电压暂降科普之四：电压暂降特征
电力系统电压暂降与暂增
电力系统电压暂降与暂增电力系统是现代社会不可或缺的重要组成部分，它为人们的生产和生活提供了稳定的电能供应。
然而，在电力系统运行过程中，偶尔会出现电压暂降和暂增的情况，给电网稳定性和用户正常用电带来一定的影响。
本文将就电力系统电压暂降与暂增进行探讨，并分析其中的原因和可能的解决方案。
一、什么是电压暂降与暂增电力系统的基本组成是由发电厂、输电线路和配电网络组成的，它们相互协调合作，完成电能的生产、传输和分配。
然而，在这个复杂的过程中，电流的波动和电磁波等因素的干扰可能会导致电网的电压发生暂降或暂增的现象。
电压暂降是指电网中电压下降的情况，它可能导致用户端的电器设备无法正常工作，甚至造成设备损坏。
而电压暂增则是指电网中电压突然增加的情况，同样会给用户端的设备带来负面影响。
二、电压暂降与暂增的原因1. 过载：当电力系统的负荷超过其额定容量时，会导致电压暂降和暂增。
这可能是由于用户过多或电力需求突然增加所致。
2. 天气因素：恶劣的天气条件如雷电、强风等，可能会导致输电线路受损，从而引发电压暂降与暂增。
3. 设备故障：电力系统中的发电机、变压器等设备出现故障时，往往会导致电压暂降与暂增。
4. 线路阻抗：电力系统的输电线路阻抗也是电压暂降和暂增的一个重要因素。
当阻抗过高时，电流通过线路时会产生一定的电压降，导致电压下降。
5. 母线故障：电力系统中的母线是输电和配电的重要环节，若母线存在故障，则会引发电压暂降与暂增。
三、电压暂降与暂增的影响电压暂降和暂增对电力系统与用户的影响来说都极为重要，它们可能导致以下几个方面的问题：1. 设备损坏：电压突然的波动可能会导致用户端的设备损坏，特别是对于一些对电压较为敏感的设备，如计算机、电视等。
2. 功耗增加：电压暂降和暂增会引起设备正常工作时的功耗增加，进而造成能源的浪费。
3. 电力系统稳定性：电压暂降和暂增的频繁发生将严重影响电力系统的稳定性，甚至可能导致电力系统的短路和故障。
电网电压暂降与暂升分析与处理
电网电压暂降与暂升分析与处理一、引言如今，电网技术的发展已经成为现代社会发展的重要支撑。
电压是电网运行中最基本的参数之一，对电网的稳定性、可靠性和质量有着决定性的影响。
然而，在实际的电网运行过程中，我们常常会遇到电压暂降与暂升的问题。
本文旨在对电网电压暂降与暂升的原因进行分析，并讨论相应的处理方法。
二、电压暂降的原因分析电压暂降是指电网电压在短时间内发生较大的下降。
造成电压暂降的原因有很多，下面将分析其中的几个主要原因。
1. 过载过载是导致电压暂降的常见原因之一。
当电网上负荷超过其额定容量时，电网的供电能力无法满足负荷的需求，电压随之下降。
这种情况一般出现在电网负荷剧增或者自动重启时，比如在某些特殊情况下，大面积停电恢复供电，负荷瞬间集中接入。
2. 突发故障电网中的突发故障，如电缆短路、变压器故障等，都有可能导致电压暂降。
这是因为突发故障引起的电流突然增大，造成电网电压瞬间下降。
3. 频率偏离电网中正常的频率是50Hz，但是有时候会出现频率的偏离，比如频率突然升高或降低。
频率的偏离会导致电压的波动，进而引起电压的暂降。
三、电压暂升的原因分析与电压暂降相反，电压暂升是指电网电压在短时间内发生较大的上升。
造成电压暂升的原因也有很多，下面将分析其中的几个主要原因。
1. 突发故障与电压暂降相同，电网中的突发故障也有可能导致电压暂升。
比如在电缆短路的情况下，由于电流突然减少，导致电网电压瞬间上升。
2. 电压回复在发生电压暂降后，电网为了恢复正常状态会进行自动调节，这就会导致电压暂升。
电网中的自动调压装置会增加供电的电流，进而造成电压的上升。
3. 并网电容器投入在低负荷运行时，为了提高电网的功率因数，通常会投入并网电容器。
然而，投入并网电容器后会导致电网电压暂升，因为电容器的容抗特性会引入谐波电流。
四、电压暂降与暂升的处理电压的暂降与暂升会对电网的稳定运行产生不良影响，因此我们需要采取相应的处理措施。
1. 自动调压装置推荐使用自动调压装置来处理电压暂降与暂升问题。
电压暂降对敏感设备的影响与评估方法
左慢右快10%
其它10%
13
左快右慢38%
2、实测电压暂降情况分析
按波形形状统计结果
1% 3%
4%
10%
82%
矩形 抛物线 左慢右快 左快右慢 其它
7.11% 5.58% 17.26% 16.75%
53.30%
矩形 抛物线 左慢右快 左快右慢 其它
14
2、实测电压暂降情况分析
起始点分布特征
2、实测电压暂降情况分析
幅值、持续时间、频次
40 35 30 暂 25 降频 20 次 15 10
5 0
(20,60]
(1,3] 持续 (0.25,0.5]时间/s (0.02,0.1]
南 方 某 市 2012.10~2013.7 ， 10kV与110kV共19个监测点41 组有效电压暂降数据结果。
Φe Φs
-1
-2
-3
0 0-.402 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24
x 10 4
t(s)
Φe
3
Φs
值对应下的磁通值的时间。 0°起始点下，相位跳变越大， 磁通衰减的时间越长，交流接触
磁 通 (Wb)
2
2 1
器暂降下持续时间就越长。
1、电压暂降的基本描述--分区段的理由与特征
1）考虑“事件前区段”的理由：当事件前段的各种相关特性（如，谐波 或其他波形畸变等等）同时发生变化的话，其对终端用户的设备和过程 的影响可能是复杂的和复合的。 2）考虑“过渡区段”的理由：对于开关动作（装备包括：接触器、大电 机、电容器、变压器和重负荷）引起的，过渡段只有一次。并且，不同 条件下过渡期有很大不同。对于不同类型故障引起的，则存在两个过渡 期，第二个过渡期可能会是由单相接地发展成两相或三相短路故障的状 态。
电能质量重要问题电压暂降知识讲解
0.05
0.10
0.15
(a)
0.4
0.20
0.25
0
t (s)
0.05
0.10
0.15 0.20
(b)
2
-400
0.25
0.02
0.04
0.06
0.08
t (s)
（a） 电压凹陷与补偿后波形
0.10
6
0.12
0.14
t (s)
1.3 电压暂降的特征量
➢ 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 100%
400
特征量(有时还可能出现电压相位跳变)。 200 1
0
2020/6/2
-200 2
-400
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
7 0.12
0.14
（a） 电压凹陷与补偿后波形
t (s)
1.4 电压暂降现象的起因
➢ 引起电压严重暂降的主要原因是系统元件 或线路的故障。(雷电等恶劣天气影响)
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）
➢ 右图为电压暂降和短时间 中断现象波形例，
➢ F1和F2接入同一配电母线，
假设F2上发生三相金属性短
暂降
路
❖ V1c为F1上用户电压发生短 时间跌落；
❖ V2c为F2上用户电压发生短
时间电压跌落直至中断。
故
保 开 短时中断 开
障
护关
关
开
动跳
重
始
作闸
合
2020/6/2
4
瞬时性故障，重合成功
永久性故障，重合不成功
什么是电压暂降
什么是电压暂降
电压暂降就是电压突然降低，但是在很短时间内又恢复正常，如图1所示，电压暂降与电压过低的区别是，电压暂降的时间很短，但是降低的幅度很大，有时暂降后的电压仅为正常电压的10%。
要理解电压暂降形成的原因，首先要知道，电网电压降低的是线路中有过大的电流。
供电线路都是有一定阻抗的，当电流流过阻抗时，就会产生电压降，电流越大，电压降越大，电网的电压越低。
引起电压暂降的原因是线路在短时间内出现了远远超过正常情况的电流，结果导致出现了远低于正常电压的电压。
引起瞬间大电流的原因往往是线路中出现了短路故障。
当线路的某个局部出现短路故障时，导致电流急剧增大，电压骤然降低。
但是故障电路中的保护装置(保险丝、断路器等)会马上开始动作，
将故障点隔离，于是电压又恢复正常，这就形成了短暂的电压降低。
另外，大功率负荷突然接入电网也会导致电压骤降。
电网侧导致电压暂降的原因包括气候条件(大风、雷电等)、电力公司的设备
故障、施工或交通事故、动物、植物等，表1是某地区发生电压暂降事故的原因统计。
虽然现实中导致电压暂降的原因随着气候、地理等因素变化，但是很多调查都表明，雷电是主要的原因。
调查表明，50%以上的电压暂降是用户内部引起的，其中主要的原因是负荷的接入和线路故障。
表1导致电压暂降的主要原因
电压暂降对于很多自动控制设备会有不良的影响，造成设备的误动作。
传统的交流稳压电源不能解决电压暂降的问题。
因为传统的交流稳压电源的反应时间不够快。
随着工业自动化程度的提高，人们对电压暂降越来越关注。
解决电。
配电网电压暂降问题及其治理措施
配电网电压暂降问题及其治理措施摘要：电压暂降是一种典型的配电网电能质量问题，随着配电网用户高新技术的快速发展，电压暂降问题愈发凸显，电压暂降造成电机停机、计算机存储数据丢失等事故也越来越多，给配电网用电客户带来巨大的经济损失。
这一问题正逐渐引起电力部门和行业用户的高度重视。
本文研究了电压暂降问题起因、特征，以及现有的众多解决方案，并着重介绍了固态切换开关（SSTS）抑制配电网电压暂降方案。
关键词：电压暂降；配电网；固态切换开关；1.引言：电压暂降问题长期存在于配电网线路中，由于以往大多数用电设备因容量、精密度的限制，对电压的短时突然变化不敏感，配电网电压暂降问题并未严重影响到正常生产，因而该问题并未引起人们重视。
但随着用电设备的技术发展和不断更新，数字式自动化技术设备在工业生产中的广泛应用，如可编程控制器、变频调速设备、计算机系统设备及各种自动化生产线等敏感性用电设备的大规模使用，配电网电压暂降问题所造成的影响和危害日益突出，因此对配电网电压质量提出了更高的要求。
2.配电网电压暂降的基本概念配电网电压暂降即“短时间电压下降”，是一个动态电能质量问题，是指供电电压有效值在短时间内突然下降又回升恢复的现象[1]。
下面对配电网电压暂降的三个特征量分别进行分析。
1）暂降电压的幅值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。
国际电工委员会（IEC）将其定义为下降到额定值的90%至1%，国际电气与电子工程师协会（IEEE）将其定义为下降到额定值的90%至10%，其典型持续时间为0.5～30周波。
2）持续时间将暂降从发生到结束之间的时间定义为持续时间，电压暂降的持续时间主要是由熔断器、断路器和保护装置的动作时间决定。
线路的短路故障持续时间较短，约60~150ms;配电故障的清除时间较长，约0.5~2s, IEEE对暂降时间的定义为：持续10ms-1min。
3）相位跳变电压暂降发生时产生的电压相位的改变称为相位跳变。
电压暂降标准
电压暂降标准
电压暂降是指供电系统在短时间内电压短暂下降的现象。
为了保护电气设备和维护供
电系统的稳定运行，制定适当的电压暂降标准是必要的。
根据相关国际标准和经验，以及我国电力系统特点，制定以下电压暂降标准：
1. 电压暂降持续时间：电压暂降持续时间应在毫秒级或微秒级，一般不超过20毫秒。
暂降时间过长会对设备的正常工作产生不利影响。
2. 电压暂降幅度：电压暂降幅度应根据不同用途的电气设备而定。
对于一般工商业
用户，电压暂降幅度应保持在正常运行电压的90%~95%之间。
对于特殊需求的用户，应根
据实际情况制定合理的暂降幅度。
3. 电压暂降频率：电压暂降频率应尽量控制在每年不超过一次或更少。
频繁的电压
暂降会导致设备工作不稳定，给用户带来不便。
4. 电压暂降警示：供电企业应建立电压暂降警示机制，及时向用户通报电压暂降情况，并提供相应的预防和应对措施。
用户也应做好设备的保护措施，以应对可能出现的电
压暂降。
5. 监测与处理要求：供电企业应建立完善的电压暂降监测系统，及时发现和处理电
压暂降问题。
对于各类电压暂降事件，供电企业应及时跟进，追究责任，并采取相应的纠
正措施。
以上是一份电压暂降标准的概括，供电企业和用户在实际操作中应结合自身情况进一
步细化和明确具体的标准要求。
这将有助于保障供电系统的稳定运行，减少设备损坏和用
户用电不便，提高电能利用效率。
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。
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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。
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由式（4）、（5）可得6个电压有效值，特征电压为有效值最小的那个电压。
事实上，定义特征电压的直接目的是分析和理解三相电压暂降在系统内的传播，因为系统内的变压器对系统内三相电压有效值有影响，尤其是变压器绕组的不同连接方式和中性点接地方式的影响。
三相系统内的电压暂降在不同联接方式的变压器原、副边绕组的电压变化有三类典型情况：电压相量不变；去除零序电压；交换线电压和相电压。
可见，特征电压考虑的问题是，一个电压暂降发生后，经变压器传播后，可能产生的幅值最低的电压暂降，给定电压暂降在经变压器传递后，特征电压值不变。
PN系数为基于正负序电压的计算值，主要用于描述不对称暂降，即单相短路与两相短路及两相接地短路故障造成的电压暂降，PN系数数值上取决于正负序阻抗差值，若正负序阻抗相同，则PN系数数值上与故障前电压相同。