PAGE2電壓暫降技術研究的國內外文獻綜述1.1電壓暫降的基本定義與認知發(fā)展過程電壓暫降（VoltgageSagorDip）是指工頻供電電壓有效值突然下降的電壓質量異常事件，符合定義的持續(xù)時間范圍為0.5周波~1分鐘。與電壓波動相比，電壓波動僅是電壓值在較小幅值范圍內變化，，而電壓暫降表征為電壓值在短時間內呈現大幅度快速的下降。國際學術組織分別進行了定義，采用的技術術語有“VoltageSag”或“VoltageDip”。兩者含義基本相同，其中，國際電工委員會（InternationalEletrotechnicalCommission,IEC）將其定義為：電壓有效值下降至額定電壓的90%~1%，國際電子電氣工程師協會（theInstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE）將其定義為：電壓值下降到額定電壓的90%~10%[10-11]區(qū)別在于對電壓下降值的規(guī)定不同。在實際中，常以系統(tǒng)母線標稱電壓為基準，用標幺值或百分數表示，并將電壓暫降發(fā)生到結束的時間段定義為暫降持續(xù)時間。除非特別說明，通常暫降幅值指母線電壓剩余值或殘留值，而非實際下降值，因此，IEEE推薦采用“電壓暫降到X%”的表述法。母線發(fā)生暫降事件時，由于往往伴隨有電壓相位的突然改變（稱為相位跳變），其主要原因是正常和故障狀態(tài)下阻抗比發(fā)生突然變化，因此，在認識電壓暫降概念時除了考慮典型的電壓幅值、持續(xù)時間等特征外，對相位變化等特征也應考慮。在我國，對電壓暫降術語由于從不同角度和不同專業(yè)出發(fā)，先后出現過“電壓暫降[12-14]”、“電壓驟降[15-16]”、“電壓跌落[17-18]”等術語。2008年，為了統(tǒng)一專業(yè)術語，國家電力詞典編寫委員會建議，統(tǒng)一稱為“電壓暫降”，其英文仍為VoltageSag或Dip，本文用“電壓暫降”。電壓暫降是電力系統(tǒng)客觀不可避免的現象級問題[19]。從電壓暫降事件的感知與監(jiān)測，到電壓暫降事件的溯源，，再到對于電壓暫降事件的評估以及治理應對，學者對暫降問題的認知經歷了由表及里、由淺入深、由理論到實踐的過程并取得了大量的研究成果。近年來，在電工學科領域的國際權威期刊與一些國際會議上涌現了大量電壓暫降方向的優(yōu)質學術論文，如：IEEETransactionsonPowerDelivery；IEEETransactionsonIndustryApplication；IET(IEE)Proceedings-Generation，Transmission，Distribution。根據相關文獻及綜述查證，最早提及電壓暫降相關概念的文章可以追溯到上個世紀三十年代，多篇文章提及電壓暫降事件對工業(yè)用戶，照明系統(tǒng)有不可忽視的影響[20-21]，但僅描述相關設備受影響的客觀現象。且早期用戶端采用的設備大多為機械性負荷，對短時電能質量擾動還不太敏感。后來隨著時間推移，在第三次工業(yè)革命的浪潮推動下，精密制造、電子信息以及計算機等高新技術行業(yè)迅猛發(fā)展，并帶動了社會經濟的發(fā)展，與此同時，它們對于電壓質量的需求標準也日漸提高。其中，針對精密元件制造、半導體制造、電信業(yè)、生物科學等行業(yè)的影響較大[22-25]。隨著暫降的危害日益突顯，世界各地的專家學者展開新一輪的研究。對于暫降問題的探索研究起源于北美、西歐等工業(yè)發(fā)達國家，迅速發(fā)展到東南亞、南非、東歐、亞洲并逐步遍及全球。人們通過實際觀察和測量，提取出了源、網、荷各側的暫降特征，對擾動事件建立了經驗性認識。其中，北美、歐洲、南非、印度、伊朗、韓國、以及我國，對典型負荷、生產線和高新技術區(qū)的暫降影響和危害進行了大量調查和統(tǒng)計，涌現出了大量關于工業(yè)設備及過程的暫降測試系統(tǒng)、測試要求和方法的研究成果?？傮w看來，可將人們對電壓暫降問題的認識劃分為4個階段，如圖1.1。圖1.1認識敏感設備電壓暫降響應事件的四個階段Fig.1.1.Recognizesthefourstagesofavoltagesagresponseeventforsensitiveequipment1.2電壓暫降評估方法研究現狀目前應用于電壓暫降方向的評估方法大致有實測法、概率評估法及模糊評估法三種。文獻[26]通過采集實時數據，基于波形特征，事件頻次，累計概率等數據進行辨識分析，該方法可靠性高但受制于對真實數據的需求，且只能應用于單個監(jiān)測點。文獻[27]-[29]采用概率評估法：文獻[27]對不確定性條件下的電壓暫降進行蒙特卡洛仿真，分析電源啟停、負荷波動和故障持續(xù)時間等隨機因素對敏感負荷停運頻率的影響進行評估，但評估結果的實際應用性不高；文獻[28]-[29]結合序關系分析法/熵權法等賦權方法建立線路暫降故障概率模型，通過評估故障概率來衡量某一區(qū)域的電壓暫降水平，但是最終進行評估的指標模型過于單薄，無法保證評估的精準度。文獻[30]-[31]采用模糊評估法，文獻[30]對工業(yè)用戶的生產環(huán)節(jié)架構和敏感設備運行參數的需求等要素進行考量，采用過程免疫事件作為評估尺度，將模糊評估方法和隸屬度函數有機結合并結合電壓暫降事件物理模型提出工業(yè)用戶多層次模糊綜合評估方法，非常具有創(chuàng)新性但是針每次評估只對單個工業(yè)用戶且需要過多生產環(huán)節(jié)信息，實際應用推廣成本太高；文獻[31]將層次分析法和模糊評估法應用于電壓暫降評估，進行用戶電壓暫降損失風險等級劃分，并在此基礎上實現了用戶電壓暫降損失風險的模糊評估，但由于電壓暫降引起的事件存在不確定性并且沒有考慮不同故障造成的風險等級不同，因此需要對評價分級還需進一步細化。[32]，而這兩種方法都缺乏對暫降事件的科學刻畫，從而可能導致欠估計或過估計等問題。1.3電壓暫降評估體系研究現狀由于電壓暫降事件嚴重程度存在客觀上的復雜性和多樣性，并且評估不同層面的暫降嚴重程度需要考量不同的因素，很多研究者就指標選取和體系的搭建進行了專門的研究[33-35]：通過對電壓暫降事件物理特征以及工業(yè)用戶特性的研究，將評估指標劃分為電源側、電網側、以及用戶側三個維度、對工業(yè)用戶的狀態(tài)性能、響應機理等要素進行刻畫，用分層分步的方式將復雜不確定性問題進行確定化，從而建立系統(tǒng)的指標體系，如圖1.2所示。圖1.2電壓暫降評估指標框架Fig.1.2.Voltagesagevaluationindexframework因此，為克服采用單一指標或上述方法所導致的評價失準問題，多屬性決策作為較為合理的研究方向被越來越多的學者研究。文獻[36]提出一種兼顧電網側與用戶側暫降信息的節(jié)點電壓暫降水平評估方法，對敏感用戶進行影響等級劃分，系統(tǒng)側著重評估電壓暫降對節(jié)點造成的綜合影響并同時在用戶側計算典型敏感設備故障率衡量暫降嚴重程度；但信息處理過程中涉及過多的主觀經驗因子，可能會導致無法有效辨別數據的差異性；文獻[37]根據現有的節(jié)點電壓暫降評估指標建立屬性集合，采用組合賦權法和TOPSIS算法模型來處理數據，充分利用了數據帶來的暫降信息，但是對于數據客觀性的過分依賴也會面臨病態(tài)數據帶來的評估失效問題；文獻[38]從暫降頻次、幅值、能量和嚴重程度等方面出發(fā)建立暫降綜合評估數學模型并綜合專家經驗和指標信息，得到綜合指標來表征各節(jié)點的暫降水平，但是從最終服務用戶以及電力市場的初中考慮，沒有考慮暫降事件對于不同用戶節(jié)點導致的經濟損失差異可能會導致評估結果的同一化，無法達到有效評估的效果。1.4電能質量問題經濟損失建模研究現狀想要全面切實地評價用戶地暫降水平，就需要充分考慮用戶側因素對于評估結果的影響。而經濟損失作為用戶最為關心的暫降事件指標，如何將監(jiān)測環(huán)節(jié)的數據流轉化為經濟性指標也是當下研究的一個熱點。文獻[39]-[40]基于過程免疫時間的定義和設備敏感度的不確定性，引入了過程免疫時間不確定性的概念并對過程中物理參數越限概率進行評估；在此基礎上，采用故障樹分析法對工業(yè)過程進行功能邏輯分析，提出了工業(yè)過程經濟損失分級評估模型；文獻[41]-[42]引入電壓暫降損失事件概念，提出一種改進的電壓暫降經濟損失評估通用模型：利用直接法和間接法研究電壓暫降事件電氣特性和物理屬性之間的映射關系，將用戶損失事件分為過程中斷和用戶感知損失兩個子事件，分別從電氣特性、物理屬性和用戶感知損失等角度對損失事件進行分析和評價。這些文獻所提出的方法都較好地評估了單個用戶的經濟損失，但是離分行業(yè)進行分析的用戶暫降事件經濟模型都還有一定的距離。1.5電壓暫降治理技術研究現狀電壓暫降治理問題的本質是通過技術手段使系統(tǒng)側電壓暫降水平與用戶側敏感設備電壓暫降耐受能力相匹配[43]。電壓暫降的產生、發(fā)展以及不僅與自然現象、區(qū)域電網拓撲結構有關，還與用戶側敏感設備的電壓暫降耐受能力有關，所以電壓暫降的治理需要供電公司、敏感用戶和設備制造廠商三方共同努力。因此，目前主流的電壓暫降治理措施一般可分為三類，具體分類如圖1.3所示。圖1.3電壓暫降治理措施分類Fig.1.3.Classificationofvoltagesagtreatmentmeasures供電側電壓暫降治理措施主要分為兩個思路。第一個思路是通過提升電壓暫降的形成難度從而降低電壓暫降事件發(fā)生的可能性，實現這個思路的技術手段就是減少短路故障的發(fā)生次數以及減少故障清除時間，從而降低電壓暫降的危害程度。如供電公司可通過定期對線路附近環(huán)境進行巡視清掃、輸配電線路適當增設避雷器、定期維護絕緣子等技術手段降低短路故障的發(fā)生發(fā)生概率，以此來減少電壓暫降的發(fā)生頻次。第二個思路是切斷或限制電壓暫降的傳播途徑從而最小化暫降事件危害，在電網建設初期就應合理規(guī)劃電網拓撲結構，通過對固態(tài)開關、故障限流器、固態(tài)斷路器等設備改造、優(yōu)化和升級電網系統(tǒng)，從而減輕電壓暫降造成的危害。超導限流器的問世為電壓暫降治理技術提供了新思路[44]，文獻[45]和文獻[46]研究超導限流器接入電力網絡不同位置電壓暫降治理效果的影響，通過仿真和實驗驗證在選擇合適的安裝位置、限流阻抗以及電力閾值等安裝屬性的前提下，限流電抗器可以有效地抑制電壓暫降。文獻[47]提出一種結合柔性直流輸電技術的電壓暫降治理技術，將柔性直流輸電整流側連接電網，逆變側連接至敏感負荷，當電網側發(fā)生電壓暫降時，電網側電壓暫降不會直接傳遞到用戶側，逆變側可以通過控制策略維持逆變器電壓在短時間內保持穩(wěn)定，從而保證用戶側的電能質量。該技術方案可以很好化解相鄰線路短路故障時傳播過來地電壓暫降事件，但無法解決自身路線地暫降問題，需要和其他地暫降治理技術搭配使用，具有一定的局限性。用戶側常見的電壓暫降治理思路是在電力網絡與用戶端口的連接處安裝電壓暫降治理設備。針對不同用戶的電壓質量需求，選擇合適的電壓暫降治理設備，很多時候不僅可以大幅改善用戶的電壓質量，還能在一定程度上提升用戶的諧波、三相不平衡、功率因數等其他電能質量指標。電壓暫降治理設備的技術支撐主要來自于現代電力電子技術，當前市面上常見的電壓暫降治理設備包括動態(tài)電壓恢復器（DynamicVoltageRestore，DVR）、靜止同步補償器D-STATCOM、固態(tài)切換開關（SolidStateTransferSwitch，SSTS）等[48]。近幾年，隨著儲能技術的大力發(fā)展，將儲能單元與電力電子技術有機結合的儲能型電壓暫降治理設備也陸續(xù)出現并在特定場合展現出其優(yōu)秀的治理性能。制造廠商側的電壓暫降治理思路是通過改進敏感元件的內部結構來提升設備的電壓暫降耐受能力，繼而達到有效防治電壓暫降事件的效果，這也是理論上最有效的電壓暫降治理思路。如果在設備設計階段就考慮電壓暫降和短時中斷的影響，設備投入使用后可以很大程度地降低用戶地電壓質量需求，在更惡劣地電壓條件下進行正常工作。但是一方面限于相關研究地的不足，目前的敏感設備耐受能力提升的技術手段有限另一方面用戶側一般只有大型工業(yè)用戶會提出特定的電壓耐受水平要求并且不同用戶的需求不同，這也增加了制造廠商的工作難度無法[49]。而制造商一般會出于成本或量產的考慮，不會對設備的電壓暫降耐受能力進行改進。因此，雖然提升敏感用戶工作設備的電壓暫降耐受能力是理論上解決電壓暫降最有效的突進，但考慮到實際狀況，提升敏感設備的電壓暫降耐受能力這一思路實際上推行具有很大的難度的。電壓暫降治理的基本原則之一是越靠近負載就地解決問題成本越低，理論上最優(yōu)的思路是是提升敏感設備的電壓暫降耐受能力。但提高設備的電壓暫降耐受能力存在技術實現上的局限性，而且已經投入使用的敏感負荷也無法通過技術手段提高其電壓暫降的耐受能力。因此綜合考慮這些因素，在用戶側安裝電壓暫降治理設備