制造业作为国民经济的主体,是立国之基石、兴国之根本、强国之重器。2015年提出的《中国制造2025》行动纲领强调,实施创新驱动发展战略,推动大众创业、万众创新,进一步发展服务业、高新技术产业、中小微企业,提高实体经济竞争力。2020年,国务院《关于促进国家高新技术产业开发区高质量发展的若干意见》围绕大力推进现代高端制造产业,明确指出应促进攻克支撑产业和区域发展的关键核心技术。电能是现代工业体系的载体,是制造业的重中之重,因此,电力安全稳定、解决典型电力扰动等问题是高端制造产业实现高速发展的重要保障 [1] 。
在多种电力扰动中,电压暂降和短时中断被认为是影响设备安全运行的最突出的典型扰动问题。电压暂降是电力系统运行过程中不可避免的短时扰动现象,体现为某点工频电压方均根值突然降低至0.1~0.9pu,并在短暂持续10ms~1min后恢复正常。以自动化精细化生产为特点的现代高端制造业,接入了大量精密用电设备,包括个人计算机(Personal Computer,PC)、变频器(Variable-frequency Drive,VFD)、可调速驱动器(Adjustable Speed Drives,ASD)、交流接触器(AC Contactor,ACC)和可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)等。可能造成PC死机/重启/数据丢失、VFD失压保护无动作、ASD调速出错、ACC自动脱扣、PLC失去灵敏度等,进而导致整个生产/运行线路中断甚至发生危险,给制造业用户、电网和社会带来高额损失和不良影响 [2] 。
2015年,四川成都彭州石化因为电压暂降问题出现化工环节燃烧不充分、烟囱冒黑烟情况,造成环境污染的同时,也使得社会舆情严重。2020年青海省西宁电网发生单相接地故障,其引起的电压暂降使得电网甩负荷18.3万kW,影响电网安全生产。2017年美国纽约和布鲁克林因电压暂降造成地铁停运,影响几十万人次出行,造成重大经济损失和社会影响。2019年,中国广州白云机场行李分拣系统因电压暂降跳停,造成机场秩序紊乱。表1为由美国电力研究所(Electric Power Research Institute,EPRI)和中国各省电科院在2010—2020年间对不同敏感行业在电压暂降/中断下的经济损失调查结果。可见,对于电压暂降敏感行业,尤其是石油化工行业、半导体行业和汽车制造行业等,其年度电压暂降/中断经济损失达到了100万元/MW甚至更高。对于大型生产企业而言,其负荷总功率可达10~20MW以上,因此电压暂降事件给制造业带来的损失极为严重。
因此,电压暂降的治理显得尤为重要,在电力用户层面、电网层面、社会层面和国家层面可产生巨大效益。实现电压暂降治理的前提是电压暂降的检测与评估技术,目前也是电压暂降研究领域的重点。首先,需要明确电压暂降的特征,进而研发相应的检测技术,通过及时准确地检测电压暂降事件,可以帮助电力系统运维人员快速响应,采取相应的措施来防范潜在的事故,确保电力供应不受干扰。其次,对电压暂降水平进行评估,有助于了解其对电力系统的影响程度。通过深入分析电压暂降的后果严重程度与风险可能性,可以为制定相应的治理策略提供科学依据,还能帮助优化电力系统的设计和运行,提高系统的抗干扰能力,减小电压暂降对设备和系统的损害。基于以上技术,开展电压暂降治理,减少电压暂降事件的发生频率和影响程度,降低经济损失与社会危害,提升供电品质和用户满意度。
综上所述,本报告聚焦电压暂降研究和治理技术,首先,对电压暂降特征与检测技术进行综述;其次,介绍了电压暂降后果严重程度评估和风险评估技术与应用;再次,对电压暂降治理技术的研究进行了综述;最后,对电压暂降研究和治理技术的发展趋势进行了展望。