4 報(bào)考補(bǔ)償技術(shù)
報(bào)考補(bǔ)償技術(shù)是解決電壓跌落問題的最終途徑。依據(jù)采用補(bǔ)償信號(hào)的種類的不同及報(bào)考電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的連接方式的不同，報(bào)考補(bǔ)償技術(shù)可以分為串聯(lián)電壓補(bǔ)償和并聯(lián)電流補(bǔ)償兩種方式。
4.1 串聯(lián)電壓補(bǔ)償串聯(lián)電壓補(bǔ)償技術(shù)是面向負(fù)荷的一種補(bǔ)償方式，其核心是指在供電電壓跌落期間，迅速向系統(tǒng)注入幅值、相角和頻率都可控的三相電壓，與供電電壓相串聯(lián)，來抵消供電電壓的跌落成分。依據(jù)電壓相位的不同，串聯(lián)電壓補(bǔ)償有三種方式：同相電壓補(bǔ)償、恒相電壓補(bǔ)償和超前相電壓補(bǔ)償。下面本文對(duì)這三種電壓補(bǔ)償方式的原理作一闡明。
假設(shè)系統(tǒng)電壓跌落以前，電源端供電電壓Vs與饋線末端的負(fù)荷電壓VL相等。供電電壓發(fā)生突變，其幅值跌落至VT，并伴隨有θ的相位角偏移。
在同相串聯(lián)電壓補(bǔ)償方法中，補(bǔ)償電壓與系統(tǒng)供電電壓同相位。在該補(bǔ)償方式中，θ′＝0，報(bào)考補(bǔ)償裝置所需提供的補(bǔ)償電壓的幅值與視在功率最小，但卻需提供最大的有功功率。另外，在補(bǔ)償之初，負(fù)荷電壓存在θ的相位角突變，將對(duì)相位突變敏感的電力用戶產(chǎn)生不利影響。
在恒相串聯(lián)電壓補(bǔ)償中，補(bǔ)償電壓等于電壓跌落前后供電電壓的矢量差，即采用該補(bǔ)償方法，負(fù)荷電壓的幅值和相位在補(bǔ)償前后都不發(fā)生變化。但該方法需要提供較大的補(bǔ)償電壓和視在功率，并且若跌落時(shí)供電電壓的相位偏移角θ足夠大，還可能產(chǎn)生無功功率過補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)象。
超前相電壓補(bǔ)償是通過注入超前供電電壓一定角度的補(bǔ)償電壓，以補(bǔ)償饋線線路感抗壓降，從而減小有功電壓補(bǔ)償分量。與前面兩種方法相比，在相同的故障條件下，該方法所需提供的有功功率分量最小，故又被稱為最小能量注入法。利用該方法，若跌落后供電電壓與負(fù)荷電流同相位（θ′＝ψ）時(shí)，裝置所需注入的有功功率PC達(dá)到最小值。并且，在UT≥ULcosψ的條件下，若控制補(bǔ)償電壓與負(fù)荷電流IL正交，則可無需注入無功功率。但該補(bǔ)償方法要求注入較大幅值的補(bǔ)償電壓，而且在補(bǔ)償之初將產(chǎn)生比同相電壓補(bǔ)償方法更大的負(fù)荷電壓相位突變角，會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)的電壓波形嚴(yán)重不連續(xù)，并可能引起系統(tǒng)振蕩。
從上述分析可見，三種電壓補(bǔ)償方法各有利弊。為此，有些文獻(xiàn)提出了將最小能量注入法與其余兩種電壓補(bǔ)償方法相結(jié)合的方法，以降低裝置的成本并縮小裝置的體積。例如，某提出將同相電壓補(bǔ)償法與最小能量注入法相結(jié)合的思路，即在補(bǔ)償之初采用同相電壓補(bǔ)償法，注入和供電電壓同相位的補(bǔ)償電壓，持續(xù)一段時(shí)間后（為毫秒級(jí)），再逐步增加補(bǔ)償電壓的相位角，直至達(dá)到最小功率補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)停止。與同相電壓補(bǔ)償法相比，在同樣的電壓跌落深度下，該方法可減少向系統(tǒng)注入的能量，但并未解決在補(bǔ)償之初負(fù)荷電壓相位角突變的問題。為了克服這一不足，將恒相電壓補(bǔ)償與最小能量補(bǔ)償相結(jié)合的方法，即在補(bǔ)償之初采用恒相電壓補(bǔ)償法來代替前述方法中的同相電壓補(bǔ)償，從而避免了負(fù)荷電壓的相位角突變，具有較好的實(shí)際應(yīng)用效果。
4.2 并聯(lián)電流補(bǔ)償并聯(lián)電流補(bǔ)償可用于兩種目的，一是消除大容量負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)伴隨的電流嚴(yán)重畸變現(xiàn)象對(duì)電網(wǎng)的影響，避免公共母線上發(fā)生電壓跌落現(xiàn)象；二是當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落或波動(dòng)時(shí)，維持負(fù)荷處的電壓仍在正常工作水平，避免敏感負(fù)荷的正常工作狀態(tài)受到干擾。前者的實(shí)現(xiàn)原理是通過向系統(tǒng)注入與畸變電流分量大小相等、極性相反的補(bǔ)償電流，來消除負(fù)荷電流畸變對(duì)電網(wǎng)的不利影響。由于許多文獻(xiàn)對(duì)其都有詳細(xì)的介紹，故本文不再贅述。下面本文主要對(duì)后一種目的的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
假設(shè)系統(tǒng)源端供電電壓與負(fù)荷側(cè)電壓分別為VS和VL，系統(tǒng)阻抗為ZS＝RS＋jXS，IS為系統(tǒng)電流，IL為負(fù)荷電流。
當(dāng)源端電壓發(fā)生跌落時(shí)，其影響將全部施加到負(fù)荷側(cè)，導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)的電壓也必將產(chǎn)生大幅度的下降。
可以通過合理的調(diào)整補(bǔ)償電流IC的大小和相位，利用其在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生的壓降來抵消電網(wǎng)電壓的跌落或波動(dòng)成分，維持負(fù)荷側(cè)的工作電壓仍在正常水平。
與串聯(lián)電壓補(bǔ)償技術(shù)相比，并聯(lián)電流補(bǔ)償技術(shù)并不是一個(gè)用于抑制電壓跌落對(duì)敏感負(fù)荷干擾的經(jīng)濟(jì)有效的方法，這是因?yàn)椋涸谙嗤南到y(tǒng)電壓跌落條件下，串聯(lián)電壓補(bǔ)償技術(shù)只需補(bǔ)償系統(tǒng)電壓跌落的部分，而并聯(lián)電流補(bǔ)償技術(shù)需要對(duì)系統(tǒng)和負(fù)荷兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，故其向電網(wǎng)注入的能量要遠(yuǎn)大于采用串聯(lián)電壓補(bǔ)償技術(shù)時(shí)注入的能量；并且，由于系統(tǒng)阻抗經(jīng)常改變，很難定量的確定并聯(lián)電流補(bǔ)償技術(shù)需要提供的補(bǔ)償分量。由于上述原因，所以并聯(lián)電流補(bǔ)償技術(shù)主要用于消除負(fù)荷電流畸變對(duì)系統(tǒng)的影響，而在需要消除電網(wǎng)電壓跌落對(duì)負(fù)荷的干擾的場(chǎng)合則通常采用串聯(lián)電壓補(bǔ)償技術(shù)。
5 報(bào)考電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置介紹
目前已開發(fā)出來的用于治理電網(wǎng)供電電壓跌落問題的報(bào)考電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置主要包括不間斷電源（UPS）、報(bào)考電壓恢復(fù)器（DVR）、靜止同步補(bǔ)償器（DSTATCOM）和超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)（SMES）。下面本文對(duì)這些裝置的性能做一個(gè)簡(jiǎn)要的分析。
UPS作為敏感負(fù)荷的備用電源，可有效的消除系統(tǒng)電壓跌落或瞬時(shí)供電中斷對(duì)負(fù)荷的干擾。其工作機(jī)理是：在系統(tǒng)正常供電時(shí)，UPS處于后備工作狀態(tài)，系統(tǒng)給UPS的儲(chǔ)能電路充電；當(dāng)檢測(cè)到供電電壓發(fā)生擾動(dòng)后，控制系統(tǒng)立刻切斷負(fù)荷與供電系統(tǒng)之間的聯(lián)系，UPS轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)，負(fù)荷由UPS繼續(xù)供電。UPS裝置具有良好的實(shí)時(shí)性，通常從檢測(cè)到電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)至實(shí)現(xiàn)由UPS給負(fù)荷提供電力只需2～4ms（小于1/4個(gè)周期）。但是，UPS的容量有限，一般不超過MW級(jí)，故對(duì)于提高大型敏感型工業(yè)用戶的供電質(zhì)量的效果不明顯。此外，UPS的造價(jià)較高，價(jià)格昂貴，這在很大程度上限制了UPS的應(yīng)用范圍。
DVR是用來補(bǔ)償電壓跌落、提高下游敏感負(fù)荷供電質(zhì)量的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，其良好的報(bào)考性能和成本上的相對(duì)優(yōu)勢(shì)使它成為目前治理供電電壓突降問題的最經(jīng)濟(jì)、有效的手段。DVR通常安裝在電源與重要負(fù)荷的饋電線路之間。在正常供電狀態(tài)下，DVR處于低損耗備用狀態(tài)；在供電電壓發(fā)生突變時(shí)，DVR將迅速做出響應(yīng)，可在幾個(gè)毫秒內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與電網(wǎng)同步的三相交流電壓，該電壓與源電網(wǎng)電壓相串聯(lián)，來補(bǔ)償故障電壓與正常電壓之差，從而把饋線電壓恢復(fù)到正常值。DVR是一種面向負(fù)荷的補(bǔ)償裝置，其容量通常取決于負(fù)荷的容量和要求補(bǔ)償?shù)姆秶捎贒VR只需補(bǔ)償系統(tǒng)電壓跌落的缺額部分，故其設(shè)計(jì)容量遠(yuǎn)小于采用UPS補(bǔ)償時(shí)的設(shè)計(jì)容量。目前，某些國(guó)際知名公司已有MVA級(jí)DVR裝置投入運(yùn)行，它們?cè)诒ＷC大型敏感工業(yè)用戶的電能質(zhì)量方面取得了顯著的成效。DVR的缺陷在于：由于裝置內(nèi)部整流器的影響，DVR必須采用附加的濾波器電路來濾除其輸出電壓中的諧波分量，這使得其成本和體積有所增加。
DSTATCOM是面向系統(tǒng)的補(bǔ)償裝置，它通過向電網(wǎng)的公共耦合點(diǎn)（PCC）注入電流，對(duì)負(fù)荷電流中的諧波分量進(jìn)行補(bǔ)償，從而抑制負(fù)荷的高次諧波、不對(duì)稱、無功及閃變等有害因素對(duì)系統(tǒng)的影響，避免因負(fù)荷電流畸變引起的系統(tǒng)電壓波動(dòng)或跌落現(xiàn)象。它通常安裝在網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷之間，與負(fù)荷相并聯(lián)。DSTATCOM采用并聯(lián)電流補(bǔ)償方式，其輸出電流可以在很大的電壓變化范圍內(nèi)恒定，并且可實(shí)現(xiàn)從感性到容性全范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)，具有輸出感性無功和容性無功的雙向調(diào)節(jié)能力。與DVR不同，DSTAT－COM采用了多重化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得其輸出的諧波含量大大降低，因此無需采用額外的濾波器。
SMES是一種利用超導(dǎo)磁體的低損耗和高儲(chǔ)能密度，通過現(xiàn)代電力電子型變流器與電力系統(tǒng)接口，組成既能儲(chǔ)存電能又能釋放電能的快速響應(yīng)器件。典型的SMES從電網(wǎng)吸收最大功率到向電網(wǎng)輸送最大功率的轉(zhuǎn)變只需幾十毫秒，這使得利用SMES來避免電壓突變和瞬時(shí)停電對(duì)用戶的干擾、抑制電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)波動(dòng)，從而改善配電網(wǎng)的供電質(zhì)量、提高供電可靠性成為可能。目前，有關(guān)這方面的研究正在蓬勃開展，并已經(jīng)有微小型的SMES在工業(yè)用戶系統(tǒng)中投入應(yīng)用。盡管SMES的研制已取得了很大的進(jìn)展，但它在部件制造、控制策略、特性研究、運(yùn)行維護(hù)和降低成本等方面還存在相當(dāng)?shù)碾y度大容量大規(guī)模的SMES仍局限于概念設(shè)計(jì)，這些因素都使得SMES距真正意義上的實(shí)用還存在著一段很大的距離。
6 結(jié)語
電壓跌落已成為影響現(xiàn)代社會(huì)各用電設(shè)備正常、安全工作的主要干擾，并且成為威脅配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的一個(gè)不可忽視的因素。為避免配電網(wǎng)的供電電壓跌落對(duì)敏感型電力用戶的干擾，采用基于電力電子技術(shù)的報(bào)考電能質(zhì)量調(diào)節(jié)技術(shù)成為一個(gè)必然的選擇。而先進(jìn)的檢測(cè)方法和合理的補(bǔ)償方式的運(yùn)用將能夠使報(bào)考電能質(zhì)量調(diào)節(jié)技術(shù)更加如虎添翼，從而使現(xiàn)有的配電網(wǎng)供電質(zhì)量提升到一個(gè)全新水平，為現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展提供良好的保障。（考試大一級(jí)建造師編輯整理）
