電壓暫降科普之四：電壓暫降特征

電壓暫降科普之四：電壓暫降特征從物理現(xiàn)象看，電壓道降是母線電壓方均根值下降至額定電壓的90%?10%,持續(xù)0.5周波?1min的擾動(dòng)事件。相對(duì)于諧波、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變等平穩(wěn)電能質(zhì)量擾動(dòng)，電壓暫降、短時(shí)電壓中斷、電壓暫升等為非平穩(wěn)擾動(dòng)。前者需外部人為干預(yù)后才能消失，后者會(huì)自動(dòng)消失。因此，前者被稱作擾動(dòng)現(xiàn)象或連續(xù)型擾動(dòng)，后者被稱作擾動(dòng)事件或事件型擾動(dòng)。區(qū)分兩者的關(guān)鍵在于是否需要人工干預(yù)才能消失，這樣，便于工程技術(shù)人員理解。為了理解和分析電壓暫降事件，用恰當(dāng)?shù)碾妷簳航堤卣骺坍嫊航凳录腔A(chǔ)。1、刻畫形式電壓暫降事件的本質(zhì)特性是電特性，表現(xiàn)為電壓突然降低然后自動(dòng)恢復(fù)的電壓事件，表現(xiàn)為事件過(guò)程中電壓隨時(shí)間在持續(xù)較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生突然降低，然后突然恢復(fù)兩次變化，可用三相電壓瞬時(shí)值、有效值隨時(shí)間變化的波形圖、相量圖、三相電壓表達(dá)式等形式刻畫。以三相對(duì)稱電壓暫降為例，表現(xiàn)形式如圖1、圖2。圖1三相對(duì)稱電壓暫降瞬時(shí)值波形圖和有效值波形圖圖2三相對(duì)稱電壓暫降相量圖三相對(duì)稱電壓暫降的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下，其中，V為發(fā)生電壓暫降相的電壓幅值。匕=「/(1)匕=-其中，電壓暫降事件的瞬時(shí)值波形圖和有效值波形圖，均能直觀地刻畫電壓暫降事件中電壓隨時(shí)間的變化，而相量圖和數(shù)學(xué)表達(dá)式是對(duì)電壓暫降事件中某瞬間電壓的描述。2、暫降特征暫降特征是人們對(duì)暫降事件的客觀理解和認(rèn)識(shí)，是由人定義的用于描述和刻畫電壓暫降事件的物理量。根據(jù)刻畫目的、認(rèn)知程度的不同，刻畫電壓暫降事件時(shí)采用的特征也不同。根據(jù)需要和認(rèn)知程度，用于刻畫電壓暫降事件的特征有多個(gè)，通?？捎煤侠淼奶卣飨蛄靠坍??？坍嬰妷簳航档奶卣飨蛄恐械奶卣髦饕校簳航捣?剩余電壓)、暫降持續(xù)時(shí)間、暫降頻次等。其中，暫降頻次是對(duì)某母線或系統(tǒng)暫降次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，是對(duì)單一暫降事件的統(tǒng)計(jì)量，很多文獻(xiàn)和著作中未當(dāng)作電壓暫降特征，但從全面刻畫電壓暫降事件的角度，尤其是需要分單一事件、節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)等不同層面進(jìn)行電壓暫降及其嚴(yán)重程度的刻畫時(shí)，將暫降頻次作為特征之一，具有一定的合理性。在2014年IEEE頒布的標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd1564中，定義了單一電壓暫降事件指標(biāo)、節(jié)點(diǎn)指標(biāo)和系統(tǒng)指標(biāo)等，這些均是用于刻畫、描述和分析電壓暫降事件及其嚴(yán)重程度的特征。暫降幅值暫降幅值通常用剩余電壓的方均根值表示，定義為電壓暫降事件中，三相電壓方均根值中電壓最低一相的電壓值。根據(jù)時(shí)域采樣進(jìn)行計(jì)算：式中？"為每周波（或半周波）采樣次數(shù)3R為時(shí)域內(nèi)采樣電壓值。當(dāng)電壓暫降過(guò)程中的波形畸變嚴(yán)重時(shí)，通常首先進(jìn)行FFT變換，并用基波值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)需要，采用可采用半周采樣或全周采樣，且采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)于不同情況下電壓暫降特征的計(jì)算結(jié)果有影響。持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間是電壓暫降事件從發(fā)生時(shí)刻到結(jié)束時(shí)刻經(jīng)歷的時(shí)間。三相系統(tǒng)中，任一相電壓方均根值低于給定閾值（一般取90%額定值）的時(shí)刻為三相電力系統(tǒng)電壓暫降事件的發(fā)生時(shí)刻，所有相電壓方均根值均高于給定閾值的時(shí)刻為三相系統(tǒng)電壓暫降事件的結(jié)束時(shí)刻。圖由定義可知，電壓暫降事件除了暫降幅值和持續(xù)時(shí)間兩個(gè)基本特征外，相角跳變、波形起始點(diǎn)、能量損失、波形畸變等也是電壓暫降事件的特征，在實(shí)際刻畫和分析理解電壓暫降時(shí)，需根據(jù)實(shí)際需要選取恰當(dāng)?shù)奶卣?。描述電壓暫降事件時(shí)，需考慮研究目標(biāo)、對(duì)象、要求和表現(xiàn)形式等。通?？蓪㈦妷簳航涤绊懨舾性O(shè)備或過(guò)程的事件，定義為電壓暫降響應(yīng)事件，根據(jù)響應(yīng)事件的后果狀態(tài)、可接受程度等，分析導(dǎo)致設(shè)備或過(guò)程受影響的因素，根據(jù)影響因素以及對(duì)這些影響因素的認(rèn)知程度，確定用于刻畫電壓暫降事件的更恰當(dāng)?shù)碾妷簳航堤卣??？坍嬰妷簳航凳录?，除考慮被分析對(duì)象外，還需考慮產(chǎn)生原因、導(dǎo)致暫降的故障類型、故障位置等，因此，基于實(shí)際測(cè)量和仿真所得電壓暫降事件中隨時(shí)間變化的電壓值后，根據(jù)需要進(jìn)行單一暫降事件的特征提取，用恰當(dāng)?shù)碾妷簳航堤卣骺坍嫊航凳录?，這是認(rèn)識(shí)、理解和研究電壓暫降的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步獲得節(jié)點(diǎn)指標(biāo)、系統(tǒng)指標(biāo)，以及暫降源、暫降類型、暫降信息等，并可進(jìn)一步獲得所需知識(shí)和規(guī)律。由此建立一套認(rèn)識(shí)和研究電壓暫降的“數(shù)據(jù)-特征-指標(biāo)-信息-知識(shí)（DCIIK）”體系，或許發(fā)展的趨勢(shì)之一。多數(shù)情況下，電壓暫降幅值、持續(xù)時(shí)間和發(fā)生頻次是刻畫電壓暫降的主要特征，用三維坐標(biāo)系中的柱形圖刻畫，是最常見(jiàn)方法。遺憾的是，三維坐標(biāo)系中難以反映相位跳變、波形點(diǎn)、波形畸變等其他特征。相角跳變短路是導(dǎo)致電壓暫降的主要原因。短路時(shí)，如果系統(tǒng)阻抗與故障阻抗的阻抗角不同，可能引起相位跳變。相位跳變定義為電壓暫降事件發(fā)生瞬間，電壓相位角的突然改變，通常用瞬時(shí)電壓過(guò)零點(diǎn)的改變量度量。在國(guó)際上，對(duì)相位跳變物理機(jī)理的理解和認(rèn)識(shí)，目前還存在爭(zhēng)議，計(jì)算方法也還值得進(jìn)一步探討。導(dǎo)致相角跳的原因是系統(tǒng)與故障饋線阻抗比X/R不同。圖3給出了角跳變+45°的電壓暫降瞬時(shí)波形，故障后電壓超前故障前電壓；故障前電壓以虛線延續(xù)畫出。電壓相量圖上，相角跳變表現(xiàn)為復(fù)平面上的角度突變。0 1 2 3 4 5時(shí)間（周期）波形起始點(diǎn)電壓暫降的波形起始點(diǎn)特征，定義為電壓暫降開(kāi)始時(shí)刻基波電壓波形的相位角，對(duì)應(yīng)于短路故障發(fā)生時(shí)刻的角度。波形點(diǎn)起始點(diǎn)的量化需選取一個(gè)參考點(diǎn)，一般以基波電壓向上過(guò)零點(diǎn)為參考，如圖4。電壓暫降事件開(kāi)始于暫降前最后一個(gè)向上過(guò)零點(diǎn)的一個(gè)周波，波形大約起始于275°，波形點(diǎn)在276°和280°之間。

100 150 200 250 300 350100 150 200 250 300 350電壓波形的角度（度）圖4暫降波形點(diǎn)變化三相特征三相系統(tǒng)內(nèi)，電壓暫降作為一種電壓事件，存在三相特征。三相電壓暫降，尤其是三相不對(duì)稱電壓暫降，可通過(guò)對(duì)稱分量法獲得三相電壓暫降特征，包括：特征電壓和PN（正負(fù)序）系數(shù)等特征。特征電壓（CharacteristicVoltage,CV）是三相電壓暫降的重要特征?；谌嘞嚯妷?，特征電壓定義為三個(gè)相電壓變換所得三個(gè)線電壓、三個(gè)去除零序分量后的相電壓的有效值最小的那個(gè)電壓。若三相電壓為硬）、限4以a零序分量為：31去除零序分量后的三個(gè)相電壓為：(4)三個(gè)線電壓為:匕的=匕（。-喉f）匕?！阿?4)三個(gè)線電壓為:匕的=匕（。-喉f）匕?！阿?3—匕⑴匕⑦-匕⑴

g首頁(yè)上一頁(yè)123由式（4）、（5）可得6個(gè)電壓有效值，特征電壓為有效值最小的那個(gè)電壓。事實(shí)上，定義特征電壓的直接目的是分析和理解三相電壓暫降在系統(tǒng)內(nèi)的傳播，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)的變壓器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)三相電壓有效值有影響，尤其是變壓器繞組的不同連接方式和中性點(diǎn)接地方式的影響。三相系統(tǒng)內(nèi)的電壓暫降在不同聯(lián)接方式的變壓器原、副邊繞組的電壓變化有三類典型情況：電壓相量不變；去除零序電壓；交換線電壓和相電壓?？梢?jiàn)，特征電壓考慮的問(wèn)題是，一個(gè)電壓暫降發(fā)生后，經(jīng)