李国全 王超

摘 要：该文讨论了三相电压凹陷特征，包括凹陷幅度、相位跳变和持续时间，同时，应用了一个有效的信号处理算法，该算法能准确地表征相电压和正序电压的凹陷特征。针对电能质量监测器以及同步向量测量单元（PMU）中获得的实测数据，利用所用的方法对其进行运算，比较出不同设备之间的凹陷特征的不同，从而证明不同设备的优缺点。该文做了一些实验，结果表明：从电能质量监测器中获得的数据能够描述一个完整的扰动特性，而从PMU中获得的数据，只能描述PMU频率增加时发生电压凹陷的情况。

关键词：电压凹陷 电能质量监测器 同步向量测量单元 特征

中国分类号：TM937.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（c）-0068-02

影响电能质量问题的很大一部分原因都是电压凹陷。当单位额定电压有效值（RMS）保持在0.1～0.9 p.u.且持续时间不超过1min以及短时间的RMS值低于0.1 p.u.，则认为发生了电压凹陷[1]。尽管电压凹陷定义为电压下降时间十分短暂，但它与电压凹陷的特征[2]以及严重程度的评估没有确定的关系，电压扰动主要通过幅度和持续时间表征。另外，近年来研究电压凹陷特征已经简化到只用一个参数，比如提出了如下的指标：电压损耗、能量损耗和凹陷的严重程度，这些指标只需要通过一个幅度和持续时间相结合的参数就能代表。

该文讨论了三相电压凹陷特征，包括凹陷幅度、相位跳变和持续时间，同时，应用了一个有效的信号处理算法，该算法能准确的表征相电压和正序电压的凹陷特征。另外，也比较了相电压和正序电压发生凹陷时对电能质量的影响严重程度。

1 数据测量方法

电能质量监测器从某电厂中的三相三线低压网络电缆获取原始数据。当电压有效值低于一个阀值时，电能质量监测器将被触发运行，而这个阀值通常为额定电压的0.9 p.u.。

该文中用于评估所提方法的数据是来自电能质量监测器和同步相量测量单元（PMU）。电能质量监测器采集的数据是每周期三相电压中32个采样点的瞬时值，而PMU的数据是每周期估计一次的正序电压值。虽然PMU的数据有一定的缺陷，但它仍是一种新颖的测量装置。

2 实验结果及分析

如图1所示，由于在118～168 ms之间电压幅值减少很多。为了找到电压凹陷的特点，就必须计算出电压有效值。

2.1 电压有效值的估算

通过下列公式（1）利用上一周期电压的瞬时值估算电压有效值，计算时间为0.52 ms。

（1）

式（1）中，N 为每周期采样点数，Vj 为在j 时刻的瞬时采样电压。

图1中的瞬时值计算得到的有效值（相对地电压），发生了三相不平衡电压凹陷，三相电压的幅值和持续时间都不相同。通常，考虑最多的是电压凹陷幅值和持续时间，因此，该电压凹陷的幅值为0.9 p.u.，持续时间为50 ms。

2.2 基本电压的估算

估算电压时通常会用到离散傅里叶变换（DFT），通过计算基本电压可以很容易地获得电压幅值、相角以及相位跳变、对称分量等特征。

基本电压的幅值与电压有效值一样，都是时间的函数。当电压谐波等级低于某个水平的时候，电压凹陷幅值认定为电压的有效值或基本电压的最低值。

基本电压通过DFT公式获得，相位跳变也就得到了。相位跳变将之前的相角作为参考点，计算采样瞬时相角与之前相角的差。发生三相不平衡电压凹陷时每相相位跳变都不同。利用跳变相位值表征三相电压，可用于判定是否出现三相电压凹陷。

2.3 电压凹陷特征的向量测量单元

正常情况下，PMU只能提供正序电压的幅值和相角。为了检验电能质量监测器工作的可行性，首先利用从它获得的相应数据进行PMU仿真。正序电压的幅值和相角分别绘于图2和图3。

从图2和图3中可以观测到，用于表征凹陷特征的值有很大的差异。有时电压凹陷的幅值很巧合会很相似，但跳变的相位却有了很大的差异，如图3的箭头指向处所示，每周期估算32次的结果（-14°）大约是每周期估算一次结果（-8°）的2倍。

对国内某煤矿的130 kV的电缆，此外有一个50 kV的电缆用于无功补偿。将PMU连接到变电站的变压器，测量电压和电流（幅值和相角）的正序相量、频率以及频率的变化率。

由PMU估计的正序电压需要进行分析。因为实际频率不是额定频率，因此记录的相位角会有一定的偏差。为了获得一个静态相量，所记录的相量被分解一个新的坐标系统，该系统在相对之前的频率不同之处是会有一个旋转度。因此，获得了向量幅值不变的正序电压，该电压对于之前的电压相角为零。正序电压的幅值和相位角分别示于图4和图5。圆点显示每一次循环相量估计值。

图4和图5中的连续线仅仅是一个虚构的插值曲线。此外用于表征电压凹陷的极值为：幅值0.6 p.u.，相位跳变-9.5°。这些值对于不同的系统也是不同的。

当研究电压凹陷特性的时候，最大的限制就是PMU估算的低频值。如果PMU能在每个周期估算更多的相角，这种限制是可以克服的。通常认为每周期记录16次是最理想的。

3 结语

该文中，通过一些参数讨论了三相电压凹陷的幅值、相位跳变和持续时间等特征。分别利用到了在低压系统中的电能质量监测器与高压系统中的PMU获得的数据进行分析。利用从电能质量监测器中获得的数据通过信号处理公式估算基本电压和电压有效值，结果表明基本电压的有效值和幅度有一定的相似性，因此能从电压有效值或基本电压估算凹陷幅值和持续时间。也可以从基本电压估算相位跳变，结果表明在不平衡电压凹陷中相位跳变不同。

参考文献

[1] IStd.IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality[Z].IEEE XPlore，1159-1995.

[2] 陈平，杨洪耕，肖先勇. 基于模糊失效准则的敏感设备电压凹陷敏感度评估[J].电力系统保护与控制，2010，38（6）：8-11.

[3] 王球保，杨仁刚，谈萌，等.基于DSP的电压凹陷检测装置的研究[J].电力系统保护与控制，2006，34（4）：53-56.