變頻器（Variable-Frequency Drive, VFD）是一類典型的廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備，并且對(duì)電壓波動(dòng)十分敏感。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，由于保護(hù)和控制的作用，變頻器可能會(huì)跳閘停機(jī)，中斷整個(gè)生產(chǎn)過程，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

特別是發(fā)電廠的一類輔機(jī)變頻器一旦出現(xiàn)故障跳閘，可能造成機(jī)組主燃料跳閘（Main Fuel Trip, MFT），對(duì)于已發(fā)生故障并處于暫態(tài)過程中的電網(wǎng)造成進(jìn)一步?jīng)_擊，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，無論對(duì)系統(tǒng)、企業(yè)還是用戶，評(píng)估變頻器對(duì)電壓暫降的耐受能力并提出抗擾措施具有重要意義。

變頻器對(duì)電壓暫降的耐受特性受多種因素影響，主要因素是低電壓和過電流保護(hù)閾值、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速和暫降類型。國內(nèi)研究大多數(shù)針對(duì)火電廠輔機(jī)變頻器，并以提高其低電壓穿越能力的措施為主。

文獻(xiàn)[3]通過試驗(yàn)與仿真，研究負(fù)載大小和故障類型對(duì)變頻器暫降敏感特性的影響，但其只針對(duì)國外某品牌的變頻器進(jìn)行研究，并且沒有給出不對(duì)稱暫降的試驗(yàn)結(jié)果。

浙江省電力公司于2015年全面開展火電廠低壓輔機(jī)變頻器的低電壓穿越能力提升工作，給出了火電廠輔機(jī)變頻器及其電壓支撐裝置測(cè)試系統(tǒng)的具體方案，但沒有給出測(cè)試結(jié)果。

文獻(xiàn)[5]開發(fā)了兩種基于直流供電技術(shù)的火電廠輔機(jī)電壓暫降保護(hù)系統(tǒng)，但是只給出了改進(jìn)后變頻器的直流電壓波形，并沒有給出變頻器的通用暫降耐受特性。

國外相關(guān)研究中，文獻(xiàn)[6]詳細(xì)闡述了變頻器受電壓暫降影響的機(jī)理，并給出試驗(yàn)結(jié)果，但所分析的變頻器年代較為久遠(yuǎn)，與目前市場(chǎng)應(yīng)用的變頻器的暫降耐受特性有所區(qū)別。文獻(xiàn)[7]通過試驗(yàn)研究了多種因素對(duì)變頻器電壓暫降耐受能力的影響，但也是針對(duì)國外品牌的變頻器。文獻(xiàn)[8]進(jìn)行了包含接觸器和變頻器的簡單工業(yè)過程電壓暫降耐受特性試驗(yàn)研究，但是考慮的影響因素相對(duì)較少。

現(xiàn)有電壓耐受曲線的標(biāo)準(zhǔn)中，常用的有適用于信息技術(shù)工業(yè)的ITIC曲線、適用于半導(dǎo)體行業(yè)的SEMI F47曲線；CIGRE/CIRED/UIE聯(lián)合工作組C4.110關(guān)于設(shè)備電壓暫降免疫能力的工作報(bào)告中給出一種耐受曲線，可用來描述一般設(shè)備的耐受能力，但其是否符合變頻器的耐受特性還有待考察。

針對(duì)變頻器的耐受曲線標(biāo)準(zhǔn)，只有早期的IEEE Std 1346 1998中給出了變頻器耐受曲線上下限和平均值；我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1648 2016對(duì)發(fā)電廠和變電站的輔機(jī)變頻器的低電壓穿越能力做出了技術(shù)規(guī)范，并不適用于一般低壓變頻器。因此針對(duì)我國市場(chǎng)主流品牌的中小功率低壓變頻器，綜合多個(gè)品牌的多種因素測(cè)試結(jié)果，給出較為通用的耐受曲線，可為變頻器電壓暫降嚴(yán)重程度評(píng)估及其對(duì)電網(wǎng)電壓暫降的兼容性分析夯實(shí)基礎(chǔ)。

變頻器與電網(wǎng)電壓暫降的兼容性主要是指變頻器對(duì)電網(wǎng)中電壓暫降的耐受能力或能夠兼容的暫降次數(shù)（即不故障的次數(shù)）。傳統(tǒng)計(jì)算兼容次數(shù)的方法包括測(cè)量統(tǒng)計(jì)法和等高線法。測(cè)量統(tǒng)計(jì)法直接統(tǒng)計(jì)位于耐受曲線下方的暫降次數(shù)即為設(shè)備故障次數(shù)，簡單可靠，然而由于一般設(shè)備的耐受曲線存在不確定區(qū)域，因此該方法會(huì)帶來較大誤差。

等高線法是指在電壓幅值-持續(xù)時(shí)間（VT）平面上將電網(wǎng)中每年平均發(fā)生暫降次數(shù)相同的點(diǎn)連接成線（即等高線），設(shè)備耐受曲線（一般近似呈矩形）的拐點(diǎn)落在某一等高線上，此等高線對(duì)應(yīng)的暫降次數(shù)即為設(shè)備每年在此電網(wǎng)中可能故障的次數(shù)。等高線法同樣沒有考慮耐受曲線的不確定區(qū)域，并且等高線的繪制是利用插值的方法，誤差較大。文獻(xiàn)[16-17]研究了暫降嚴(yán)重性評(píng)估指標(biāo)，其中文獻(xiàn)[17]通過嚴(yán)重性指標(biāo)來計(jì)算設(shè)備的兼容次數(shù)，但是與測(cè)量統(tǒng)計(jì)法相比，顯然后者更加簡便。

從建立概率模型的角度出發(fā)，對(duì)不確定區(qū)域中的變頻器故障概率以及電網(wǎng)電壓暫降幅值和持續(xù)時(shí)間的分布概率進(jìn)行建模，進(jìn)而計(jì)算變頻器對(duì)暫降的兼容概率和兼容次數(shù)，能夠提高兼容性評(píng)估的精度。而最大熵原理已被證明是不依賴于主觀假設(shè)的隨機(jī)分析方法，它基于隨機(jī)變量樣本求解概率密度函數(shù)，能避免主觀假設(shè)帶來的誤差。文獻(xiàn)[18]利用對(duì)數(shù)變換改進(jìn)最大熵法，將指數(shù)函數(shù)的擬合轉(zhuǎn)換為多項(xiàng)式的擬合，更有利于最大熵參數(shù)的求解。

本文選取在國內(nèi)低壓變頻器市場(chǎng)中具有代表性的七種品牌、兩種功率（18.5kW和7.5kW）共8個(gè)變頻器進(jìn)行暫降耐受能力測(cè)試，提取多種影響因素下的耐受曲線，通過對(duì)13 000余組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析處理，得到低壓變頻器在三相暫降下的通用耐受曲線與不確定區(qū)域。

基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用對(duì)數(shù)變換改進(jìn)的最大熵法建立不確定區(qū)域的故障概率和電網(wǎng)暫降幅值和持續(xù)時(shí)間分布概率模型，提出一種考慮不確定區(qū)域兼容概率的兼容性分析方法，通過實(shí)例分析并與其他概率擬合方法和傳統(tǒng)的兼容性分析方法進(jìn)行比較，驗(yàn)證了本文方法的有效性和精確性。

圖3 試驗(yàn)平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)接線

結(jié)論

本文通過機(jī)理分析和試驗(yàn)研究，分析了變頻器受電壓暫降影響的機(jī)理和現(xiàn)象，基于試驗(yàn)結(jié)果，給出最嚴(yán)重暫降類型（三相暫降）下的通用耐受曲線，提出了一種考慮不確定區(qū)域兼容概率的變頻器與電網(wǎng)暫降的兼容性分析方法，通過實(shí)例分析并與其他概率擬合方法和傳統(tǒng)的兼容性分析方法作比較，驗(yàn)證了本文方法具有較強(qiáng)的有效性和精確性。得到的結(jié)論如下：

1）通過機(jī)理分析和試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速和暫降類型仍是對(duì)變頻器的暫降耐受特性影響較大的因素；試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)某些變頻器對(duì)單相暫降的耐受能力反而比對(duì)兩相暫降弱，對(duì)于此類變頻器，單相暫降和兩相暫降不會(huì)觸發(fā)低電壓和過電流保護(hù)，而單相暫降會(huì)觸發(fā)缺相保護(hù)使變頻器跳閘，兩相暫降則不會(huì)觸發(fā)缺相保護(hù)；其他因素對(duì)變頻器的暫降耐受特性影響較小。

2）通過對(duì)13000余組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析與處理，提取了最嚴(yán)重暫降類型（三相暫降）下的低壓變頻器通用耐受曲線，還原了變頻器在實(shí)際工況下的暫降耐受特性，具有較強(qiáng)代表性，對(duì)低壓變頻器選型有一定指導(dǎo)意義，可為變頻器的電壓暫降耐受能力分析與暫降抑制措施的制定提供依據(jù)，同時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)制定提供重要參考。

3）提出的變頻器與電網(wǎng)電壓暫降兼容性分析方法考慮了不確定區(qū)域中的兼容概率，更加準(zhǔn)確地描述了變頻器的耐受特性，從而大大提高了評(píng)估精度；采用基于對(duì)數(shù)變換改進(jìn)的最大熵法建立概率密度函數(shù)模型，進(jìn)一步提高了評(píng)估的準(zhǔn)確性；本文方法同樣適用于其他典型敏感設(shè)備與電網(wǎng)暫降的兼容性分析。

后續(xù)研究中將會(huì)對(duì)低壓變頻器的暫降治理方案進(jìn)行詳細(xì)分析。