一 电压暂降的起因
短路故障引起的电压暂降
感应电机启动引起的电压暂降
变压器激磁涌流引起的电压暂降
二 电压暂降传播特性
电压暂降在Ⅰ型变压器中的传播
电压暂降在Ⅱ型变压器中的传播
电压暂降在Ⅲ型变压器中的传播
三 电压暂降原因识别
电压暂降原因识别——典型波形库
电压暂降原因识别——DTW匹配
电压暂降原因识别——算例
四 电压暂降凹陷域计算
电压暂降凹陷域计算
电压暂降凹陷域影响因素
五 典型设备耐受试验分析
交流接触器耐受能力试验
变频器耐受性试验
低压脱扣器耐受性试验
分布式光伏逆变器电压暂降耐受性试验
（一）电压暂降的起因
1.短路故障引起的电压暂降
暂降原因
短路故障电流可使电源阻抗分压增加从而引起PCC点电压下降
原理图
短路故障引起的暂降特点
（1）电压暂降发生和恢复波形陡，基波电压的幅值变化过程呈矩形；
（2）不同的故障类型引发的电压暂降有不同特征；
（3）电压暂降较深，持续时间与故障切除时间有关。
2.感应电机启动引起的电压暂降
暂降原因
感应电机启动时，初始转子转速为0，定子上产生很大的启动电流，启动电流大小取决于电动机的类型和启动方式，一般是正常工作电流的2～8倍，系统阻抗分压增加，从而引发PCC电压暂降
原理图
感应电机启动引起的电压暂降示意图
电机启动引起的暂降特点
（1）三相电压同时开始发生暂降，三相电压暂降幅值相同；
（2）电压暂降开始时幅值突降，随后缓慢恢复至正常值；
（3）电压暂降程度较小，持续时间一般为数秒至数十秒。
3、变压器激磁涌流引起的电压暂降
暂降原因
在变压器投运时，由于铁心的饱和特性，会在一次测产生最大8~10倍额定电流的激磁涌流。变压器的激磁涌流注人系统后，使得系统阻抗上的压降增大，从而导致PCC点电压降低。
原理图
变压器激磁涌流引起的电压暂降
变压器励磁涌流引起的暂降特点
特征：
（1）三相电压暂降幅值不相等；
（2）伴随着电压暂降，电压信号中含有较大的谐波分量。
（二）电压暂降传播特性
1.电压暂降在Ⅰ型变压器中的传播
Ⅰ型变压器：变压器两侧都为星形接线且中性点接地
常见接线型号：Y0/Y0-12
零序等值电路
相电压和线电压传递矩阵相同：
结论：当电压暂降通过Ⅰ型变压器时，暂降特征量不发生变化。
2、电压暂降在Ⅱ型变压器中的传播
Ⅱ型变压器：两侧都为星形接线方式，且至少有一侧中性点不接地。
常见接线型号：Y0/Y-12，Y/Y0-12，Y/Y-12
零序等值电路
相电压传递矩阵
线电压传递矩阵
1)发生相间短路故障时，一次侧、二次侧电压暂降特征量相同；
2)单相和两相接地故障通过Ⅱ型变压器时，不会引起二次侧电压中断。
3.电压暂降在Ⅲ型变压器中的传播
Ⅲ型变压器：一侧为星形接线，另一侧为角形接线
常见接线型号：Y0/Δ-11，Y/Δ-11
零序等值电路
相电压和线电压传递矩阵
结论
电压暂降经Ⅲ型变压器传播后，二次侧有两相电压暂降幅值都不低于0.58p.u.；对于单相接地故障，另一相电压为1p.u.；而对于两相接地故障和相间短路故障，另一相电压为0。
（三）电压暂降原因识别
1、电压暂降原因识别——典型波形库
传播变化
电压暂降经I类变压器后波形不变；A~C型电压暂降经II、III类变压器传播后波形特征几乎不变；D~F型电压暂降经II、III类变压器传播后波形有变化，出现的新波形分别定义为G、H、I型如右图。
波形库
由以上内容可知，暂降传播规律如右表所示；共有九种暂降波形，形成波形库用以识别。
2、电压暂降原因识别——DTW匹配
时间序列的相似度一般采用距离函数作为度量方法，动态时间弯曲距离（DTW）可以用来对等长或不等长的时间序列进行比较，并且能够对序列中的局部位移进行有效的处理。
约束条件：
1）有界性：max(p,q)≤K≤p+q-1。
2）边界性：w₁=a₁₁和wK=apq，分别用来表示W的起点和终点。
3）连续性：对于wk=aij，其相邻元素wk-1=ai’j’满足i-i’≤1，j-j’≤1。
4）单调性：i-i’≥0，j-j’≥0。
3、电压暂降原因识别——算例
仿真模型
仿真数据
改变电动机、变压器元件的负荷参数、启动时刻；改变短路故障类型、接地电阻、短路相别，仿真得到1050组电压暂降数据。
结论
1、由上表可知，DTW距离能够反映待匹配波形与波形库波形的相似程度，可判定实测电压暂降的具体原因。
2、对于D~I型电压暂降可确定短路相别。所有辨识准确率均高于90%。
（四）电压暂降凹陷域计算
1、电压暂降凹陷域计算
凹陷域计算
凹陷域计算：系统发生故障引起电压暂降时，关心的敏感负荷不能正常工作的故障点所在区域；
通常运用故障点法来计算暂降凹陷域，故障点法是通过计算所选故障的特征量来确定凹陷域的算法：
（1）分析系统中各处可能发生的故障，把这些故障发生对于敏感负荷处产生的暂降影响作为依据，将系统划分为若干部分，每个部分由一个故障点所代表；
（2）对每种故障进行仿真或者短路计算，得到关心节点电压暂降幅值、持续时间、相位跳变等特征量的数据信息；
（3）根据这些数据确定对敏感负荷有不良影响的故障所在区域，即凹陷域。
短路计算
通常使用节点阻抗矩阵ZI=V或节点导纳矩阵YV=I计算短路电压
2、电压暂降凹陷域计算
电压暂降幅值与故障点的位置关系曲线呈现高阶曲线的特点：
Um=a+bλ+cλ2+cλ3+…,
比例系数λ=故障点距线路首端距离/线路总长度
因此可设置特定故障点对关系曲线进行拟合
算例
IEEE39节点系统为例进行测试，设置节点24为敏感设备接入点，计算不同故障类型下的电压暂降凹陷域。
节点24在不同故障类型下的暂降凹陷域
3、电压暂降凹陷域影响因素
（1）系统短路容量
系统短路容量越大，系统的等效阻抗就越小，即从ＰＣＣ点处向系统看进去的等值阻抗越小。则在发生短路故障时，短路容量大的系统就能一定程度的支持ＰＣＣ点电压。所以，对同一负荷，容量大的系统比容量小的系统凹陷域范围小。
（2）系统运行方式
系统在不同的运行方式下，阻抗分布不同。在最大运行方式时等效阻抗小，而最小运行方式时等效阻抗大，因此在最大运行方式下，电压暂降凹陷域范围较小。
（3）故障点位于变压器前后
变压器的电抗较大，若故障点位于变压器之后，则短路电流小，从而线路上的压降较小，凹陷域范围较小。而故障位于变压器前时，则与之相反。
（4）机组启停
系统中机组的投运或停机，相当于在原来系统中增加或减少节点，势必造成系统节点阻抗矩阵的变化，从而引起凹陷域发生变化。
（五）典型设备对电压 暂降耐受能力试验
1、交流接触器耐受能力试验
交流接触器电压暂降耐受性实验电路图
试验样品选取
试验方案
关注暂降深度、持续时间和起始相角；
电压暂降起始点相位，步长45°；
电压暂降幅值，步长2.5%Ue；
电压暂降时间，步长1ms；
每组重复试验5次，记录交流接触器的动作次数。
交流接触器电压暂降数据记录表
交流接触器耐受性试验结果分析
0°暂降起始角下 不同品牌接触器耐受曲线
同一接触器不同暂降起始角下耐受曲线
接触器耐受曲线包络线
0°暂降起始角下同品牌不同型号 接触器耐受曲线
试验结论
1、电压暂降起始点对交流接触器的影响周期为180°，即电压上下半个周期的耐受曲线相同。
2、0°电压暂降起始角，在临界电压幅值以下，随着幅值的降低，接触器能承受的暂降时间越来越长；90°电压暂降起始角，随着幅值的降低，耐受时间变短，但改变程度很小。45°的电压暂降介于两者之间。
3、不同品牌接触器耐受曲线在暂降幅值上差异较大，临界电压幅值从40%到70%不等；同品牌不同类型接触器耐受曲线差异小，仅在持续时间上存在数十毫秒的差异。
2、变频器耐受性试验
试验方案
电压暂降起始角，步长45°；
电压暂降幅值，步长2.5%Ue；
电压暂降时间，步长1ms；
设置变频器不同负载功率（300W、600W、750W、900W、1200W、1500W）；
设置不同输出频率（20Hz、30Hz、40Hz、55Hz，60Hz）；
设置不同谐波次数（10%的3/5/7次谐波）；
不对称电压暂降下的耐受性；
每组重复试验5次。
变频器电压暂降耐受试验原理图
变频器耐受性试验结果分析—负载不同
三菱变频器不同负载下的暂降耐受曲线
台达变频器不同负载下的暂降耐受曲线
变频器不同功率负载下
典型电压暂降的耐受时间
试验结论
不同变频器对暂降的耐受性不同，但其形状均呈“直角状”；
变频器对电压暂降的耐受性受负载功率影响较大，但负载功率只影响其耐受临界时间，对其临界幅值基本没有影响；
变频器典型耐受时间与负载功率大致呈反比例函数关系。
变频器耐受性试验结果分析 —不同起始角、输出频率
不同暂降起始角下的变频器典型耐受时间表
试验结论
电压暂降起始角的改变对变频器的耐受性几乎没有影响，可以忽略不计
试验结论
在恒定输出功率下，变频器电压暂降耐受性基本不受输出频率的影响，只在很小的范围内呈现可能由误差引起的无规律的变动。
变频器耐受性试验结果分析
—不对称故障、不同谐波
为两相接地故障下，故障相电压偏离原相角的角度，设置不同偏离角进行试验，绘制对应的电压暂降耐受曲线。
试验结论
1、相角偏离的不对称故障下，耐受曲线不再呈“直角状”；
2、相角的偏离，会在一定程度上增大变频器对电压暂降的耐受时间。
不同谐波下的变频器电压暂降耐受曲线
试验结论
谐波对耐受性存在一定的影响，其中，3次谐波对其耐受性影响较小，5次和7次影响较大；谐波的相角同样会对耐受性产生影响。
3、低压脱扣器耐受性试验
低压脱扣器电压暂降耐受性实验电路图
试验样品选取
试验方案
电压暂降起始点相位，步长45°；
电压暂降幅值，步长2.5%Ue；
电压暂降时间，步长1ms；
每组重复试验5次，记录低压脱扣器的动作次数。
交流接触器电压暂降数据记录表
低压脱扣器耐受性试验结果分析
不同暂降起始角下江苏国星
低压脱扣器电压暂降耐受曲线
包络分析
江苏国星脱扣器耐受曲线包络线
施耐德脱扣器耐受曲线包络线
正泰脱扣器耐受曲线包络线
试验结论
➡不同低压脱扣器耐受性差异较大；
➡当电压暂降幅值在60%以上时，低压脱扣器一般不动作；
➡低压脱扣器存在较大模糊区域，时间上从十数毫秒到三四百毫秒不等；
4、分布式光伏逆变器 电压暂降耐受性试验
并网逆变器电压暂降耐受试验
测试平台原理图
并网逆变器电压暂降耐受试
验测试平台实物接线图
单相光伏逆变器电压暂降耐受性试验
不同暂降起始角下
单相并网逆变器电压暂降耐受曲线
包络分析
被测单相逆变器电压耐受曲线包络线
光伏发电并网逆变器技术规范（NB/T32004-2013)
➡单相光伏并网逆变器动作的模糊区域较小。
➡被测光伏逆变器不具备低穿能力。
➡试验得到的时间为动作时间，在低穿能力改造时需要考虑该时间。
三相光伏逆变器电压暂降耐受性试验
不同暂降起始角下
三相并网逆变器电压暂降耐受曲线
包络分析
被测三相逆变器电压耐受曲线包络线
➡三相光伏并网逆变器动作的模糊区域较小。
➡被测光伏逆变器不具备低穿能力。
➡试验得到的时间为动作时间，在低穿能力改造时需要考虑该时间。
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原标题：电压暂降传播特性及典型设备耐受试验研究
