电压暂降科普之四：电压暂降特征

电压暂降科普之四：电压暂降特征

从物理现象看，电压暂降是母线电压方均根值下降至额定电压的90%~10%，持续0.5

周波~1min的扰动事件。相对于谐波、三相不平衡、电压波动与闪变等平稳电能质量扰动，电压暂降、短时电压中断、电压暂升等为非平稳扰动。前者需外部人为干预后才能消失，后者会自动消失。因此，前者被称作扰动现象或连续型扰动，后者被称作扰动事件或事件型扰动。区分两者的关键在于是否需要人工干预才能消失，这样，便于工程技术人员理解。

为了理解和分析电压暂降事件，用恰当的电压暂降特征刻画暂降事件是基础。

1、刻画形式

电压暂降事件的本质特性是电特性，表现为电压突然降低然后自动恢复的电压事件，表现为事件过程中电压随时间在持续较短时间内发生突然降低，然后突然恢复两次变化，可用三相电压瞬时值、有效值随时间变化的波形图、相量图、三相电压表达式等形式刻画。

以三相对称电压暂降为例，表现形式如图1、图2。

图1三相对称电压暂降瞬时值波形图和有效值波形图

图2三相对称电压暂降相量图

三相对称电压暂降的数学表达式如下，其中，V为发生电压暂降相的电压幅值。

其中，电压暂降事件的瞬时值波形图和有效值波形图，均能直观地刻画电压暂降事件中电压随时间的变化，而相量图和数学表达式是对电压暂降事件中某瞬间电压的描述。

2、暂降特征

暂降特征是人们对暂降事件的客观理解和认识，是由人定义的用于描述和刻画电压暂降事件的物理量。根据刻画目的、认知程度的不同，刻画电压暂降事件时采用的特征也不同。

根据需要和认知程度，用于刻画电压暂降事件的特征有多个，通常可用合理的特征向量刻画。刻画电压暂降的特征向量中的特征主要有：暂降幅值（剩余电压）、暂降持续时间、暂降频次等。其中，暂降频次是对某母线或系统暂降次数的统计，是对单一暂降事件的统计量，很多文献和著作中未当作电压暂降特征，但从全面刻画电压暂降事件的角度，尤其是需要分单一事件、节点和系统等不同层面进行电压暂降及其严重程度的刻画时，将暂降频次作为特征之一，具有一定的合理性。

在2014年IEEE颁布的标准IEEEStd1564中，定义了单一电压暂降事件指标、节点指标和系统指标等，这些均是用于刻画、描述和分析电压暂降事件及其严重程度的特征。

2.1暂降幅值

暂降幅值通常用剩余电压的方均根值表示，定义为电压暂降事件中，三相电压方均根值中电压最低一相的电压值。根据时域采样进行计算：

当电压暂降过程中的波形畸变严重时，通常首先进行FFT变换，并用基波值进行计算。根据需要，采用可采用半周采样或全周采样，且采样点数对于不同情况下电压暂降特征的计算结果有影响。

2.2持续时间

持续时间是电压暂降事件从发生时刻到结束时刻经历的时间。三相系统中，任一相电压方均根值低于给定阈值（一般取90%额定值）的时刻为三相电力系统电压暂降事件的发生时刻，所有相电压方均根值均高于给定阈值的时刻为三相系统电压暂降事件的结束时刻。图2给出了三相电压暂降的有效值示意图。

图2暂降幅值和持续时间

由定义可知，电压暂降事件除了暂降幅值和持续时间两个基本特征外，相角跳变、波形起始点、能量损失、波形畸变等也是电压暂降事件的特征，在实际刻画和分析理解电压暂降时，需根据实际需要选取恰当的特征。

描述电压暂降事件时，需考虑研究目标、对象、要求和表现形式等。通常可将电压暂降影响敏感设备或过程的事件，定义为电压暂降响应事件，根据响应事件的后果状态、可接受程度等，分析导致设备或过程受影响的因素，根据影响因素以及对这些影响因素的认知程度，确定用于刻画电压暂降事件的更恰当的电压暂降特征。

刻画电压暂降事件，除考虑被分析对象外，还需考虑产生原因、导致暂降的故障类型、故障位置等，因此，基于实际测量和仿真所得电压暂降事件中随时间变化的电压值后，根据需要进行单一暂降事件的特征提取，用恰当的电压暂降特征刻画暂降事件，这是认识、理解和研究电压暂降的基础，在此基础上，可进一步获得节点指标、系统指标，以及暂降源、暂降类型、暂降信息等，并可进一步获得所需知识和规律。由此建立一套认识和研究电压暂降的“数据-特征-指标-信息-知识（DCIIK）”体系，或许发展的趋势之一。

多数情况下，电压暂降幅值、持续时间和发生频次是刻画电压暂降的主要特征，用三维坐标系中的柱形图刻画，是最常见方法。遗憾的是，三维坐标系中难以反映相位跳变、波形点、波形畸变等其他特征。

2.3相角跳变

短路是导致电压暂降的主要原因。短路时，如果系统阻抗与故障阻抗的阻抗角不同，可能引起相位跳变。相位跳变定义为电压暂降事件发生瞬间，电压相位角的突然改变，通常用瞬时电压过零点的改变量度量。在国际上，对相位跳变物理机理的理解和认识，目前还存在争议，计算方法也还值得进一步探讨。

导致相角跳的原因是系统与故障馈线阻抗比X/R不同。图3给出了角跳变+45°的电压暂降瞬时波形，故障后电压超前故障前电压；故障前电压以虚线延续画出。电压相量图上，相角跳变表现为复平面上的角度突变。

2.4波形起始点

电压暂降的波形起始点特征，定义为电压暂降开始时刻基波电压波形的相位角，对应于短路故障发生时刻的角度。

波形点起始点的量化需选取一个参考点，一般以基波电压向上过零点为参考，如图4。电压暂降事件开始于暂降前最后一个向上过零点的一个周波，波形大约起始于275°，波形点在276°和280°之间。

图4暂降波形点变化

2.5三相特征

三相系统内，电压暂降作为一种电压事件，存在三相特征。三相电压暂降，尤其是三相不对称电压暂降，可通过对称分量法获得三相电压暂降特征，包括：特征电压和PN（正负序）系数等特征。

特征电压（CharacteristicVoltage,CV）是三相电压暂降的重要特征。基于三相相电压，特征电压定义为三个相电压变换所得三个线电压、三个去除零序分量后的相电压的有效值最小的那个电压。