云南电网有限责任公司文山供电局 文山 663000
摘要：随着电网技术的发展及新型负荷的出现电力系统中电能质量问题越发复杂，而配网能够获取的暂态数据较少，为此本利用已有的消谐设备获取配网暂态数据，进一步的开展并开SARFI-X、容忍度曲线、短路故障识别等分析，填补了配网电能质量数据空缺的同时可分析和评估配网暂态特性。
关键词：电能质量；暂态数据；消谐装置；暂态分析
引言
随着超、特压的建成和使用电网运行机理更为复杂，区域间电网耦合性更高，而配用侧分布式电网的构建存在交直流网络混连，也使得影响电网电能质量因素更为复杂。
国内从业对电能质量暂态分析开展了较多研究，文献1提出多电压暂降事件同源检测概念和基于Wasserstein距离的多电压暂降事件同源检测方法。提出电压暂降经单台或多台变压器的传播规律，基于Wasserstein距离度量，构建可能性矩阵，度量多电压暂降波形数据间的相似程度。在缺失电压暂降源数量信息的前提下，采用基于密度的DBSCAN聚类方法对度量结果进行聚类分析，得到多电压暂降事件同源检测结果。文献2针对电压暂降治理时难以准确获取用户敏感设备参数和生产过程结构的问题，提出一种基于电压暂降监测数据识别敏感负荷的非侵入式方法。对发生电压暂降时所记录的电压和电流进行离散小波变换，计算有功功率轨迹；通过奇异值分解分段法识别轨迹过渡段起始点，获得负荷有功功率轨迹特征及其与负荷电压暂降响应之间的关系；结合典型敏感设备电压耐受（VTC）曲线，对暂降及负荷响应事件进行分组；再根据记录数据计算电压暂降结束后的有功功率及其恢复比例，由此识别典型敏感负荷有功功率占比。文献3针对监测节点数量与抽样方法的确定展开研究。考虑实际电网监测数据存在分布不均匀的问题，提出一种改进的密度偏差抽样方法。基于误差幅度指标，建立满足不同给定误差要求下的监测节点数量解析式。基于监测节点样本数据，采用均值方法计算得到系统指标的估计值。文献4则利用暂降分段法对电压暂降有效值的波形变化特点进行分析，并以粗粒化的有效值波形构建了与电压暂降源类型相对应的六个总体。采用多总体马氏距离判别分析方法，利用训练样本进行学习，建立相应的判别函数及其判别准则对待判样本进行判别，从而实现电压暂降源的识别。文献5为系统比较不同区域电压暂降的严重程度，从电网电压暂降整体水平出发，提出了系统级的电压暂降严重程度评估方法。该方法通过聚类分析确定持续时间区段，求取不同持续区段内残余电压的中位数并绘制中位数线。随后提出平均点线距指标以量化评估各个区域电压暂降严重程度，并根据不同区域的指标分布特征进行电压暂降水平等级划分。
以上研究中并未考配网电能质量监测不足的问题，为了获取反应电网暂态数据，本文利用已有的消谐设备获取覆盖10kV配网暂态数据，再通过SARFI-X、容忍度曲线、短路故障识别等开展分析。
1消谐方案
1.1短路故障与电压暂降
实际中，尤以短路故障引起的电压暂降最为常见。短路故障可分为单相短路、两相相间短路、两相短路接地及三相短路等，其是电压暂降引起的常见原因，特点主要如下：
（1）三相短路引起对称暂降，其他类型的短路故障均是不对称的。
（2）故障相电压幅值低于暂降阈值，非故障相电压略高于额定电压。
（3）起始时刻电压急剧变化，而持续过程中电压有效值基本不变。
1.2消谐方案
该方案由三个设备组成，分别为控制器、消谐开关及消谐器，其中消谐器是常规的消谐器，是一种SiC材料，控制开关与消谐器并联使用，其导通状态决定于控制器的DO信号，整体如图1所示。
.png)
图1 消谐方案
控制器则接入了Va、Vb、Vc、Vl及Vn等监测信号，Vl指开口三角形电压，控制器可设置录波参数，包括暂升及暂降两个限制，因此通过该装置可获暂态波形。
2暂态分析
2.1 SARFI-X指数统计
系统电压平均有效值变化率指标SARFI-X（System Average RMS variation Frequency Index）是通过对被评估系统的所有用户在某一时间bai段内的持续监测，统计各节点感受到的电压暂降的次数，从而得出电压有效值低于阈值X的频度。
暂态分析统计统计是按照特征幅值范围进行统计，对于SARFI-X统计，当X>100时，则统计范围是指所有特征幅值>=X的暂态事件；当X<100时，统计的范围是指所有特征幅值<=X的暂态事件
.png)
图2 SARFI-X统计结果
2.2容忍度分析
容忍度分析是通过ITIC曲线和SEMI曲线两种曲线，是信息技术工业协会及半导体行业基于计算机等敏感性负荷对电能质量要求而提出的电压容限曲线。
2.2.1 ITIC曲线
美国信息技术工业协会所属的第三技术委员会针对大型计算机对电能质量的要求，提出了电压容限曲线及相关的四种典型的电压扰动，以防止电压扰动损坏计算机及其控制系统，并对下图的曲线进行了修订，又被称为ITIC曲线，见下图所示。该曲线已被IEEE采纳，同时做为IEEE STD446-1980的组成部分。
ITIC电压容限曲线适用于所有类型设备的电压容限的幅值和持续时间。与CBEMA曲线相比，具有以下优点：
（1）将光滑的曲线改为折线，增设了几个转折点，使电压幅值与时间变化的量化指示更加明确。
（2）稳态电压容限从原有的106%和 87%改为110%和90%，使电压的上下偏差值相等。
（3）ITIC电压容限曲线下包络线的起始时间从8.33ms改为20ms（超过60Hz系统的一个周波），表明了计算机元器件的断电耐受能力有了提高，这就为降低设备造价提供了可能性。如可少用价格昂贵的可关断晶闸管（GTO），而多用价格相对较低的晶闸管整流器元件（SCR）。
（4）ITIC电压容限曲线的时间坐标横坐标既标明秒（s、ms、us）的单位，波单位（下图中的c）。因此，在实际应用中更具有普遍意义。
.png)
图3 ITIC曲线
2.2.2 SEMI曲线
电压值降到额定电压值的90%以下，并持续 0.5~60 周波，对于电力供应品质要求甚高的晶圆相关产业，一旦发生电压瞬降，不仅敏感的微电脑自动控制设备造成不可预期的伤害，也会使得制程中断，而产生极大的损失，为了能保护您敏感的设备能够免于电压瞬降的危害，对电力供应之可靠度与电源品质有较严格的要求，在 SEMI F47-0200 中规定半导体制程设备对电压瞬降的耐受时间在电压为50%标称值时为0.05秒至0.2秒、0.2秒至0.5秒间的电压为标称值之70%、0.5秒至1.0秒的电压为80%标称电压值。
.png)
图4 SEMI曲线
2.3 短路故障识别
根据采集的暂降波形计算各相的残余电压、暂降持续时间、暂降时的零序分量和负序分量、波形的形状因子等，其部署如下：
（1）根据监测点采集的电压波形，通过滑窗逐点计算有效值，计算各相的暂降幅值；
（2）统计各相电压有没有发生过骤升，如发生骤升判断为不对称短路故障，骤升门槛为120%；
（3）判断暂降持续时间，如果持续时间小于5个周波判断为短路故障；
（4）判断各相暂降幅值最小值是否低于阈值，低于阈值判断为短路故障，阈值为70%；
（5）计算负序分量和零序分量，除以额定电压UN，计算负序不平衡度和零序不平衡度，如果负序和零序都超过阈值，则判断为短路故障。
3结束语
针对配网电能质量监测不足的问题，本文利用已有的消谐设备获取暂态数据，填补了配网电能质量暂态数据的空白，并开展包括SARFI-X、容忍度曲线、短路故障识别等分析。
参考文献：
[1]肖先勇，桂良宇，李成鑫，张华赢，李鸿鑫，汪清.基于Wasserstein距离的多电压暂降事件同源检测方法[J/OL].电网技术
[2]胡翀，徐斌，甄超，赵新德，王昕，唐兴勇.基于电压暂降监测数据的敏感负荷非侵入式识别方法[J/OL].中国电力
[3]肖先勇，谭亚欧，胡文曦，汪颖.电压暂降系统指标的监测节点数量选择与评估方法[J].电力自动化设备，2020，40（10）：8-14.
[4]汪颖，王欢，李琼林，刘书铭，徐琳，邵彬.基于距离判别分析的电压暂降源识别方法[J].电力系统保护与控制，2020，48（19）：9-16.
[5]钟庆，姚蔚琳，许中，周凯，王钢.基于平均点线距的电压暂降系统级评估方法[J].中国电力，2020，53（11）：9-14.
作者简介：
钱永亮，男，汉，本科，云南人，工程师。