變頻調(diào)速器（Adjustable Speed Driver, ASD）是常見(jiàn)的非線(xiàn)性電力電子設(shè)備，在工業(yè)、商業(yè)、交通等多個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用，電壓暫降和短時(shí)中斷會(huì)影響ASD的正常工作，不僅增加了用戶(hù)的電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)損失，也帶來(lái)了嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

文獻(xiàn)[5-6]利用能量守恒原理解釋了電壓暫降與短時(shí)中斷對(duì)ASD的影響機(jī)理。文獻(xiàn)[7]通過(guò)分析直流側(cè)電壓到達(dá)最低電壓的時(shí)間闡釋了ASD因保護(hù)觸發(fā)而受到影響，但現(xiàn)有文獻(xiàn)ASD的暫降耐受機(jī)理分析仍有待結(jié)合ASD自身、源側(cè)及負(fù)荷側(cè)影響因素開(kāi)展深入研究。

目前已有一些文獻(xiàn)基于仿真研究了ASD對(duì)電壓暫降耐受能力的影響因素。文獻(xiàn)[8-10]在Matlab上建立了ASD的簡(jiǎn)化模型，研究了不同暫降類(lèi)型、不同的負(fù)荷類(lèi)型、相位跳變的影響，但其僅考慮了暫降對(duì)ASD的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及直流側(cè)電壓的變化情況。

文獻(xiàn)[11]得到了不同轉(zhuǎn)速下三種暫降類(lèi)型的耐受特性曲線(xiàn)。文獻(xiàn)[12-13]利用PSCAD/ EMTDC分析了暫降類(lèi)型、電機(jī)負(fù)載、轉(zhuǎn)速以及控制策略的影響，并得到了相應(yīng)的耐受特性曲線(xiàn)?？梢钥闯?，現(xiàn)有的仿真分析考慮因素不夠全面且未能結(jié)合物理進(jìn)一步驗(yàn)證得到不同影響因素對(duì)ASD耐受特性曲線(xiàn)上的直觀影響。

文獻(xiàn)[5,14-18]通過(guò)試驗(yàn)研究，分析了電壓暫降對(duì)ASD的影響及暫降耐受特性。其中，文獻(xiàn)[5,14]測(cè)試了不同的暫降類(lèi)型對(duì)ASD的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及直流側(cè)電壓的變化情況，但考慮的影響因素不全面，且未進(jìn)一步分析耐受能力；文獻(xiàn)[15]主要分析了電壓暫降時(shí)電機(jī)負(fù)載特性對(duì)ASD轉(zhuǎn)速的影響，但并未得到耐受特性曲線(xiàn)；文獻(xiàn)[16]討論了相位跳變、三相不平衡、負(fù)荷特性的影響，獲得相應(yīng)的耐受特性曲線(xiàn)，但僅是一臺(tái)ASD的綜合耐受特性曲線(xiàn)，結(jié)論不具有普遍性；文獻(xiàn)[17-18]開(kāi)展了不同暫降類(lèi)型、暫降形狀、負(fù)荷類(lèi)型、暫降起始點(diǎn)、控制方式、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速對(duì)ASD耐受特性的影響，但所涉及的電壓暫降特征量不全面且未考慮ASD保護(hù)的影響。

隨著敏感設(shè)備電壓暫降耐受特性試驗(yàn)研究的開(kāi)展，已有一些標(biāo)準(zhǔn)逐步規(guī)范了測(cè)試項(xiàng)目、流程及耐受特性描述形式。文獻(xiàn)[19]首次提出了低壓設(shè)備電壓暫降耐受特性試驗(yàn)方法，能夠得到較為準(zhǔn)確的耐受特性曲線(xiàn)；并且針對(duì)不同暫降類(lèi)型提出了相應(yīng)的試驗(yàn)方法，但并未結(jié)合ASD的特殊性，也未考慮設(shè)備自身參數(shù)、負(fù)荷特性以及其他暫降特征量的影響。

SEMI F47◆0706給出了半導(dǎo)體工廠單相各相依次測(cè)試與三相測(cè)試兩種測(cè)試流程，并且提出以電壓暫降耐受曲線(xiàn)表示設(shè)備的耐受特性，但僅關(guān)注暫降幅值與持續(xù)時(shí)間兩個(gè)特征量，且電壓幅值測(cè)試間隔不能超過(guò)5%。GB/T 17626.11 2008、IEC 61000 4 11: 2009分別為了檢測(cè)電氣與電子設(shè)備和大電流電力電子設(shè)備對(duì)電網(wǎng)內(nèi)電壓暫降的耐受能力，因此只給出了有限暫降幅值和參數(shù)下的測(cè)試點(diǎn)。

綜上所述，目前對(duì)于ASD電壓暫降耐受特性的研究，國(guó)外開(kāi)展較多，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究則較少、而且機(jī)理分析不夠完善，未成體系；試驗(yàn)研究主要存在電壓暫降特征量、設(shè)備自身因素和負(fù)荷特性選擇不全面以及試驗(yàn)效率不高等問(wèn)題。

因此，本文第Ⅰ部分首先利用直流側(cè)動(dòng)態(tài)方程和異步電機(jī)動(dòng)態(tài)方程分析了保護(hù)策略及控制策略、負(fù)荷特性、電壓暫降類(lèi)型及特征量對(duì)ASD耐受特性的影響機(jī)理，在機(jī)理分析和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)目與試驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，提出了一種基于源側(cè)暫降特征、設(shè)備敏感機(jī)理和負(fù)荷特性的分區(qū)段全參數(shù)ASD電壓暫降耐受特性試驗(yàn)方法，并針對(duì)ASD耐受特性曲線(xiàn)最左側(cè)與時(shí)間軸垂直、水平部分向左下傾斜特點(diǎn)提出了一種改進(jìn)封閉法，并在第Ⅱ部分中測(cè)試得到典型ASD耐受特性曲線(xiàn)，進(jìn)一步考慮實(shí)際存在的電壓暫降特征和負(fù)荷波動(dòng)的隨機(jī)性及不同ASD產(chǎn)品參數(shù)分布的差異性，得到了ASD的電壓暫降耐受特性模糊區(qū)域的故障概率。

圖1 ASD結(jié)構(gòu)原理

圖7 試驗(yàn)平臺(tái)接線(xiàn)原理圖

結(jié)論

本文基于ASD直流側(cè)動(dòng)態(tài)方程式和異步電機(jī)動(dòng)態(tài)方程式，分析了ASD受電壓暫降影響的機(jī)理，在機(jī)理分析和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)目與試驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，提出了一種分區(qū)段全參數(shù)的ASD電壓暫降耐受特性試驗(yàn)方法。主要結(jié)論如下：

1）ASD的最低工作電壓由低電壓保護(hù)所決定，過(guò)電流保護(hù)決定了ASD暫降恢復(fù)時(shí)所允許的最大充電電流的大小，二者互相影響；控制方式與保護(hù)閾值共同決定了ASD的運(yùn)行范圍，采用U/f相比于VC和DTC時(shí)的耐受度要低。

2）負(fù)荷越大，ASD的暫降耐受度越高。

3）ASD對(duì)三種類(lèi)型暫降的耐受度Type Ⅲ＜Type Ⅱ＜Type Ⅰ，恢復(fù)充電電流受暫降后電壓幅值、暫降形狀的影響；暫降前電壓幅值決定了直流側(cè)電壓初始值，進(jìn)而影響了ASD所能承受的最大暫降持續(xù)時(shí)間。

4）改進(jìn)封閉法能夠在一定程度上提高試驗(yàn)效率，為后續(xù)基于試驗(yàn)量化ASD耐受特性奠定了良好的基礎(chǔ)。

基于上述的分析和所提出的試驗(yàn)方案，本文將在Part Ⅱ進(jìn)一步測(cè)試量化源側(cè)電壓暫降特征、設(shè)備自身及負(fù)荷參數(shù)等對(duì)ASD耐受特性的影響。