电压暂降变异耐受性测试

1、 电压暂降与短时间中断电压暂降与短时间中断 VOLTAGE DIPS AND SHORT INTERRUPTIONSVOLTAGE DIPS AND SHORT INTERRUPTIONS引起电压严重暂降的最主要原因是系统元件或线路的故障。(雷电等恶劣天气影响居多) 特征：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续时间短（即故障在线时间）引起电压暂降的另一主要原因是重型负荷的启动。 特征：暂降幅度小、非规则矩形、持续时间长图a：线路短路图b：大型电机启动 就现象可见,电压暂降并不是新问题。但是,由于其危害和影响十分突出,它却成为近年来日益引起电工界关注的最重要的电能质量问题. 可采用三维图形展示可采用三维

2、图形展示电压暂降三特征量（即电压暂降三特征量（即l暂降幅值暂降幅值l持续时间持续时间l暂降次数暂降次数的分布图）。这是完整描述的分布图）。这是完整描述电网发生电压暂降的图示化电网发生电压暂降的图示化方法。方法。 图所示为一家图所示为一家115kV工业用户电压暂降幅值的实工业用户电压暂降幅值的实测结果（监测期为测结果（监测期为1年）。年）。可以看到，该工厂供电系统可以看到，该工厂供电系统中电压暂降绝大多数处在中电压暂降绝大多数处在低于额定值的低于额定值的10%-30%（或表示为（或表示为0.9pu 0.7pu）范围内。电压暂降大于范围内。电压暂降大于50的几乎为的几乎为0.（注：按照（注：按照I

3、EEE定义，低于额定值定义，低于额定值0-10%的电压变动不属于电压暂降）的电压变动不属于电压暂降） 美国EPRI-DPQ电压暂降 统计调查分布结果暂降幅值为0.7p.u0.9p.u的电压暂降占70%。;持续时间不超过1s的约占90%，不超过0.1s的约占60%;发生频次平均低于0.7p.u.的为18.422次/年，低于0.9p.u的为56.308次/年。 调查结果显示：v 美国电压暂降幅值低于0.7p.u.的典型值为18-20次/年，低于0.9p.u.的次数为50次/年。v 加拿大对工业用户的调查结果是每个用户侧监测点每相每月平均暂降38次。v 英国某造纸厂年电压暂降事件次数约36次。v 杭

4、州东信通讯移动电话公司2003年上半年就发生了6-7次暂降事件。因内外对故障引起用户不能正常工作的故障点统计情况（图a）。从所显示的数据统计分析可知：v非本线路故障引起电压暂降影响用户设备不正常工作所占比例可达463177%。v输电系统和配电系统故障引起暂降都会影响用户正常工作，且配电线路故障引起电压暂降的比例大于输电线路故障原因。v由故障点位置统计结果（图b）。图a图bv国际上还没有正式的电压骤降技术标准。也没有统一的标准来规定用电设备耐受或过渡（穿越）电压骤降的能力。 但是有些行业组织制定了技术标准，例如CBEMA曲线。国际半导体生产商组织制定了SEMI F47标准。v在我国，对电能质量问

5、题的把握不够全面，主要集中在电压合格率和谐波方面，对电压骤降及电压短时间中断引起的电能质量问题、危害以及反措施认识不足。v在在电压暂降在线监测、统计评估方法和指标设定等多个方面我校已经领先开展研究。暂降幅值暂降幅值 U%持续时间持续时间 t20t150 0t150 msms150tt600 600 msms0.6tt3 sU%80%80Z180U%70%70S70U%60%60X1Z260U%40%40X240U%0%0T 电压等电压等级级kV监测监测点的点的百分百分比比年暂降频次限值年暂降频次限值X1X2TSZ1Z2441328932114413230302020105(二、二、短时间中断的

6、定义短时间中断的定义 1）当电压有效值降低到接近于零时，则称为中断。由于对电压暂降下降幅度定义的不同，对“接近于零”也有不同的定义 IECIEC定义“接近于零”为“低于额定电压的1%”； IEEE IEEE定义为“低于10%”IEEE Std.1159-1995。（之所以此时电压不为，是系统储能元件电压反馈的原因）。（之所以此时电压不为，是系统储能元件电压反馈的原因）。2 2）中断可按其持续时间长短进一步分类，但分类原则也尚未统一。 IECIEC定义长时间中断持续时间最少为3分钟，小于3分钟的中断称为短时中断。 IEEEIEEE标准IEEE Std.1250-1995中将大于2分钟的中断称为持

7、续中断（而在 IEEE Std.1159-1995中则将大于3秒钟的中断称为持续 中断，见下表）。（注意到，上表中各种电压中断现象的用语仍未统一。） 中断类型中断类型标准名称标准名称EN-50160IEEE- std.1159-95IEEE- std.1250-95长时长时(long) 3分钟分钟 短时短时(short)3分钟分钟 短时短时(momentary) 3秒秒1分钟分钟 2秒秒2分钟分钟暂时暂时(temporary) 30周波周波2秒秒瞬时瞬时(instantaneous) 0.530周波周波持续持续(sustained) 秒秒 分钟分钟0.5周波周波3秒秒类别 典型持续时间典型电压

8、幅值短时间电压变动瞬时暂降0.530 Cy0.10.9p.u.暂时中断0.5 Cy3s0.1p.u.暂降30Cy3s0.10.9p.u.短时中断3s1mim23600$/次41530$/次用户平均经济损失7694$/次11027$/次（夏季） 美国电力公司调查统计： 1991年起，加拿大电气协会（年起，加拿大电气协会（CEA）开始的一项为期三年的开始的一项为期三年的电能质量调查，调查的主要目的是了解加拿大电能质量的现有状电能质量调查，调查的主要目的是了解加拿大电能质量的现有状况。共有况。共有22个电力公司参加了本次调查，选择了个电力公司参加了本次调查，选择了550个地点（工个地点（工业、商业和

9、民用）进行了监测。业、商业和民用）进行了监测。工业用户组的调查结果工业用户组的调查结果：用户侧监测点每相每月平均发生用户侧监测点每相每月平均发生3838次暂降，电源侧为次暂降，电源侧为4 4次。次。用户侧用户侧8585的监测点每相每月平均发生过的监测点每相每月平均发生过10102020次电次电压暂降，电源侧为压暂降，电源侧为5-65-6次。次。商业和民用用户组的调查结果商业和民用用户组的调查结果：用户侧用户侧7070的监测点每相每月平均发生过的监测点每相每月平均发生过2 23 3次电压次电压暂降，电源侧为暂降，电源侧为1 12 2次。次。 据统计，在欧洲电力部门与用户对电压暂降的关注程度比据统

10、计，在欧洲电力部门与用户对电压暂降的关注程度比其它有关电能质量问题的关注程度要强得多，其中一个重要的其它有关电能质量问题的关注程度要强得多，其中一个重要的因素是在电能质量的诸多原因中，由电压暂降引起的用户投诉因素是在电能质量的诸多原因中，由电压暂降引起的用户投诉占整个电能质量问题的占整个电能质量问题的80%以上，而由谐波、开关操作过电压以上，而由谐波、开关操作过电压等引起的电能质量问题投诉不到等引起的电能质量问题投诉不到20%。 专家们认为，电压暂降与中断已上升为最重要的电能质量专家们认为，电压暂降与中断已上升为最重要的电能质量问题之一，已成为信息社会对供电质量提出的新挑战。问题之一，已成为信

11、息社会对供电质量提出的新挑战。分支D：3km为了随机预估某一馈电用户所承受的短时电压中断次数，为了随机预估某一馈电用户所承受的短时电压中断次数，需要以下输入数据：需要以下输入数据： 不同主馈线或分支线路每年米馈线故障率。 主馈线和分支导线长度。 重合成功率，多次重合的第一次成功率和第二次成功率。 重合开关和熔断器安装位置。数据表数据表主馈线故障率：主馈线故障率：0.1次次/年年*km分支线路故障率：分支线路故障率：0.25次次/年年*km第一次重合成功率：第一次重合成功率：75%，第二次重合机率：第二次重合机率：25%，第二次成功率是故障数的第二次成功率是故障数的10%，因此，故障数的因此，故

12、障数的15%二次重合没有成功，二次重合没有成功，即属于永久性故障，导致长时间中断。即属于永久性故障，导致长时间中断。 图为一个假想系统例，介绍随机预估的各项步骤。图为一个假想系统例，介绍随机预估的各项步骤。 分支C：7km分支B：4km分支A：8km主馈线：11km熔断器系统系统重合闸重合闸动作过程：重合闸动作过程：1）由于发生短路故障，过电流使线路保护动作，断路器瞬时打开。）由于发生短路故障，过电流使线路保护动作，断路器瞬时打开。2）开关打开）开关打开1秒秒，期间，期间75%故障会被消除。故障会被消除。3）重合闸动作，断路器闭合。如果故障仍然存在，过电流使开关再次瞬）重合闸动作，断路器闭合。

13、如果故障仍然存在，过电流使开关再次瞬时打开，这种情况占时打开，这种情况占25%(如前所述，第一次重合成功率如前所述，第一次重合成功率75）。4）此次短路器打开时间为）此次短路器打开时间为5秒秒，期间，期间10%总故障数被消除。总故障数被消除。5）短路器闭合约）短路器闭合约1秒秒时间后，如果故障仍然存在，开关保持闭合直到分时间后，如果故障仍然存在，开关保持闭合直到分支线路熔断器动作。支线路熔断器动作。6）熔断器熔断后，故障仍然没有消失，短路器第三次打开，并保持断熔断器熔断后，故障仍然没有消失，短路器第三次打开，并保持断路状态，直到人为操作恢复供电。此时整个馈线将承受长时间电压中路状态，直到人为操

14、作恢复供电。此时整个馈线将承受长时间电压中断。断。主馈线与分支线故障总次数计算：主馈线与分支线故障总次数计算：l11km*0.1/年年*km +22km*0.25/年年*km =6.6次次/年年l每次故障都将引起电压幅值事件，并且可能存在每次故障都将引起电压幅值事件，并且可能存在4种不同的种不同的情况：情况：l） 1秒持续时间的短时间电压中断。秒持续时间的短时间电压中断。l） 二次短时间中断，一次为二次短时间中断，一次为1秒，一次为秒，一次为5秒持续时间。秒持续时间。l） 二次短时间中断，随之出现一次电压暂降。二次短时间中断，随之出现一次电压暂降。l） 二次短时间中断，随之出现一次长时中断。二

15、次短时间中断，随之出现一次长时中断。l由于预估该馈线上每年发生由于预估该馈线上每年发生6.6次事件，所以其中，次事件，所以其中，l）每年）每年6.6次次*75% =5.0次为所有用户一次短时间中断电。次为所有用户一次短时间中断电。l）每年）每年6.6次次*10% =0.7次为所有用户二次短时间中断电。次为所有用户二次短时间中断电。l）每年）每年6.6次次*15%=1.0次为永久性故障，即用户将承受次为永久性故障，即用户将承受二次短时断电和随之发生的二次电压暂降，或随之出现的二次短时断电和随之发生的二次电压暂降，或随之出现的长时中断电。长时中断电。l由该馈线供电的每一个用户所承受的短时电压中断次

16、数是由该馈线供电的每一个用户所承受的短时电压中断次数是相等的，即，相等的，即，l1秒持续时间的为秒持续时间的为5.0次次/年，年，l1+5秒持续时间的为秒持续时间的为0.7次次/年。年。l长时间中断次数则取决与在馈线上的不同位置。当主长时间中断次数则取决与在馈线上的不同位置。当主馈线发生永久性故障时，所有用户都将承受长时间中馈线发生永久性故障时，所有用户都将承受长时间中断；当分支线路发生永久性故障，则仅仅是由该分支断；当分支线路发生永久性故障，则仅仅是由该分支线馈电的用户承受长时中断。不同馈线，永久性故障线馈电的用户承受长时中断。不同馈线，永久性故障的次数为：的次数为：l） 分支分支A：8km

17、*0.25次次/年年*km *0.15 =0.30次次/年年l） 分支分支B：4km*0.25次次/年年*km *0.15 =0.15次次/年年l） 分支分支C：7km*0.25次次/年年*km *0.15 =0.26次次/年年l） 分支分支D：3km*0.25次次/年年*km *0.15 =0.11次次/年年 馈线上不同的连接处，经受长时间中断的次数为：馈线上不同的连接处，经受长时间中断的次数为：l）主馈线：）主馈线：0.17次次/年年l）分支）分支A： 0.17+0.30 =0.47次次/年年l）分支）分支B： 0.17+0.15 =0.32次次/年年l）分支）分支C： 0.17+0.26

18、 =0.43次次/年年l）分支）分支D： 0.17+0.11 =0.28次次/年年 不设置重合闸动作，而仅靠熔断器清除分支线上的所有故障，不设置重合闸动作，而仅靠熔断器清除分支线上的所有故障，将只可能存在长时间电压中断，其次数为（将只可能存在长时间电压中断，其次数为（线路长度线路长度故障率故障率） ：l） 主馈线：主馈线：11km（0.1次次/年年*km） =1.1次次/年年l） 分支分支A： 1.1次次/年年+8km(0.25次次/年年*km)=3.1次次/年年l） 分支分支B： 2.1次次/年年l） 分支分支C： 2.9次次/年年l） 分支分支D： 1.9次次/年年表表所示为有重合动作和无

19、重合动作条件下，长时间所示为有重合动作和无重合动作条件下，长时间电压中断和短时间电压中断次数的比较结果。电压中断和短时间电压中断次数的比较结果。 长时间中断 所有中断 有重合闸 无重合闸 有重合闸 无重合闸主馈线 0.2 1.1 6.6 1.1分支A 0.5 3.1 6.6 3.1分支B 0.3 2.1 6.6 2.1分支C 0.4 2.9 6.6 2.9分支D 0.3 1.9 6.6 1.9 分析结果分析结果 对于长时间电压中断敏感的设备或生产过程，显对于长时间电压中断敏感的设备或生产过程，显然应当采取有然应当采取有重合闸设置重合闸设置的系统。因为这的系统。因为这会使长时间会使长时间中断减少

20、中断减少85%85%。 如果当设备或生产过程对短时间电压中断和长时如果当设备或生产过程对短时间电压中断和长时间电压中断都敏感，最好是间电压中断都敏感，最好是取消重合闸设置，取消重合闸设置，这样在这样在每次故障发生时总是断电，可能会更好些。每次故障发生时总是断电，可能会更好些。 根据设备负荷在馈线上的根据设备负荷在馈线上的不同位置不同位置，断电的次数断电的次数比有重合闸时可减少比有重合闸时可减少1/21/21/51/5。但是这仍要看具体用但是这仍要看具体用户而定，实际上，有些用户更愿意接受短时间中断而户而定，实际上，有些用户更愿意接受短时间中断而不愿长时中断电。不愿长时中断电。 对于辐射形系统，

21、可用图对于辐射形系统，可用图3.8所示的电压所示的电压分配器电路描述。分配器电路描述。 假设假设PCC点故障前电压等于电源点故障前电压等于电源电压且等于电压且等于1，则可用下式计算故障点，则可用下式计算故障点与负荷之间，与负荷之间，PCC的电压暂降幅值：的电压暂降幅值： 图图3.8 辐射状系统辐射状系统式中 为故障点与PCC点之间的阻抗， 为PCC点看进去的系统阻抗。令令 ， 为故障点与为故障点与PCC点之间的距离，点之间的距离， 为单位长度线路阻抗。则：为单位长度线路阻抗。则： SZFZSFFsagZZZVsagVSZFZzlZFlzSsagZzlzlV 临界距离临界距离 定义：定义： PC

22、C电压降低到等于临界电压电压降低到等于临界电压 时，故障点与时，故障点与PCC之之间的距离。间的距离。假设系统与线路均为纯感性假设系统与线路均为纯感性，则由上式推导可得临界距离计算公，则由上式推导可得临界距离计算公式为：式为：上式适用于上式适用于单相系统单相系统。 对于对于三相系统，三相系统，上式仍可使用的条件：上式仍可使用的条件： 1） 三相故障三相故障， 采用正序阻抗；采用正序阻抗； 2） 单相故障单相故障， 应采用正序、负序和零序阻抗之和，式中电压为故障相的相应采用正序、负序和零序阻抗之和，式中电压为故障相的相 对地电压；对地电压； 3）两相故障两相故障，应采用正序和负序阻抗之和，式中电

23、压为故障相之间的电压。，应采用正序和负序阻抗之和，式中电压为故障相之间的电压。 VcritlVVzZlscrit1当系统与线路参数以复阻抗表示，则临界距离为：当系统与线路参数以复阻抗表示，则临界距离为：式中式中 为系统阻抗与线路阻抗在复平面上的夹角，即阻抗角：为系统阻抗与线路阻抗在复平面上的夹角，即阻抗角： 假设系统和线路的阻抗参数比值相等，则，假设系统和线路的阻抗参数比值相等，则， = 0，上式可简化为单相系，上式可简化为单相系统计算式。统计算式。 尽管上述假设并不总是成立，但在多数情况下，用简化式计算即可得到尽管上述假设并不总是成立，但在多数情况下，用简化式计算即可得到较满意的结果，特别是

24、在没有足够数据计算阻抗角的情况下较满意的结果，特别是在没有足够数据计算阻抗角的情况下1sin1cos122VVVVVzZlScritrxRXSSarctanarctanl假设假设 和和 为两条线路的阻抗，为两条线路的阻抗， 为系统阻抗，线路为系统阻抗，线路1在距电源在距电源 处发生故障，处发生故障，则负荷母线暂降电压由下式决定：则负荷母线暂降电压由下式决定： 采用双回线供电结构可减少采用双回线供电结构可减少 1 Load 电压中断发生的次数，但通电压中断发生的次数，但通 常会使严重电压暂降的次数增加。常会使严重电压暂降的次数增加。 2 图图3.11同一电源双回路供电系统等值电路同一电源双回路供

25、电系统等值电路 212121021)1 ()()1 (ZppZpZZZZZppVsag1Z2Z0Zppp1Z1Z2Zp)1 (p0Zpl当当 =0或或 =1时，电压暂降幅值为时，电压暂降幅值为0。通过合理的假设，也可对临界距离进行描。通过合理的假设，也可对临界距离进行描述。述。（作业：推证上式，并给出临界点与临界电压之间的关系式）。（作业：推证上式，并给出临界点与临界电压之间的关系式）。 电力系统的多数故障是单相或两相故障。而配电系统的多数故障为电力系统的多数故障是单相或两相故障。而配电系统的多数故障为单相接地故障，该故障是发生电压暂降的最主要原因。单相接地故障，该故障是发生电压暂降的最主要原

26、因。 单相直接接地故障（假定单相直接接地故障（假定 a 相故障）相故障）假设电源电压为单位假设电源电压为单位1，可知，可知各相对中线的电压为：各相对中线的电压为： 0aV2321jVb2321jVc不难知道，此时由于中性线接地系统的三相独立性，不难知道，此时由于中性线接地系统的三相独立性，接地故障相发生电压中断，其它两相电压不变，由其接地故障相发生电压中断，其它两相电压不变，由其供电的单相电源用户不受影响。供电的单相电源用户不受影响。 以上单相金属性接地故障现象与单相跳闸相似以上单相金属性接地故障现象与单相跳闸相似。 由于中低压用户设备许多是由于中低压用户设备许多是 接线，或者经由接线，或者经

27、由接线接线变压器降压、变压器降压、向单相负荷供电，此时用户将承受电压暂降的影响。向单相负荷供电，此时用户将承受电压暂降的影响。若负荷为若负荷为形连接，用电设备的端电压应为线电压，可表示为：形连接，用电设备的端电压应为线电压，可表示为：但由于以相电压为标幺值，且定义为但由于以相电压为标幺值，且定义为1，则线电压单位，则线电压单位值需除以值需除以 ，并且为仍保持，并且为仍保持A相电压为坐标实轴方向，相电压为坐标实轴方向，则各相同乘以旋转因子则各相同乘以旋转因子 。从而得到接线负荷端相。从而得到接线负荷端相电压表达式：电压表达式： 此时此时形连接的负荷端形连接的负荷端出现了一相两出现了一相两 相电压

28、保持不变，而另外两相电压幅值相电压保持不变，而另外两相电压幅值 和相位角都发生了变化。即出现电压暂降。和相位角都发生了变化。即出现电压暂降。 3cbaVVjV3acbVVjV3bacVVjV 1aV6321jVb6321jVc3jl动态电压质量的监测不同于诸如电压偏差等电气量的检测记录，其中最大的区别是要对这种随机性的动态事件做出科学的统计评估，以发现和找出内在规律，这对控制电能质量问题是至关重要的。l是全面了解已知电网或规划电网各公共连接点电压暂降严重程度、特征参量及其分布特点（凹陷域）的必要手段。l对于电力企业、高新技术电力用户、设备制造商以及政府招商引资有重要的现实意义。电压暂降特征量检

29、测概述电压暂降特征量检测概述 电压暂降的电压暂降的幅值大小幅值大小和和持续时间持续时间是电压暂降分析与检测的主要特征量，而是电压暂降分析与检测的主要特征量，而暂降次数只是以上检测结果的分类统计量，相对要简单许多。虽然，电压暂降暂降次数只是以上检测结果的分类统计量，相对要简单许多。虽然，电压暂降的完整特征描述还应包括跌落过程的高频成分和暂降恢复的电压瞬时过冲现象。的完整特征描述还应包括跌落过程的高频成分和暂降恢复的电压瞬时过冲现象。但通常重点讨论这两个主要特征量。但通常重点讨论这两个主要特征量。暂降幅值分析与检测算法暂降幅值分析与检测算法 可以用多种方法来确定电压暂降的幅值大小。目前大多数电能质

30、量监测仪可以用多种方法来确定电压暂降的幅值大小。目前大多数电能质量监测仪是通过计算电压方均根值来获取实测暂降大小的，具体处理时可能利用求取是通过计算电压方均根值来获取实测暂降大小的，具体处理时可能利用求取电压基波分量或测取每周波或半周波内的峰值电压来确定暂降大小。电压基波分量或测取每周波或半周波内的峰值电压来确定暂降大小。 以下介绍几种暂降检测算法以下介绍几种暂降检测算法. 1.方均根电压值方均根电压值(rms-voltage)测量与计算测量与计算 当在时间轴上对电压暂降抽样记录时，电压幅值大小可通过时域定义当在时间轴上对电压暂降抽样记录时，电压幅值大小可通过时域定义的电压均方根计算求得：的电

31、压均方根计算求得：其中，其中，N ：每周波的采样数，：每周波的采样数， ：时间域被采样电压。：时间域被采样电压。 将上式用于图将上式用于图5-35(a)波形计算，电压均方根值变化结果如图波形计算，电压均方根值变化结果如图5-35(b) 所示。在所示。在5-35图中，均方根值是取一个周波窗采样点图中，均方根值是取一个周波窗采样点 N=256 计算得到的。计算得到的。 NiirmsvNV121iv220V系统发生系统发生持续时间持续时间0.087s-0.163s骤降幅值为骤降幅值为50%、相位跳变相位跳变 电压暂降。电压暂降。暂降期间存在电压暂降期间存在电压畸变且在暂降起始畸变且在暂降起始时电压出

32、现高频振时电压出现高频振荡现象荡现象. 粉红色粉红色为瞬时值计算结果。为瞬时值计算结果。瞬时计算结果均偏高。瞬时计算结果均偏高。红色红色和和深蓝色深蓝色为为d-q（平均值（平均值和和LPF滤波）算法，滤波）算法，绿色绿色为单相电压法为单相电压法030浅蓝色浅蓝色为整周期为整周期RMS 计算结果计算结果可见，起始时间延迟可见，起始时间延迟1个周期，个周期，图图5-35 曲线上每一点是此前曲线上每一点是此前256个采样点计算的结果，有公式：个采样点计算的结果，有公式：式中，式中，N=256，k=256，257，。可以看出，上式为。可以看出，上式为滑动计算公式滑动计算公式。利。利用它可以在每个采样瞬

33、间得到一个新的电压均方根值用它可以在每个采样瞬间得到一个新的电压均方根值. 同样，滑动均方根计算方法也有一个周波的过渡时间（也称为延迟时同样，滑动均方根计算方法也有一个周波的过渡时间（也称为延迟时间间 ），），由此暂降持续时间也有约由此暂降持续时间也有约1个周期的误差个周期的误差.（过渡时间是由于采样值中仍然保留（过渡时间是由于采样值中仍然保留近近1个个周期的周期的“历史历史”数据数据所引起的。但是滑动算法几乎可以瞬时计算出结果。）所引起的。但是滑动算法几乎可以瞬时计算出结果。） kiNkiirmsvNkV121)( 下页图所示为下页图所示为128个个采样点采样点（即半个周波）的有效值计（即半

34、个周波）的有效值计算结果，所对应的算结果，所对应的过渡时间（延迟时间）为半个周波过渡时间（延迟时间）为半个周波。尽管。尽管延迟时间被缩短，但其仍然存在着测不准的缺点延迟时间被缩短，但其仍然存在着测不准的缺点. 须指出，窗宽必须是半个周波的整数倍，不能用少于半须指出，窗宽必须是半个周波的整数倍，不能用少于半个周波的短窗来计算有效值，因为任何其他的窗宽都将给计个周波的短窗来计算有效值，因为任何其他的窗宽都将给计算结果带来算结果带来2倍基频的振荡。倍基频的振荡。 练习题：证明正弦函数波形在求练习题：证明正弦函数波形在求RMS时，积分周期应取时，积分周期应取函数半个周期的整数倍。否则将附加函数半个周期

35、的整数倍。否则将附加2倍基频的振荡分量。倍基频的振荡分量。 2. 基频电压分量法基频电压分量法 利用基波电压分量计算暂降幅值有一个好处，就是利用基波电压分量计算暂降幅值有一个好处，就是可用它来确定可用它来确定相位角跳变值相位角跳变值。以时间。以时间 t 为函数的基波电压可以由下式求得为函数的基波电压可以由下式求得,式中式中 ，T 是基波周期。是基波周期。 注意到，该计算是以复数电压表示的。复数电压的绝对值是以时注意到，该计算是以复数电压表示的。复数电压的绝对值是以时间间t为函数的电压幅值，其幅角可以用来求取相位角。用类似的办法为函数的电压幅值，其幅角可以用来求取相位角。用类似的办法我我们还可获

36、得谐波分量的幅值和相角。们还可获得谐波分量的幅值和相角。 devTtVjtTtfund0)(2)(T20 采用有效值计算法的好处在于，可以简便的用半个周波采样点采用有效值计算法的好处在于，可以简便的用半个周波采样点来处理。若从半个周波数据获取基波分量是相当复杂的事。一种可来处理。若从半个周波数据获取基波分量是相当复杂的事。一种可能的解决办法是，取半个周波数据，利用下式可以计算出下半个周能的解决办法是，取半个周波数据，利用下式可以计算出下半个周波的数据，波的数据，令令 是半个周波的电压采样值，是半个周波的电压采样值，利用下半个周波的虚拟利用下半个周波的虚拟序列数据序列数据 进行付氏变换，可以得到

37、基波电压。进行付氏变换，可以得到基波电压。)cos()cos(tt)2,.1(Nivi2121.,.NNvvvv 用半个周波求取基波分量的方法对以前所示波形进行计算，用半个周波求取基波分量的方法对以前所示波形进行计算，其结果如下图所示。观察该图可以看到，其结果如下图所示。观察该图可以看到，从故障前到故障期间的电从故障前到故障期间的电压变化比整周波图所示的要快，检测迅速。压变化比整周波图所示的要快，检测迅速。 应注意到，此方法假定电压中不含直流分量，如果不是这样，应注意到，此方法假定电压中不含直流分量，如果不是这样，将导致基波电压误差增大。将导致基波电压误差增大。 整数倍周期计算结果半周期计算结

38、果3. 峰值电压法（假定电压为纯正弦波形）峰值电压法（假定电压为纯正弦波形） 峰值电压是时间峰值电压是时间t的函数，可用以下表达式计算的函数，可用以下表达式计算式中式中 是采样电压波形。是采样电压波形。T 为半周波的整数倍。为半周波的整数倍。 ）（tvTpeak0maxV)(tv 图中粉红线为峰值电压计算结果，曲线上每一点为前半个周波电压最大瞬时图中粉红线为峰值电压计算结果，曲线上每一点为前半个周波电压最大瞬时值值（也采取滑动算法）。虽然我们后边会看到，图与实际暂降发生和暂降清除过程（也采取滑动算法）。虽然我们后边会看到，图与实际暂降发生和暂降清除过程不很相符，但峰值电压曲线表现出不很相符，但

39、峰值电压曲线表现出很陡的下降沿和上升沿很陡的下降沿和上升沿，这与均方根值电压法，这与均方根值电压法正好相反。（另外，下图中的暂降波形出现了正好相反。（另外，下图中的暂降波形出现了电压过冲电压过冲，但这与时域过电压相一，但这与时域过电压相一致）。致）。4. 电压暂降持续时间测量电压暂降持续时间测量 暂降持续时间的定义为，电压有效值低于某一暂降持续时间的定义为，电压有效值低于某一给定门槛值给定门槛值的电压周期数。每个电能质量监测仪器所设定的门槛值可能的电压周期数。每个电能质量监测仪器所设定的门槛值可能并不相同，但并不相同，但通常设定为通常设定为0.9pu，将暂降事件全部记录下来，将暂降事件全部记录

40、下来，并且在事后做进一步细划分类，这是很容易的并且在事后做进一步细划分类，这是很容易的. 需要注意到，需要注意到，电能质量监测仪多数采用一个周波计算一次电能质量监测仪多数采用一个周波计算一次均方根值的方法，因而给出的暂降持续时间就会出现超估情况均方根值的方法，因而给出的暂降持续时间就会出现超估情况 . 由于最短的由于最短的 时间窗为半个周波，因此必须接受半个周波的时时间窗为半个周波，因此必须接受半个周波的时间误差量。间误差量。 实时检测时，困难在于准确判断暂降的发生。实时检测时，困难在于准确判断暂降的发生。5.相位跳变角测算相位跳变角测算 系统短路不仅引起电压幅值快速下降，而且还会改变电压相位

41、系统短路不仅引起电压幅值快速下降，而且还会改变电压相位角。正弦电压可表示为有幅值和相位的复数量（或相量）。当系统角。正弦电压可表示为有幅值和相位的复数量（或相量）。当系统发生某种变化时，如短路故障，电压的变化并非仅限于幅值变化，发生某种变化时，如短路故障，电压的变化并非仅限于幅值变化，也包括相位角的变化。也包括相位角的变化。 电压出现相位跳变是由于系统和线路的电压出现相位跳变是由于系统和线路的XR值不同，或不平衡凹陷值不同，或不平衡凹陷向低压系统传递引起的。在图向低压系统传递引起的。在图5-16中，考虑中，考虑系统与线路阻抗均为复系统与线路阻抗均为复数，忽略所有负荷电流，并假设数，忽略所有负荷

42、电流，并假设Vs=1p.u.，可知公共连接点电压为，可知公共连接点电压为SFFsagZZZUFSFS1FF1sagtgtgargRRXXRXUFFSSRXRX如果阻抗系数比值满足式子,则无相位跳变；反之则存在相位跳变.多数情况下，相位跳变角在060度之间。 相位跳变角表现为瞬时出现的电压过点的位移。相位跳变对大多数设备无关紧要，但对利用相位角（或过零点）信息进行触发角控制的电力电子换流器来讲就会受到影响。 为了获得被测暂降电压的跳变相位角，必须对电压暂降期间和暂降前的相位角做比较。可从电压过0点或从电压基波分量求取跳变相位角。利用FFT算法对信号做变换得到复数基波分量。 6. 单相电压变换（正

43、交向量表示）平均值算法单相电压变换（正交向量表示）平均值算法 以下介绍另外一种单相电压变换平均值算法。假设电压信号为以下介绍另外一种单相电压变换平均值算法。假设电压信号为式中式中 为基波角频率。假设为基波角频率。假设 和和 是与暂降前电压同是与暂降前电压同相位的正、余弦信号，则可从上式得到两个新信号：相位的正、余弦信号，则可从上式得到两个新信号：)Re()sin()cos()(000tjejYXtYtXtv)sin()(2)()cos()(2)(00ttvtvttvtvqd0t0sintcos0还可以写成还可以写成对以上两个新信号取基波频率半个周期（或其整数倍）的平均值（将只保留常数项）对以上

44、两个新信号取基波频率半个周期（或其整数倍）的平均值（将只保留常数项）,可得到正交可得到正交矢量表达式矢量表达式换言之换言之,通过以上推导通过以上推导, 则可由则可由 、 的平均值求出的平均值求出 和和 ，从而可以得到，从而可以得到，暂降幅值暂降幅值:跳变相位角跳变相位角:)()(_tvjtvjYXqdXYarctan)2sin()2cos()()2sin()2cos()(0000tXtYYtvtYtXXtvqddvqvYX22YX )sin()cos()sin()cos()Re()()sin()cos()(sin,cos)sin(sin)cos(cos)()cos()(0000000000tY

45、tXtjjYtXejYXtvtYtXtvYVXVtVtVtvtVtvtjmmmmm电压余弦函数普遍表达式数学推证注意到,若电压正弦函数表达式结果与上不同.影响到对正交函数的表达,见162,形式上是不合适的.XYVVYXjVVjYXjYXdttvTjdttvTtXtYYtvtYtXXtvttvtvttvtvsagmmmTqTdqdqdarctan2/2/sincos)(1)(1)sin()2cos()()2sin()2cos()()sin()(2)()cos()(2)(2200000000构造正交矢量求取正交变量在一个周期的平均值正交矢量的模值为欲检测的电压暂降幅值 -代入原定义式7.缺损电压计

46、算方法(missing voltage technique) 是求取实际发生的电压瞬时值与期望值的差。由于该方法简单有效,是电压暂降补偿检测算法中较早和广泛采用的基本方法。 该方法的要点问题是，寻找到与被补偿系统电压同步的理想(期望)的瞬时电压。当PLL技术成熟后，该方法较容易实现了。)()()(sagPLLtututmm(t)t (s)0.150.100.050.500.250.20-0.5图5-36 缺损电压波形8. 瞬时电压分解（瞬时电压分解（ 3-2变换）法变换）法 “缺损电压法缺损电压法”将将期望的瞬时电压和实际的瞬时电压之间的差值作为期望的瞬时电压和实际的瞬时电压之间的差值作为暂降

47、补偿暂降补偿装置应补偿的电压，可较好解决暂降的实时补偿问题。但暂降补偿装置的补偿装置应补偿的电压，可较好解决暂降的实时补偿问题。但暂降补偿装置的补偿量超过其本身注入能力时，暂降的补偿应加以特殊考虑。为此，反映量超过其本身注入能力时，暂降的补偿应加以特殊考虑。为此，反映暂降电压暂降电压特征的幅值和相位的瞬时确定特征的幅值和相位的瞬时确定不仅对暂降的瞬时记录与评估，而且对不仅对暂降的瞬时记录与评估，而且对暂降的实暂降的实时补偿均具有非常重要的意义。时补偿均具有非常重要的意义。采用该方法不可能作到采用该方法不可能作到对补偿装置补偿容量的对补偿装置补偿容量的动态控制动态控制。 除上述检测方法之外，新近

48、除上述检测方法之外，新近提出了电压暂降幅值与相位跳变及其它特征量的提出了电压暂降幅值与相位跳变及其它特征量的实时（瞬时）检测方法。原理推导见实时（瞬时）检测方法。原理推导见 P158。 实际系统发生的电压暂降多为单相事件，实际系统发生的电压暂降多为单相事件， 考虑到三相三线制电路的特点，考虑到三相三线制电路的特点，以以单相电源为参考电压可构造一个虚拟的三相系统。单相电源为参考电压可构造一个虚拟的三相系统。 以以 a 相为例，首先将相为例，首先将 延时延时 得得 ，然后由，然后由 算出算出 。借助借助3-2变换将三相电压变换到变换将三相电压变换到d-q轴：轴：式中式中变换阵变换阵 中中 和和 是

49、与扰动前是与扰动前a相电压同相位的正、余弦同步相电压同相位的正、余弦同步信号。信号。 将变换后将变换后d、q分量电压中的分量电压中的直流成分直流成分 和和 提取出来，则可得：提取出来，则可得： bv60cvcabvvvavcbaqdvvvvvC) 3/2cos(-) 3/2cos(-cos-) 3/2sin() 3/2sin(sin32000000ttttttCCt0sintcos0dVqV（中间推导过程见（中间推导过程见P158159）式中，式中， 和和 分别为暂降幅值和跳变相位角。分别为暂降幅值和跳变相位角。其中，其中， 和和 经实测计算获得，然后由上两式可求出暂降电压的经实测计算获得，然

50、后由上两式可求出暂降电压的幅幅值和跳变相位角为：值和跳变相位角为： cos3sagdVV sin3sagqVVsagV2233qdsagVVVdVqV2211cos33cosqddsagdVVVVV问题1：直流成分与基波分量的关系；问题2：是否可瞬时求取电压均方根值？否凹陷发生不补偿启动补偿并校正是否是电压均方根值计算利用与给出补偿信号给出全补偿信号LPFLPF幅值相位计算超出补偿能力构造三相auarefuduququducossin3-2变换10. 各种检测方法的仿真结果比较各种检测方法的仿真结果比较 利用利用MATLAB仿真对同一暂降电压采用不同方法进行检测的结仿真对同一暂降电压采用不同方

51、法进行检测的结果如图果如图1- 图图7所示。仿真中设定所示。仿真中设定220V系统在系统在0.087s-0.163s之间之间发生幅值发生幅值50%、具有、具有相位跳变相位跳变、暂降期间存在、暂降期间存在电压畸变电压畸变且在暂降且在暂降起始时电压出现起始时电压出现高频振荡高频振荡现象的电压暂降，如图现象的电压暂降，如图1所示。所示。图图1 具有相位跳变的系统电压暂降波形（单位：伏具有相位跳变的系统电压暂降波形（单位：伏/秒）秒）Fig.1 Voltage sag waveform with phase angle jump 下图对几种检测种方法作了比较。不难看出，除暂降下图对几种检测种方法作了比

52、较。不难看出，除暂降较深的时间段之外，大多数时间里峰值电压结果都明显偏高。较深的时间段之外，大多数时间里峰值电压结果都明显偏高。均方根计算峰值计算单相电压计算（见后）瞬时电压1计算瞬时电压2计算 图图2 半周期采样电压暂降幅值检测比较半周期采样电压暂降幅值检测比较 图图5 整周期采样电压暂降相位跳变检测比较整周期采样电压暂降相位跳变检测比较 图图3 半周期采样电压暂降相位跳变检测比较半周期采样电压暂降相位跳变检测比较 图图6 半周期采样电压暂降幅值检测下降速度比较半周期采样电压暂降幅值检测下降速度比较 图图4 整周期采样电压暂降幅值监测比较整周期采样电压暂降幅值监测比较 图图7 半周期采样电压

53、暂降幅值检测上升速度比较半周期采样电压暂降幅值检测上升速度比较 瞬时电压瞬时电压d-q分解平均值法（红色）：方法一分解平均值法（红色）：方法一瞬时电压瞬时电压d-q分解分解LPF法（深兰色）：方法二法（深兰色）：方法二Bollen d-q分解法（绿色）：方法三分解法（绿色）：方法三电压有效值检测方法电压有效值检测方法（浅兰色）：方法四（浅兰色）：方法四电压峰值检测方法电压峰值检测方法（粉红色）：方法五（粉红色）：方法五（不同显示器，色彩会发生变化）（不同显示器，色彩会发生变化）l瞬时电压瞬时电压3-2变换算法应用于电压暂降补偿（变换算法应用于电压暂降补偿（DVR-）的仿真示例）的仿真示例将在第

54、五章中介绍。将在第五章中介绍。l以上内容可参见已发表论文以上内容可参见已发表论文电压暂降特征量检测算法研究电压暂降特征量检测算法研究。 硬件结构图分析结果分析结果当系统发生故障引起电压暂降，使所关心的敏感负荷不能正常工作的故障点所在区域称为凹陷域。当用户已知自身设备的敏感曲线并决定接入电网某PCC处，其凹陷域就已确定。求取凹陷域的方法有：故障点仿真法;故障点逐段短路计算法; 临界距离法等。采用故障点仿真法，求取的IEEE-230kV6母线输电系统的BUS3的暂降幅值80，70和50的单相短路凹陷域 设备的凹陷域反映了设备受影响的电网故障范围；设备对电压暂降的敏感度不同，其凹陷域不同；当系统接线

55、及阻抗一致，设备凹陷域越大，其电压暂降承受值要求越高，对暂降的敏感度越高，因暂降造成非正常工作可能性越大。 配电网中用户的电压暂降由凹陷域内输电侧和配电侧的故障决定。kV10.5kV输电侧配电侧用户1(A相)变电站系统侧I系统侧IIkmkmkm可调速负载凹陷域 90%接触器凹陷域 50%4kmkmkmPCC对暂降幅值90%的敏感变频驱动设备和敏感值50%的接触器在系统内的三相短路凹陷域图凹陷域可作为辅助服务决策系统供调度员在满足电网输配电合理调配的前提凹陷域可作为辅助服务决策系统供调度员在满足电网输配电合理调配的前提下选择合适的运行方式以缓解用户发生暂降事件，实现电网的动态安全防御下选择合适的

56、运行方式以缓解用户发生暂降事件，实现电网的动态安全防御和可靠优质经济运行；和可靠优质经济运行；可利用凹陷域内故障发生的历史记录来评估用户设备年电压暂降期望次数和可利用凹陷域内故障发生的历史记录来评估用户设备年电压暂降期望次数和年电压暂降经济损失。这是电力市场条件下将要掌握的系统运行可靠性与经年电压暂降经济损失。这是电力市场条件下将要掌握的系统运行可靠性与经济性评价的重要基础数据济性评价的重要基础数据; ;凹陷域可作为系统设计凹陷域可作为系统设计( (如防雷设备和绝缘加强点的选择如防雷设备和绝缘加强点的选择) )和区域配电系统电和区域配电系统电压暂降缓解措施科学布局的依据之一压暂降缓解措施科学布

57、局的依据之一; ;凹陷域可作为在故障条件下敏感设备是否发生暂降事件的判断条件，以及敏凹陷域可作为在故障条件下敏感设备是否发生暂降事件的判断条件，以及敏感感( (重要重要) )用户选厂择址的依据用户选厂择址的依据. .国际上电力专家认为，国际上电力专家认为，电压暂降的预估分析以及电压凹陷域的程序计算如同电压暂降的预估分析以及电压凹陷域的程序计算如同电力系统潮流计算、短路计算等将成为系统必备的常用计算。电力系统潮流计算、短路计算等将成为系统必备的常用计算。电压瞬降变异耐受性测试电压瞬降变异耐受性测试 陈彦飞2017年04月11日GB/T 176251.1-2003一、电压暂降概念与定义1）电压暂降

58、并不是电力系统中的新现象，电网一运行就已经存在。它是由于系统）电压暂降并不是电力系统中的新现象，电网一运行就已经存在。它是由于系统发生短路故障或者重负荷启动引起的。发生短路故障或者重负荷启动引起的。2）电压暂降不同于）电压暂降不同于电压偏差，是指电压有效值的大幅度、快速、短时间下降的突电压偏差，是指电压有效值的大幅度、快速、短时间下降的突发事件。发事件。3）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）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，将暂降从发生到结束之间的时间定义为持续时间，将单位时义为暂降的幅值，将暂降从发生到结束

59、之间的时间定义为持续时间，将单位时间内发生电压暂降的次数定义为暂降频次。间内发生电压暂降的次数定义为暂降频次。4）国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）将其定义为下降到额定值的将其定义为下降到额定值的90%至至1%，国际电气与电国际电气与电子工程师协会（子工程师协会（IEEE）将其定义为下降到额定值的将其定义为下降到额定值的90%至至10%，其典型持续时，其典型持续时间为间为0.530周波周波。 vCIRED KL2002国际供电会议主席指出，把电能质量问题列为当前国际供电界关注的首要问题。而电能质量的首要问题是电压骤降电能质量的首要问题是电压骤降，应该作为研究解决的重点（在用户电能质量问题

60、投诉中，90%以上是电压骤降引起的。据统计和案例反映，造成用电设备异常运行或停电的绝大部分因素是电压骤降问题）。v供电可靠性反映的是供电中断程度。一般只考虑持续时间5分钟以上，有的国家规定为小于1分钟的电压中断不予计算。电压骤降发生频率高，有统计数据表示，数十次或上千次/年，暂降深度多为40%（0.8-0.6p.u.)以内，持续时间多小于1秒钟。v暂降是与短时间中断伴随发生，且暂降发生频度高，事故原因不易察觉。电压 RMS,BA短时间中断时间电压暂降图5-4 重合闸时故障线路（实线）和非故障线路（虚线）电压均方根值A故障切除时间 B重合闸重合时间变电站重合闸主馈线1分支线路熔断器2图5-3 带