灯具抗电压跌落特性研究及其补偿

　　1 引言

　　电压跌落(周波跌落)主要是因为电网、电力设备故障或负荷突然出现大的变化引起的[1-4]。一些文献中采用从系统侧解决电压跌落的方法[5]，本文从用户侧入手，主要以光源为负载研究灯具的抗电压跌落特性并提出补偿方法。气体放电灯(HID)包括钠灯、金卤灯等为电压敏感性负载，当电网电压跌落或突然断电后，灯具仅能维持很短时间就会熄灭，而HID灯的原理决定了它们断电后重启需要较长的时间，大概需要十几分钟[6]。为了满足重要政治用户对照明负荷正常用电的特定需求，达到“零闪动”的目标，需要在分析HID灯具抗电压跌落性能的基础上，研究HID灯具的抗电压跌落补偿装置，使得电网电压波动或故障断电后，HID灯能维持不熄灭，保持到应急后备电源切换上去，可以保证灯具不会受电网故障而熄灭重启。本文首先用电压跌落发生装置进行常用典型灯具的抗电压跌落特性研究，并针对HID灯具提出单灯的补偿方法，从而保证灯具不熄灭。

　　2 灯具抗电压跌落试验

　　2.1测试原理

　　在本文中用北京电力科学研究院研发的电压跌落模拟发生装置对典型的灯具进行试验，电压跌落模拟发生装置和试验原理图如图1所示。试验中可以设定电压跌落幅值、起始相角、间隔时间和重复次数等。该装置具体技术指标如下：跌落幅值范围：0-100%;跌落持续时间范围：1ms-5min，分辨率1ms;跌落相角范围：0-359°，分辨率1°;输出电流：200A;模拟三相三线(三相四线)系统同时电压跌落;分相模拟电压跌落，相间跌落时间差可以控制。

　　图1. 电压跌落模拟装置原理图

　　针对跌落幅值、持续时间、跌落相角三个特征量进行组合试验，每个组合进行三次，两次试验之间最小时间间隔依被试设备的特性而不同(对于气体放电灯类，因电压跌落会影响放电特性，要等稳定后进行下一次试验)，但不得小于10s。试验中记录被试灯具的电压和电流波形;引起熄灭发生的跌落相角、跌落幅值和持续时间;以及被试灯具熄灭后恢复正常运行的重启时间。 电压跌落特性描述如图2所示。跌落幅值是指电网电压有效值值跌落的幅度，用额定值的1%-90%标示，跌落相角指电压开始跌落的起始相位角，持续时间是指低电压的持续时间。

　　图2. 电压跌落示意图

　　2.2测试结果

　　对钠灯、金属卤化灯、节能灯、白炽灯、LED灯进行电压跌落试验，各种灯的启动特性和电压跌落响应性能如表1所示。从表1可以看出，LED、白炽灯和节能灯启动较快，熄灭后也可立即恢复，而钠灯和金属卤化灯启动特性相对较差，启动过程时间较长，灯熄灭后需要充分冷却才能启动，大概需要10分钟左右才能恢复照明，对电压跌落也较敏感。

　　图3，图4分别为电压跌落至67%和81%时的钠灯试验录波图，从图中可以看出，电压跌落至67%时，钠灯持续6ms熄灭，而电压跌落至81%时，持续20ms灯保持不熄灭。表2-表4为典型钠灯和金卤灯的实验数据。

　　通过对不同种类、功率的气体放电灯进行实验，可以看出气体放电灯的功率与抗跌落能力有关。气体放电灯的功率越大，其抗跌落的性能相对越强。

　　表1. 灯具的启动特性和电压跌落响应性能

　　图3. 钠灯试验录波图：电压跌落至67%持续6ms(灯熄)

　　图4. 钠灯试验录波图：电压跌落至81%持续20ms(灯不熄灭)