电力质量与电压暂降问题

本文论述了公用电网的电力质量（PQ）概念以及相应的PQ问题；分析了电力系统中的电磁兼容性问题与PQ问题之间的联系与差异。论述了电压暂降问题的重要性；指出SEMI F47 标准不但加大了电压暂降的严酷度，而且还强化了对电压暂降的处理要求；对今后解决PQ问题提供了方向。认为电力串联有源补偿器与Dip-proofing inverter是有效且成本合适的解决电压暂降与大多数PQ问题的专用设备。
叙词：电力质量（PQ），电压暂降，SEMI F47
1 引言
所有使用市电供电的用户都期望一直能有频率稳定、电压稳定、供电可靠性高的电源；实际上这种期望是难以实现的。但是，电力产品与其它产品不同，供给用户的电力要通过发、输、变、配这些环节。由于发、输、变、配和用电设备是连接在同一个电力系统上，而且这些电力流通环节是同时进行并同时完成的；因此，发生在低压市电网上的许多电能质量下降问题超越了市电的控制范围。也就是说，电能质量不但取决于发、输、变和配这些环节，而且还取决于公共用电环节；随着对供电质量要求较高的信息技术类设备日益增大的应用，以及作为最大谐波电流源的非线性电力电子装置的大量使用；为了防止电力故障造成政治、经济、人员生命与财产损失；现代社会必然对电力系统的可靠性与电能质量提出高要求。改善电力质量已经成为发展配电和低压系统中最重要的课题之一。它不但是电力系统的电磁兼容性问题；而且也是当代电力电子学科中一个重要的研究方向。
 发生在市电网电力质量达不到使用要求的所有事件中，以电压短时的突然降低，即电压暂降（IEEE 标准中称为sag，IEC标准中称为dip）出现频次最多、危害也最大；可以称作电力灾害。国际上对此电力灾害极为重视。本文结合笔者对相关国际标准的学习心得体会，论述电压暂降现象、危害性以及相应的标准规范与防止措施。
2 电力质量问题
质量（quality）术语的定义很多；在日常使用中对不同的人具有不同的含意。在ISO质量管理系列标准中，质量被定义为“反映实体满足明确和隐含需要的能力的特性总和”。对于电力质量（power quality，PQ）这个概念，在最新的IEEE Std 1100-2005，IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment（IEEE推荐的操作规程 敏感电子设备的电源与接地）标准中定义为“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是适合电子设备正常工作并与所在地的接线系统及其它连接设备兼容的电源与地线的概念。这个定义与较早发布的用于PQ的IEEE Std 1159-1995, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality（IEEE推荐的操作规程 电力质量的监控）标准对PQ的定义“The concept of powering and grounding sensitive equipment in a manner that is suitable to the operation of that equipment.”相比，有两处不同[2]。其一，前者是指电子设备，后者是指敏感设备；反映了电子设备等同敏感设备的意思。其二，后者比前者多了“并与所在地的接线系统及其它连接设备兼容”一段话；这是新增的重要概念，明确地将电源、线路间作用、地线都视为电磁兼容性的一部分，弥补了后者对PQ定义的不完整。
IEEE Std 1159-1995进一步具体地指出：PQ问题是指在给定时间和地区，公用电力系统发生的以电压、电流大变动为特征的电磁现象。有时也用电流质量术语作为PQ问题的补充。实际上电压与电流紧密相关；完整地说，PQ问题就是电压质量与电流质量的结合。因此，PQ问题既有技术特征的供电电源电压质量方面内容，也有与消费方之间相关的电力服务方面内容；它还包含了用户线路上的电流质量、用户依帐单所付电力费用与实际消耗电力之间的准确度等内容。基于电力产品的系统性与公用性，公用低压市电网的电能质量要求除了供电方有义务满足外，用电方也应有责任加以改善。因此，有两大系列标准制约与管理着PQ问题。其一，是应用于电气电子产品的电磁兼容性系列标准中关于低频传导发射与抗扰度标准；其二是电力系统的电能质量系列标准。
在国际上，与供电方相关的PQ问题的主要标准文件是欧盟标准EN 50160：1999，Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems（公用配电系统的电源特性）。该标准规定了公用中、低压配电系统以电压参数为特征的电能；其中对最重要的电压参数的基本定义是：供电电压是以一个给定时间间隔中的一个给定瞬时，在公共连接点（point of common coupling，PCC）测量的电压有效值；电力系统的标称电压是电力系统设计要求的、能标识出其确定的工作特性的电压。在EN 50160标准中对电压参数的规定还有电压变化、闪变强度、供电电压暂降、供电中断、过压、谐波电压、内谐波电压、三相电压不对称等特性。因此，只要电压、电流或频率中的任何一个量的偏差引起用户设备的误动作或故障，就认为存在有PQ问题。