电力系统网络中电压跌落幅度估计的仿真

Manish N. Sinha¹, Dr.B.R.Parekh²

系助理教授电气工程， BVM工程学院，Vallabh Vidyanagar和博士研究学者，SICART, Vallabh Vidyanagar，古吉拉特邦，印度
大学教授兼系主任电气工程，印度古吉拉特邦Vallabh Vidyanagar BVM工程学院

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摘要

“电能质量”一词近年来在电力系统领域得到广泛应用。电压下降是电能质量问题之一，也称为电压下降，对工业可靠性很重要。提出了一种电力世界仿真的方法来求解电力系统网络中电压跌落的大小。本文结合某电力系统的实际运行，对抽样配电系统模型进行了研究。

关键字

设备灵敏度，故障分析，电能质量，电压下降

介绍

电能质量一词是指在电力系统上给定时间和给定位置表征电压和电流的各种电磁现象。电能是现代制造业中最重要的生产要素之一。它也是电力行业的重要商品。对于双方来说，电力的质量变得越来越重要。高电能质量是指在低水平电干扰的情况下，网络的高效率[1]。

1.电压跌落(或下降):

描述:在电源频率下，正常电压水平下降到标称有效值的10%到90%，持续时间为0.5个周期到1分钟。图1显示了典型的电压跌落波形。

原因:输配电网络故障(多为并联馈线)。用户安装故障。大型电机[1]-[2]的重负荷连接和启动。

权力世界模拟器

电力世界模拟器是一个电力系统分析和仿真软件包。它有能力动画各种电力系统的一部分，以及一个完整的互联系统。它是一个交互性很强的软件包，可用于潮流研究、负荷分配、短路研究、线路负载性、功率因数改进、电压剖面改进、经济调度等方面。计算机提供的图形界面是相当值得注意的。该模拟器广泛使用图形和动画，极大地提高了用户对系统特征、问题和约束的理解，以及如何为它们找到解决方案。电力世界模拟器可用于模拟高压、大功率互联交流系统。由于在正常运行时，三相交流系统是平衡的，因此可以较好地将系统建模为等效单相系统。PW模拟器采用这种方法，因此设备之间的连接用单线显示。采用各种图形符号来代表真实的权力世界的组成部分，如粗线是用来表示总线，大小和方向的潮流是由箭头的大小和速度。与版本14教育模拟器版本软件更容易使用，但更强大，更直观[3]。

设备对电压下降的敏感性

可能破坏电子设备的电压凹陷的大小和持续时间因设备而异。下面是对一些典型设备的总结。

1.极端下垂可能导致电机失去足够的转动惯量，影响其性能或任务。如果凹陷发生得足够频繁，电机可能会产生高的涌流，经常足以使断路器跳闸。在1-5个循环的持续时间内，电机电容线圈通常会在50%至75%的电压范围内脱落。

2.用于控制交流和直流驱动器等设备的plc可以在标称电压的80%至85%左右关闭设备。例如，已发现远程I/O单元在几个周期内会因高达95%的电压而跳闸。

3.在工业厂房中，高强度放电照明通常是对低压最敏感的设备。灯具通常会在额定电压的85%至90%范围内熄灭，时间短至1个周期，并需要几分钟才能重新启动。

基本电压跌落分析

在文献中，对电力系统电压暂降事件的分析已经出现在许多研究论文中。对电力系统[1]-[9]中电压暂降事件的理解和电压暂降的分析是有帮助的。系统对故障的响应可以使用对称元件或运行详细的模拟进行分析计算。在[1]中，提出了基于分压器模型的简化表达式，用于快速评估临界距离和凹陷数。敏感负载母线电压跌落幅度和相角跳变的计算是电压跌落评估的基本要求。图2所示的分压器模型使用[1]。

PCC电压

Vsag = E * ZF / (z + ZF) (1)

其中E=1 p.u, ZF=故障阻抗到PCC, Zs=源阻抗。

故障研究是电力系统分析的重要组成部分。电力系统故障分为平衡故障和不平衡故障两部分。不平衡故障分为单线接地故障、线对线故障和双线接地故障。

短路故障，特别是单线接地故障，是电压下降的主要来源之一。短路故障分析主要是通过获取故障电流为系统设计、继电保护协调、设备选型等提供数据。同时，短路计算结合可靠性数据还可以预测电压跌落的次数及其严重程度[4]~[9]。

图3显示了导致一个工业客户设备误操作的事件分解示例。请注意，客户馈线故障仅占导致设备误操作的事件的23%。这说明了理解系统的电压跌落性能和设备对这些事件的敏感性的重要性。

五母线系统(图4)用于研究各种母线发生故障时，各种母线的电压跌落情况。选择了2、4、5三个母线，并在其上创建了单线接地故障[3]。

结果与讨论

模拟结果并以表1至表3所示的表格形式编制。

结果表明，当电力系统发生故障时，母线电压随参数的变化而变化。当母线2上的SLG故障时，1、3、4、5母线上的电压经历瞬时电压下降(图5)。对于相同的开发模型，当母线4上的SLG故障时，1、2、3、5母线上的电压经历瞬时电压下降。从结果可以清楚地看出，很少有母线电压低于期望值，但其他母线电压几乎在指定范围内(图6)。当母线5上的SLG故障时，1、2、3、4母线上的电压会出现瞬时电压下降。从结果来看，少数母线电压低于期望值，但其他母线电压几乎在指定范围内(图7)。

结论

本文介绍了电力系统网络中电压跌落的预测方法。研究了简单电力系统中临界负载连接的敏感节点的电压暂降问题。电压跌落的大小取决于故障类型和故障距离。利用PWS软件进行了仿真。故障计算结果与仿真结果基本吻合。

参考文献

M.H.J. Bollen，理解电能质量问题:电压跌落和中断，纽约:IEEE出版社，2000年。
杜根;F McGranaghan, S. Santoso,H W Beaty电力系统质量，第二版，McGraw Hill
J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma，和Thomas J. Overbye，电力系统分析与设计，第五版，SI, Cengage Learning。
C.H. Park, G. Jang，“大型网状网络中电压跌落的随机估计”，IEEE通讯，第22卷，第3期，2007年7月。
Le Viet Tien和Thavatchai Tayjasanant，“电力系统电压跌落随机估计的分析方法”，2008年第2卷，5月14-17日，2008。
M. H. J. Bollen，“配电系统中电压跌落的快速评估方法”，IEEE工业应用学报，11月/ 12月。1996年，第32卷，第1期。6, pp.1414 - 1423。
C. P. Gupta, J. V. Milanovic，“电压跌落导致设备跳闸的概率评估”，IEEE Trans。论动力输送，第21卷，no. 12, 2006年4月，第711-718页。
M. R. Qader, M. H. J. Bollen, R. N. Allan，“大型输电系统中电压下降的随机预测”，IEEE传输。印应用，卷。35岁,没有。1，Jan. /Feb. 1999, pp.152-162.
社会事务部。E. Juarez, A. Hernandez，“平衡电压和不平衡电压随机评估的分析方法(手册风格)通信传输系统，第3版，西方电气公司，温斯顿-塞勒姆，北卡罗来纳州，1985年，第44-60页。