變壓器的突然接通，都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)電壓暫降問(wèn)題，從而引起部分敏感性負(fù)載損壞或誤動(dòng)作，造成公司的經(jīng)濟(jì)損失。電壓暫降的問(wèn)題比短暫斷電的情況要常見(jiàn)得多，即使是數(shù)百公里以外的故障也可能導(dǎo)致當(dāng)?shù)仉妷悍档南陆?。由于?jì)算機(jī)技術(shù)及電力電子技術(shù)的迅猛進(jìn)步，有很多電力電子儀器是十分敏感的。它們運(yùn)用在電力網(wǎng)絡(luò)中時(shí)經(jīng)常會(huì)被電能質(zhì)量問(wèn)題，比如電壓凹陷所影響。當(dāng)出現(xiàn)這些方面的問(wèn)題時(shí)就會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成損害，甚至是產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)的虧損，使人們?cè)谌粘Ｓ秒姷那闆r下出現(xiàn)困難。所以了解電壓暫降的成因以及如何進(jìn)行降低值的檢測(cè)，都需要大家的重視，并由此采取對(duì)應(yīng)的措施來(lái)緩解電壓暫降問(wèn)題[6]，對(duì)電壓暫降進(jìn)行檢測(cè)分析并采取有效措施進(jìn)行抑制，這對(duì)電能質(zhì)量的提高有著重要的意義。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀電壓暫降有關(guān)問(wèn)題已經(jīng)出現(xiàn)很久了，在存在電力系統(tǒng)時(shí)它也一并存在，但由于之前的許多設(shè)備無(wú)法顯示電壓在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了變化，因此這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有引起多少關(guān)注[7]。在1970年左右，電壓暫降對(duì)人們生產(chǎn)生活造成的危害，終于引起了相關(guān)研究人員們的關(guān)注。1985年前后，人們大多停留在對(duì)這一問(wèn)題的檢測(cè)研究，以及對(duì)其原理的分析和對(duì)電機(jī)裝置危害的評(píng)價(jià)上。在之后的幾年中，專家學(xué)者們開(kāi)始對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和探討。到目前為止，一些組織和研究部門對(duì)這一課題進(jìn)行了一些研究，也取得了一些有益的成果。瑞典專家MathH.J.Bollen是最早關(guān)注和研究電壓暫降的學(xué)者之一，他的研究十分廣泛[8]。世界上第一本有關(guān)電壓暫降問(wèn)題的研究的書在1992年由他編寫完成，書里主要描述了電壓暫降的定義和來(lái)源，以及如何計(jì)算和測(cè)量電壓暫降等問(wèn)題。很多歐洲國(guó)家的研究學(xué)者們都深入的探討了電壓暫降有關(guān)問(wèn)題。比如，美國(guó)EPRI研究部門進(jìn)行了大規(guī)模的測(cè)試，就是為了研究電能質(zhì)量的有關(guān)問(wèn)題，主要是電壓暫降問(wèn)題的相關(guān)研究。得出的結(jié)論是：電壓暫降的幅值和相角都不是不變的，通常會(huì)導(dǎo)致三相的不平衡或出現(xiàn)波形的畸變現(xiàn)象[8]。很多發(fā)達(dá)的國(guó)家也做過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究，他們都得出了類似的結(jié)論。這些研究成果都為以后的實(shí)驗(yàn)做好了鋪墊。此外，新加坡和香港也開(kāi)始了對(duì)電壓暫降相關(guān)問(wèn)題的研究和測(cè)試，并專門成立了有關(guān)研究部門。最近幾年，國(guó)內(nèi)的相關(guān)專家學(xué)者也開(kāi)始了對(duì)電壓暫降的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行深入研究和探討。比如，清華大學(xué)和西安交通大學(xué)等知名大學(xué)制作出了抑制電壓暫降效果很好的DVR模型，但他們并沒(méi)有研究出測(cè)量瞬時(shí)的電壓降的具體數(shù)值。因此，這些問(wèn)題需要更進(jìn)一步研究。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器可以很好地抑制電壓暫降，并且它的經(jīng)濟(jì)性很好[9]。它的工作原理是通過(guò)對(duì)容量的補(bǔ)償和提高有關(guān)的動(dòng)態(tài)特性來(lái)緩解電壓暫降的問(wèn)題。在很多國(guó)家早就研發(fā)出了類似于電壓暫降抑制器的產(chǎn)品。在1996年，美國(guó)電科院成功研發(fā)出第一臺(tái)電壓暫降抑制器，并用它來(lái)進(jìn)行電壓暫時(shí)下降或上升的補(bǔ)償和抑制。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器需要很高的速度，它的逆變器和整流器會(huì)出現(xiàn)比較大的時(shí)間延遲，所以檢測(cè)和控制信號(hào)需要非常大的速度和非常高的精度。現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器用來(lái)補(bǔ)償電壓暫降或驟升大概要經(jīng)過(guò)2ms的時(shí)間，毫秒級(jí)別的時(shí)間響應(yīng)十分嚴(yán)格。因此，若要實(shí)現(xiàn)電壓的補(bǔ)償，首先需要迅速準(zhǔn)確地檢測(cè)出電壓暫降的量。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容文章研究探討了瞬時(shí)電壓凹陷的相關(guān)問(wèn)題，以及盡可能地緩解電壓在短時(shí)間突然下降的情況。本文主要概括為下面三個(gè)部分:（1）本文中詳細(xì)說(shuō)明了研究電壓暫降的意義以及電壓暫降問(wèn)題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。具體介紹了電壓暫降的概念和成因，針對(duì)電壓暫降的危害，提出了一系列抑制電壓暫降的對(duì)策。（2）采用多種方法對(duì)電壓暫降進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，為之后選用更合理、更經(jīng)濟(jì)的抑制電壓暫降的設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。（3）文章很好地說(shuō)明了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器對(duì)電壓暫降問(wèn)題起到了很好地緩解效果。通過(guò)查閱多方資料來(lái)具體研究它的工作特性，盡可能了解其結(jié)構(gòu)與組成。應(yīng)用MATLAB建立仿真模型，來(lái)比較使用前后電壓的變化程度，來(lái)證明動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的抑制效果。電壓暫降電壓暫降的基本概念電壓暫降的定義電壓暫降也就是在電網(wǎng)中短時(shí)間內(nèi)突然出現(xiàn)的電壓凹陷。它是由于在電網(wǎng)中突然出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)的起停、遭受到雷擊線路或各種原因引起的故障，而導(dǎo)致的突然發(fā)生的電壓跌落。圖2-1為暫降的波形圖。圖2-1電壓暫降波形圖圖2-1中，U為突然出現(xiàn)驟降之前的電壓，△T為突然出現(xiàn)驟降所連續(xù)的時(shí)刻，Usag為突然出現(xiàn)驟降之后的電壓。由此可以了解，電壓的數(shù)值減少了U-Usag，就在電網(wǎng)中電壓突然出現(xiàn)降低的這段時(shí)間。電壓暫降的過(guò)流問(wèn)題通常是由變壓器的切換、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)造成的。雖然電容器的接通和電力負(fù)載的切除也會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間過(guò)電流，但過(guò)電流時(shí)間過(guò)短也不會(huì)造成嚴(yán)重影響的電壓均方根值的減少，這些事件通常不被稱為電壓暫降，一般稱為電壓瞬變或電壓缺陷。設(shè)備出現(xiàn)的電壓暫降問(wèn)題大多是由短路故障和接地故障造成的。所以最近幾年對(duì)設(shè)備的電壓暫降問(wèn)題的研究，主要是進(jìn)行電壓暫降的成因研究。電壓暫降的主要特征參量即使在供電系統(tǒng)中突然出現(xiàn)的電壓降低值，在國(guó)際上的相關(guān)研究學(xué)者對(duì)它的概念有多種不同的理解，但他們的相關(guān)理念是差不多的：電壓暫降的幅值以及電壓暫降持續(xù)的時(shí)間[11]。如果電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)電壓的短時(shí)間凹陷，不僅包括以上的兩個(gè)值，也包括電網(wǎng)中出現(xiàn)的相位角的改變。所以我們?cè)谘杏懹嘘P(guān)電壓突然凹陷等問(wèn)題時(shí)，需要討論三個(gè)電氣特征量，即相位跳變角、電壓暫降持續(xù)時(shí)間和電壓暫降值[12]。電壓驟減的數(shù)值大小，是指當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)電壓的暫時(shí)下降的幅值大小[13]。即使是數(shù)值的極小浮動(dòng)都會(huì)造成負(fù)載由于太過(guò)敏銳而退出運(yùn)行。系統(tǒng)中故障發(fā)生的位置和負(fù)荷接入的部分之間的長(zhǎng)度決定了電壓驟降的數(shù)值大小。倘若系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的方位和接入電網(wǎng)中的負(fù)荷相距比較遙遠(yuǎn)，短路發(fā)生的方位對(duì)于電氣負(fù)荷的波及范圍幾乎沒(méi)有。然而，如果電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)間距是一個(gè)定值，就應(yīng)該按照實(shí)際的情況對(duì)此研究。電壓凹陷從開(kāi)始到結(jié)束的那段時(shí)刻，就是在網(wǎng)絡(luò)中突然發(fā)生的暫時(shí)性電壓下降，至電壓驟減停止時(shí)刻。實(shí)際測(cè)量物體時(shí)，對(duì)于電壓暫降持續(xù)時(shí)間，首先要設(shè)定電壓幅度閾值。在實(shí)際的電網(wǎng)中如果發(fā)生短時(shí)間內(nèi)電壓突然凹陷，驟降后的電壓必然是比正常工作時(shí)的電壓要小。在這段時(shí)刻，凹陷后的電網(wǎng)電壓一直小于原來(lái)的電壓。這段時(shí)刻就稱之為電壓突然凹陷的時(shí)間。(3)電壓突然發(fā)生凹陷的相位角出現(xiàn)躍變，是指在發(fā)生電壓凹陷的瞬間，電網(wǎng)中三相電壓的相角變化[15]。當(dāng)電力系統(tǒng)的等效阻抗的比值不同時(shí)，或者系統(tǒng)出現(xiàn)三相不對(duì)稱故障時(shí)，往往會(huì)發(fā)生這種情況。對(duì)于電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)，如果發(fā)生很短時(shí)間的電壓凹陷是由于電力系統(tǒng)出現(xiàn)三相同時(shí)故障。此時(shí)就需要用到對(duì)稱分量將他們進(jìn)行區(qū)分。如表2-1。表2-1電壓凹陷特性表向量圖故障類型相電壓表達(dá)式（h為殘壓比值）特性三相故障三相電壓幅值降低，相位不變單相故障Ua幅值降低，相位不變相間故障Ub、Uc幅值降低，Uc相位超前，Ub滯后相間故障Ua、Ub、Uc幅值降低，Uc相位滯后，Ub相角超前兩相接地故障Ub、Uc幅值降低，相位不變兩相接地故障Ua、Ub、Uc幅值降低，Uc相位滯后，Ub相角超前兩相接地故障Ua、Ub、Uc幅值降低，Uc相位超前，Ub相位滯后對(duì)表2-1的研究我們可以得出結(jié)論：在這幾種情況下，如果突然出現(xiàn)電壓驟降，就可以依據(jù)系統(tǒng)中的電壓值和相角的轉(zhuǎn)變，將短時(shí)間內(nèi)電壓凹陷區(qū)分為兩種情形。分別包括電壓驟降對(duì)稱型、電壓驟降不對(duì)稱型。在系統(tǒng)中突然出現(xiàn)的三相短路，在短路的前后，系統(tǒng)中的電壓是對(duì)稱的，所以它是對(duì)稱型。而在網(wǎng)絡(luò)中突然出現(xiàn)的單相接地，在短路前后三相電壓并不是相同的，所以它是不對(duì)稱型?，F(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)的電壓凹陷是由單相短路故障造成的。電壓暫降的成因研究如果在日常的電力系統(tǒng)中，突然出現(xiàn)的大功率電機(jī)的投入運(yùn)行或者在架空線路上出現(xiàn)的各種短路或斷線故障，都可能導(dǎo)致線路上流過(guò)的電流迅速上升。此時(shí)系統(tǒng)中供電電源的負(fù)載電流也會(huì)上升，進(jìn)而導(dǎo)致它分到的電壓更多。這又會(huì)使得其他線路上的電壓突然出現(xiàn)凹陷。在短路沒(méi)有被消除或切斷的情況下，就需要電壓自發(fā)地還原到原來(lái)的狀態(tài)。這就形成了短時(shí)間內(nèi)的電壓驟降。雷擊、合閘操作、接地和相間短路、大容量電機(jī)啟動(dòng)、變壓器和電容器組切換等問(wèn)題，在電力系統(tǒng)中會(huì)引起電壓凹陷。具體分析如下:由短路故障引起的電壓暫降短路故障可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電源電壓更嚴(yán)重下降，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定甚至家庭電力中斷，并中斷工業(yè)生產(chǎn)，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)中斷。因?yàn)樵诰W(wǎng)路上可能會(huì)出現(xiàn)再一次的短路，就更會(huì)導(dǎo)致與系統(tǒng)連接的一些設(shè)備出現(xiàn)拒動(dòng)、斷電甚至是退出運(yùn)行。其中短路引起的電壓暫降對(duì)三相接地短路的危害更大。雖然電力部門正在竭盡全力防止這些情況，但仍然不可避免地會(huì)發(fā)生故障并導(dǎo)致電壓驟降。據(jù)調(diào)查，電力系統(tǒng)出現(xiàn)單相短路的可能性約是其他類型的1.5倍。如果在配電的線路上突然出現(xiàn)短路問(wèn)題，當(dāng)繼電保護(hù)元件隔離或切斷問(wèn)題線路都需要一定的時(shí)間。就在這段時(shí)間內(nèi)，和問(wèn)題線路相連接的設(shè)備的負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)一瞬間的電壓凹陷。只有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作，才能將電路中的電壓暫降問(wèn)題消除。所以可以說(shuō)明：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間很大程度上影響了電壓暫降的持續(xù)時(shí)間。敏感性的負(fù)荷，顧名思義它是十分敏感的，即使出現(xiàn)短路的時(shí)間不太長(zhǎng)，依舊會(huì)影響到它的正常運(yùn)行。由短路導(dǎo)致的電壓凹陷原理圖見(jiàn)圖2-2。圖2-2由短路故障導(dǎo)致鄰線的電壓暫降（2-1）ZF是電源和PCC點(diǎn)之間的系統(tǒng)阻抗，ZS線路阻抗與短路接地阻抗之和[16]。因?yàn)槔讚艟€路或線路上出現(xiàn)污閃，從而導(dǎo)致的短時(shí)間內(nèi)電壓驟降，基本都可以認(rèn)為是短路故障。倘若線路上出現(xiàn)的短路故障是由于雷擊輸電線或者線路的污閃導(dǎo)致的，可能會(huì)通過(guò)切斷短路的保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致系統(tǒng)短路，進(jìn)而導(dǎo)致線路故障的用戶短路；對(duì)于離同一電源總線最近的受影響用戶，通常會(huì)出現(xiàn)電壓暫降。如果重新布線失敗，保護(hù)會(huì)通過(guò)三相故障線，故障線的用戶可能會(huì)經(jīng)歷較長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間(超過(guò)3分鐘)，下一級(jí)輸電線路所連接的用戶可能會(huì)第二次承受電壓在短時(shí)間內(nèi)驟降的瞬間。如果當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障的情況下，單相短路故障占總故障類別的大多數(shù)。大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)引起的電壓暫降線路上突然出現(xiàn)的電壓降落也可能是因?yàn)榇蠊β实碾姍C(jī)突然的起停造成的。啟動(dòng)大功率電機(jī)時(shí)，定子電流突然升高，超過(guò)額定電流五倍以上，導(dǎo)致相連母線電壓顯著降低。當(dāng)電機(jī)全電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電源應(yīng)能為其提供較大的電流，以形成一個(gè)較高的值，當(dāng)它通過(guò)系統(tǒng)阻抗的時(shí)候，該值會(huì)導(dǎo)致電壓暫降。大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、總功率和輸入的負(fù)載可能會(huì)增加電壓暫降的嚴(yán)重性。這種情況下出現(xiàn)的電壓凹陷不會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成太大的威脅，因?yàn)殡m然它的時(shí)間比較長(zhǎng)，但是凹陷的數(shù)值不太明顯。如果選擇的抑制方案較為合理，仍可有效地抑制由電動(dòng)機(jī)起動(dòng)產(chǎn)生的大電流。由大型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)造成的電壓暫降，它的持續(xù)時(shí)間是由電機(jī)本身決定的。電機(jī)最重要的參數(shù)之一是慣性，電磁轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比[17]。比如，暫時(shí)降低90%的電壓將使轉(zhuǎn)矩降低到81%，并且電機(jī)的加速度與電扭矩和機(jī)械負(fù)載扭矩之間的差異成比例，從而確定何時(shí)開(kāi)始加速。大功率電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流比較大，一般為電動(dòng)機(jī)正常工作情況下的數(shù)倍，它的功率因數(shù)極其低。并且因?yàn)榇蠊β孰姍C(jī)影響線路中的電流驟增，使得架空輸電線與電力系統(tǒng)的總阻抗出現(xiàn)較大的電壓差，使得公共處節(jié)點(diǎn)的電壓驟降，進(jìn)而對(duì)下一線路的敏感性負(fù)荷產(chǎn)生影響。圖2-3顯示了由于感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)而導(dǎo)致暫態(tài)電壓下降的系統(tǒng)模型。當(dāng)電機(jī)接近主變壓器的起動(dòng)能力時(shí)，導(dǎo)致瞬時(shí)的電壓凹陷比較多，同時(shí)影響其他類型的阻抗。如果相鄰線路上級(jí)的變壓器存在比較多的容量過(guò)剩，那么產(chǎn)生的電壓降落不大。電壓的暫時(shí)下降過(guò)程的時(shí)間和下降的程度還由電機(jī)的基本特性和電力系統(tǒng)的短路容量來(lái)決定。圖2-3感應(yīng)電動(dòng)機(jī)引起的鄰線電壓暫降由雷擊引起的電壓暫降在雷雨天氣，當(dāng)雷擊架空輸電線導(dǎo)致的電壓短時(shí)間下降也是系統(tǒng)中發(fā)生電壓凹陷的原因。當(dāng)遇到雷雨天氣時(shí)，在架空線路上出現(xiàn)了雷擊絕緣子閃絡(luò)。造成線路對(duì)地放電。有很多設(shè)備，比如隔離開(kāi)關(guān)和架空線路因?yàn)樽陨淼脑虮话惭b在室外。當(dāng)這些設(shè)備遭遇到雷雨天氣時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大范圍的、持續(xù)時(shí)間大于0.1s的電壓暫降。由其他情況引起的電壓暫降此外，開(kāi)關(guān)變壓器的操作會(huì)導(dǎo)致電壓驟降。由于空載變壓器鐵芯的飽和，它在工作期間會(huì)出現(xiàn)很大的勵(lì)磁涌流，導(dǎo)致出現(xiàn)了電壓的暫時(shí)下降。和電壓凹陷相關(guān)的因素包括：電源接通時(shí)間、電源容量、鐵芯剩磁和參數(shù)。此外，供電中斷可能是由繼電保護(hù)裝置故障、誤操作和操作人員操作不當(dāng)引起的。迅速的情況下仍需3~6個(gè)周波來(lái)清除故障。假如電路出口處接地短路，則繼電保護(hù)裝置被觸發(fā)以清除故障，且連接至電路的其他配線或裝置會(huì)因短路而損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這種類型的電壓驟降超過(guò)總電壓驟降的70%。雖然重合閘可立刻排除故障，但會(huì)在下級(jí)線路出現(xiàn)電壓暫降。由上可知，安裝重合閘造成的停電是短時(shí)間的停電，需要手動(dòng)復(fù)位的停電是長(zhǎng)時(shí)間的停電。在線路出現(xiàn)永久性故障的情況下，繼電保護(hù)裝置會(huì)把電路切斷，并造成長(zhǎng)期的電壓中斷。為了確保用戶使用的電能品質(zhì)，避免電壓暫降和短時(shí)中斷問(wèn)題，通常使用自動(dòng)重合閘裝置[18]。另外，如果重新接通失敗，會(huì)再次產(chǎn)生電壓暫降問(wèn)題。這種現(xiàn)象在任何輸電和配電系統(tǒng)中都有可能發(fā)生，嚴(yán)重停電的頻率往往低于電壓暫時(shí)下降的可能性?？傊?，短路接地造成的暫降是最具有危險(xiǎn)性的。電壓暫降的危害微電子技術(shù)在過(guò)去二十年里取得了顯著進(jìn)步。微電子設(shè)備受電能質(zhì)量的影響非常大，極小的電能質(zhì)量問(wèn)題都可能導(dǎo)致它的壽命縮短乃至報(bào)廢。所以，這些敏感負(fù)載需要比傳統(tǒng)電力用戶更高的電力質(zhì)量，只有極少數(shù)電壓降周期會(huì)對(duì)這些設(shè)備產(chǎn)生顯著影響，從而導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)虧損。例如，在一些西方國(guó)家，每一次出現(xiàn)電壓驟降都能夠造成數(shù)百萬(wàn)美元的直接經(jīng)濟(jì)虧損。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)故障時(shí)，發(fā)生短路的位置和各條線路母線的結(jié)點(diǎn)的間距不是一致的，則母線處的瞬時(shí)電壓下降程度也不是一致的，它們的間距越小，造成的電壓暫降也越嚴(yán)峻。短路故障包括單相接地、兩相接地、兩相短路及三相短路故障，其中由單相短路故障造成的電壓暫降發(fā)生率最高，約占到由短路故障引起的總電壓暫降的70%，而三相短路所引起的電壓暫降最嚴(yán)重，也帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)榇笮碗妱?dòng)機(jī)的啟動(dòng)導(dǎo)致出現(xiàn)電壓暫降，下降的時(shí)間通常比較長(zhǎng)，但是電壓降低的值不是很大，所以用戶得到的電能幾乎沒(méi)有影響。變壓器投入使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比額定電流多幾倍的涌浪電流，造成電網(wǎng)電壓的暫時(shí)下降。整體而言，與非故障電壓相比，故障類電壓暫降受到更深的落差和更有害的影響，導(dǎo)致更嚴(yán)峻的后果。具體而言，電壓暫降造成的損害主要由下面幾個(gè)方面組成：(1)電壓暫降可能會(huì)導(dǎo)致工作、外出和生活上的許多問(wèn)題。比如，倘諾電力系統(tǒng)的用戶側(cè)出現(xiàn)了電壓的暫時(shí)下降，就會(huì)影響人們對(duì)計(jì)算機(jī)的使用，電腦可能出現(xiàn)突然斷電，重啟，輸入的一些數(shù)據(jù)不見(jiàn)了。馬路上的紅綠燈系統(tǒng)以及城市中地鐵的出行也會(huì)被它所影響，這都與人民的生活有關(guān)。一個(gè)真實(shí)的案例，美國(guó)的一位編輯在乘電梯期間，因?yàn)檫B接電梯的線路出現(xiàn)電壓暫時(shí)下降，電梯因此出現(xiàn)故障，將其關(guān)閉在電梯內(nèi)數(shù)十個(gè)小時(shí)，即使電壓持續(xù)短暫的下降一秒鐘，也會(huì)發(fā)現(xiàn)這是非常危險(xiǎn)的。(2)由于電壓暫降影響的規(guī)模非常大，這將導(dǎo)致大規(guī)模的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，持續(xù)時(shí)間為幾個(gè)周期的電壓的暫時(shí)下降，會(huì)導(dǎo)致很多敏感的負(fù)載不能正常工作或停止工作。這些負(fù)載的無(wú)序起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的多方面損害。一個(gè)真實(shí)的例子，國(guó)內(nèi)有一個(gè)生產(chǎn)硅晶片的公司，其中有許多非常容易受電壓凹陷影響的設(shè)備，即使電壓下降的時(shí)間極其短，都會(huì)妨礙它們的正常工作。估計(jì)每出現(xiàn)一次暫時(shí)的電壓降，這家工廠將虧損約數(shù)百萬(wàn)美元，這產(chǎn)生了極其嚴(yán)重的虧損。(3)電壓暫時(shí)下降可能導(dǎo)致非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)虧損，在某些情況下還可能引起重大的人身事故。比如，在一些醫(yī)院里，計(jì)算機(jī)被用來(lái)執(zhí)行更復(fù)雜的操作(眼部、腦部手術(shù)等)，如果供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)電壓暫時(shí)下降，影響計(jì)算機(jī)等正常工作的情況下，嚴(yán)重威脅病患的人身安全。表2-2是電壓暫降對(duì)設(shè)備的危害統(tǒng)計(jì)表。表2-2電壓暫降對(duì)設(shè)備的危害統(tǒng)計(jì)表種類電壓暫降時(shí)的表現(xiàn)機(jī)器人在一般情況下，它被供給的電壓必須大于所標(biāo)注的電壓的0.9倍，這樣才不會(huì)對(duì)它的正常工作造成影響。如果供給的電壓不大，機(jī)器人不會(huì)進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)。測(cè)試儀器倘若該設(shè)備被供給的電壓不足標(biāo)注電壓的0.85倍，它就不會(huì)進(jìn)行動(dòng)作，甚至破壞了被測(cè)試的物品。冷卻裝置倘若該設(shè)備被供給的電壓不足標(biāo)注電壓的0.8倍，該設(shè)備就會(huì)停止產(chǎn)生冷氣，甚至產(chǎn)生更糟糕的損害。PLC裝置倘若該設(shè)備被供給的電壓不足標(biāo)注電壓的0.1倍，那么剛開(kāi)始該儀器能夠繼續(xù)工作一小段時(shí)間。如果是新投入運(yùn)行的裝置，供給的充電電壓在0.5~0.6倍時(shí)，該裝置可能沒(méi)辦法啟動(dòng)。直流電機(jī)倘若該設(shè)備被供給的電壓不足標(biāo)注電壓的0.8倍，該設(shè)備就不會(huì)啟動(dòng)，造成很嚴(yán)重的危害。變頻調(diào)速倘若該設(shè)備被供給的電壓不足標(biāo)注電壓的0.7倍，它不會(huì)馬上中斷工作，可能會(huì)工作一段時(shí)間后再停止。工業(yè)接觸器倘若該設(shè)備被供給的電壓不足標(biāo)注電壓的0.5倍，該設(shè)備不會(huì)馬上停止工作，可能會(huì)工作一段時(shí)間后再停止。而后該設(shè)備會(huì)自動(dòng)停止。有一些情況它在電壓不足0.7倍時(shí)沒(méi)辦法持續(xù)運(yùn)行。計(jì)算機(jī)倘若電腦被供給的電壓不足標(biāo)注電壓的0.6倍，會(huì)導(dǎo)致電腦中某些計(jì)算數(shù)據(jù)不見(jiàn)，電腦會(huì)暫停運(yùn)行或重啟。由表2-2可知，在信息技術(shù)占主導(dǎo)地位的今天，對(duì)電能質(zhì)量的要求越精確，電壓暫降問(wèn)題就越復(fù)雜，已經(jīng)成為供電可靠性、通信設(shè)備癱瘓、數(shù)據(jù)丟失和工業(yè)設(shè)備停運(yùn)等因素造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的重要原因。因此，如何解決或抑制電壓暫降一直是研究學(xué)者們的主要研究方向。電壓暫降值的測(cè)量與計(jì)算由以上情況我們可以了解，如果出現(xiàn)電壓的暫時(shí)下降會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成很大的危害，因此我們需要研究一些方法來(lái)計(jì)算或測(cè)量出電壓下降的值。下面是電壓暫降的三個(gè)特性參數(shù)(幅值、相位躍變和持續(xù)時(shí)間)的有效實(shí)時(shí)測(cè)量。(1)有效值計(jì)算方法周期產(chǎn)生信號(hào)u(t)是這樣計(jì)算得出的：（2-2）T代表信號(hào)出發(fā)的一個(gè)輪回(s)。把其中的信號(hào)分別進(jìn)行處置，可以進(jìn)一步換算成下面的式子：（2-3）N代表一個(gè)周期內(nèi)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)共采集了多少個(gè)樣點(diǎn)；u代表一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)實(shí)驗(yàn)采集的電壓樣本；URMS代表工作電壓的基本值。經(jīng)過(guò)每次實(shí)驗(yàn)選擇一個(gè)新實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，每次更新一下每周的順序，最新數(shù)據(jù)的試驗(yàn)點(diǎn)就能夠測(cè)出目前線路中的電壓：(2-4）檢測(cè)速度是非常重要的。所以檢查一下線路的電壓凹陷是至關(guān)重要的。采用這種方法既可以結(jié)束一周的循環(huán)，又可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，因?yàn)樗挥脵z查半個(gè)周期。雖然采用這種方式會(huì)加快速率，但是在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓凹陷的這段時(shí)間會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重誤差。(2)峰值電壓法Up是t的函數(shù)。峰值電壓法為下式(2-5)。（2-5）u(t)代表實(shí)驗(yàn)中采集的電壓；T為0.5個(gè)周期的整數(shù)倍。(3)基波分量法設(shè)基波電壓是時(shí)間t的函數(shù)，那么計(jì)算電壓暫降的最大值也可用基波電壓法：（2-6）式中，，T是基波周期。(4)單相電壓變換平均值法假設(shè)電壓信號(hào)為（2-7）式中，為基波角頻率。假設(shè)和是正弦和余弦信號(hào)，與電壓暫降之前的電壓同相位，則（2-8）（2-9）或（2-10）（2-11）根據(jù)上式局算出ud(t)和uq(t)在半個(gè)循環(huán)內(nèi)的平均數(shù)，并進(jìn)一步求得x和y，綜上所述，通過(guò)上面可以求出電壓驟降的數(shù)值為，出現(xiàn)相角躍變大概為arctan(y/x)。(5)瞬時(shí)電壓dq分解法dq法是一種求出短時(shí)間內(nèi)電壓突然下降的基本運(yùn)算，它來(lái)自abc-dq變換。電網(wǎng)中三相中的每相電壓發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)變成d-q的方法如下：（2-12），C里面的和和a相電壓有著同樣的相位角。倘若電力網(wǎng)絡(luò)中各相電壓如下：（2-13）則dq變換的結(jié)果為（2-14）dq變換的目的可以從等式(2-14)中清晰地看出。dq變換后，d軸方向的分量就是三相電壓的有效值，即dq轉(zhuǎn)換后可立即獲得的有效值。在電力網(wǎng)絡(luò)中，電壓的瞬時(shí)降低的有效值為Usag，通過(guò)dq算法能夠算出。把系統(tǒng)中的a相認(rèn)為它是存在故障的，設(shè)它的額定電壓為U，把剛開(kāi)始的相位角設(shè)置為0°。如果采用許多震蕩信號(hào)，并把它們相加在一起用來(lái)代表對(duì)a相造成的干擾，那么第h次產(chǎn)生的震蕩信號(hào)開(kāi)平方的數(shù)值為Uh，并把相位角設(shè)為。這些高頻率的震蕩信號(hào)會(huì)逐漸減弱至消失，它的規(guī)律為。我們可以把系統(tǒng)中發(fā)生短路的那一相的電壓用下式來(lái)代表：（2-15）首先，-uc可以由ua延時(shí)60°得到，然后ub和uc可以通過(guò)ub=-ua-uc計(jì)算得出：（2-16）（2-17）(2-17)可以被分成基本的波形分量，也可以被分成許多的高頻率分量。把它們計(jì)算到(2-12)中。之后把Ud和Uq從dq法的轉(zhuǎn)變出來(lái)的數(shù)據(jù)中選擇出來(lái)，用下式來(lái)代表：（2-18）Usag代表出現(xiàn)電壓暫時(shí)降落的數(shù)值大小。ɑ代表出現(xiàn)電壓暫時(shí)降落的相角。其中，Ud和Uq都是經(jīng)過(guò)反復(fù)的計(jì)算得出來(lái)的數(shù)值。那么通過(guò)下面三個(gè)式子計(jì)算得出的電壓降落的最大數(shù)值和相角為：（2-19）（2-20）或（2-21）上述提到的濾波法，就是把Ud和Uq從dq法的轉(zhuǎn)變出來(lái)的數(shù)據(jù)中選擇出來(lái)。采用平均數(shù)計(jì)算得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并不僅僅把它限制在半個(gè)周期內(nèi)。(6)電壓周期測(cè)量法計(jì)算時(shí)，一般選擇正常工作電壓的0.9倍作為電壓的門檻。在正常的數(shù)據(jù)算法中，一般選用0.5個(gè)周期的值來(lái)計(jì)算電壓驟降進(jìn)行的時(shí)刻。但是，這種實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算出來(lái)的時(shí)間只能用于一小段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的電壓凹陷，而不適用于較長(zhǎng)時(shí)間。(7)改良版dq法這個(gè)算法主要是運(yùn)用park方法，此種變換能把a(bǔ)bc下的具體數(shù)值轉(zhuǎn)換成dq的數(shù)值。假如電力網(wǎng)中正常運(yùn)行的電壓為：(2-22)ω代表正常工作狀態(tài)下的頻率，，t代表發(fā)生時(shí)刻，代表正常運(yùn)行時(shí)正序的相角；代表正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序的相角；代表正常運(yùn)行時(shí)零序的相角。由上述可得(2-23)對(duì)式(2-23)作以下改進(jìn)，可以求得系統(tǒng)三相電壓的直流分量為(2-24)(2-24)求得轉(zhuǎn)變后的正常狀態(tài)情況下恒定不變的量，由此可以求得電力系統(tǒng)中電壓的基本分量值。所以經(jīng)過(guò)之前的測(cè)量可以精確求得當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)驟降時(shí)的具體時(shí)間，并進(jìn)一步算出電網(wǎng)中短時(shí)間電壓驟降的數(shù)值和相位。抑制電壓暫降的措施雖然由短時(shí)間電壓凹陷造成的損耗小于電壓中斷造成的損耗，但電壓暫降的頻率遠(yuǎn)大于電壓中斷造成的損耗[22]，因此從整體而言，電壓暫降造成的危害和損耗非常大。為了減少電壓暫降給人們帶來(lái)的危害，我們需要研究一些措施去緩解電壓暫降。電壓暫降的治理措施根據(jù)對(duì)暫態(tài)電壓降發(fā)生機(jī)理的認(rèn)識(shí)，采取適當(dāng)措施降低電壓暫降帶來(lái)的損失?？梢詮囊韵路矫嫒胧?(1)減少故障的數(shù)量當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路時(shí)就可能引起電壓暫降，還可能使設(shè)備停止運(yùn)行，甚至報(bào)廢。因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短時(shí)的故障，可以通過(guò)降低短路部分的頻率來(lái)緩解電壓驟降的出現(xiàn)。具體可以這樣采取行動(dòng):①把懸掛的架空輸電線路連接到地；②在網(wǎng)絡(luò)中輸電線路的表面增設(shè)絕緣；③盡量不要讓修剪樹(shù)木的工作對(duì)電力線路產(chǎn)生危害；④在架空輸電線路上增加能屏蔽的線路；⑤盡可能多次視察和修理的速度。(2)減少故障消除的時(shí)間如果線路出現(xiàn)故障時(shí)，迅速切斷故障就可以減少電壓暫降的時(shí)間，從而降低電壓暫降產(chǎn)生的危害。如果在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用可以限制短路電流，就能夠縮短線路中短路出現(xiàn)的時(shí)間段。所以，想要縮短短路發(fā)生的時(shí)間，從而減少短時(shí)內(nèi)電壓驟降出現(xiàn)的時(shí)刻，就可以把保險(xiǎn)絲使用在電網(wǎng)里。實(shí)際上，固態(tài)開(kāi)關(guān)、反時(shí)延過(guò)電流繼電器和靜態(tài)開(kāi)關(guān)等一些設(shè)備也要在網(wǎng)絡(luò)中使用，用來(lái)縮短電壓暫降出現(xiàn)的時(shí)間。(3)轉(zhuǎn)換電源送電方式想要明顯緩解突然發(fā)生的電壓驟降，可以選擇使用以下幾種負(fù)荷的連接方法：①將供電電源安裝在電力系統(tǒng)中一些對(duì)電壓暫降非常敏感的負(fù)載附近，以便在電壓暫降的情況下提高其殘余電壓。②經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置一系列的送電站，采取許多分段的主線路，可以明顯去掉許多多余的線路數(shù)。③如果可以使電源到短路點(diǎn)之間的間距增大，就需要在電網(wǎng)中裝設(shè)可以限制短路電流的鐵線圈。④對(duì)幾個(gè)重要的負(fù)載提供多個(gè)電源。(4)裝設(shè)可以抑制電壓凹陷的裝置在電力系統(tǒng)與用戶的接口之間增加不間斷電源(UPS)或動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)等設(shè)備，可以很好地降低電壓暫降對(duì)電力用戶的影響。圖2-4減少電壓暫降的途徑傳統(tǒng)的緩解電壓暫降的措施的主要是減少故障的數(shù)量和故障的時(shí)間。然而僅靠供電部門緩解電壓暫降是十分有限的。此外，對(duì)電壓暫降的耐受程度因設(shè)備而異，對(duì)暫態(tài)電能質(zhì)量的準(zhǔn)確要求也有區(qū)別。近些年來(lái)，人們主要研究緩解電壓暫降的控制設(shè)備的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用。敏感用戶通過(guò)裝置補(bǔ)償設(shè)備可以明顯降低電壓暫降帶來(lái)的不利影響。目前用來(lái)抑制電壓暫降的電力設(shè)備主要有靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、限流電抗器和不間斷電源(UPS)等[23]。限流電抗器通過(guò)提高系統(tǒng)的等效阻抗和減少負(fù)載總線的短路容量，有效降低系統(tǒng)故障時(shí)的短路電流。同時(shí)，因?yàn)殡娍蛊魃系膲航递^大，限流電抗器也在保持母線電壓水平方面發(fā)揮作用，在短路時(shí)有效地減少電壓暫降，確保電氣設(shè)備在故障線路上安全運(yùn)行。不間斷電源適用于頻繁由單一電源供電的用戶。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)電壓暫降，開(kāi)關(guān)主動(dòng)切換成不間斷電源供電。電壓暫降幾乎不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，效率可達(dá)92%~97%。其優(yōu)點(diǎn)是裝設(shè)方便，但容量有限，通常不超過(guò)兆瓦級(jí)。因此，對(duì)于大型敏感行業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，電壓暫降問(wèn)題不會(huì)顯著減少。同時(shí)，UPS成本高，購(gòu)買成本也高，在一定程度上局限了其廣泛的運(yùn)用范圍。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器：在電源電壓突然出現(xiàn)變化時(shí)(不管是電壓驟降、電壓驟升還是波形畸變)，畸變的波形都能在幾毫秒內(nèi)補(bǔ)償?shù)秸２ㄐ?，從而?duì)緩解電壓的暫降和電能質(zhì)量的改善產(chǎn)生更大的影響。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器裝置在抵償電壓的過(guò)程中，只補(bǔ)償系統(tǒng)電壓中因干擾而丟失的部分，因此不需要負(fù)擔(dān)負(fù)載正常工作所需的所有電壓，于是與不間斷電源相比可以將容量設(shè)定得較小，通常只占負(fù)載容量的20%~30%，相應(yīng)的可以大大減少成本。靜止無(wú)功補(bǔ)償器可以通過(guò)控制吸收或注入的無(wú)功電流，調(diào)整系統(tǒng)終端的電壓值，從而通過(guò)電力電子技術(shù)裝置合理調(diào)節(jié)無(wú)功功率的流向。在電壓低于設(shè)定值情況下，靜止無(wú)功補(bǔ)償器可以通過(guò)發(fā)出容性的無(wú)功功率來(lái)升高跌落后的電壓；如果電壓比它的門檻值高，靜止無(wú)功補(bǔ)償器會(huì)吸收感性無(wú)功使電壓恢復(fù)到正常水平。靜止同步補(bǔ)償器可以在幾毫秒內(nèi)檢測(cè)到特定的電壓變化，并及時(shí)對(duì)電壓暫降事件做出反應(yīng)。當(dāng)瞬態(tài)電壓下降時(shí)，靜止同步補(bǔ)償器可以在額定電壓范圍的60%內(nèi)將電壓調(diào)節(jié)到正常水準(zhǔn)。因?yàn)樗軌驗(yàn)闀簳r(shí)下降的電壓選擇兩個(gè)方向上的補(bǔ)償，網(wǎng)絡(luò)的電壓可以上升到網(wǎng)絡(luò)電壓的0.6倍左右，所以哪怕是發(fā)生電壓的驟升都可以復(fù)原。另外，為了進(jìn)一步補(bǔ)償電壓，可以在靜止同步補(bǔ)償器的DC側(cè)裝設(shè)一些超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置。另外，靜止同步補(bǔ)償器的電壓暫降恢復(fù)能力對(duì)負(fù)載的影響較小，當(dāng)敏感負(fù)載的容量增加時(shí)，該方法仍然具有很好的緩解電壓暫降的作用。選用不間斷電源是緩解電壓暫降、解決供電電源間斷的有效措施。但是不間斷電源成本很高、而且需要大量的存儲(chǔ)設(shè)備的維護(hù)。因?yàn)閯?dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器設(shè)備僅補(bǔ)償由于干擾而導(dǎo)致的系統(tǒng)電壓不足，并且不需要負(fù)載所需的所有電壓，因此它與不間斷電源相比，容量可能會(huì)大大降低，一般只需要五分之一或三分之一的容量，可以大幅減少制造成本。目前動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器被認(rèn)為是減少電壓暫態(tài)沖擊的有效方法。最大補(bǔ)償電壓和負(fù)載電流確定了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的成本。國(guó)外引進(jìn)了高壓大容量的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)裝置，目前國(guó)內(nèi)正在開(kāi)發(fā)中。抑制電壓暫降方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較通過(guò)上節(jié)對(duì)國(guó)內(nèi)外抑制對(duì)電壓斬降措施的研究介紹，我們對(duì)各抑制裝置的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)如表2-2所示。由表2-2可以看出對(duì)治理暫態(tài)問(wèn)題而言，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器具有靈活性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)時(shí)性三個(gè)特點(diǎn)，特別適合用于解決電壓暫降這種暫態(tài)問(wèn)題。DVR是解決電壓暫降問(wèn)題的最好選擇。DVR可提供良好的動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償，與不間斷電源相比具有更高的性價(jià)比，可提高負(fù)載側(cè)的電壓質(zhì)量，并可在不間斷電源的所有應(yīng)用中應(yīng)用DVR。DVR可以在電壓暫降的半個(gè)周期內(nèi)實(shí)施補(bǔ)償，其經(jīng)濟(jì)成本低于其他補(bǔ)償設(shè)備。它具有經(jīng)濟(jì)性和靈活性的特點(diǎn)，可以在長(zhǎng)時(shí)間的電壓暫降期間進(jìn)行補(bǔ)償。表2-2抑制電壓暫降優(yōu)缺點(diǎn)比較抑制電壓暫降裝置優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)不間斷電源UPS平穩(wěn)地對(duì)負(fù)荷供電容量小，容量大的成本貴，儲(chǔ)能設(shè)備維護(hù)量大超導(dǎo)磁能儲(chǔ)蓄響應(yīng)速度快、效率高、靈活輸出冷卻技術(shù)仍在研究中，這使得其投資成本非常高雙路供電集成電源裝置（IPS）控制靈活、響應(yīng)速度快鋪設(shè)雙回線路供電成本太高靜止無(wú)功補(bǔ)償器控制靈活、適用于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題不具備快速性動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）靈活性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)時(shí)性適用于暫態(tài)問(wèn)題，不適用于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題由于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器擁有這樣高的靈活性、更好的經(jīng)濟(jì)性和壯闊的使用遠(yuǎn)景，世界各國(guó)電力方向的學(xué)者通常認(rèn)為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是抑制電壓暫降等動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題最經(jīng)濟(jì)有用的措施。DVR是抑制電壓跌落問(wèn)題的首選設(shè)備。本文打算用DVR來(lái)緩解電壓暫降。本章小結(jié)在本章中，系統(tǒng)地介紹了電壓暫降的有關(guān)定義，了解了電壓暫降的成因和危害，分析了如何測(cè)量和計(jì)算電壓暫降。提出并比較了一系列緩解電壓暫降的方法，最后證明使用DVR是抑制電壓暫降等動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題最經(jīng)濟(jì)有效的方法。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器被認(rèn)為是當(dāng)前最有用的串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備，能確保敏感負(fù)載的供電電壓質(zhì)量，能補(bǔ)償電壓暫降到正常值(單位為毫秒)，在抑制電壓的暫降、提高大型的復(fù)雜敏感負(fù)載的供電質(zhì)量方面有著明顯的成果。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的結(jié)構(gòu)首先，需要一個(gè)DVR的定義。DVR是一種電力電子器件，可以補(bǔ)償突然變低的電壓。它經(jīng)常串聯(lián)在電網(wǎng)系統(tǒng)和異常感知能力強(qiáng)的負(fù)載之間。所以在線路上出來(lái)驟降的電壓時(shí)，能夠使電壓迅速降低的電壓恢復(fù)，又能夠減少電路中的諧波問(wèn)題。該裝置能很好地解決線路電壓擾動(dòng)的情況，其快速補(bǔ)償特性決定了它能為負(fù)載提供平穩(wěn)的正弦電壓。DVR接入系統(tǒng)的方式如圖3-1所示。圖3-1動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器結(jié)構(gòu)圖由圖3-1知，DVR主要由蓄電池、變壓器、逆變器、濾波器構(gòu)成。每個(gè)部分的大致原理如下所述：蓄電池：如果想要存儲(chǔ)到很多的能量，從而增加電流功率的水準(zhǔn)，就需要采用容量比較大的蓄電池。它的功能是能穩(wěn)定線路中的諧波，并且能夠?yàn)榻涣麟妷汉椭绷麟妷褐g起到緩沖的作用。為了節(jié)約更多電能，大幅提高交流功率水平，進(jìn)而經(jīng)常使用大容量電池。因此，在現(xiàn)實(shí)生活中使用大型電池顯然是不切實(shí)際的，其中大部分目前都用于直接應(yīng)用系統(tǒng)中的電壓和電容器儲(chǔ)能。逆變器：它經(jīng)常被定義為電壓源逆變?cè)?，是?dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器最主要的裝置。該裝置能夠調(diào)整電壓，它一般串聯(lián)在負(fù)載和電網(wǎng)中間。當(dāng)發(fā)生電壓凹陷，它可以為用戶提供由于電壓驟降而減少的電壓值。如果線路負(fù)荷具有很優(yōu)越的靈敏性就可以正常工作。濾波器：它的性能當(dāng)然是消除有害的無(wú)線電波，因?yàn)槟孀兤髟赑WM中工作時(shí)提供輸出能量，并且包含高頻分量，如果想要減少高頻率波形帶來(lái)的影響，就可以用濾波的方式對(duì)凹陷電壓進(jìn)行補(bǔ)償。用電用戶之所以能一直享受質(zhì)量好的電力，是因?yàn)榘褵o(wú)益處的波形濾掉了。但它也有壞處，因?yàn)榘惭b過(guò)濾器可能會(huì)干擾動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，這可能會(huì)影響性能和變壓器，因此必須認(rèn)真考慮設(shè)備的工作特性。變壓器：變壓器在實(shí)際生活中特別普遍，它的工作原理也是眾所周知的，首先提高將要供應(yīng)的電壓值，然后把它供應(yīng)給電力系統(tǒng)，使得短時(shí)電壓驟降得到補(bǔ)償。串聯(lián)型的變壓器一般運(yùn)用在高電壓的場(chǎng)合，使用變壓器帶來(lái)的積極效果對(duì)DVR影響頗深，主要有：一是能夠使DVR在電路中的工作穩(wěn)定起來(lái)，二是可以使刀閘更靈活地做出選擇；第三，它可以在電壓源逆變器和電網(wǎng)之間形成良好的隔離，使整流值具有相當(dāng)大的利用價(jià)值。DVR中，為了通過(guò)將負(fù)載側(cè)的電壓波形設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)正弦波來(lái)消除高次諧波的失真，降低電壓變動(dòng)和閃爍對(duì)負(fù)載的影響，需要高速的響應(yīng)時(shí)間。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器與不間斷電源和STS相比，提供了高效的補(bǔ)償和良好的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，這是一種最常用的補(bǔ)償裝置，可減少電壓溫度并有效地消除其他電源質(zhì)量問(wèn)題，如諧波、三相不平衡和電壓閃爍。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的工作原理基本工作原理它的基本工作原理是，當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到供電端子的電壓暫時(shí)下降時(shí)，啟動(dòng)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器投入系統(tǒng)，根據(jù)檢測(cè)到的電壓暫時(shí)下降的特性和負(fù)載的電壓要求，計(jì)算補(bǔ)償電壓算出來(lái)了。控制逆變器的開(kāi)關(guān)裝置，通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾其中的高差波后，通過(guò)變壓器與系統(tǒng)方面連接，等于向系統(tǒng)側(cè)電路提供補(bǔ)償電壓，以補(bǔ)償控制逆變器的開(kāi)關(guān)裝置的切斷，并將補(bǔ)償電壓轉(zhuǎn)移到該補(bǔ)償電壓中[24]。供電端子的電壓與負(fù)載電壓相同，使負(fù)載電壓恢復(fù)正常工作電壓，如圖3-2示。圖3-2動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器原理圖前面已經(jīng)提到，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的大致運(yùn)用內(nèi)容可以重點(diǎn)放在測(cè)量、補(bǔ)充、調(diào)控三個(gè)主要方面。如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)電壓凹陷，測(cè)量部分會(huì)啟動(dòng)它本身的性能。這時(shí)它感受到線路中存在電壓的突然降落，把線路中的暫降出現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行號(hào)令與轉(zhuǎn)變。接下來(lái)，需要一個(gè)過(guò)濾器來(lái)執(zhí)行它的工作。通過(guò)之前了解到的基本性能，把網(wǎng)絡(luò)中的電壓濾除，會(huì)產(chǎn)生更好的電壓質(zhì)量。之后變壓器為了補(bǔ)償電壓的降落，它會(huì)進(jìn)行自己的動(dòng)作。把它連接在電路中用來(lái)補(bǔ)償電壓降落的性能。DVR的補(bǔ)償性能，如圖4-3所示，其中補(bǔ)償電壓為UC、系統(tǒng)電壓為US、負(fù)載電流為IL。圖3-3動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的補(bǔ)償示意圖如上圖3-3所示，表示了電壓暫時(shí)下降和電壓急劇上升這兩個(gè)電壓異常的問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題在現(xiàn)實(shí)生活中非常普遍。并且，在動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器實(shí)施電壓補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，這兩種電壓異常類型包括有功功率和無(wú)功功率的相互交換，在相互交換的過(guò)程中，同時(shí)在兩個(gè)方向進(jìn)行。工作模式把DVR接入電路中統(tǒng)共存在三種工作模式。圖3-4就是它的三種狀態(tài)：旁路檢查、運(yùn)行檢查和自行檢查。旁路檢查狀態(tài)時(shí)，J1閉合，J2～J3斷開(kāi)，電流經(jīng)過(guò)J1進(jìn)入負(fù)荷。自行檢查狀態(tài)時(shí)，J3斷開(kāi)，J1～J2閉合，電流經(jīng)過(guò)J1進(jìn)入負(fù)荷，主要電路不帶負(fù)荷工作。運(yùn)行檢查狀態(tài)時(shí)，J1斷開(kāi)，J2～J3閉合，電流流通J2、變壓器、J3進(jìn)入負(fù)荷。同時(shí)它能夠補(bǔ)償負(fù)載側(cè)的電壓降。圖3-4DVR的工作模式想要保證DVR在系統(tǒng)中穩(wěn)定工作，就要適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用這幾種模式。把DVR投入工作時(shí)，一開(kāi)始進(jìn)入旁路運(yùn)行狀態(tài)；之后把它進(jìn)入自行檢查的狀態(tài)。倘若檢測(cè)到變壓器旁邊的電壓沒(méi)有發(fā)生驟升或暫降，就會(huì)發(fā)出讓DVR投入運(yùn)行的信號(hào)；否則，檢查DVR，用來(lái)保證它投入運(yùn)行在安全的電路中。如果它在工作中出現(xiàn)故障，或者在使用中要進(jìn)行修理，就應(yīng)該讓其運(yùn)行在旁路模式。為了保證它的電路中不令負(fù)荷退出運(yùn)行，就要保證DVR與電源連接時(shí)不降低可靠性。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)主電路的結(jié)構(gòu)選擇1.逆變器的選擇動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是基于全控制裝置的電壓源逆變器的主單元，它通過(guò)直流電壓逆變器補(bǔ)償故障時(shí)的電壓[25]。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有：三相全橋和三單相橋。三相橋結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。在控制模式下，發(fā)生電壓暫降時(shí)，為了抵償電路電壓應(yīng)該把三種類型的逆變器一起運(yùn)行。圖3-5三相全橋逆變器三單相全橋選用三組單相全橋的逆變器，見(jiàn)圖3-6。依照控制方法，三相的相位相差120°，并且是獨(dú)立存在的。運(yùn)用它們進(jìn)行不同的電壓凹陷，需要保證是對(duì)稱運(yùn)行的。圖3-6單相全橋逆變器我國(guó)的中低壓電網(wǎng)大多采用三相四線結(jié)構(gòu)、三相不平衡電壓結(jié)構(gòu)和三相橋式結(jié)構(gòu)。三相電橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電壓不平衡容易補(bǔ)償。研究了三相動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了三相動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的研究。2.串聯(lián)變壓器可以從電路拓?fù)鋱D看出，串聯(lián)變壓器很大程度地影響電氣元件的補(bǔ)償性能。DVR能夠?yàn)V除逆變器中產(chǎn)生的電壓，且需要與電網(wǎng)相聯(lián)結(jié)。串聯(lián)類型的變壓器通常有幾個(gè)好處。比如：在變壓器中加入轉(zhuǎn)換的概率，是為了減少刀閘等儀器造成的壓降。它也可以用來(lái)進(jìn)行電氣隔離，在DVR的工作中采用該設(shè)備把網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離。采用該設(shè)備也有若干壞處:它的容量可能會(huì)變大，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的高頻率波形有可能影響該裝置的設(shè)計(jì)。它和L、C相互存在不好的影響，會(huì)影響控制的性能，進(jìn)而造成二次的相位躍變或電壓凹陷。（3）采用該變壓器會(huì)損耗更多經(jīng)濟(jì)并占用更大的面積。如果不采用串聯(lián)變壓器，濾波電容器會(huì)直接與線路耦合。該解決方法的優(yōu)點(diǎn)在于變壓器體積更小、結(jié)構(gòu)更好、成本更低，但因?yàn)闆](méi)有變壓器的壓力降低和絕緣，系統(tǒng)電壓直接應(yīng)用于逆變橋臂，為安全運(yùn)行提高逆變器的高壓保護(hù)等級(jí)，所以增加了安裝成本。3.輸出濾波器圖3-7顯示了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器設(shè)備中能把濾波器裝設(shè)的地點(diǎn)。倘若過(guò)濾器放在變頻（A處）旁邊，直列變壓器的設(shè)計(jì)容量會(huì)減少，特別是通過(guò)去除變頻開(kāi)關(guān)的諧波，會(huì)導(dǎo)致位相和振幅的減少，過(guò)濾器設(shè)計(jì)會(huì)變得困難。在線路側(cè)（B處）安裝過(guò)濾器后，可以將變壓器的漏電感用作過(guò)濾器來(lái)省略過(guò)濾器，缺點(diǎn)是該變壓器能夠抑制高頻率的電磁波形，但卻需要更大的容耐量才行，這樣導(dǎo)致不會(huì)出現(xiàn)很好地效果。在線路側(cè)（C處）裝置濾過(guò)器，它可以使用L去解決變壓器中的漏感數(shù)據(jù)，運(yùn)用操控系統(tǒng)，能通過(guò)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便地選擇出感性和容性電流去調(diào)節(jié)電流的流向。所以把它放置在A點(diǎn)。圖3-7濾波器放置位置示意圖4.直流儲(chǔ)能單元的選取想要獲得有功可選用以下幾種方法：（1）利用大電容儲(chǔ)能的方式如果DVR發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在短路，就可以把電力供給線路。它主要取決于C的容量大小。該解決方法的好處是簡(jiǎn)化了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性好、易于實(shí)現(xiàn)，壞處是它可能會(huì)影響該恢復(fù)器的抵償性能，且它只能發(fā)出一點(diǎn)電能。（2）選擇不能控制整流方法如果電網(wǎng)的直流電源側(cè)使用不受控制的整流器，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器可以連續(xù)獲得電能，以補(bǔ)償故障引起波動(dòng)。此解決方法的好處是補(bǔ)充了一個(gè)不受控制的整流器，可減少電容器的容量，而不會(huì)增加成本并提供穩(wěn)定的電力，壞處是直流側(cè)產(chǎn)生的頻率較低，為100Hz，電能只能單向從系統(tǒng)流向變頻器。（3）采用PWM整流的方式PWM整流器與無(wú)控整流橋相比，采用全控的電子功率器件。此解決方法的優(yōu)點(diǎn)在于，使用完全控制的裝置可確保電能從兩個(gè)方位流向，使C始終維持恒定不變的電壓，進(jìn)而消除電壓峰值的問(wèn)題，壞處是使電路變得更為繁瑣并且花費(fèi)更多的制作成本。（4）超導(dǎo)儲(chǔ)能(SMES)SMES是通過(guò)電磁能的方式把能量?jī)?chǔ)存在線圈中，它是非常有效率的設(shè)備。它有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如：沒(méi)有環(huán)境的污染，有很簡(jiǎn)單的控制方法，也比較易于控制。它在電力系統(tǒng)中的地位越來(lái)越重要。然而，人們還沒(méi)有深入地探究出超導(dǎo)材料的建設(shè)方法，也不太了解它具體的運(yùn)行性能，所以目前它的運(yùn)用還不是特別普遍。本文探討的DVR是為了解決電能質(zhì)量方面的問(wèn)題，尤其是電壓暫降。綜上所述，選擇一個(gè)簡(jiǎn)便、低成本、易于控制的整流器當(dāng)作直流電源。同時(shí)，如果變頻器連接采取一定的控制方法，即可大大去除無(wú)控制變流的危害。DVR主電路參數(shù)設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)電壓的補(bǔ)償性能也有很大影響。如果錯(cuò)誤地選擇了這些參數(shù)，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器將無(wú)法得到適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器成本增加。（1）DVR容量假設(shè)負(fù)載正常運(yùn)行時(shí)電流為L(zhǎng)I，需要抵償?shù)碾妷褐禐閁DVR，負(fù)載兩端電壓為UL，負(fù)載發(fā)出的功率為SL。ɑ代表電壓在一段時(shí)間內(nèi)變化的速率，那么設(shè)備容量S為：（3-1）關(guān)于怎樣選擇串聯(lián)側(cè)的容量，取決于兩個(gè)因素:電壓變化率和負(fù)載容量。如果電力系統(tǒng)的負(fù)載是已經(jīng)給出的，主要由電壓變化率去決定串聯(lián)側(cè)容量。（2）直流測(cè)電壓由于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器經(jīng)過(guò)逆變器形成必要的補(bǔ)償電壓，所以逆變器的直流側(cè)電壓會(huì)影響其補(bǔ)償特性和效果。在一般情況下，補(bǔ)償電壓的最大值都比逆變器交流側(cè)的相電壓大，即（3-2）二次側(cè)電壓Ucu大約是一次側(cè)電壓Usag的n倍，即（3-3）于是有：（3-4）交流側(cè)電壓UA的絕對(duì)值為（3-5）如果考慮DVR自身的動(dòng)作特性，通常用Ud=3nUsag.max計(jì)算。（3）串聯(lián)側(cè)濾波電路逆變器輸出給電網(wǎng)的頻率為50HZ的正弦波電壓，在經(jīng)過(guò)濾波器時(shí)，電能并不出現(xiàn)減少。但是其他頻率較高的諧波經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)造成比較嚴(yán)重的衰減。這就是如何設(shè)計(jì)濾波器的參數(shù)的方法。，為濾波器速率。L和C的選擇：（3-6）（4）主電路參數(shù)的設(shè)定用來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)的某一相線路上的電壓：UL=220V正弦波速率：f1=50Hz負(fù)荷的承載能力：SL=20kVA開(kāi)關(guān)頻率選取為f=20KHz電壓的暫時(shí)下降和暫時(shí)上升的最大變化范圍：0.1～1.8逆變器使用IGBT。電力系統(tǒng)負(fù)荷上某一相的電流IL=20000/(3×220)=30.30A等效為ZL=220/30.30A=7.26Ω抵償電壓最大值為220×0.9=198V逆變器產(chǎn)生的頻率為50HZ的正弦波電壓V1≥198V，即0.9Ud≥198V，可得Ud≥220V取Ud=240V。線路串聯(lián)側(cè)大約濾掉十幾次的波形，即f0=nf1=650Hz，為了避免電網(wǎng)中出現(xiàn)共振，需要留出一定的額度。則f0=575Hz，通過(guò)公式運(yùn)算得出：L=2.01mH，C=38.1uF動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的技術(shù)特點(diǎn)由于現(xiàn)代社會(huì)電子科技不斷迅猛發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越看中電能質(zhì)量相關(guān)問(wèn)題，因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢扇钡囊徊糠郑依锏碾姛舾切枰娔懿拍転槿祟悗?lái)明亮。從出現(xiàn)電能質(zhì)量的問(wèn)題，各國(guó)的人民就已經(jīng)開(kāi)始研究如何才能使用戶獲得的電能質(zhì)量較高，首先就需要了解最主要的電能質(zhì)量問(wèn)題之一，電壓的突然下降。近些年研究學(xué)者們研究出很多能夠緩解或抑制電壓凹陷的設(shè)備，其中最為有效的是動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。它補(bǔ)償電壓驟降造成的電壓差非常之迅速，能立刻將補(bǔ)償?shù)哪芰孔⑷氲诫娋W(wǎng)中，使電網(wǎng)中的電壓保持恒定。正確地使用這個(gè)裝置就可以減少電力系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的電壓驟升驟降等問(wèn)題，它還擁有較大的容量，基于這些優(yōu)點(diǎn)，DVR被普遍使用。電力電子研究方向的許多專家學(xué)者認(rèn)為：DVR主要是用于使線路的電壓保持恒定，它能夠有效抑制電壓跌落。比自耦變壓器的適用范圍更廣，即使在極其惡劣的環(huán)境下都不影響它的使用。為了更好地使用DVR，讓它在同等情況下發(fā)揮更大的用處，人們開(kāi)始研究它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，選擇制定出更多優(yōu)異的方案，把電力電子、數(shù)電等技術(shù)與它融合在一起，就可以把它普遍運(yùn)用于低壓配電網(wǎng)。它能夠在線路中電壓下跌比較嚴(yán)重的區(qū)域等效成為一個(gè)電壓源，并進(jìn)行功率之間的變換來(lái)抑制電壓暫降。如果網(wǎng)絡(luò)中的電壓沒(méi)有太大變化，它就如同開(kāi)啟了休眠模式，幾乎沒(méi)有功率損耗，對(duì)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)也沒(méi)有任何影響。一旦在系統(tǒng)中被它檢測(cè)到電壓跌落，它就會(huì)立即投入電路運(yùn)行，時(shí)刻調(diào)節(jié)電路電壓。DVR的原理如圖3-8。其原理大概這樣闡述：如果網(wǎng)絡(luò)中的電壓沒(méi)有太大變化，它就如同開(kāi)啟了休眠模式，幾乎沒(méi)有功率損耗，對(duì)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)也沒(méi)有任何影響。一旦在系統(tǒng)中被它檢測(cè)到電壓跌落，它就會(huì)立即投入電路運(yùn)行，它儲(chǔ)存能源的部分會(huì)發(fā)出一個(gè)恒定不變的電壓，還需要逆變器來(lái)調(diào)節(jié)電壓，把補(bǔ)償線路壓降的電壓U2疊加至系統(tǒng)回路電壓U1上，所以需要維持U=U1+U2一直保持恒定不變。圖3-8DVR基本原理圖與不間斷電源和統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器等傳統(tǒng)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器相比，DVR擁有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）DVR擁有頻繁切換工作模式的特性。在系統(tǒng)中電壓正常的情況下它不會(huì)工作，一旦被它檢測(cè)到電壓跌落，會(huì)立即串入系統(tǒng)工作。所以在電路正常狀態(tài)下它不耗能，工作效率很快。它能夠保證在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)就補(bǔ)償電壓凹陷的部分，使電網(wǎng)電壓迅速穩(wěn)定，重新恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。（2）因?yàn)樗梢岳米陨淼奶攸c(diǎn)進(jìn)行能源的轉(zhuǎn)變，還具有良好的儲(chǔ)能功能。能夠持續(xù)在電網(wǎng)中運(yùn)作并不會(huì)突然暫停。它的體積小，節(jié)省材料，易于安裝并且不受安裝地點(diǎn)的局限。（3）在它接入電網(wǎng)用來(lái)補(bǔ)償電壓降落的時(shí)候，一直串聯(lián)在網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測(cè)電壓和電流的變化。如果把它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改良重建，就能夠挖掘出更多優(yōu)異特性。比如，它能夠緩解網(wǎng)絡(luò)中諧波的出現(xiàn)、閃絡(luò)電壓等問(wèn)題。本章小結(jié)本章闡述了動(dòng)態(tài)電壓調(diào)壓器的構(gòu)造和工作方式、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的參數(shù)化設(shè)計(jì)以及DVR的技術(shù)特征，說(shuō)明DVR不光是緩解瞬時(shí)的電壓驟降的最有用處的方式，而且除了抵償電壓凹陷外，它還擁有多種性能。仿真分析MATLAB仿真技術(shù)概述人們現(xiàn)在的工作生活中，都需要計(jì)算機(jī)的幫助?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展更離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的仿真這一技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)在電力電子方面是十分有效的方法之一。利用計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)能夠方方面面測(cè)試電壓特性，不會(huì)對(duì)儀器造成危害，又可以減少經(jīng)濟(jì)上的損耗。MATLAB仿真系統(tǒng)，它是一個(gè)可視的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。SIMULINK是一個(gè)用來(lái)建立動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，也廣泛應(yīng)用在控制方面，它可以進(jìn)行建模和仿真工作。在使用SIMULINK工作和學(xué)習(xí)時(shí)，可以用它進(jìn)行模擬測(cè)試。用鼠標(biāo)輕輕一點(diǎn)，就可以在電腦上繪制出整個(gè)系統(tǒng)模型。它們具有很多優(yōu)良特性，可以把結(jié)構(gòu)分割成幾個(gè)模塊，又可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行編程，很大程度上使電路模型更為簡(jiǎn)略。MATLAB軟件主要存在下面幾個(gè)好處:（1）MATLAB軟件仿真是一個(gè)非常龐大的資源庫(kù)，可為您常用的各種料道元件提供數(shù)學(xué)模型，并可建立適用于各種程式設(shè)計(jì)類型的元件模型。（2）在運(yùn)用MATLAB仿真使用了SCOPE模塊可以清晰顯示出結(jié)果。還可以快速查看對(duì)系統(tǒng)中的參數(shù)所做的修改。模擬結(jié)果也可以儲(chǔ)存在工作區(qū)中以供后續(xù)處理。（3）模型分析工具包含線性分析工具和平衡點(diǎn)、許多MATLAB的工具和MATLAB應(yīng)用工具箱。用戶可以通過(guò)MATLAB或SIMULINK任意一個(gè)，建設(shè)或研究自己建設(shè)的仿真模型。DVR抑制電壓暫降的原理如果配電系統(tǒng)工作正常，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器在待機(jī)模式下工作，損耗相當(dāng)?shù)?。?dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)暫時(shí)的電壓降或電壓升時(shí)，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器設(shè)備會(huì)立即生成適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電壓和幅度(以毫秒為單位)，以避免電壓暫時(shí)下降至重要負(fù)載時(shí)的網(wǎng)絡(luò)電壓損失。我們通常通過(guò)兩個(gè)方向來(lái)研究如何運(yùn)用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的電壓補(bǔ)償。首先需要明確電壓最大程度可以補(bǔ)償?shù)哪芰?，尤其是?dāng)直流側(cè)電壓相同時(shí)，能獲得的最大電壓補(bǔ)償是多少。其次是需要明確如果電容和直流側(cè)電壓儲(chǔ)存的能量相同，最多可以向電網(wǎng)中補(bǔ)償多長(zhǎng)時(shí)間。目前，電壓暫降常用的補(bǔ)償法：缺陷電壓補(bǔ)償法、同相電壓補(bǔ)償法和最小有功注入補(bǔ)償法。缺陷電壓補(bǔ)償方法：需要保持電路故障前的電壓相位保持不變，如果進(jìn)行電壓的補(bǔ)償，就需要保持負(fù)載的電壓大小和相位同樣是恒定的。該算法是最簡(jiǎn)便的，從載荷的角度來(lái)看，補(bǔ)償方法是最有效的，因?yàn)檩d荷側(cè)相位的幅值和相位不變。與缺陷電壓補(bǔ)償法相比，他們的區(qū)別在于，它可以選擇電壓凹陷時(shí)的向量作為電壓的參考，為了保持系統(tǒng)負(fù)荷的電壓最大值不變向其注入電壓進(jìn)行抵償。但是相位和電壓暫降后的負(fù)載側(cè)電壓保持一致。最小的有功注入補(bǔ)償法：最終的目標(biāo)都是希望電網(wǎng)電壓恢復(fù)到電壓暫降之前的水準(zhǔn)，但并不要求補(bǔ)償前后電壓的相位必須恒定不變，希望DVR中消耗的有功是最少的。通過(guò)這種方法，可以使DVR的容量減少，來(lái)節(jié)省材料。當(dāng)一個(gè)躍點(diǎn)發(fā)生電壓暫降時(shí)，應(yīng)考慮載荷的性質(zhì)以補(bǔ)償該躍點(diǎn)。如果負(fù)荷對(duì)相位跳躍不敏感，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器可以將負(fù)荷電壓轉(zhuǎn)換為故障后的相位，即使用相位補(bǔ)償來(lái)補(bǔ)償相位跳躍后的電壓暫降。如果電網(wǎng)中的負(fù)荷對(duì)頻率的突然轉(zhuǎn)變十分敏感，DVR的任務(wù)是需要補(bǔ)償電壓暫降電壓，直到它完全恢復(fù)為電網(wǎng)電壓。在使用DVR進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，還要確保電網(wǎng)電壓中的波形必須是連續(xù)而不間斷的。DVR對(duì)電壓暫降抑制的仿真實(shí)現(xiàn)這個(gè)測(cè)試通過(guò)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器檢測(cè)模塊和控制模塊的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以檢查電壓下降時(shí)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償特性。如果電力系統(tǒng)中突然出現(xiàn)暫時(shí)性的電壓下降，起初檢測(cè)模塊立刻檢測(cè)到剛開(kāi)始發(fā)生暫降的那一時(shí)刻。它會(huì)把逆變器進(jìn)行啟動(dòng)，用來(lái)補(bǔ)償電網(wǎng)中下降的電壓。當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)中電壓下降結(jié)束時(shí)，他會(huì)命令補(bǔ)償電壓暫降的設(shè)備停止補(bǔ)償并退出網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。例如，考慮A相，圖4-1所示的仿真模型。圖4-1A相電壓補(bǔ)償仿真模型（1）電壓跌落20%的補(bǔ)償試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)：電壓有效值220伏，電壓突然凹陷0.02秒，全程持續(xù)0.04秒，電壓暫降了20%，負(fù)載等效電阻為7.26Ω。仿真的結(jié)果如圖4-2所示。圖4-2電壓跌落20%時(shí)A相波形（2）電壓跌落50%的補(bǔ)償試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)：電壓的有效值220伏，電壓突然凹陷0.02秒，全程持續(xù)0.04秒，電壓暫降了50%，負(fù)載等效電阻為7.26Ω。仿真結(jié)果如圖4-3所示。圖4-3電壓跌落50%時(shí)A相波形（3）電壓跌落70%的補(bǔ)償試驗(yàn)測(cè)試參數(shù):電壓有效值220伏，電壓凹陷0.02秒，全程持續(xù)0.04秒，電壓暫降了70%，負(fù)載等效電阻為7.26Ω。仿真結(jié)果如圖4-4所示。圖4-4電壓跌落70%時(shí)A相波形圖4-2、圖4-3和圖4-4顯示了不同程度的電壓暫降抑制波形。由上圖的一系列仿真波形可以得出，經(jīng)過(guò)DVR緩解電壓暫降后的波形與正常運(yùn)行情況下的A相電壓基本相同，抑制后電流接近正弦波。自上到下依次為A相電壓波形、抑制后電壓波形、抑制前電流波形和抑制后電流波形。從而說(shuō)明如果我們建立仿真模型時(shí)，運(yùn)用合理的計(jì)算和檢測(cè)方法來(lái)控制電壓暫降的波形，可以緩解電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種類型的電壓暫降問(wèn)題。本章小結(jié)本章采用小波變換檢測(cè)法和基于瞬時(shí)值的定時(shí)控制方法，并用MATLAB/SIMULINK軟件，建立單相電壓暫降的仿真模型。進(jìn)行了單相系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)補(bǔ)償試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示出DVR能夠迅速的抑制電網(wǎng)中暫降、不平衡以及諧波等電壓擾動(dòng)問(wèn)題，驗(yàn)證了所建立模型的正確性和所用方法的正確性。結(jié)論國(guó)內(nèi)外電力部門都開(kāi)始認(rèn)真研究電壓暫降及其對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷的危害，歐美許多國(guó)家多年來(lái)一直致力于監(jiān)測(cè)一些重要的動(dòng)態(tài)電壓?jiǎn)栴}，為監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償提供了最直接的依據(jù)；這方面的國(guó)內(nèi)研究剛剛開(kāi)始。隨著我國(guó)電力電子科技的不斷進(jìn)步，電壓凹陷問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p害了電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，造成了較大的經(jīng)濟(jì)虧損，這種情況還會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。電壓暫降控制是其中的主要環(huán)節(jié)之一，是實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量改善的前提和基礎(chǔ)。電壓降檢測(cè)需要比電壓、閃爍和諧波檢測(cè)方法更快的實(shí)時(shí)響應(yīng)，包括瞬態(tài)彎曲值、開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間、相位轉(zhuǎn)換角度，以及對(duì)檢測(cè)算法的更多需求和對(duì)當(dāng)前方法的許多改進(jìn)。因此，我們需要對(duì)有關(guān)電壓暫降問(wèn)題更多、更深入的探討。本文主要研究有關(guān)電壓凹陷問(wèn)題的基本概念，選取了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器來(lái)緩解電壓暫降問(wèn)題帶來(lái)的危害，并通過(guò)MATLAB仿真驗(yàn)證動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器對(duì)電壓暫降的抑制效果。主要工作如下：(1)首先介紹電壓暫時(shí)下降的基本定義，電壓暫時(shí)下降