《電氣工程名詞》第一版。 2100433B

1998年，經(jīng)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

電壓驟降評(píng)估方法電壓跌落的幅值

電壓發(fā)生突然下降后的電壓幅值大小，常用電壓幅值跌落深度來表示，即電壓跌落時(shí)的有效值除以電壓跌落前的電壓有效值，發(fā)生不對(duì)稱電壓跌落時(shí)，是電壓基波正序分量的有效值;在分析電壓驟降過程中，通常將驟降時(shí)電壓有效值與額定電壓有效值的比值定義為驟降的幅值(標(biāo)么值或百分比)，但在使用過程中容易出現(xiàn)混淆。例如“20%驟降”可能指剩余電壓為0. 8p . u.或0. 2 p . u.。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中也存在不同的理解，本文采用工EEE標(biāo)準(zhǔn)中使用的方法，即“80%驟降”表示剩余電壓0. 8p . u.

電壓驟降幅值大小主要受到故障點(diǎn)到公共連接點(diǎn)(PCC)間的電氣距離、系統(tǒng)阻抗、饋線阻抗、變壓器繞組的連接方式、故障點(diǎn)附近是否有充足的電源等影響。

電壓驟降評(píng)估方法電壓驟降時(shí)的相角跳變

指電壓驟降前后相位角的變化，不對(duì)稱電壓驟降時(shí)，指電壓基波正序分量的相角變化;以△W來表示相角偏移，并規(guī)定逆時(shí)針偏移為正，順時(shí)針偏移為負(fù)。通常僅僅由系統(tǒng)阻抗和饋線阻抗的X/R通常僅僅由系統(tǒng)阻抗和饋線阻抗的端的相角偏移可能不同于初始相角偏移。近年來，人們己經(jīng)認(rèn)識(shí)到電壓驟降所帶來的相角躍變對(duì)用電設(shè)備的影響，并將其作為衡量電壓驟降的特征量之一。

通過相角跳變能夠知道故障發(fā)生地點(diǎn)、故障類型以及故障由高壓向低壓系統(tǒng)的傳播特性。但不是所有的用電設(shè)備都會(huì)受到電壓相角跳變的影響，只有那些利用電壓的相位來工作的設(shè)備容易受到干擾，例如利用電壓的特定相位來發(fā)出觸發(fā)脈沖的電力電子裝置等，所以電壓驟降特征量檢測(cè)方法一定要具有相位檢測(cè)功能 。

影響相角偏移的主要因素有變壓器繞組的連接方式、故障類型以及系統(tǒng)阻抗和饋線阻抗的X/R值。

電壓驟降評(píng)估方法電壓驟降持續(xù)時(shí)間

通常，人們將驟降從發(fā)生到結(jié)束之間的時(shí)間定義為持續(xù)時(shí)間，這對(duì)矩形形狀的電壓驟降來說是準(zhǔn)確的，但對(duì)非矩形形狀則不夠精確。文獻(xiàn)【40]提出一種“特定電壓法”來描述驟降的持續(xù)時(shí)間。該方法指出，持續(xù)時(shí)間指有效值超出指定電壓門檻值的一段時(shí)間。因此，一個(gè)給定的非矩形事件可能有不同的持續(xù)時(shí)間，其值隨所關(guān)心電壓有效值的不同而變化。

驟降持續(xù)時(shí)間的大小主要取決于故障地點(diǎn)、類型和保護(hù)裝置的性能。典型的電壓驟降持續(xù)時(shí)間一般是0. 5-30個(gè)周波(10ms-600ms )。如果是由于系統(tǒng)瞬時(shí)短路故障引起的，則其持續(xù)時(shí)間受重合閘時(shí)間的影響，比故障的恢復(fù)時(shí)間要長(zhǎng)一點(diǎn)。輸電線路發(fā)生故障引起電壓驟降時(shí)，由于輸電線路上距離保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)用得比較多，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器的動(dòng)作時(shí)間都短，從而驟降持續(xù)時(shí)間比較短。配電線路的保護(hù)大部分是過流保護(hù)，分段式過流保護(hù)，這樣增加了故障切除時(shí)間，從而導(dǎo)致電壓驟降的持續(xù)時(shí)間增加。

電壓驟降評(píng)估方法電壓驟降頻率

電壓驟降頻率是表征電壓驟降對(duì)敏感電力用戶影響頻繁程度的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)一個(gè)地區(qū)供電質(zhì)量的一個(gè)重要的指標(biāo)。它是與電壓驟降幅值和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)的特征量，孤立的談電壓驟降頻率是沒有多大意義。因?yàn)椴煌挠脩魧?duì)電壓驟降幅值和持續(xù)時(shí)間的敏感程度不同，有的用戶對(duì)驟降幅值比較敏感，如機(jī)械裝置通常在90%電壓驟降時(shí)就會(huì)跳閘;而計(jì)算機(jī)可承受幅值為50%的電壓驟降但持續(xù)時(shí)間不能超過4個(gè)周期。因此在描述驟降頻率時(shí)總是與電壓驟降幅值和持續(xù)時(shí)間一起考慮，考察在某一固定的時(shí)間段內(nèi)，發(fā)生電壓驟降的幅值，次數(shù)和持續(xù)時(shí)間等參數(shù)的分布范圍對(duì)電力用戶設(shè)備狀態(tài)的影響。

反映電壓驟降頻率的主要量化指標(biāo)是SARFI (x) (System Average rms Varia-tion Frequency Index).對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)中選定的供電點(diǎn)來說，SARFI (x)是指一年中發(fā)生的電壓有效值(RMS值)在X%以下的電壓驟降的次數(shù)，驟降對(duì)于敏感用戶造成的危害顯然隨著電壓驟降頻率的增加而加重。

電壓驟降域是指系統(tǒng)中發(fā)生故障引起電壓短時(shí)驟降，使相關(guān)敏感負(fù)荷不能正常工作的故障點(diǎn)區(qū)域。電壓驟降域的分析有助于指導(dǎo)敏感負(fù)荷的最佳安裝位置，有助于在實(shí)際運(yùn)行中如何減小電壓驟降的影響，對(duì)減小電壓凹陷對(duì)敏感負(fù)荷的影響有重要的指導(dǎo)意義。例如可以將敏感負(fù)荷安裝在電源點(diǎn)附近，從而降低電壓驟降次數(shù)和持續(xù)時(shí)間。

電壓驟降域的確定是找出系統(tǒng)中發(fā)生會(huì)引起所關(guān)心母線上電壓驟降到低于所設(shè)定電壓的故障所在范圍。我們可選擇電力系統(tǒng)的部分站點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量實(shí)地監(jiān)測(cè)，通過對(duì)所采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理確定驟降域，也可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行隨機(jī)預(yù)估。相比而言，前者更準(zhǔn)確，但受到所需費(fèi)用高和監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)的限制。而隨機(jī)預(yù)估可很好地解決這兩個(gè)問題，它又可分為臨界距離法和故障點(diǎn)法。前者簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)未知的情況下也可計(jì)算，但它只能計(jì)算線路故障時(shí)的驟降幅值，不能將變電站、母線等故障情況加以考慮，同時(shí)它沒有計(jì)及驟降持續(xù)時(shí)間對(duì)敏感負(fù)荷的影響; 而故障點(diǎn)法可考慮各種故障情況及各個(gè)特征量對(duì)驟降域的影響，但它相對(duì)復(fù)買且計(jì)算量大。

由于電壓驟降頻率很低從而給對(duì)其監(jiān)測(cè)并進(jìn)行評(píng)估帶來困難，因而實(shí)測(cè)方法在其研究的時(shí)間段內(nèi)，得到的指標(biāo)可信度不高。由于實(shí)測(cè)方法的這種明顯缺陷，數(shù)字模擬是非常有效的替代方法。由于電力系統(tǒng)在本質(zhì)上是一個(gè)隨機(jī)系統(tǒng)，因此通過概率模擬方法對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行概率建模及統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)，能夠從整體上和宏觀上評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)的性能。蒙特卡洛法就是一種典型的概率模擬方法 。

電壓驟降評(píng)估方法蒙特卡洛仿真方法的分析介紹

蒙特卡洛仿真方法又稱為隨機(jī)抽樣技巧或統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，在目前結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算中，它被認(rèn)為是一種相對(duì)精確法。它是二十世紀(jì)四十年代中期由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明，而被提出的一種以概率統(tǒng)計(jì)理論為指導(dǎo)的一類非常重要的數(shù)值計(jì)算方法。是指使用隨機(jī)數(shù)(或更常見的偽隨機(jī)數(shù))來解決很多計(jì)算問題的方法。蒙特卡洛方法作為一種獨(dú)立的方法被提出來，并首先應(yīng)用在核武器的研制中，后來在金融工程學(xué)，宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)，計(jì)算物理學(xué)(如粒子輸運(yùn)計(jì)算、量子熱力學(xué)計(jì)算、空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。不過蒙特卡洛方法的基本思想并不新穎，早在十七世紀(jì)伯努力在他的著作中就提出了頻率決定概率的思想。

蒙特卡洛方法的基本原理:由概率定義知某事件的概率可以用大量試驗(yàn)中該事件發(fā)生的頻率來估算，當(dāng)樣本容量足夠大時(shí)，可以認(rèn)為該事件的發(fā)生頻率即為其概率。因此，可以先對(duì)影響其可靠度的隨機(jī)變量進(jìn)行大量的隨機(jī)抽樣，然后把這些抽樣值一組一組地代入功能函數(shù)式，確定結(jié)構(gòu)是否失效，最后從中求得結(jié)構(gòu)的失效概率。從蒙特卡洛方法的思路可看出，該方法回避了結(jié)構(gòu)可靠度分析中的數(shù)學(xué)困難，不管狀態(tài)函數(shù)是否非線性、隨機(jī)變量是否非正態(tài)，只要模擬的次數(shù)足夠多，就可得到一個(gè)比較精確的失效概率和可靠度指標(biāo)，結(jié)果精確，并且由于思路簡(jiǎn)單易于編制程序。

從上可以看出。蒙特卡洛方法解題是以概率模型為基礎(chǔ)，按照這個(gè)模型所描繪的過程，通過模擬試驗(yàn)而得到的結(jié)果作為問題的近似解。當(dāng)用蒙特卡洛方法研究電壓驟降時(shí)，首先需要建立故障狀態(tài)變量的概率分布模型，根據(jù)這些數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生這些變量的隨機(jī)抽樣值，模擬短路過程的發(fā)生，從而得到負(fù)荷處的電壓驟降特征。

仿真首先要建立概率模型，概率模型可以是簡(jiǎn)單的直觀的，也可以是復(fù)雜抽象的，這主要是取決于所要解決的問題，概率模型的復(fù)雜程度決定了蒙特卡洛計(jì)算的復(fù)雜程度。在構(gòu)造概率模型的同時(shí)也要正確描述這個(gè)概率過程。由于各種概率模型都可以看作是由各種各樣的概率分布構(gòu)成的，因此產(chǎn)生已知概率分布的隨機(jī)變量就成為實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛方法模擬試驗(yàn)的基本手段。最基本的一個(gè)概率分布式區(qū)間(o} 1 >上的均勻分布，隨機(jī)數(shù)就是具有這種均勻分布的隨機(jī)變量，所謂隨機(jī)數(shù)就是從這個(gè)分布中抽樣問題。本次仿真中用的概率模型就多次用到這個(gè)基本的概率分布。隨機(jī)數(shù)是實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛模擬方法的基本工具。

構(gòu)造了概率模型并能從中抽樣后就能實(shí)現(xiàn)模擬試驗(yàn)，這時(shí)就需要確定一個(gè)隨機(jī)變量作為所要求問題的解的估計(jì)量。如果這個(gè)隨機(jī)變量的期望值正好是所求問題的解，稱為無偏估計(jì)，在蒙特卡洛計(jì)算中，使用最多的就是無偏估計(jì)，建立估計(jì)量相當(dāng)于對(duì)模擬試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并從中得到問題的解。

電壓驟降評(píng)估方法故障狀態(tài)變t數(shù)學(xué)模型

按照蒙特卡洛法解題的基本步驟，首先建立評(píng)估電壓驟降可靠性所需要的故障概率模型。故障過程所涉及的隨機(jī)變量主要包括故障類型、故障線路、故障位置、故障持續(xù)時(shí)間、故障發(fā)生起始時(shí)刻等。

電壓驟降評(píng)估方法故障類型

故障類型主要包括單相接地、兩相接地、兩相故障和三相故障四種情況。每類短路發(fā)生的概率與電壓等級(jí)和天氣等有關(guān)。依靠現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，它們各自發(fā)生的概率如下表所示:。

電壓驟降評(píng)估方法電壓驟降概率指標(biāo)

電能作為一種比較特殊的商品，同樣也具有商品的很多特征，如可被測(cè)量、其質(zhì)量可用各種指標(biāo)描述等。但是電能這種特殊的商品與一般產(chǎn)品的質(zhì)量又有特殊之處，有如下特點(diǎn):是一不完全取決于電力生產(chǎn)企業(yè)，甚至有的質(zhì)量指標(biāo)(如諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡度)往往由用戶干擾決定:還有一部分是由難以預(yù)測(cè)的事故和外力破壞引起;二是電能質(zhì)量在空間和時(shí)間上均處于動(dòng)態(tài)變化之中的。電能質(zhì)量的這些特點(diǎn)說明電能質(zhì)量的這些特點(diǎn)說明電能質(zhì)量指標(biāo)適合用概率統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來衡量。本研究是在蒙特卡洛仿真的基礎(chǔ)上，通過故障計(jì)算，得到系統(tǒng)和敏感負(fù)荷點(diǎn)的一系列電壓驟降概率指標(biāo)。對(duì)各負(fù)荷點(diǎn)和整個(gè)系統(tǒng)給出定量的電能質(zhì)量概率指標(biāo)，不僅能發(fā)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)中存在的薄弱點(diǎn)，而且也為是否采取適當(dāng)?shù)母纳齐娔苜|(zhì)量的措施提供了依據(jù)。2100433B