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电压暂降传播特性及典型设备耐受试验研究
发布时间:2018-06-17 07:35     来自:网上资料     浏览次数:275 次
(一) 电压暂降的起因
1.短路故障引起的电压暂降
暂降原因
短路故障电流可使电源阻抗分压增加从而引起PCC点电压下降
短路故障引起的暂降特点
(1)电压暂降发生和恢复波形陡,基波电压的幅值变化过程呈矩形;
(2)不同的故障类型引发的电压暂降有不同特征;
(3)电压暂降较深,持续时间与故障切除时间有关。

2.感应电机启动引起的电压暂降
暂降原因
感应电机启动时,初始转子转速为0,定子上产生很大的启动电流,启动电流大小取决于电动机的类型和启动方式,一般是正常工作电流的2~8倍,系统阻抗分压增加,从而引发PCC电压暂降
电机启动引起的暂降特点
(1)三相电压同时开始发生暂降,三相电压暂降幅值相同;
(2)电压暂降开始时幅值突降,随后缓慢恢复至正常值;
(3)电压暂降程度较小,持续时间一般为数秒至数十秒。

3、变压器激磁涌流引起的电压暂降
暂降原因
在变压器投运时,由于铁心的饱和特性,会在一次测产生最大 8~10 倍额定电流的激磁涌流。变压器的激磁涌流注人系统后,使得系统阻抗上的压降增大,从而导致PCC点电压降低。
变压器励磁涌流引起的暂降特点
特征:
(1)三相电压暂降幅值不相等;
(2)伴随着电压暂降,电压信号中含有较大的谐波分量。

(二) 电压暂降传播特性
1.电压暂降在Ⅰ型变压器中的传播
Ⅰ型变压器:变压器两侧都为星形接线且中性点接地
常见接线型号:Y0/Y0-12
相电压和线电压传递矩阵相同:
结论:当电压暂降通过Ⅰ型变压器时,暂降特征量不发生变化。

2、电压暂降在Ⅱ型变压器中的传播
Ⅱ型变压器:两侧都为星形接线方式,且至少有一侧中性点不接地。
常见接线型号:Y0/Y-12,Y/Y0-12,Y/Y-12
1)发生相间短路故障时,一次侧、二次侧电压暂降特征量相同;
2)单相和两相接地故障通过Ⅱ型变压器时,不会引起二次侧电压中断。

3.电压暂降在Ⅲ型变压器中的传播
Ⅲ型变压器:一侧为星形接线,另一侧为角形接线
常见接线型号:Y0/Δ-11,Y/Δ-11

结论
电压暂降经Ⅲ型变压器传播后,二次侧有两相电压暂降幅值都不低于0.58p.u.;对于单相接地故障,另一相电压为1p.u.;而对于两相接地故障和相间短路故障,另一相电压为0。

(三) 电压暂降原因识别
1、电压暂降原因识别——典型波形库
传播变化
电压暂降经I类变压器后波形不变;A~C型电压暂降经II、III类变压器传播后波形特征几乎不变;D~F型电压暂降经II、III类变压器传播后波形有变化,出现的新波形分别定义为G、H、I型如右图。
由以上内容可知,暂降传播规律如右表所示;共有九种暂降波形,形成波形库用以识别。

2、电压暂降原因识别——DTW匹配
时间序列的相似度一般采用距离函数作为度量方法,动态时间弯曲距离(DTW)可以用来对等长或不等长的时间序列进行比较,并且能够对序列中的局部位移进行有效的处理。
约束条件:
1)有界性:max(p,q)≤K≤p+q-1。
2)边界性:w₁=a₁₁和wK=apq,分别用来表示W的起点和终点。
3)连续性:对于wk=aij,其相邻元素wk-1=ai’j’满足i-i’ ≤1,j-j’ ≤1。
4)单调性:i-i’ ≥0,j-j’ ≥0。

3、电压暂降原因识别——算例
改变电动机、变压器元件的负荷参数、启动时刻;改变短路故障类型、接地电阻、短路相别,仿真得到1050组电压暂降数据。
结论
1、由上表可知,DTW距离能够反映待匹配波形与波形库波形的相似程度,可判定实测电压暂降的具体原因。
2、对于D~I型电压暂降可确定短路相别。所有辨识准确率均高于90%。

(四) 电压暂降凹陷域计算
1、电压暂降凹陷域计算
凹陷域计算:系统发生故障引起电压暂降时,关心的敏感负荷不能正常工作的故障点所在区域;
通常运用故障点法来计算暂降凹陷域,故障点法是通过计算所选故障的特征量来确定凹陷域的算法:
(1)分析系统中各处可能发生的故障,把这些故障发生对于敏感负荷处产生的暂降影响作为依据,将系统划分为若干部分,每个部分由一个故障点所代表;
(2)对每种故障进行仿真或者短路计算,得到关心节点电压暂降幅值、持续时间、相位跳变等特征量的数据信息;
(3)根据这些数据确定对敏感负荷有不良影响的故障所在区域,即凹陷域。

短路计算
通常使用节点阻抗矩阵ZI=V或节点导纳矩阵YV=I计算短路电压

2、电压暂降凹陷域计算
电压暂降幅值与故障点的位置关系曲线呈现高阶曲线的特点:
Um=a+bλ+cλ2+cλ3+…,
比例系数λ=故障点距线路首端距离 / 线路总长度
因此可设置特定故障点对关系曲线进行拟合

算例
IEEE39节点系统为例进行测试,设置节点24为敏感设备接入点,计算不同故障类型下的电压暂降凹陷域。
节点24在不同故障类型下的暂降凹陷域

3、电压暂降凹陷域影响因素
(1)系统短路容量
系统短路容量越大,系统的等效阻抗就越小,即从PCC点处向系统看进去的等值阻抗越小。则在发生短路故障时,短路容量大的系统就能一定程度的支持PCC点电压。所以,对同一负荷,容量大的系统比容量小的系统凹陷域范围小。

(2)系统运行方式
系统在不同的运行方式下,阻抗分布不同。在最大运行方式时等效阻抗小,而最小运行方式时等效阻抗大,因此在最大运行方式下,电压暂降凹陷域范围较小。

(3)故障点位于变压器前后
变压器的电抗较大,若故障点位于变压器之后,则短路电流小,从而线路上的压降较小,凹陷域范围较小。而故障位于变压器前时,则与之相反。

(4)机组启停
系统中机组的投运或停机,相当于在原来系统中增加或减少节点,势必造成系统节点阻抗矩阵的变化,从而引起凹陷域发生变化。

(五)典型设备对电压
1、交流接触器耐受能力试验
试验方案
关注暂降深度、持续时间和起始相角;
电压暂降起始点相位,步长45°;
电压暂降幅值,步长2.5%Ue;
电压暂降时间,步长1ms;
每组重复试验5次,记录交流接触器的动作次数。
试验结论
1、电压暂降起始点对交流接触器的影响周期为180°,即电压上下半个周期的耐受曲线相同。
2、0°电压暂降起始角,在临界电压幅值以下, 随着幅值的降低,接触器能承受的暂降时间越来越长; 90°电压暂降起始角,随着幅值的降低,耐受时间变短,但改变程度很小。45°的电压暂降介于两者之间。
3、不同品牌接触器耐受曲线在暂降幅值上差异较大,临界电压幅值从40%到70%不等;同品牌不同类型接触器耐受曲线差异小,仅在持续时间上存在数十毫秒的差异。

2、变频器耐受性试验
试验方案
电压暂降起始角,步长45°;
电压暂降幅值,步长2.5%Ue;
电压暂降时间,步长1ms;
设置变频器不同负载功率(300W、600W、750W、900W、1200W、1500W);
设置不同输出频率(20Hz、30Hz、40Hz、55Hz,60Hz);
设置不同谐波次数(10%的3/5/7次谐波);
不对称电压暂降下的耐受性;
每组重复试验5次。
试验结论
▶ 不同变频器对暂降的耐受性不同,但其形状均呈“直角状” ;
▶ 变频器对电压暂降的耐受性受负载功率影响较大,但负载功率只影响其耐受临界时间,对其临界幅值基本没有影响;
▶ 变频器典型耐受时间与负载功率大致呈反比例函数关系。

变频器耐受性试验结果分析
—不同起始角、输出频率
试验结论
电压暂降起始角的改变对变频器的耐受性几乎没有影响,可以忽略不计

试验结论
在恒定输出功率下,变频器电压暂降耐受性基本不受输出频率的影响,只在很小的范围内呈现可能由误差引起的无规律的变动。

变频器耐受性试验结果分析
—不对称故障、不同谐波
φ为两相接地故障下,故障相电压偏离原相角的角度,设置不同偏离角进行试验,绘制对应的电压暂降耐受曲线。
试验结论
1、相角偏离的不对称故障下,耐受曲线不再呈“直角状”;
2、相角的偏离,会在一定程度上增大变频器对电压暂降的耐受时间。

不同谐波下的变频器电压暂降耐受曲线
试验结论
谐波对耐受性存在一定的影响,其中,3次谐波对其耐受性影响较小,5次和7次影响较大;谐波的相角同样会对耐受性产生影响。

3、低压脱扣器耐受性试验
试验方案
电压暂降起始点相位,步长45°;
电压暂降幅值,步长2.5%Ue;
电压暂降时间,步长1ms;
每组重复试验5次,记录低压脱扣器的动作次数。
试验结论
➡ 不同低压脱扣器耐受性差异较大;
➡ 当电压暂降幅值在60%以上时,低压脱扣器一般不动作;
➡ 低压脱扣器存在较大模糊区域,时间上从十数毫秒到三四百毫秒不等;

4、分布式光伏逆变器
电压暂降耐受性试验
并网逆变器电压暂降耐受试
不同暂降起始角下
单相并网逆变器电压暂降耐受曲线
光伏发电并网逆变器技术规范 (NB/T32004-2013)
➡ 单相光伏并网逆变器动作的模糊区域较小。
➡ 被测光伏逆变器不具备低穿能力。
➡ 试验得到的时间为动作时间,在低穿能力改造时需要考虑该时间。

三相光伏逆变器电压暂降耐受性试验
不同暂降起始角下
三相并网逆变器电压暂降耐受曲线
⬇包络分析

被测三相逆变器电压耐受曲线包络线
➡ 三相光伏并网逆变器动作的模糊区域较小。
➡ 被测光伏逆变器不具备低穿能力。
➡ 试验得到的时间为动作时间,在低穿能力改造时需要考虑该时间。

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