電力質(zhì)量與電壓暫降問題

本文論述了公用電網(wǎng)的電力質(zhì)量（PQ）概念以及相應(yīng)的PQ問題；分析了電力系統(tǒng)中的電磁兼容性問題與PQ問題之間的聯(lián)系與差異。論述了電壓暫降問題的重要性；指出SEMI F47 標(biāo)準(zhǔn)不但加大了電壓暫降的嚴(yán)酷度，而且還強(qiáng)化了對(duì)電壓暫降的處理要求；對(duì)今后解決PQ問題提供了方向。認(rèn)為電力串聯(lián)有源補(bǔ)償器與Dip-proofing inverter是有效且成本合適的解決電壓暫降與大多數(shù)PQ問題的專用設(shè)備。
敘詞：電力質(zhì)量（PQ），電壓暫降，SEMI F47
1 引言
所有使用市電供電的用戶都期望一直能有頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、供電可靠性高的電源；實(shí)際上這種期望是難以實(shí)現(xiàn)的。但是，電力產(chǎn)品與其它產(chǎn)品不同，供給用戶的電力要通過發(fā)、輸、變、配這些環(huán)節(jié)。由于發(fā)、輸、變、配和用電設(shè)備是連接在同一個(gè)電力系統(tǒng)上，而且這些電力流通環(huán)節(jié)是同時(shí)進(jìn)行并同時(shí)完成的；因此，發(fā)生在低壓市電網(wǎng)上的許多電能質(zhì)量下降問題超越了市電的控制范圍。也就是說，電能質(zhì)量不但取決于發(fā)、輸、變和配這些環(huán)節(jié)，而且還取決于公共用電環(huán)節(jié)；隨著對(duì)供電質(zhì)量要求較高的信息技術(shù)類設(shè)備日益增大的應(yīng)用，以及作為最大諧波電流源的非線性電力電子裝置的大量使用；為了防止電力故障造成政治、經(jīng)濟(jì)、人員生命與財(cái)產(chǎn)損失；現(xiàn)代社會(huì)必然對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性與電能質(zhì)量提出高要求。改善電力質(zhì)量已經(jīng)成為發(fā)展配電和低壓系統(tǒng)中最重要的課題之一。它不但是電力系統(tǒng)的電磁兼容性問題；而且也是當(dāng)代電力電子學(xué)科中一個(gè)重要的研究方向。
?發(fā)生在市電網(wǎng)電力質(zhì)量達(dá)不到使用要求的所有事件中，以電壓短時(shí)的突然降低，即電壓暫降（IEEE 標(biāo)準(zhǔn)中稱為sag，IEC標(biāo)準(zhǔn)中稱為dip）出現(xiàn)頻次最多、危害也最大；可以稱作電力災(zāi)害。國(guó)際上對(duì)此電力災(zāi)害極為重視。本文結(jié)合筆者對(duì)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)心得體會(huì)，論述電壓暫降現(xiàn)象、危害性以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與防止措施。
2 電力質(zhì)量問題
質(zhì)量（quality）術(shù)語的定義很多；在日常使用中對(duì)不同的人具有不同的含意。在ISO質(zhì)量管理系列標(biāo)準(zhǔn)中，質(zhì)量被定義為“反映實(shí)體滿足明確和隱含需要的能力的特性總和”。對(duì)于電力質(zhì)量（power quality，PQ）這個(gè)概念，在最新的IEEE Std 1100-2005，IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment（IEEE推薦的操作規(guī)程 敏感電子設(shè)備的電源與接地）標(biāo)準(zhǔn)中定義為“The concept of powering and grounding electronic equipment in a manner that is suitable to the operation of that equipment and compatible with the premise wiring system and other connected equipment.”[1]。即：PQ是適合電子設(shè)備正常工作并與所在地的接線系統(tǒng)及其它連接設(shè)備兼容的電源與地線的概念。這個(gè)定義與較早發(fā)布的用于PQ的IEEE Std 1159-1995, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality（IEEE推薦的操作規(guī)程 電力質(zhì)量的監(jiān)控）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PQ的定義“The concept of powering and grounding sensitive equipment in a manner that is suitable to the operation of that equipment.”相比，有兩處不同[2]。其一，前者是指電子設(shè)備，后者是指敏感設(shè)備；反映了電子設(shè)備等同敏感設(shè)備的意思。其二，后者比前者多了“并與所在地的接線系統(tǒng)及其它連接設(shè)備兼容”一段話；這是新增的重要概念，明確地將電源、線路間作用、地線都視為電磁兼容性的一部分，彌補(bǔ)了后者對(duì)PQ定義的不完整。
IEEE Std 1159-1995進(jìn)一步具體地指出：PQ問題是指在給定時(shí)間和地區(qū)，公用電力系統(tǒng)發(fā)生的以電壓、電流大變動(dòng)為特征的電磁現(xiàn)象。有時(shí)也用電流質(zhì)量術(shù)語作為PQ問題的補(bǔ)充。實(shí)際上電壓與電流緊密相關(guān)；完整地說，PQ問題就是電壓質(zhì)量與電流質(zhì)量的結(jié)合。因此，PQ問題既有技術(shù)特征的供電電源電壓質(zhì)量方面內(nèi)容，也有與消費(fèi)方之間相關(guān)的電力服務(wù)方面內(nèi)容；它還包含了用戶線路上的電流質(zhì)量、用戶依帳單所付電力費(fèi)用與實(shí)際消耗電力之間的準(zhǔn)確度等內(nèi)容。基于電力產(chǎn)品的系統(tǒng)性與公用性，公用低壓市電網(wǎng)的電能質(zhì)量要求除了供電方有義務(wù)滿足外，用電方也應(yīng)有責(zé)任加以改善。因此，有兩大系列標(biāo)準(zhǔn)制約與管理著PQ問題。其一，是應(yīng)用于電氣電子產(chǎn)品的電磁兼容性系列標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于低頻傳導(dǎo)發(fā)射與抗擾度標(biāo)準(zhǔn)；其二是電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)。
在國(guó)際上，與供電方相關(guān)的PQ問題的主要標(biāo)準(zhǔn)文件是歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 50160：1999，Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems（公用配電系統(tǒng)的電源特性）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了公用中、低壓配電系統(tǒng)以電壓參數(shù)為特征的電能；其中對(duì)最重要的電壓參數(shù)的基本定義是：供電電壓是以一個(gè)給定時(shí)間間隔中的一個(gè)給定瞬時(shí)，在公共連接點(diǎn)（point of common coupling，PCC）測(cè)量的電壓有效值；電力系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的、能標(biāo)識(shí)出其確定的工作特性的電壓。在EN 50160標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電壓參數(shù)的規(guī)定還有電壓變化、閃變強(qiáng)度、供電電壓暫降、供電中斷、過壓、諧波電壓、內(nèi)諧波電壓、三相電壓不對(duì)稱等特性。因此，只要電壓、電流或頻率中的任何一個(gè)量的偏差引起用戶設(shè)備的誤動(dòng)作或故障，就認(rèn)為存在有PQ問題。