新時(shí)期電壓暫降及短時(shí)中斷治理技術(shù)研究

摘要：隨著新能源大規(guī)模接入、電網(wǎng)負(fù)荷復(fù)雜化和分布式發(fā)電比例的持續(xù)提升，電能質(zhì)量治理面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)，電壓暫降和短時(shí)中斷問(wèn)題對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行提出更高要求。[A1]"分析電壓暫降和短時(shí)中斷的產(chǎn)生機(jī)制，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（Dynamic Voltage Restorer，DVR）、靜止無(wú)功補(bǔ)償器（Static Var Compensator，SVC）、儲(chǔ)能系統(tǒng)等治理技術(shù)及其應(yīng)用措施，有助于全面提升電壓暫降和短時(shí)中斷治理技術(shù)的實(shí)際效果。

關(guān)鍵詞：新時(shí)期 電壓暫降 電壓短時(shí)中斷 [A2]"治理技術(shù)

Research on Voltage Sag and Short-Term Interruption Governance Technology in the New Era

LI Guodong

State Grid Xuyi County Power Supply Company， Huaian， Jiangsu Province， 211700 China

Abstract： With the large-scale integration of new energy， the complexity of power grid loads， and the continuous increase in the proportion of distributed generation， the governance of power quality is facing new technological challenges， and the problems of voltage sag and short-term interruption pose higher requirements for the operation of the power grid. By analyzing the mechanisms of voltage sag and short-term interruption， and based on this， focusing on the treatment technologies and application measures of Dynamic Voltage Restorer （DVR）， Static Var Compensator （SVC）， energy storage system， etc.， it is helpful to comprehensively improve the practical effectiveness of voltage sag and short-term interruption governance technologies.

Key Words： New era; Voltage sag; Voltage short-term interruption; Governance technology[A3]

電壓暫降和短時(shí)中斷均是電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題，其中，電壓暫降通常指電壓在短時(shí)間內(nèi)（通常為幾百毫秒至幾秒鐘）下降至規(guī)定值以下的現(xiàn)象，短時(shí)中斷是指電力供應(yīng)在幾毫秒到幾分鐘內(nèi)的完全中斷^[1]。當(dāng)上述兩種情況發(fā)生后，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與終端用戶的設(shè)備運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，導(dǎo)致電力設(shè)備的保護(hù)性停運(yùn)、生產(chǎn)線停滯、數(shù)據(jù)丟失等不良后果，進(jìn)一步加劇經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患^[2]。隨著工業(yè)化進(jìn)程加速和信息化技術(shù)廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)面臨越來(lái)越復(fù)雜的負(fù)載結(jié)構(gòu)，大規(guī)模可再生能源接入和高效能設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的高要求使電壓暫降和短時(shí)中斷問(wèn)題更加突出。因此，與其相關(guān)的治理技術(shù)的發(fā)展已成為確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提升電能質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1新時(shí)期電壓暫降和短時(shí)中斷原因分析

1.1 電壓暫降的原因分析

目前，造成電壓暫降的原因多與負(fù)荷波動(dòng)、故障發(fā)生、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)。啟動(dòng)或停運(yùn)電動(dòng)機(jī)、冶金爐、沖擊負(fù)荷設(shè)備等大功率設(shè)備時(shí)，電力需求的劇烈變化會(huì)引起電網(wǎng)電壓短暫下降。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)大功率設(shè)備（功率超過(guò)500 kW的電動(dòng)機(jī)）啟停時(shí)，電壓下降幅度可達(dá)到10%～[A4]"20%，并可能持續(xù)1～2 s[A5]"^[3]。此外，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線路上的電壓可能會(huì)瞬時(shí)下降50%左右，并且在一定時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)。

除上述原因外，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式也是電壓暫降的重要原因。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)通常由主干網(wǎng)和支線網(wǎng)組成，當(dāng)支線網(wǎng)負(fù)荷過(guò)重或存在供電半徑過(guò)長(zhǎng)的情況時(shí)，電流損失和電壓衰減將加劇電壓暫降發(fā)生。

1.2短時(shí)中斷原因分析

與電壓暫降低相比，短時(shí)中斷是一種更為嚴(yán)重的電能質(zhì)量問(wèn)題。短路故障（如三相短路或單相接地短路）會(huì)引發(fā)系統(tǒng)瞬間失穩(wěn)，進(jìn)而導(dǎo)致供電中斷^[4]。此外，在檢測(cè)到電網(wǎng)故障后，電力設(shè)備的保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)電路，以防止故障擴(kuò)展，這一過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生短時(shí)中斷現(xiàn)象。約70%的短時(shí)中斷事件源自電網(wǎng)發(fā)生短路故障^[5]。在開(kāi)關(guān)設(shè)備操作方面，變電站和配電網(wǎng)中的電氣設(shè)備（如斷路器等設(shè)備）故障也可能引發(fā)短時(shí)中斷。

2新時(shí)期電壓暫降和短時(shí)中斷治理技術(shù)

2.1零損耗深度限流技術(shù)

零損耗深度限流技術(shù)是一種基于超導(dǎo)限流器的電能質(zhì)量控制方法，主要用于防范短路故障引發(fā)的短時(shí)中斷問(wèn)題。該技術(shù)利用高溫超導(dǎo)材料的臨界電流特性，在短路電流超過(guò)閾值時(shí)，超導(dǎo)體瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，從而限制電流幅值并減少故障電流的沖擊，保護(hù)電網(wǎng)設(shè)備和用戶負(fù)荷。零損耗深度限流器通常由高溫超導(dǎo)線圈、冷卻系統(tǒng)和限流控制器組成，在正常運(yùn)行狀態(tài)下幾乎不消耗能量，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。在短路故障發(fā)生后，超導(dǎo)限流器能夠在2～5 ms[A6]"內(nèi)將電流限制至額定值的50%左右，并在故障解除后自動(dòng)恢復(fù)至低阻態(tài)^[6]。這種技術(shù)在減少故障沖擊、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，尤其適用于高壓輸電線路和大型工業(yè)負(fù)荷場(chǎng)景。

2.2動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器技術(shù)

動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（Dynamic Voltage Restorer，DVR[A7]"）技術(shù)是一種串聯(lián)型電能質(zhì)量治理設(shè)備，能夠有效解決因短路故障、負(fù)荷波動(dòng)等引起的電壓暫降問(wèn)題^[7]。其主要工作原理是在檢測(cè)到電網(wǎng)電壓下降后，利用儲(chǔ)能裝置和逆變器快速注入補(bǔ)償電壓，使供電電壓恢復(fù)至額定水平。具體而言，DVR技術(shù)的關(guān)鍵在于實(shí)時(shí)檢測(cè)算法、快速觸發(fā)機(jī)制和高效逆變器設(shè)計(jì)。其中，實(shí)時(shí)檢測(cè)算法能夠在數(shù)毫秒內(nèi)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的異常，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)判斷補(bǔ)償需求；逆變器則通過(guò)精確的脈寬調(diào)制控制生成補(bǔ)償電壓。

隨著新時(shí)期下的科技發(fā)展，DVR的響應(yīng)時(shí)間通可以控制在[A8]"5～20[A9]" ms范圍內(nèi)，進(jìn)而有效消除90%以上的電壓暫降影響，適用于高敏感負(fù)荷的工業(yè)領(lǐng)域，如半導(dǎo)體制造、數(shù)據(jù)中心和精密機(jī)械加工等。此外，DVR還可以與儲(chǔ)能系統(tǒng)或分布式電源結(jié)合，進(jìn)一步提升其對(duì)復(fù)雜負(fù)荷需求的適應(yīng)性，在新型電力系統(tǒng)中扮演重要角色。

2.3靜止無(wú)功補(bǔ)償器與靜止同步補(bǔ)償器技術(shù)

靜止無(wú)功補(bǔ)償器（Static Var Compensator，SVC）和靜止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）技術(shù)也是[A10]"目前[A11]"治理電壓波動(dòng)與暫降的重要技術(shù)手段。SVC技術(shù)主要是通過(guò)可控電抗器（Thyristor-Controlled Reactor，TCR）和可控電容器（Thyristor-Controlled Capacitor，TSC）的[A12]"協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。具體而言，當(dāng)系統(tǒng)電壓降低時(shí)，SVC會(huì)通過(guò)投切TSC增加無(wú)功功率輸出，支撐電壓水平；當(dāng)系統(tǒng)電壓升高時(shí)，SVC會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)TCR吸收無(wú)功功率，從而抑制電壓升高相關(guān)。相比之下，STATCOM是基于電壓源型逆變器技術(shù)，能夠更加精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)無(wú)功功率，且其補(bǔ)償能力不受電壓幅值限制，因此，其在低電壓或高負(fù)載情況下表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，適用于風(fēng)電、光伏等分布式能源接入比例較高的場(chǎng)景。

2.4儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)

儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種新興的電能質(zhì)量治理技術(shù)，在治理電壓暫降和短時(shí)中斷問(wèn)題中起到輔助作用。其核心原理是通過(guò)快速調(diào)節(jié)電能的釋放與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分包括儲(chǔ)能單元（如鋰離子電池、鈉硫電池或超級(jí)電容器）、電力變換器和控制系統(tǒng)。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)感知電壓下降幅度，并通過(guò)逆變器快速釋放儲(chǔ)存能量，將電網(wǎng)電壓恢復(fù)至額定水平。在短時(shí)中斷情況下，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以充當(dāng)備用電源，在斷電期間為負(fù)荷供電以維持關(guān)鍵設(shè)備連續(xù)運(yùn)行。其響應(yīng)時(shí)間通常在20～50[A13]" ms范圍內(nèi)，能夠有效彌補(bǔ)電網(wǎng)短期內(nèi)的能量缺口，避免因電壓異常而導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)或生產(chǎn)中斷。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以與智能調(diào)度平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，通過(guò)優(yōu)化充放電策略，實(shí)現(xiàn)電能在時(shí)間和空間上的動(dòng)態(tài)分配，進(jìn)一步提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性。當(dāng)前，儲(chǔ)能技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于微電網(wǎng)、分布式發(fā)電系統(tǒng)與高敏感負(fù)荷的供電場(chǎng)景，并能與動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、STATCOM等設(shè)備協(xié)同工作。

3新時(shí)期電壓暫降和短時(shí)中斷治理技術(shù)實(shí)施

3.1構(gòu)建電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

構(gòu)建覆蓋廣泛、響應(yīng)迅速的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是提升電壓暫降和短時(shí)中斷治理技術(shù)實(shí)施效果的重要基礎(chǔ)。具體來(lái)講，可以結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)手段，通過(guò)全面布置智能電能表、高精度電壓傳感器和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集和分析。其中，重點(diǎn)需要關(guān)注電壓波動(dòng)、短時(shí)中斷頻率、持續(xù)時(shí)間、故障恢復(fù)特性等關(guān)鍵指標(biāo)，確保對(duì)電網(wǎng)中電壓異常情況的快速捕捉與識(shí)別。

通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的深度融合，可以高效處理海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，挖掘歷史運(yùn)行模式，為電業(yè)異常趨勢(shì)的提前預(yù)警和異常點(diǎn)精準(zhǔn)定位提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)采用分布式數(shù)據(jù)采集與集中處理相結(jié)合的模式，以毫秒級(jí)響應(yīng)速度實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓暫降和短時(shí)中斷事件的實(shí)時(shí)記錄，為后續(xù)補(bǔ)償裝置的響應(yīng)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，在負(fù)荷變化劇烈或季節(jié)性電網(wǎng)波動(dòng)較大的區(qū)域，可以增加監(jiān)測(cè)密度，通過(guò)子區(qū)域聚類(lèi)分析手段，優(yōu)化電能質(zhì)量治理技術(shù)的區(qū)域分布策略。

3.2加強(qiáng)技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)

電壓暫降和短時(shí)中斷治理技術(shù)的高效實(shí)施離不開(kāi)技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)支持與團(tuán)隊(duì)協(xié)作。為確保治理技術(shù)的正確應(yīng)用和維護(hù)效果，應(yīng)從多個(gè)層面加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)與協(xié)同合作機(jī)制建設(shè)。

首先，應(yīng)組織系統(tǒng)化的專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，使技術(shù)人員深入掌握電壓暫降與短時(shí)中斷治理技術(shù)的理論基礎(chǔ)、應(yīng)用流程與關(guān)鍵操作要點(diǎn)。例如：針對(duì)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等設(shè)備，重點(diǎn)培訓(xùn)其運(yùn)行原理、參數(shù)調(diào)整方法與應(yīng)急處理方案。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)故障診斷、數(shù)據(jù)分析與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的培訓(xùn)，使技術(shù)人員能夠快速識(shí)別和應(yīng)對(duì)電壓異常問(wèn)題，提高現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)效率。其次，建立多部門(mén)協(xié)同合作機(jī)制，促進(jìn)不同技術(shù)團(tuán)隊(duì)之間的信息共享與資源整合。具體來(lái)講，可以通過(guò)定期組織跨部門(mén)技術(shù)研討和案例分析活動(dòng)，總結(jié)治理技術(shù)實(shí)施過(guò)程中的成功經(jīng)驗(yàn)和常見(jiàn)問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)實(shí)施流程。最后，需要推動(dòng)技術(shù)人員與科研機(jī)構(gòu)、設(shè)備制造商的合作交流，及時(shí)了解電壓暫降和短時(shí)中斷治理領(lǐng)域的最新技術(shù)動(dòng)態(tài)和研究成果，將新理論、新方法快速應(yīng)用到實(shí)際工作中。

3.3推進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與多技術(shù)協(xié)同實(shí)施

推動(dòng)治理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與協(xié)同實(shí)施，是確保技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要保障。

在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面，通過(guò)制定電壓暫降與短時(shí)中斷的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)治理效果進(jìn)行量化評(píng)估。例如：制定電壓暫降恢復(fù)時(shí)間、電壓波動(dòng)抑制率與短時(shí)中斷恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確保不同類(lèi)型的治理裝置在性能上能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫銜接。此外，還需要對(duì)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間、補(bǔ)償能力與容錯(cuò)性能設(shè)定技術(shù)門(mén)檻，以規(guī)范市場(chǎng)中的設(shè)備質(zhì)量，推動(dòng)行業(yè)內(nèi)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。在標(biāo)準(zhǔn)化工作中，還應(yīng)關(guān)注不同區(qū)域電網(wǎng)的差異性需求。對(duì)于工業(yè)負(fù)荷集中的區(qū)域，應(yīng)針對(duì)高靈敏度負(fù)荷制定更嚴(yán)格的電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；在分布式能源接入比例較高的地區(qū)，應(yīng)明確治理裝置對(duì)新能源波動(dòng)的適應(yīng)性指標(biāo)，例如：制定針對(duì)分布式能源接入的諧波含量抑制率與動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)能力標(biāo)準(zhǔn)，以增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的適用性和針對(duì)性。

在實(shí)施層面，可以采用多技術(shù)協(xié)同策略，將動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、SVC、超導(dǎo)限流器等多種裝置進(jìn)行系統(tǒng)化聯(lián)動(dòng)，并通過(guò)智能調(diào)度平臺(tái)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。例如：動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器與儲(chǔ)能系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用可以在電壓暫降發(fā)生時(shí)迅速提供補(bǔ)償電壓，同時(shí)儲(chǔ)能裝置為負(fù)荷持續(xù)供電，進(jìn)一步提升治理的連續(xù)性與穩(wěn)定性。

4結(jié)[A14]"語(yǔ)

電壓暫降和短時(shí)中斷治理技術(shù)是保障電能質(zhì)量與電網(wǎng)穩(wěn)定性的核心環(huán)節(jié)，通過(guò)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、STATCOM、儲(chǔ)能系統(tǒng)、分布式電源協(xié)調(diào)控制等技術(shù)手段，有助于提升電網(wǎng)對(duì)異常電壓的快速響應(yīng)能力與故障恢復(fù)能力。同時(shí)，在建立高效電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、優(yōu)化設(shè)備配置、加強(qiáng)技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)等措施下，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)治理技術(shù)實(shí)際應(yīng)用效果。隨著智能電網(wǎng)與清潔能源接入規(guī)模的不斷擴(kuò)大，治理技術(shù)將更加依賴于協(xié)同優(yōu)化與創(chuàng)新升級(jí)。未來(lái)需進(jìn)一步完善治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系，推動(dòng)多技術(shù)協(xié)同發(fā)展。

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