变频调速器电压暂降耐受特性试验及量化方法研究Ⅰ:机理分析与试验方法

变频调速器(ASD)是电压暂降敏感负荷之一,其暂降耐受能力受到不同因素的影响。本文利用直流侧动态方程和异步电机动态方程,分析ASD电压暂降耐受特性受ASD自身(保护、控制方式)、负荷侧(负荷特性)以及源侧(暂降类型、电压暂降前/后电压幅值、暂降形状)因素的影响机理;在机理分析和现有标准测试项目与试验方案的基础上,提出一种基于源侧暂降特征、设备敏感机理和负荷特性的分区段全参数ASD电压暂降耐受特性试验方法,并针对ASD耐受特性曲线最左侧与时间轴垂直、水平部分向左下倾斜的特点,提出一种能够在一定程度上提高试验效率的测试点选择方法——改进封闭法。为量化变频器的电压暂降耐受能力提供基础,同时为标准制定、厂家设备制造和用户电能质量治理提供参考。     

变频器对不同类型电压暂降的耐受特性研究

常见电压暂降类型包括三相暂降、两相暂降和单相暂降,不同类型的暂降对变频器的影响程度有较大的不同,需要研究能够代表变频器在不同类型暂降下的耐受特性的统一规范。文中通过机理分析、仿真和试验研究,给出了变频器在不同暂降类型下具有一定代表性的通用耐受曲线包络线。分析了变频器受不同类型暂降的影响机理,并在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型进行验证;搭建了试验平台,选取国内市场具有代表性的7种品牌、2种功率(7.5 k W和18.5 k W)的8台变频器进行测试,与理论分析和仿真研究进行相互验证,其结论基本一致。通过对试验结果的处理,得到了变频器在额定转矩转速时不同暂降类型下的通用耐受曲线包络线,具有实际应用价值,可为变频器耐受曲线标准的制定提供重要参考。     

低压变频器对电网电压暂降耐受特性及兼容性研究

通过机理分析和试验研究,深入分析变频器受电压暂降影响的现象和机理。选取国内市场有代表性的七种品牌的中小功率(7.5kW和18.5kW)低压变频器,测试多种因素对变频器暂降耐受特性的影响,并通过对13 000余组试验数据的综合分析与处理提取低压变频器在最严重暂降类型(三相暂降)下的通用耐受曲线。提出一种考虑不确定区域兼容概率的兼容性分析方法,以试验数据和实测电网电压暂降事件作为样本数据,利用对数变换改进的最大熵法建立变频器不确定区域的故障概率模型以及电网暂降幅值和持续时间的概率分布模型,计算不确定区域中的兼容概率和总兼容次数,并与其他概率拟合方法和传统兼容性分析方法进行比较,验证了本文方法的有效性和精确性。     

电压暂降敏感设备耐受能力自动测试方法

电压暂降敏感设备的电压暂降耐受能力是制定电压暂降治理方案、确定设备购置型号等的重要信息。通常通过设备电压耐受能力测试实验,获得敏感设备的电压耐受曲线（VTC）。传统测试方法存在自动化程度低、工作强度大、测试效率低等问题,文中提出一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试方法,集成处理电压暂降发生器和受测设备的电压、电流和开关数据等,提出开关类和非开关类受测设备的电压暂降后果判据及越限阈值,实现源、荷数据同步和VTC绘制的自动化。其次,提出一种改进二分法测试方法,可应用于矩形类和非矩形类VTC的敏感设备。最后,通过搭建自动测试仿真系统及实际物理测试平台,对所提自动测试方法及改进二分测试法进行验证。仿真结果表明：自动测试方法能够实现多维电压暂降特征下敏感设备电压暂降耐受能力自动测试。仿真与实测结果证明了所提改进二分法测试方法具有较高准确率和测试效率。     

低压脱扣器电压暂降敏感性试验研究

采用试验方法对低压脱扣器进行研究,得出其在电压暂降幅值、持续时间、相位组合作用下的动作区域、不动作区域、模糊区域。在深入研究国标GB/T 17626.11—2008的基础上,详细分析国内外相关研究资料,构建了低压脱扣器电压暂降敏感性试验方案。基于试验方案,对目前市场上主流的12种型号低压脱扣器进行试验,使其承受不同电压暂降幅值、持续时间及相位,观察并记录下低压脱扣器动作情况。在同一电压幅值-持续时间平面上绘制低压脱扣器在不同相位下电压耐受曲线形成了电压耐受曲线簇并进行包络。通过综合归并各型号低压脱扣器的电压耐受曲线簇包络线,形成低压脱扣器电压暂降下的三区动作特性(明确了动作区域、不动作区域及模糊区域)。     

基于电压持续曲线的多次电压暂降严重程度评估方法

为了衡量电压暂降对用电设备的影响和指导电压暂降补偿方案的设计,须评估电压暂降对负荷影响的严重程度。分析了多次电压暂降在时间尺度上的集聚效应,针对用电设备修复时间内的多次非规则电压暂降,将其电压时序曲线转换为电压持续曲线,定义了多次电压暂降的平均越限持续时间差和越限率;对比了多种常规严重度指标的优劣,将电压暂降经历的多个持续时间区间敏感度相叠加,构建更加精细的改进电压暂降严重度指标,与多次电压暂降的电压持续曲线结合,形成多次电压暂降严重度评估方法。某110 k V变电站和IEEE1159.2测试数据的仿真结果验证了所提方法的正确性。     

计及负载随机性的设备电压暂降停机概率评估

针对电压暂降下设备停机的不确定性,提出计及负载随机性的不同电压暂降下的设备停机概率评估方法。利用电压耐受曲线分析不同电压暂降下设备停机的不确定性,并对残余电压和持续时间表示的二维空间进行区域划分,获得不同区域内的设备停机不确定性特点;根据不同区域内影响设备停机的因素和设备负载率概率密度函数,建立设备停机的概率评估模型,给出概率评估方法的应用流程。以工业中常用的变频调速系统为评估对象,对所提方法进行了验证。该方法有效计及负载随机性和不同负载率下的电压暂降耐受能力,能更准确地反映电压暂降下设备停机的不确定性。     

电压暂降输入模态下的开关电源耐受特性分析

开关电源因集成度高、质量轻等优点被广泛应用于可编程逻辑控制器、家用电器等领域,成为主流的稳压电源产品。电压暂降会影响开关电源输出端电压,影响其供电设备的工作状态。文章采用测试与模态分析相结合的方法研究开关电源受电压暂降的影响特性。搭建了测试平台,并将测试所得数据绘制成电压耐受曲线;结合电压耐受曲线参照控制变量的思想,将幅值-持续时间平面划分为五种不同的输入模态;分析不同模态下开关电源输出端电压波形特性。揭示输入端电压暂降信号、开关电源输出端电压波形及开关电源工作特性之间的响应机理。     

电压暂降的经济损失评估

从经济性角度出发,分析监测点上电压暂降造成经济损失的主要因素,对电压暂降引起的经济损失进行评估。通过各敏感负荷的组成比率及其电压耐受能力的变化范围,求取综合性敏感负荷的电压耐受曲线。在此基础上,以暂降的剩余电压幅值和持续时间为变量定义了负荷的故障率矩阵、电压暂降频次矩阵和电压暂降经济损失矩阵。引入了质量损失函数评估各类电压暂降的经济损失值,从而建立了电压暂降的经济损失评估方法。通过分析可知,该方法具有方便、快捷、准确的特点,能够有效地评估电压暂降的经济损失水平。     

考虑供电系统运行方式的工业过程电压暂降耐受特性评估方法

针对复杂工业过程,以过程参数免疫时间(PIT)为电压暂降耐受力指标,提出一种考虑运行方式影响以及多设备备用情形的工业过程电压暂降耐受特性评估方法。首先,分析当前运行方式下节点的连通性,结合电压暂降发生点分析影响范围;其次,建立原始过程故障树并根据受扰设备的判断结果进行修正,得到受扰过程故障树;最后,利用单一设备的PIT计算全过程PIT以评估全过程的电压暂降耐受特性。对某实际薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)生产过程进行实例分析,证明该方法的正确性和可行性。     

考虑不同敏感设备耐受特性的用户侧电压暂降严重程度区间评估方法

电压暂降严重程度指标是定量评估节点暂降水平的基础.针对现有评估方法未考虑敏感设备耐受能力不确定性与差异性的问题,提出了一种改进的用户侧电压暂降严重程度区间评估方法.首先,阐述了现有评估方法无法反映不同敏感设备耐受能力不确定性的问题.为刻画耐受能力的不确定性,基于典型敏感设备的不确定区域,采用区间数理论对严重程度指标计算...     

考虑设备敏感特性的单次电压暂降事件分级评估方法

对于单次电压暂降事件,得到其评估值后,在没有比较基准的情况下,无法直观地知晓其严重程度。本文提出了考虑设备敏感特性的单次电压暂降事件分级评估方法。在暂降能量指标的基础上,根据典型的设备耐受曲线的严重性评估结果拟合设备免疫水平概率分布函数;计算单次事件引起设备的故障概率,基于层次分析法得到设备综合故障率;利用设备故障率构造修正函数来修正暂降能量指标,基于电网中490组历史暂降样本,通过对修正后的暂降能量指标进行概率统计分析,拟合其概率分布函数,计算其概率分位数,作为比较基准值;根据单次事件修正后的评估指标与基准值的大小关系建立电压暂降严重性评估等级。通过对电网中100组实测暂降样本进行分级评估,将暂降能量指标修正前后的结果进行对比,验证了本文方法能有效地克服暂降能量指标的过度评估,并且评估结果更加直观、合理。     

电压暂降特征值统计分析及暂降传播特性

进行电压暂降评估及其对敏感设备影响的分析,制定电压暂降有效缓解措施,均应建立在对电压暂降特征值充分了解的基础上,但目前有关描述电压暂降特征量典型取值范围及其分布特征方面的研究还较少。该文就暂降特征值统计分析、分类研究、传播计算及负荷侧暂降计算四个问题进行了研究,旨在为电网及敏感设备暂降评估与治理等研究奠定基础。首先基于我国多个地区电能质量监测系统记录的大量电压暂降事件及其实测波形的统计与分析,给出了电压暂降幅值、持续时间、暂降起始点、相位跳变四个特征量的分布特征、范围;然后在原有电压暂降分类基础上,将相位跳变考虑其中,提出了更一般化的电压暂降分类方法,并研究了变压器对不同类型暂降相位跳变的影响;最后为方便计算负荷及相关节点暂降,提出了变压器、线路叠加计算及多变压器、负荷联结方式等效计算方法,完善了电压暂降的传播特性研究。     

变频调速系统的电压暂降免疫度计算及关键参数设计

为掌握变频调速系统(ASD)的电压暂降免疫度与设备参数设置的关系,研究了ASD的电压暂降免疫度理论计算方法和参数设计方法。首先,建立了ASD电压暂降免疫度与直流欠压保护定值及直流侧电容值两个关键参数的数学表达式,从理论上计算出最严重情况下ASD的电压暂降免疫度;其次,根据数学表达式,给出了基于电压暂降免疫度要求的参数设计方法;然后,搭建了ASD电压暂降免疫度的物理测试平台和仿真模型;最后,对比了理论计算结果与实测结果和仿真结果,验证了所提ASD电压暂降免疫度理论计算方法和参数设计方法的正确性。所提方法能减少实际测试的工作量,提高参数设计效率,为解决电网与用户的兼容问题奠定理论基础。     

区域电网电压暂降分析及评估方法研究

首先介绍了电压暂降的概念以及造成电压暂降的原因,并提出了敏感设备曲线的概念。根据绵阳某区域现场实测数据,结合PLECS仿真分析造成该站点电压暂降的原因,进而选择合理的缓解措施对该变电站改善后的电压暂降事件进行了预估计。最后,讨论了电压暂降事件在敏感设备曲线上的分布情况,给用户选择敏感设备提出了建议。     

低压脱扣器电子电路电压暂降敏感特性试验研究

在对低压脱扣器电磁结构的工作状态进行简要分析的基础上,制定试验方案,建立基于自主研制的电压暂降发生仪的试验平台。以220 V低压脱扣器为对象,进行了电子电路电压暂降敏感特性试验,获取低压脱扣器电子电路在输入不同暂降信号时的输出电压波形。结合低压脱扣器的电压耐受曲线,将电子电路的工作状态划分为幅值较小、幅值较大、持续时间较短、持续时间较长、中间的幅值和持续时间、正常工作6种模态。分析了每种模态下电子电路的输入和输出电压实测波形及其对低压脱扣器动作情况的影响,结果表明:电子电路的输出电压波形与输入电压暂降信号的幅值和持续时间呈现规律的关联关系,输出电压波形具有明显的分阶段特征,决定了低压脱扣器的动作特性。     

基于Larsen推理的电压暂降下工业过程负荷损失率评估方法

明确电压暂降对工业过程的影响程度,是进行暂降损失估计、提供治理方案的前提。考虑了工业过程设备级/过程级的电压暂降耐受能力,提出了一种负荷损失率的评估方法,以量化电压暂降对工业过程造成的危害。首先,为解决过程参数难以获取、精度低的问题,建立了基于物理结构的过程参数等值响应模型。将过程级的非电量过程参数值等效为电压值,以输入电压暂降特征量刻画设备和工业过程的耐受特性。然后,提出了基于Larsen推理的负荷损失率评估方法,以暂降特征量为推理前件、以负荷损失率为推理后件,构建了前件、后件的隶属度函数。实现了基于监测数据的过程负荷损失率的推理评估,减小评估结果对精确信息的依赖性。最后,应用该方法评估海南省某石化企业的电压暂降下负荷损失率,结果表明所提出方法正确且有效。     

基于过程性能指数的电压暂降严重程度评估新方法

将电压暂降事件与敏感设备的电压耐受特性曲线相结合,综合考虑幅值、持续时间和暂降频次三要素的作用,提出利用过程性能指数评估电压暂降对敏感设备的影响程度.首先根据幅值和持续时间计算单一事件相对于电压耐受特性曲线的严重程度指数,然后结合暂降频次计算电压暂降严重程度指数的均值和标准差,最后根据均值和标准差计算电压暂降过程性能指数、年电压暂降过程性能指数,作为评估电压暂降对敏感设备影响程度的指标.通过仿真,验证了该方法的实用性和正确性.     

低压脱扣器电压暂降试验分析及配置策略研究

当前配网中低压脱扣器因电压暂降事件动作跳闸,会导致用户负荷损失严重,针对此问题,国内外均尚未针对低压脱扣器提出行之有效的配置策略。本文首先分析了低压脱扣器工作原理,归纳并分析了影响低压脱扣器正常工作的诸多因素(电压波动、过电压、谐波、欠频等)。其次,在深入分析现行国家标准基础上,设计了电压暂降试验平台和试验步骤,以目前主流DW45系列万能式断路器所配置GXQ-M型低压脱扣器为例,进行了试验研究,分析其在电压暂降作用下的动作区域、不动作区域和模糊区域。最后,结合试验结果,分别从制造商、用户以及供电部门等方面提出了低压脱扣器应对电压暂降的要求与配置策略,并建议国家标准进行修改。