王坤1李申伟2韩梁1胡婧彦1
（1国网山东即墨市供电公司1山东即墨266200;2国网山东平度市供电公司2山东平度266700）
摘要：电压暂降是一种典型的配电网电能质量问题，随着配电网用户高新技术的快速发展，电压暂降问题愈发凸显，电压暂降造成电机停机、计算机存储数据丢失等事故也越来越多，给配电网用电客户带来巨大的经济损失。这一问题正逐渐引起电力部门和行业用户的高度重视。本文研究了电压暂降问题起因、特征，以及现有的众多解决方案，并着重介绍了固态切换开关（SSTS）抑制配电网电压暂降方案。
关键词：电压暂降；配电网；固态切换开关；
1.引言：
电压暂降问题长期存在于配电网线路中，由于以往大多数用电设备因容量、精密度的限制，对电压的短时突然变化不敏感，配电网电压暂降问题并未严重影响到正常生产，因而该问题并未引起人们重视。但随着用电设备的技术发展和不断更新，数字式自动化技术设备在工业生产中的广泛应用，如可编程控制器、变频调速设备、计算机系统设备及各种自动化生产线等敏感性用电设备的大规模使用，配电网电压暂降问题所造成的影响和危害日益突出，因此对配电网电压质量提出了更高的要求。
2.配电网电压暂降的基本概念
配电网电压暂降即“短时间电压下降”，是一个动态电能质量问题，是指供电电压有效值在短时间内突然下降又回升恢复的现象[1]。下面对配电网电压暂降的三个特征量分别进行分析。
1）暂降电压的幅值
在电压暂降的分析中，通常将暂降时的电压有效值与额定电压有效值的比值定义为暂降的幅值。国际电工委员会（IEC）将其定义为下降到额定值的90%至1%，国际电气与电子工程师协会（IEEE）将其定义为下降到额定值的90%至10%，其典型持续时间为0.5～30周波。
2）持续时间
将暂降从发生到结束之间的时间定义为持续时间，电压暂降的持续时间主要是由熔断器、断路器和保护装置的动作时间决定。线路的短路故障持续时间较短，约60~150ms;配电故障的清除时间较长，约0.5~2s,IEEE对暂降时间的定义为：持续10ms-1min。
3）相位跳变
电压暂降发生时产生的电压相位的改变称为相位跳变。
3.配电网电压暂降原因及特征
电压暂降产生的原因涉及电力系统和用户两方面。电力系统方面的原因，当配网侧遭遇雷击、大风、接地、短路等故障引起保护动作跳闸，就会产生用户侧的一个短时压降；这种类型电压暂降的特征是：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续时间短；同时，此配网线路所在变电站的其他线路将受此影响，经受一次电压暂降，这种电压暂降占到总数的70%以上。用户的原因，当用户的大容量负荷投切或内部发生电气故障时，也会造成配电线路的电压暂降，这种类型电压暂降的特征是：暂降幅度小、非规则矩形、持续时间长。
4.配电网电压暂降的治理措施
目前针对配电网电压暂降问题，根据应用场合不同，主要分为以下几种：
1）不间断电源（UPS）
UPS仅针对线性、阻抗型等负载的供电，如PLC、DCS、PC等供电，应用十分广泛而普及，但对于感性负载、电机及容性负载，UPS会出现投资成本高、浪费能源、产生大量谐波，进而对电网产生严重的污染，影响电气设备运行的稳定性、串联供电可靠率低等问题。
2）动态电压恢复器（DVR）
DVR能够输出一定大小和波形的非周期性电压，当电网输入电压由于各种故障发生不规则突变时，可以通过补偿使负载端电压近视为正常的正弦波，一般这个补偿时间可以持续几十毫秒到几秒钟。DVR相对UPS更经济，缺点是补偿时间超过几秒以上则无法继续补偿，而且当电压低于额定50%以下，或者完全中断时，DVR就无法使用了。
3）电压暂降保护器（VSP）
应用于直流型负载,将交流电源经整流后调压，达到一定的电压等级后储存，在电压暂降发生时通过升压装置提供直流电能（小于200微秒），确保负载平稳运行。
4）固态切换开关（SSTS）
随着配电网双电源用户的逐渐增多，一种新型固态电源切换开关（SSTS）可以有效解决配电网电压暂降问题。SSTS的工作原理是由于SSTS并非采用传统的机械开关作为切换设备，而是采用半导体固态开关作为切换设备，当供电电压波动过大时，能够在2-4ms将现有负荷切换至备用电源，从而实现多电源之间的不间断变换，为单负荷提供两个以上的电源供电。由于其切换速度非常快，对于大多数用户来说，电压暂降和短时中断已经不能产生影响了。SSTS尤其适合大容量负荷或是高压大功率负荷，其投资大大低于高压大容量UPS（或DUPS），另外现场改造简单，施工和调试方便，是一种理想的大功率电压暂降解决方案。
SSTS基本原理拓扑如图1所示，它主要包括基于晶闸管阀体的固态开关、旁路和隔离开关、电压互感器、电流互感器、控制器、人机交互接口等。
图1SSTS基本原理图
SSTS的工作过程为：假定正常情况下电源1供电，则固态开关1导通，固态开关2处于分断状态，电流流经固态开关1。当电源1故障，或主动切换至电源2时，分断固态开关1，此后导通固态开关2，负载转由电源2供电，电流流经固态开关2。：K1～K3为隔离开关，K4和K5为旁路开关。正常情况下电流流经固态开关，电源之间的切换由固态开关完成，此时隔离开关处于导通状态，而旁路开关处于分断状态。当固态开关故障或定期维护时，导通旁路开关，分断隔离开关，此时SSTS类似于传统的电源切换装置，以最大程度上保证负荷的正常供电不受影响。整个SSTS系统核心是控制器，负责各种信号的采样处理、分析计算、开关动作、保护等。
4.结语：
应对配电网电压暂降问题对广大电力客户的高质量的生产经营具有重要意义。经过实践证明，对配电网电压暂降的有效治理，需从供电侧和用电侧同时考虑、分别治理，严格依据电能质量标准，针对不同用户和设备特性，使用SSTS等新技术，减少或消除电压暂降冲击，达到用户满意的动态电能质量需求。
参考文献：
[1]肖湘宁，韩民晓，徐永海，等.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2006.
[2]陶顺.电压暂降对配电系统可靠性影响及其评估指标的研究[D].华北电力大学硕士学位论文,2005
作者简介：
王坤（1984-）男，工程师，硕士,国网山东即墨市供电公司从事继电保护专业管理工作。