第五章電壓暫降及短時間中斷

1、 第五章第五章 電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷 VOLTAGE SAGS AND SHORT INTERRUPTIONSVOLTAGE SAGS AND SHORT INTERRUPTIONS一、電壓暫降概念與定義1）電壓暫降并不是電力系統(tǒng)中的新現象，電網一運行就已經存在。它是由于系統(tǒng)）電壓暫降并不是電力系統(tǒng)中的新現象，電網一運行就已經存在。它是由于系統(tǒng)發(fā)生短路故障或者重負荷啟動引起的。發(fā)生短路故障或者重負荷啟動引起的。2）電壓暫降不同于）電壓暫降不同于電壓偏差，是指電壓有效值的大幅度、快速、短時間下降的突電壓偏差，是指電壓有效值的大幅度、快速、短時間下降的突發(fā)事件。發(fā)事件。3）在電

2、壓暫降的分析中，通常將暫降時的電壓有效值與額定電壓有效值的比值定）在電壓暫降的分析中，通常將暫降時的電壓有效值與額定電壓有效值的比值定義為暫降的幅值，將暫降從發(fā)生到結束之間的時間定義為持續(xù)時間，將單位時義為暫降的幅值，將暫降從發(fā)生到結束之間的時間定義為持續(xù)時間，將單位時間內發(fā)生電壓暫降的次數定義為暫降頻次。間內發(fā)生電壓暫降的次數定義為暫降頻次。4）國際電工委員會（國際電工委員會（IEC）將其定義為下降到額定值的將其定義為下降到額定值的90%至至1%，國際電氣與電國際電氣與電子工程師協(xié)會（子工程師協(xié)會（IEEE）將其定義為下降到額定值的將其定義為下降到額定值的90%至至10%，其典型持續(xù)時，其典

3、型持續(xù)時間為間為0.530周波周波。 電壓 RMS,BA短時間中斷時間電壓暫降圖5-4 重合閘時故障線路（實線）和非故障線路（虛線）電壓均方根值A故障切除時間 B重合閘重合時間變電站重合閘主饋線1分支線路熔斷器2圖5-3 帶有熔斷器和重合閘的架空線路配電系統(tǒng)故障切除電壓恢復重合成功電壓恢復121 1）由分支線路熔斷器保護與主干線路重合閘的配合）由分支線路熔斷器保護與主干線路重合閘的配合關系可以知道，電壓暫降、短時電壓中斷和長時電壓關系可以知道，電壓暫降、短時電壓中斷和長時電壓中斷的出現是與故障發(fā)生點、保護方式的配合以及恢中斷的出現是與故障發(fā)生點、保護方式的配合以及恢復供電時間相關聯，并且三者可

4、能相互轉化。復供電時間相關聯，并且三者可能相互轉化。2 2）一次故障可能出現多次電壓事件。以圖為例說明，）一次故障可能出現多次電壓事件。以圖為例說明，從一次短時間中斷和一次電壓暫降發(fā)展到二次短時間從一次短時間中斷和一次電壓暫降發(fā)展到二次短時間中斷和二次電壓暫降，直至長時供電中斷。中斷和二次電壓暫降，直至長時供電中斷。 引起電壓嚴重暫降的最主要原因是系統(tǒng)元件或線路的故障。(雷電等惡劣天氣影響居多) 特征：暫降幅度大、近乎矩形曲線、持續(xù)時間短（即故障在線時間）引起電壓暫降的另一主要原因是重型負荷的啟動。 特征：暫降幅度小、非規(guī)則矩形、持續(xù)時間長圖a：線路短路圖b：大型電機啟動 就現象可見,電壓暫降

5、并不是新問題。但是,由于其危害和影響十分突出,它卻成為近年來日益引起電工界關注的最重要的電能質量問題. 可采用三維圖形展示可采用三維圖形展示電壓暫降三特征量（即電壓暫降三特征量（即l暫降幅值暫降幅值l持續(xù)時間持續(xù)時間l暫降次數暫降次數的分布圖）。這是完整描述的分布圖）。這是完整描述電網發(fā)生電壓暫降的圖示化電網發(fā)生電壓暫降的圖示化方法。方法。 圖所示為一家圖所示為一家115kV工業(yè)用戶電壓暫降幅值的實工業(yè)用戶電壓暫降幅值的實測結果（監(jiān)測期為測結果（監(jiān)測期為1年）。年）?？梢钥吹?，該工廠供電系統(tǒng)可以看到，該工廠供電系統(tǒng)中電壓暫降絕大多數處在中電壓暫降絕大多數處在低于額定值的低于額定值的10%-30

6、%（或表示為（或表示為0.9pu 0.7pu）范圍內。電壓暫降大于范圍內。電壓暫降大于50的幾乎為的幾乎為0.（注：按照（注：按照IEEE定義，低于額定值定義，低于額定值0-10%的電壓變動不屬于電壓暫降）的電壓變動不屬于電壓暫降） 美國EPRI-DPQ電壓暫降 統(tǒng)計調查分布結果暫降幅值為0.7p.u0.9p.u的電壓暫降占70%。;持續(xù)時間不超過1s的約占90%，不超過0.1s的約占60%;發(fā)生頻次平均低于0.7p.u.的為18.422次/年，低于0.9p.u的為56.308次/年。 調查結果顯示：v 美國電壓暫降幅值低于0.7p.u.的典型值為18-20次/年，低于0.9p.u.的次數為5

7、0次/年。v 加拿大對工業(yè)用戶的調查結果是每個用戶側監(jiān)測點每相每月平均暫降38次。v 英國某造紙廠年電壓暫降事件次數約36次。v 杭州東信通訊移動電話公司2003年上半年就發(fā)生了6-7次暫降事件。因內外對故障引起用戶不能正常工作的故障點統(tǒng)計情況（圖a）。從所顯示的數據統(tǒng)計分析可知：v非本線路故障引起電壓暫降影響用戶設備不正常工作所占比例可達463177%。v輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)故障引起暫降都會影響用戶正常工作，且配電線路故障引起電壓暫降的比例大于輸電線路故障原因。v由故障點位置統(tǒng)計結果（圖b）。圖a圖bvCIRED KL2002國際供電會議主席指出，把電能質量問題列為當前國際供電界關注的首要問題

8、。而電能質量的首要問題是電壓驟降電能質量的首要問題是電壓驟降，應該作為研究解決的重點（在用戶電能質量問題投訴中，90%以上是電壓驟降引起的。據統(tǒng)計和案例反映，造成用電設備異常運行或停電的絕大部分因素是電壓驟降問題）。v供電可靠性反映的是供電中斷程度。一般只考慮持續(xù)時間5分鐘以上，有的國家規(guī)定為小于1分鐘的電壓中斷不予計算。電壓驟降發(fā)生頻率高，有統(tǒng)計數據表示，數十次或上千次/年，暫降深度多為40%（0.8-0.6p.u.)以內，持續(xù)時間多小于1秒鐘。v暫降是與短時間中斷伴隨發(fā)生，且暫降發(fā)生頻度高，事故原因不易察覺。v國際上還沒有正式的電壓驟降技術標準。也沒有統(tǒng)一的標準來規(guī)定用電設備耐受或過渡（穿

9、越）電壓驟降的能力。 但是有些行業(yè)組織制定了技術標準，例如CBEMA曲線。國際半導體生產商組織制定了SEMI F47標準。v在我國，對電能質量問題的把握不夠全面，主要集中在電壓合格率和諧波方面，對電壓驟降及電壓短時間中斷引起的電能質量問題、危害以及反措施認識不足。v在在電壓暫降在線監(jiān)測、統(tǒng)計評估方法和指標設定等多個方面我校已經領先開展研究。暫降幅值暫降幅值 U%持續(xù)時間持續(xù)時間 t20t150 0t150 msms150tt600 600 msms0.6tt3 sU%80%80Z180U%70%70S70U%60%60X1Z260U%40%40X240U%0%0T 電壓等電壓等級級kV監(jiān)測監(jiān)測

10、點的點的百分百分比比年暫降頻次限值年暫降頻次限值X1X2TSZ1Z2441328932114413230302020105二、短時間中斷的定義二、短時間中斷的定義 1）當電壓有效值降低到接近于零時，則稱為中斷。由于對電壓暫降下降幅度定義的不同，對“接近于零”也有不同的定義 IECIEC定義“接近于零”為“低于額定電壓的1%”； IEEE IEEE定義為“低于10%”IEEE Std.1159-1995。（之所以此時電壓不為，是系統(tǒng)儲能元件電壓反饋的原因）。（之所以此時電壓不為，是系統(tǒng)儲能元件電壓反饋的原因）。2 2）中斷可按其持續(xù)時間長短進一步分類，但分類原則也尚未統(tǒng)一。 IECIEC定義長時

11、間中斷持續(xù)時間最少為3分鐘，小于3分鐘的中斷稱為短時中斷。 IEEEIEEE標準IEEE Std.1250-1995中將大于2分鐘的中斷稱為持續(xù)中斷（而在 IEEE Std.1159-1995中則將大于3秒鐘的中斷稱為持續(xù)中斷，見下表）。（注意到，上表中各種電壓中斷現象的用語仍未統(tǒng)一。） 中斷類型中斷類型標準名稱標準名稱EN-50160IEEE- std.1159-95IEEE- std.1250-95長時長時(long) 3分鐘分鐘 短時短時(short)3分鐘分鐘 短時短時(momentary) 3秒秒1分鐘分鐘 2秒秒2分鐘分鐘暫時暫時(temporary) 30周波周波2秒秒瞬時瞬時(

12、instantaneous) 0.530周波周波持續(xù)持續(xù)(sustained) 秒秒 分鐘分鐘0.5周波周波3秒秒類別 典型持續(xù)時間典型電壓幅值短時間電壓變動瞬時暫降0.530 Cy0.10.9p.u.暫時中斷0.5 Cy3s0.1p.u.暫降30Cy3s0.10.9p.u.短時中斷3s1mim23600$/次41530$/次用戶平均經濟損失7694$/次11027$/次（夏季） 美國電力公司調查統(tǒng)計： 1991年起，加拿大電氣協(xié)會（年起，加拿大電氣協(xié)會（CEA）開始的一項為期三年的開始的一項為期三年的電能質量調查，調查的主要目的是了解加拿大電能質量的現有狀電能質量調查，調查的主要目的是了解加

13、拿大電能質量的現有狀況。共有況。共有22個電力公司參加了本次調查，選擇了個電力公司參加了本次調查，選擇了550個地點（工個地點（工業(yè)、商業(yè)和民用）進行了監(jiān)測。業(yè)、商業(yè)和民用）進行了監(jiān)測。工業(yè)用戶組的調查結果工業(yè)用戶組的調查結果：用戶側監(jiān)測點每相每月平均發(fā)生用戶側監(jiān)測點每相每月平均發(fā)生3838次暫降，電源側為次暫降，電源側為4 4次。次。用戶側用戶側8585的監(jiān)測點每相每月平均發(fā)生過的監(jiān)測點每相每月平均發(fā)生過10102020次電次電壓暫降，電源側為壓暫降，電源側為5-65-6次。次。商業(yè)和民用用戶組的調查結果商業(yè)和民用用戶組的調查結果：用戶側用戶側7070的監(jiān)測點每相每月平均發(fā)生過的監(jiān)測點每相每

14、月平均發(fā)生過2 23 3次電壓次電壓暫降，電源側為暫降，電源側為1 12 2次。次。 據統(tǒng)計，在歐洲電力部門與用戶對電壓暫降的關注程度比據統(tǒng)計，在歐洲電力部門與用戶對電壓暫降的關注程度比其它有關電能質量問題的關注程度要強得多，其中一個重要的其它有關電能質量問題的關注程度要強得多，其中一個重要的因素是在電能質量的諸多原因中，由電壓暫降引起的用戶投訴因素是在電能質量的諸多原因中，由電壓暫降引起的用戶投訴占整個電能質量問題的占整個電能質量問題的80%以上，而由諧波、開關操作過電壓以上，而由諧波、開關操作過電壓等引起的電能質量問題投訴不到等引起的電能質量問題投訴不到20%。 專家們認為，電壓暫降與中斷

15、已上升為最重要的電能質量專家們認為，電壓暫降與中斷已上升為最重要的電能質量問題之一，已成為信息社會對供電質量提出的新挑戰(zhàn)。問題之一，已成為信息社會對供電質量提出的新挑戰(zhàn)。分支D：3km為了隨機預估某一饋電用戶所承受的短時電壓中斷次數，為了隨機預估某一饋電用戶所承受的短時電壓中斷次數，需要以下輸入數據：需要以下輸入數據： 不同主饋線或分支線路每年米饋線故障率。 主饋線和分支導線長度。 重合成功率，多次重合的第一次成功率和第二次成功率。 重合開關和熔斷器安裝位置。數據表數據表主饋線故障率：主饋線故障率：0.1次次/年年*km分支線路故障率：分支線路故障率：0.25次次/年年*km第一次重合成功率：

16、第一次重合成功率：75%，第二次重合機率：第二次重合機率：25%，第二次成功率是故障數的第二次成功率是故障數的10%，因此，故障數的因此，故障數的15%二次重合沒有成功，二次重合沒有成功，即屬于永久性故障，導致長時間中斷。即屬于永久性故障，導致長時間中斷。 圖為一個假想系統(tǒng)例，介紹隨機預估的各項步驟。圖為一個假想系統(tǒng)例，介紹隨機預估的各項步驟。 分支C：7km分支B：4km分支A：8km主饋線：11km熔斷器系統(tǒng)系統(tǒng)重合閘重合閘動作過程：重合閘動作過程：1）由于發(fā)生短路故障，過電流使線路保護動作，斷路器瞬時打開。）由于發(fā)生短路故障，過電流使線路保護動作，斷路器瞬時打開。2）開關打開）開關打開1

17、秒秒，期間，期間75%故障會被消除。故障會被消除。3）重合閘動作，斷路器閉合。如果故障仍然存在，過電流使開關再次瞬）重合閘動作，斷路器閉合。如果故障仍然存在，過電流使開關再次瞬時打開，這種情況占時打開，這種情況占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）此次短路器打開時間為）此次短路器打開時間為5秒秒，期間，期間10%總故障數被消除。總故障數被消除。5）短路器閉合約）短路器閉合約1秒秒時間后，如果故障仍然存在，開關保持閉合直到分時間后，如果故障仍然存在，開關保持閉合直到分支線路熔斷器動作。支線路熔斷器動作。6）熔斷器熔斷后，故障仍然沒有消失，短路器第三次打開，并保

18、持斷熔斷器熔斷后，故障仍然沒有消失，短路器第三次打開，并保持斷路狀態(tài)，直到人為操作恢復供電。此時整個饋線將承受長時間電壓中路狀態(tài)，直到人為操作恢復供電。此時整個饋線將承受長時間電壓中斷。斷。主饋線與分支線故障總次數計算：主饋線與分支線故障總次數計算：l11km*0.1/年年*km +22km*0.25/年年*km =6.6次次/年年l每次故障都將引起電壓幅值事件，并且可能存在每次故障都將引起電壓幅值事件，并且可能存在4種不同的種不同的情況：情況：l） 1秒持續(xù)時間的短時間電壓中斷。秒持續(xù)時間的短時間電壓中斷。l） 二次短時間中斷，一次為二次短時間中斷，一次為1秒，一次為秒，一次為5秒持續(xù)時間。

19、秒持續(xù)時間。l） 二次短時間中斷，隨之出現一次電壓暫降。二次短時間中斷，隨之出現一次電壓暫降。l） 二次短時間中斷，隨之出現一次長時中斷。二次短時間中斷，隨之出現一次長時中斷。l由于預估該饋線上每年發(fā)生由于預估該饋線上每年發(fā)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次為所有用戶一次短時間中斷電。次為所有用戶一次短時間中斷電。l）每年）每年6.6次次*10% =0.7次為所有用戶二次短時間中斷電。次為所有用戶二次短時間中斷電。l）每年）每年6.6次次*15%=1.0次為永久性故障，即用戶將承受次為永久性故障，即用戶將承受二次短時斷電和隨之發(fā)生的二次電壓

20、暫降，或隨之出現的二次短時斷電和隨之發(fā)生的二次電壓暫降，或隨之出現的長時中斷電。長時中斷電。l由該饋線供電的每一個用戶所承受的短時電壓中斷次數是由該饋線供電的每一個用戶所承受的短時電壓中斷次數是相等的，即，相等的，即，l1秒持續(xù)時間的為秒持續(xù)時間的為5.0次次/年，年，l1+5秒持續(xù)時間的為秒持續(xù)時間的為0.7次次/年。年。l長時間中斷次數則取決與在饋線上的不同位置。當主長時間中斷次數則取決與在饋線上的不同位置。當主饋線發(fā)生永久性故障時，所有用戶都將承受長時間中饋線發(fā)生永久性故障時，所有用戶都將承受長時間中斷；當分支線路發(fā)生永久性故障，則僅僅是由該分支斷；當分支線路發(fā)生永久性故障，則僅僅是由該

21、分支線饋電的用戶承受長時中斷。不同饋線，永久性故障線饋電的用戶承受長時中斷。不同饋線，永久性故障的次數為：的次數為：l） 分支分支A：8km*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 饋線上不同的連接處，經受長時間中斷的次數為：饋線上不同的連接處，經受長時間中斷的次數為：l）主饋線：）主饋線：0.17次次/年年l）分支）分支A：

22、 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 =0.43次次/年年l）分支）分支D： 0.17+0.11 =0.28次次/年年 不設置重合閘動作，而僅靠熔斷器清除分支線上的所有故障，不設置重合閘動作，而僅靠熔斷器清除分支線上的所有故障，將只可能存在長時間電壓中斷，其次數為（將只可能存在長時間電壓中斷，其次數為（線路長度線路長度故障率故障率） ：l） 主饋線：主饋線：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

23、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/年年表表所示為有重合動作和無重合動作條件下，長時間所示為有重合動作和無重合動作條件下，長時間電壓中斷和短時間電壓中斷次數的比較結果。電壓中斷和短時間電壓中斷次數的比較結果。 長時間中斷 所有中斷 有重合閘 無重合閘 有重合閘 無重合閘主饋線 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 分析結果分析結果 對于長時間電壓中斷敏感的設備或生產過程，顯對

24、于長時間電壓中斷敏感的設備或生產過程，顯然應當采取有然應當采取有重合閘設置重合閘設置的系統(tǒng)。因為這的系統(tǒng)。因為這會使長時間會使長時間中斷減少中斷減少85%85%。 如果當設備或生產過程對短時間電壓中斷和長時如果當設備或生產過程對短時間電壓中斷和長時間電壓中斷都敏感，最好是間電壓中斷都敏感，最好是取消重合閘設置，取消重合閘設置，這樣在這樣在每次故障發(fā)生時總是斷電，可能會更好些。每次故障發(fā)生時總是斷電，可能會更好些。 根據設備負荷在饋線上的根據設備負荷在饋線上的不同位置不同位置，斷電的次數斷電的次數比有重合閘時可減少比有重合閘時可減少1/21/21/51/5。但是這仍要看具體用但是這仍要看具體用戶

25、而定，實際上，有些用戶更愿意接受短時間中斷而戶而定，實際上，有些用戶更愿意接受短時間中斷而不愿長時中斷電。不愿長時中斷電。 對于輻射形系統(tǒng)，可用圖對于輻射形系統(tǒng)，可用圖3.8所示的電壓所示的電壓分配器電路描述。分配器電路描述。 假設假設PCC點故障前電壓等于電源點故障前電壓等于電源電壓且等于電壓且等于1，則可用下式計算故障點，則可用下式計算故障點與負荷之間，與負荷之間，PCC的電壓暫降幅值：的電壓暫降幅值： 圖圖3.8 輻射狀系統(tǒng)輻射狀系統(tǒng)式中 為故障點與PCC點之間的阻抗， 為PCC點看進去的系統(tǒng)阻抗。令令 ， 為故障點與為故障點與PCC點之間的距離，點之間的距離， 為單位長度線路阻抗。則：

26、為單位長度線路阻抗。則： SZFZSFFsagZZZVsagVSZFZzlZFlzSsagZzlzlV 臨界距離臨界距離 定義：定義： PCC電壓降低到等于臨界電壓電壓降低到等于臨界電壓 時，故障點與時，故障點與PCC之之間的距離。間的距離。假設系統(tǒng)與線路均為純感性假設系統(tǒng)與線路均為純感性，則由上式推導可得臨界距離計算公，則由上式推導可得臨界距離計算公式為：式為：上式適用于上式適用于單相系統(tǒng)單相系統(tǒng)。 對于對于三相系統(tǒng)，三相系統(tǒng)，上式仍可使用的條件：上式仍可使用的條件： 1） 三相故障三相故障， 采用正序阻抗；采用正序阻抗； 2） 單相故障單相故障， 應采用正序、負序和零序阻抗之和，式中電壓為

27、故障相的相應采用正序、負序和零序阻抗之和，式中電壓為故障相的相 對地電壓；對地電壓； 3）兩相故障兩相故障，應采用正序和負序阻抗之和，式中電壓為故障相之間的電壓。，應采用正序和負序阻抗之和，式中電壓為故障相之間的電壓。 VcritlVVzZlscrit1當系統(tǒng)與線路參數以復阻抗表示，則臨界距離為：當系統(tǒng)與線路參數以復阻抗表示，則臨界距離為：式中式中 為系統(tǒng)阻抗與線路阻抗在復平面上的夾角，即阻抗角：為系統(tǒng)阻抗與線路阻抗在復平面上的夾角，即阻抗角： 假設系統(tǒng)和線路的阻抗參數比值相等，則，假設系統(tǒng)和線路的阻抗參數比值相等，則， = 0，上式可簡化為單相系，上式可簡化為單相系統(tǒng)計算式。統(tǒng)計算式。 盡管

28、上述假設并不總是成立，但在多數情況下，用簡化式計算即可得到盡管上述假設并不總是成立，但在多數情況下，用簡化式計算即可得到較滿意的結果，特別是在沒有足夠數據計算阻抗角的情況下較滿意的結果，特別是在沒有足夠數據計算阻抗角的情況下1sin1cos122VVVVVzZlScritrxRXSSarctanarctanl假設假設 和和 為兩條線路的阻抗，為兩條線路的阻抗， 為系統(tǒng)阻抗，線路為系統(tǒng)阻抗，線路1在距電源在距電源 處發(fā)生故障，處發(fā)生故障，則負荷母線暫降電壓由下式決定：則負荷母線暫降電壓由下式決定： 采用雙回線供電結構可減少采用雙回線供電結構可減少 1 Load 電壓中斷發(fā)生的次數，但通電壓中斷發(fā)

29、生的次數，但通 常會使嚴重電壓暫降的次數增加。常會使嚴重電壓暫降的次數增加。 2 圖圖3.11同一電源雙回路供電系統(tǒng)等值電路同一電源雙回路供電系統(tǒng)等值電路 212121021)1 ()()1 (ZppZpZZZZZppVsag1Z2Z0Zppp1Z1Z2Zp)1 (p0Zpl當當 =0或或 =1時，電壓暫降幅值為時，電壓暫降幅值為0。通過合理的假設，也可對臨界距離進行描。通過合理的假設，也可對臨界距離進行描述。述。（作業(yè)：推證上式，并給出臨界點與臨界電壓之間的關系式）。（作業(yè)：推證上式，并給出臨界點與臨界電壓之間的關系式）。 電力系統(tǒng)的多數故障是單相或兩相故障。而配電系統(tǒng)的多數故障為電力系統(tǒng)的

30、多數故障是單相或兩相故障。而配電系統(tǒng)的多數故障為單相接地故障，該故障是發(fā)生電壓暫降的最主要原因。單相接地故障，該故障是發(fā)生電壓暫降的最主要原因。 單相直接接地故障（假定單相直接接地故障（假定 a 相故障）相故障）假設電源電壓為單位假設電源電壓為單位1，可知，可知各相對中線的電壓為：各相對中線的電壓為： 0aV2321jVb2321jVc不難知道，此時由于中性線接地系統(tǒng)的三相獨立性，不難知道，此時由于中性線接地系統(tǒng)的三相獨立性，接地故障相發(fā)生電壓中斷，其它兩相電壓不變，由其接地故障相發(fā)生電壓中斷，其它兩相電壓不變，由其供電的單相電源用戶不受影響。供電的單相電源用戶不受影響。 以上單相金屬性接地故

31、障現象與單相跳閘相似以上單相金屬性接地故障現象與單相跳閘相似。 由于中低壓用戶設備許多是由于中低壓用戶設備許多是 接線，或者經由接線，或者經由接線接線變壓器降壓、變壓器降壓、向單相負荷供電，此時用戶將承受電壓暫降的影響。向單相負荷供電，此時用戶將承受電壓暫降的影響。若負荷為若負荷為形連接，用電設備的端電壓應為線電壓，可表示為：形連接，用電設備的端電壓應為線電壓，可表示為：但由于以相電壓為標幺值，且定義為但由于以相電壓為標幺值，且定義為1，則線電壓單位，則線電壓單位值需除以值需除以 ，并且為仍保持，并且為仍保持A相電壓為坐標實軸方向，相電壓為坐標實軸方向，則各相同乘以旋轉因子則各相同乘以旋轉因子

32、 。從而得到接線負荷端相。從而得到接線負荷端相電壓表達式：電壓表達式： 此時此時形連接的負荷端出現了一相兩形連接的負荷端出現了一相兩 相電壓保持不變，而另外兩相電壓幅值相電壓保持不變，而另外兩相電壓幅值 和相位角都發(fā)生了變化。即出現電壓暫降。和相位角都發(fā)生了變化。即出現電壓暫降。 3cbaVVjV3acbVVjV3bacVVjV 1aV6321jVb6321jVc3jl動態(tài)電壓質量的監(jiān)測不同于諸如電壓偏差等電氣量的檢測記錄，其中最大的區(qū)別是要對這種隨機性的動態(tài)事件做出科學的統(tǒng)計評估，以發(fā)現和找出內在規(guī)律，這對控制電能質量問題是至關重要的。l是全面了解已知電網或規(guī)劃電網各公共連接點電壓暫降嚴重程

33、度、特征參量及其分布特點（凹陷域）的必要手段。l對于電力企業(yè)、高新技術電力用戶、設備制造商以及政府招商引資有重要的現實意義。電壓暫降特征量檢測概述電壓暫降特征量檢測概述 電壓暫降的電壓暫降的幅值大小幅值大小和和持續(xù)時間持續(xù)時間是電壓暫降分析與檢測的主要特征量，而是電壓暫降分析與檢測的主要特征量，而暫降次數只是以上檢測結果的分類統(tǒng)計量，相對要簡單許多。雖然，電壓暫降暫降次數只是以上檢測結果的分類統(tǒng)計量，相對要簡單許多。雖然，電壓暫降的完整特征描述還應包括跌落過程的高頻成分和暫降恢復的電壓瞬時過沖現象。的完整特征描述還應包括跌落過程的高頻成分和暫降恢復的電壓瞬時過沖現象。但通常重點討論這兩個主要特

34、征量。但通常重點討論這兩個主要特征量。暫降幅值分析與檢測算法暫降幅值分析與檢測算法 可以用多種方法來確定電壓暫降的幅值大小。目前大多數電能質量監(jiān)測儀可以用多種方法來確定電壓暫降的幅值大小。目前大多數電能質量監(jiān)測儀是通過計算電壓方均根值來獲取實測暫降大小的，具體處理時可能利用求取是通過計算電壓方均根值來獲取實測暫降大小的，具體處理時可能利用求取電壓基波分量或測取每周波或半周波內的峰值電壓來確定暫降大小。電壓基波分量或測取每周波或半周波內的峰值電壓來確定暫降大小。 以下介紹幾種暫降檢測算法以下介紹幾種暫降檢測算法. 1.方均根電壓值方均根電壓值(rms-voltage)測量與計算測量與計算 當在時

35、間軸上對電壓暫降抽樣記錄時，電壓幅值大小可通過時域定義當在時間軸上對電壓暫降抽樣記錄時，電壓幅值大小可通過時域定義的電壓均方根計算求得：的電壓均方根計算求得：其中，其中，N ：每周波的采樣數，：每周波的采樣數， ：時間域被采樣電壓。：時間域被采樣電壓。 將上式用于圖將上式用于圖5-35(a)波形計算，電壓均方根值變化結果如圖波形計算，電壓均方根值變化結果如圖5-35(b) 所示。在所示。在5-35圖中，均方根值是取一個周波窗采樣點圖中，均方根值是取一個周波窗采樣點 N=256 計算得到的。計算得到的。 NiirmsvNV121iv220V系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)時間持續(xù)時間0.087s-0.163

36、s驟降幅值為驟降幅值為50%、相位跳變相位跳變 電壓暫降。電壓暫降。暫降期間存在電壓暫降期間存在電壓畸變且在暫降起始畸變且在暫降起始時電壓出現高頻振時電壓出現高頻振蕩現象蕩現象. 粉紅色粉紅色為瞬時值計算結果。為瞬時值計算結果。瞬時計算結果均偏高。瞬時計算結果均偏高。紅色紅色和和深藍色深藍色為為d-q（平均值（平均值和和LPF濾波）算法，濾波）算法，綠色綠色為單相電壓法為單相電壓法030淺藍色淺藍色為整周期為整周期RMS 計算結果計算結果可見，起始時間延遲可見，起始時間延遲1個周期，個周期，圖圖5-35 曲線上每一點是此前曲線上每一點是此前256個采樣點計算的結果，有公式：個采樣點計算的結果，

37、有公式：式中，式中，N=256，k=256，257，?？梢钥闯觯鲜綖??？梢钥闯觯鲜綖榛瑒佑嬎愎交瑒佑嬎愎?。利。利用它可以在每個采樣瞬間得到一個新的電壓均方根值用它可以在每個采樣瞬間得到一個新的電壓均方根值. 同樣，滑動均方根計算方法也有一個周波的過渡時間（也稱為延遲時同樣，滑動均方根計算方法也有一個周波的過渡時間（也稱為延遲時間間 ），），由此暫降持續(xù)時間也有約由此暫降持續(xù)時間也有約1個周期的誤差個周期的誤差.（過渡時間是由于采樣值中仍然保留近（過渡時間是由于采樣值中仍然保留近1個周期的個周期的“歷史歷史”數據數據所引起的。但是滑動算法幾乎可以瞬時計算出結果。）所引起的。但是滑動算法幾

38、乎可以瞬時計算出結果。） kiNkiirmsvNkV121)( 下頁圖所示為下頁圖所示為128個個采樣點采樣點（即半個周波）的有效值計（即半個周波）的有效值計算結果，所對應的算結果，所對應的過渡時間（延遲時間）為半個周波過渡時間（延遲時間）為半個周波。盡管。盡管延遲時間被縮短，但其仍然存在著測不準的缺點延遲時間被縮短，但其仍然存在著測不準的缺點. 須指出，窗寬必須是半個周波的整數倍，不能用少于半須指出，窗寬必須是半個周波的整數倍，不能用少于半個周波的短窗來計算有效值，因為任何其他的窗寬都將給計個周波的短窗來計算有效值，因為任何其他的窗寬都將給計算結果帶來算結果帶來2倍基頻的振蕩。倍基頻的振蕩。

39、 練習題：證明正弦函數波形在求練習題：證明正弦函數波形在求RMS時，積分周期應取時，積分周期應取函數半個周期的整數倍。否則將附加函數半個周期的整數倍。否則將附加2倍基頻的振蕩分量。倍基頻的振蕩分量。 2. 基頻電壓分量法基頻電壓分量法 利用基波電壓分量計算暫降幅值有一個好處，就是利用基波電壓分量計算暫降幅值有一個好處，就是可用它來確定可用它來確定相位角跳變值相位角跳變值。以時間。以時間 t 為函數的基波電壓可以由下式求得為函數的基波電壓可以由下式求得,式中式中 ，T 是基波周期。是基波周期。 注意到，該計算是以復數電壓表示的。復數電壓的絕對值是以時注意到，該計算是以復數電壓表示的。復數電壓的絕

40、對值是以時間間t為函數的電壓幅值，其幅角可以用來求取相位角。用類似的辦法為函數的電壓幅值，其幅角可以用來求取相位角。用類似的辦法我我們還可獲得諧波分量的幅值和相角。們還可獲得諧波分量的幅值和相角。 devTtVjtTtfund0)(2)(T20 采用有效值計算法的好處在于，可以簡便的用半個周波采樣點采用有效值計算法的好處在于，可以簡便的用半個周波采樣點來處理。若從半個周波數據獲取基波分量是相當復雜的事。一種可來處理。若從半個周波數據獲取基波分量是相當復雜的事。一種可能的解決辦法是，取半個周波數據，利用下式可以計算出下半個周能的解決辦法是，取半個周波數據，利用下式可以計算出下半個周波的數據，波的

41、數據，令令 是半個周波的電壓采樣值，是半個周波的電壓采樣值，利用下半個周波的虛擬利用下半個周波的虛擬序列數據序列數據 進行付氏變換，可以得到基波電壓。進行付氏變換，可以得到基波電壓。)cos()cos(tt)2,.1(Nivi2121.,.NNvvvv 用半個周波求取基波分量的方法對以前所示波形進行計算，用半個周波求取基波分量的方法對以前所示波形進行計算，其結果如下圖所示。觀察該圖可以看到，其結果如下圖所示。觀察該圖可以看到，從故障前到故障期間的電從故障前到故障期間的電壓變化比整周波圖所示的要快，檢測迅速。壓變化比整周波圖所示的要快，檢測迅速。 應注意到，此方法假定電壓中不含直流分量，如果不是

42、這樣，應注意到，此方法假定電壓中不含直流分量，如果不是這樣，將導致基波電壓誤差增大。將導致基波電壓誤差增大。 整數倍周期計算結果半周期計算結果3. 峰值電壓法（假定電壓為純正弦波形）峰值電壓法（假定電壓為純正弦波形） 峰值電壓是時間峰值電壓是時間t的函數，可用以下表達式計算的函數，可用以下表達式計算式中式中 是采樣電壓波形。是采樣電壓波形。T 為半周波的整數倍。為半周波的整數倍。 ）（tvTpeak0maxV)(tv 圖中粉紅線為峰值電壓計算結果，曲線上每一點為前半個周波電壓最大瞬時圖中粉紅線為峰值電壓計算結果，曲線上每一點為前半個周波電壓最大瞬時值值（也采取滑動算法）。雖然我們后邊會看到，圖

43、與實際暫降發(fā)生和暫降清除過程（也采取滑動算法）。雖然我們后邊會看到，圖與實際暫降發(fā)生和暫降清除過程不很相符，但峰值電壓曲線表現出不很相符，但峰值電壓曲線表現出很陡的下降沿和上升沿很陡的下降沿和上升沿，這與均方根值電壓法，這與均方根值電壓法正好相反。（另外，下圖中的暫降波形出現了正好相反。（另外，下圖中的暫降波形出現了電壓過沖電壓過沖，但這與時域過電壓相一，但這與時域過電壓相一致）。致）。4. 電壓暫降持續(xù)時間測量電壓暫降持續(xù)時間測量 暫降持續(xù)時間的定義為，電壓有效值低于某一暫降持續(xù)時間的定義為，電壓有效值低于某一給定門檻值給定門檻值的電壓周期數。每個電能質量監(jiān)測儀器所設定的門檻值可能的電壓周期

44、數。每個電能質量監(jiān)測儀器所設定的門檻值可能并不相同，但并不相同，但通常設定為通常設定為0.9pu，將暫降事件全部記錄下來，將暫降事件全部記錄下來，并且在事后做進一步細劃分類，這是很容易的并且在事后做進一步細劃分類，這是很容易的. 需要注意到，需要注意到，電能質量監(jiān)測儀多數采用一個周波計算一次電能質量監(jiān)測儀多數采用一個周波計算一次均方根值的方法，因而給出的暫降持續(xù)時間就會出現超估情況均方根值的方法，因而給出的暫降持續(xù)時間就會出現超估情況 . 由于最短的由于最短的 時間窗為半個周波，因此必須接受半個周波的時時間窗為半個周波，因此必須接受半個周波的時間誤差量。間誤差量。 實時檢測時，困難在于準確判斷

45、暫降的發(fā)生。實時檢測時，困難在于準確判斷暫降的發(fā)生。5.相位跳變角測算相位跳變角測算 系統(tǒng)短路不僅引起電壓幅值快速下降，而且還會改變電壓相位系統(tǒng)短路不僅引起電壓幅值快速下降，而且還會改變電壓相位角。正弦電壓可表示為有幅值和相位的復數量（或相量）。當系統(tǒng)角。正弦電壓可表示為有幅值和相位的復數量（或相量）。當系統(tǒng)發(fā)生某種變化時，如短路故障，電壓的變化并非僅限于幅值變化，發(fā)生某種變化時，如短路故障，電壓的變化并非僅限于幅值變化，也包括相位角的變化。也包括相位角的變化。 電壓出現相位跳變是由于系統(tǒng)和線路的電壓出現相位跳變是由于系統(tǒng)和線路的XR值不同，或不平衡凹陷值不同，或不平衡凹陷向低壓系統(tǒng)傳遞引起的

46、。在圖向低壓系統(tǒng)傳遞引起的。在圖5-16中，考慮中，考慮系統(tǒng)與線路阻抗均為復系統(tǒng)與線路阻抗均為復數，忽略所有負荷電流，并假設數，忽略所有負荷電流，并假設Vs=1p.u.，可知公共連接點電壓為，可知公共連接點電壓為SFFsagZZZUFSFS1FF1sagtgtgargRRXXRXUFFSSRXRX如果阻抗系數比值滿足式子,則無相位跳變；反之則存在相位跳變.多數情況下，相位跳變角在060度之間。 相位跳變角表現為瞬時出現的電壓過點的位移。相位跳變對大多數設備無關緊要，但對利用相位角（或過零點）信息進行觸發(fā)角控制的電力電子換流器來講就會受到影響。 為了獲得被測暫降電壓的跳變相位角，必須對電壓暫降期

47、間和暫降前的相位角做比較?？蓮碾妷哼^0點或從電壓基波分量求取跳變相位角。利用FFT算法對信號做變換得到復數基波分量。 6. 單相電壓變換（正交向量表示）平均值算法單相電壓變換（正交向量表示）平均值算法 以下介紹另外一種單相電壓變換平均值算法。假設電壓信號為以下介紹另外一種單相電壓變換平均值算法。假設電壓信號為式中式中 為基波角頻率。假設為基波角頻率。假設 和和 是與暫降前電壓同是與暫降前電壓同相位的正、余弦信號，則可從上式得到兩個新信號：相位的正、余弦信號，則可從上式得到兩個新信號：)Re()sin()cos()(000tjejYXtYtXtv)sin()(2)()cos()(2)(00ttv

48、tvttvtvqd0t0sintcos0還可以寫成還可以寫成對以上兩個新信號取基波頻率半個周期（或其整數倍）的平均值（將只保留常數項）對以上兩個新信號取基波頻率半個周期（或其整數倍）的平均值（將只保留常數項）,可得到正交可得到正交矢量表達式矢量表達式換言之換言之,通過以上推導通過以上推導, 則可由則可由 、 的平均值求出的平均值求出 和和 ，從而可以得到，從而可以得到，暫降幅值暫降幅值:跳變相位角跳變相位角:)()(_tvjtvjYXqdXYarctan)2sin()2cos()()2sin()2cos()(0000tXtYYtvtYtXXtvqddvqvYX22YX )sin()cos()s

49、in()cos()Re()()sin()cos()(sin,cos)sin(sin)cos(cos)()cos()(0000000000tYtXtjjYtXejYXtvtYtXtvYVXVtVtVtvtVtvtjmmmmm電壓余弦函數普遍表達式數學推證注意到,若電壓正弦函數表達式結果與上不同.影響到對正交函數的表達,見162,形式上是不合適的.XYVVYXjVVjYXjYXdttvTjdttvTtXtYYtvtYtXXtvttvtvttvtvsagmmmTqTdqdqdarctan2/2/sincos)(1)(1)sin()2cos()()2sin()2cos()()sin()(2)()cos

50、()(2)(2200000000構造正交矢量求取正交變量在一個周期的平均值正交矢量的模值為欲檢測的電壓暫降幅值 -代入原定義式7.缺損電壓計算方法(missing voltage technique) 是求取實際發(fā)生的電壓瞬時值與期望值的差。由于該方法簡單有效,是電壓暫降補償檢測算法中較早和廣泛采用的基本方法。 該方法的要點問題是，尋找到與被補償系統(tǒng)電壓同步的理想(期望)的瞬時電壓。當PLL技術成熟后，該方法較容易實現了。)()()(sagPLLtututmm(t)t (s)0.150.100.050.500.250.20-0.5圖5-36 缺損電壓波形8. 瞬時電壓分解（瞬時電壓分解（ 3-

51、2變換）法變換）法 “缺損電壓法缺損電壓法”將期望的瞬時電壓和實際的瞬時電壓之間的差值作為暫降補償將期望的瞬時電壓和實際的瞬時電壓之間的差值作為暫降補償裝置應補償的電壓，可較好解決暫降的實時補償問題。但暫降補償裝置的補償裝置應補償的電壓，可較好解決暫降的實時補償問題。但暫降補償裝置的補償量超過其本身注入能力時，暫降的補償應加以特殊考慮。為此，反映量超過其本身注入能力時，暫降的補償應加以特殊考慮。為此，反映暫降電壓暫降電壓特征的幅值和相位的瞬時確定特征的幅值和相位的瞬時確定不僅對暫降的瞬時記錄與評估，而且對暫降的實不僅對暫降的瞬時記錄與評估，而且對暫降的實時補償均具有非常重要的意義。采用該方法不

52、可能作到時補償均具有非常重要的意義。采用該方法不可能作到對補償裝置補償容量的對補償裝置補償容量的動態(tài)控制動態(tài)控制。 除上述檢測方法之外，新近除上述檢測方法之外，新近提出了電壓暫降幅值與相位跳變及其它特征量的提出了電壓暫降幅值與相位跳變及其它特征量的實時（瞬時）檢測方法。原理推導見實時（瞬時）檢測方法。原理推導見 P158。 實際系統(tǒng)發(fā)生的電壓暫降多為單相事件，實際系統(tǒng)發(fā)生的電壓暫降多為單相事件， 考慮到三相三線制電路的特點，考慮到三相三線制電路的特點，以單相電源為參考電壓可構造一個虛擬的三相系統(tǒng)。以單相電源為參考電壓可構造一個虛擬的三相系統(tǒng)。 以以 a 相為例，首先將相為例，首先將 延時延時

53、得得 ，然后由，然后由 算出算出 。借助借助3-2變換將三相電壓變換到變換將三相電壓變換到d-q軸：軸：式中式中變換陣變換陣 中中 和和 是與擾動前是與擾動前a相電壓同相位的正、余弦同步相電壓同相位的正、余弦同步信號。信號。 將變換后將變換后d、q分量電壓中的分量電壓中的直流成分直流成分 和和 提取出來，則可得：提取出來，則可得： bv60cvcabvvvavcbaqdvvvvvC) 3/2cos(-) 3/2cos(-cos-) 3/2sin() 3/2sin(sin32000000ttttttCCt0sintcos0dVqV（中間推導過程見（中間推導過程見P158159）式中，式中， 和和

54、 分別為暫降幅值和跳變相位角。分別為暫降幅值和跳變相位角。其中，其中， 和和 經實測計算獲得，然后由上兩式可求出暫降電壓的經實測計算獲得，然后由上兩式可求出暫降電壓的幅幅值和跳變相位角為：值和跳變相位角為： cos3sagdVV sin3sagqVVsagV2233qdsagVVVdVqV2211cos33cosqddsagdVVVVV問題1：直流成分與基波分量的關系；問題2：是否可瞬時求取電壓均方根值？否凹陷發(fā)生不補償啟動補償并校正是否是電壓均方根值計算利用與給出補償信號給出全補償信號LPFLPF幅值相位計算超出補償能力構造三相auarefuduququducossin3-2變換10. 各種檢測方法的仿真結果比較各種檢測方法的仿真結果比較 利用利用MATLAB仿真對同一暫降電壓采用不同方法進行檢測的結仿真對同一暫降電壓采用不同方法進行檢測的結果如圖果如圖1- 圖圖7所示。仿真中設定所示。仿真中設定220V系統(tǒng)在系統(tǒng)在0.087s-0.163s之間之間發(fā)生幅值發(fā)生幅值50%、具有、具有相位跳變相位跳變、暫降期間存在、暫降期間存在電壓畸變電壓畸變且在暫降且在暫降起始時電壓出現起始時電壓出現高頻振蕩高頻振蕩現象的電壓暫降，如圖現象的電壓暫降，如圖1所示。所示。圖圖1 具有相位跳變的系統(tǒng)電壓暫降波形（單位：伏具有相位跳變的系統(tǒng)