隨著對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題研究的不斷深入，在對(duì)諧波、電壓偏差、電壓波動(dòng)與閃變等穩(wěn)態(tài)(或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài))電能質(zhì)量問(wèn)題及其治理手段多年研究，取得諸多成果的基礎(chǔ)上，對(duì)于電壓暫降與暫升、供電暫時(shí)中斷、沖擊性諧波變化這類暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題及其應(yīng)對(duì)措施的關(guān)注程度日益提高，并取得很多成果。

在各類暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題中，電壓暫降是發(fā)生頻度最高的事件之一。發(fā)生時(shí)刻的不確定性及表現(xiàn)形式的多樣性與復(fù)雜性，以及因電壓暫降事件帶來(lái)的后果的不確定性與復(fù)雜性，使得其研究工作具有較大的難度。2013年，我國(guó)頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GBT30137-2013電能質(zhì)量電壓暫降與短時(shí)中斷》，IEEE也于2014年頒布了關(guān)于電壓暫降指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)《IEEEstd1564-2014：GuideforVoltageSagIndices》。與研究工作相比，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)頒布的嚴(yán)重滯后，也從一個(gè)側(cè)面反映出電壓暫降問(wèn)題研究的復(fù)雜性與難度。

1 電壓暫降指標(biāo)存在的問(wèn)題

無(wú)論是我國(guó)的電壓暫降國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo))還是IEEE的電壓暫降指標(biāo)導(dǎo)則(GuideforVoltageSagIndices)(以下簡(jiǎn)稱IEEE1564)，其核心內(nèi)容都是電壓暫降各相關(guān)指標(biāo)的定義、檢測(cè)及及計(jì)算方法。這些指標(biāo)定義的合理性與有效性，無(wú)疑是標(biāo)準(zhǔn)得以貫徹執(zhí)行，并且能夠?qū)﹄妷簳航笛芯抗ぷ鞯拈_展和解決方案的實(shí)施起到指導(dǎo)作用的關(guān)鍵所在。

各種電壓暫降指標(biāo)應(yīng)該是以某種量化的形式反映電壓暫降(以及所產(chǎn)生的危害)的嚴(yán)重程度。但由于電壓暫降事件本身的復(fù)雜性以及用電設(shè)備的多樣性和對(duì)于電壓暫降事件所產(chǎn)生的反應(yīng)的復(fù)雜性(可能還包括不確定性)，使得這些指標(biāo)的制訂極為困難。

單次電壓暫降事件指標(biāo)

單次電壓暫降事件指標(biāo)是所有電壓暫降相關(guān)指標(biāo)的基礎(chǔ)。單相場(chǎng)合的情況較為簡(jiǎn)單，電壓暫降事件包括兩個(gè)維度：暫降的深度(或等效地采用殘余電壓)和暫降持續(xù)的時(shí)間。三相的情況較為復(fù)雜，國(guó)標(biāo)未專門給出定義，而IEEE1564則給出了所謂“特征電壓”的概念。在三相電壓同時(shí)發(fā)生電壓暫降時(shí)，按照“特征電壓”概念得到暫降持續(xù)時(shí)間，通常會(huì)比任意一相的暫降持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

毫無(wú)疑問(wèn)，幅度較深的電壓暫降或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電壓暫降意味著電壓暫降事件較為嚴(yán)重。但這兩者之間是否存在確定的轉(zhuǎn)換關(guān)系呢?對(duì)于單次電壓暫降事件指標(biāo)，無(wú)論國(guó)標(biāo)還是IEEE1564都未直接給出明確的關(guān)系。在IEEE1564中，后續(xù)給出的其它標(biāo)準(zhǔn)(電壓暫降能量指標(biāo)和電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo))隱含地給出了它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。但是，這種轉(zhuǎn)換關(guān)系并不一致，而且，更重要地，它們能夠真正反映電壓暫降的嚴(yán)重程度嗎?

電壓暫降能量(損失)指標(biāo)

電壓暫降能量指標(biāo)是衡量電壓暫降事件造成損失的定量指標(biāo)。IEEE1564給出的電壓暫降能量指標(biāo)的定義如下：

很明顯，通過(guò)上式計(jì)算出的是時(shí)間而并非能量?？梢岳斫鉃椋阂栽O(shè)備的額定(有功)功率為基準(zhǔn)，在發(fā)生電壓暫降事件的過(guò)程中，損失掉的能量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。這一指標(biāo)量化地給出了電壓暫降所帶來(lái)的損失。但事實(shí)上，多數(shù)電壓暫降事件對(duì)于敏感負(fù)載所帶來(lái)的影響，這一指標(biāo)幾乎并不能確切地反映。筆者曾參與過(guò)華北地區(qū)某企業(yè)在一段時(shí)間內(nèi)頻發(fā)設(shè)備突然停運(yùn)故障的分析。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，事故無(wú)疑是由于電壓暫降引起的，而設(shè)備停運(yùn)(包括風(fēng)機(jī)、水泵、生產(chǎn)線的驅(qū)動(dòng)裝置等)所帶來(lái)的損失，顯然不是停運(yùn)設(shè)備在電壓暫降期間損失掉的能量本身所對(duì)應(yīng)的損失可比的。

此外，在IEEE1564給出的電壓暫降能量指標(biāo)定義中，假定負(fù)載的特性為恒阻抗。而事實(shí)上，目前相當(dāng)多的負(fù)載，特別是對(duì)電壓暫降敏感的負(fù)載并非恒阻抗負(fù)載，這些負(fù)載在發(fā)生電壓暫降事件時(shí)，即使簡(jiǎn)單地考慮損失掉的能量(所對(duì)應(yīng)的時(shí)間)，其值也不能用上式來(lái)計(jì)算。

電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo)

IEEE1564給出的電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo)的定義如下：

式中分子中的V為實(shí)際電壓，而分母中的Vcurve是某一電壓容差曲線所對(duì)應(yīng)的參考電壓。例如，圖1(引自IEEE1564)給出了以SEMIF47曲線為參考電壓得到的電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo)。

圖1 以SEMIF47為參考電壓得到的電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo)

根據(jù)電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo)的定義，當(dāng)實(shí)際電壓位于SEMIF47給出的容差曲線上時(shí)，指標(biāo)的值為1。當(dāng)實(shí)際電壓超出容差曲線范圍時(shí)，指標(biāo)大于1。指標(biāo)數(shù)值越大，表明電壓暫降越嚴(yán)重。筆者認(rèn)為該指標(biāo)定義的問(wèn)題出現(xiàn)在實(shí)際電壓位于容差曲線范圍內(nèi)時(shí)。按照IEEEF47對(duì)這一指標(biāo)定義的解釋，當(dāng)實(shí)際電壓高于90%額定值(電壓暫降事件的閾值)時(shí)，設(shè)定指標(biāo)值為0，顯然，這時(shí)的指標(biāo)數(shù)值是人為設(shè)定的，而不是根據(jù)電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo)值的定義式計(jì)算出來(lái)的。這種人為的設(shè)定，破壞了指標(biāo)定義的一致性與連貫性，在短時(shí)(10s以內(nèi))電壓暫降值在容差值以內(nèi)時(shí)，使得電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo)值發(fā)生跳變。這使得在采用電壓暫降嚴(yán)重度指標(biāo)作為基礎(chǔ)做更宏觀的電壓暫降狀況估計(jì)時(shí)，得到的結(jié)果的有效性值得懷疑。

2 電壓暫降問(wèn)題研究的誤區(qū)

電壓暫降研究模型的可信度問(wèn)題

對(duì)于電壓暫降事件引起的損失的研究，特別是量化的研究，一直是電壓暫降問(wèn)題研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。由于電壓暫降事件的隨機(jī)性以及電壓暫降事件引起的后果和損失的復(fù)雜性，使得研究所需的大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取非常困難，要保證所獲取的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性和可靠性就更為困難。缺乏有效可靠的數(shù)據(jù)支撐，想建立可信有效的研究模型是不可能的。仍以筆者參與的華北某企業(yè)的電壓暫降相關(guān)的故障調(diào)查與分析為例：在近3個(gè)月發(fā)生的數(shù)次電壓暫降事件引起的數(shù)十處故障，幾乎無(wú)任何規(guī)律可循，只能看出某類負(fù)荷(如變頻調(diào)速裝置)是對(duì)電壓暫降事件敏感的負(fù)荷，但具體到某臺(tái)具體設(shè)備，在某次具體的電壓暫降事件過(guò)程中，可能發(fā)生也可能不發(fā)生故障。根據(jù)這樣的數(shù)據(jù)，很難得到有意義的定量的結(jié)論。當(dāng)然，筆者所舉的例子樣本太少，未必具有普遍意義，但至少?gòu)囊粋€(gè)側(cè)面反映了獲取有效數(shù)據(jù)的困難程度。

目前用于評(píng)價(jià)電壓暫降引起的損失的模型種類繁多，但所有模型首先必須解決的基本問(wèn)題是確定發(fā)生電壓暫降事件時(shí)設(shè)備是否會(huì)發(fā)生故障。通常，采用的方法是根據(jù)電壓暫降的類型，針對(duì)不同的設(shè)備類型以ITIC曲線(以前的CBEMA曲線)、SEMIF47曲線等作為參考電壓，得到發(fā)生故障的概率值。實(shí)際上，由于具體設(shè)備性能的多樣性，按照這種方法得到結(jié)果只能是宏觀的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，難以用來(lái)指導(dǎo)具體的設(shè)備或企業(yè)的電壓暫降解決方案的制定。

對(duì)敏感負(fù)載特性的改變關(guān)注不夠

通過(guò)外部的手段降低電壓暫降事件的嚴(yán)重程度甚至減少其發(fā)生的頻度，或改進(jìn)電壓暫降敏感設(shè)備的承受能力，是解決電壓暫降問(wèn)題的兩個(gè)方面。在很多場(chǎng)合，改進(jìn)敏感負(fù)載的特性，提高其在發(fā)生電壓暫降事件時(shí)的承受能力，是針對(duì)電壓暫降問(wèn)題有效、合理的解決方案。

當(dāng)今我們?cè)谑澜绺鞯芈眯袝r(shí)，已經(jīng)很少關(guān)注我們每天都要使用的手機(jī)充電器的電壓是否兼容。手機(jī)充電器或筆記本電腦電源的100-240V的寬輸入電壓范圍，使得它們可以在全球范圍內(nèi)隨意使用。這些設(shè)備用在我國(guó)的220V的環(huán)境下，應(yīng)對(duì)50%以上的電壓暫降毫無(wú)問(wèn)題。試想，如果通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ǜ脑熳冾l調(diào)速裝置，比如改善交流接觸器的防脫扣能力、適當(dāng)增加換流器直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能能力，即可渡過(guò)發(fā)生概率較高的中低嚴(yán)重度的電壓暫降事件。這可能比采用諸如UPS或DVR從外部解決問(wèn)題，總體上更為有效也更為經(jīng)濟(jì)。

3 幾點(diǎn)建議

在電壓暫降敏感負(fù)載的外部和內(nèi)部同時(shí)采取措施，即與解決其他電磁兼容問(wèn)題類似，在騷擾源與敏感設(shè)備兩端同時(shí)采取措施，往往是既有效又經(jīng)濟(jì)的方法。采用UPS或DVR作為敏感負(fù)載應(yīng)對(duì)電壓暫降問(wèn)題的解決方案，是將電壓暫降的影響御于敏感設(shè)備之外，從原理上無(wú)疑是有效的，但其昂貴的造價(jià)往往使得用戶望而卻步。而且，像DVR這類設(shè)備，盡管其原理早就提出，但到目前為止，實(shí)際工程應(yīng)用仍存在問(wèn)題。而從另一個(gè)角度考慮問(wèn)題，顯著地提高敏感負(fù)載的抵御電壓暫降的能力，就有可能使得設(shè)備降低對(duì)電壓暫降事件的敏感度，從而順利地渡過(guò)多數(shù)電壓暫降事件，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

因此，筆者認(rèn)為，電壓暫降的研究者應(yīng)該特別關(guān)注以下幾個(gè)方面：

重新設(shè)定更為合理的各類電壓容差曲線

目前普遍采用的各種電壓容差曲線(ITIC曲線、SEMIF47曲線等)，是制訂包括電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)，也是針對(duì)設(shè)備生產(chǎn)廠商的建議性或強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。但是，多年來(lái)的實(shí)踐表明，即使設(shè)備的性能滿足曲線的要求，仍然有很大的概率在發(fā)生電壓暫降事件時(shí)失效，從而造成不可忽視的經(jīng)濟(jì)損失甚至安全問(wèn)題。隨著技術(shù)的進(jìn)步，在合理增加成本的前提下適當(dāng)提高設(shè)備的耐受能力，是解決電壓暫降問(wèn)題總體上經(jīng)濟(jì)性較高且有效的方案。合理地修訂電壓容差曲線并非易事，當(dāng)今的大數(shù)據(jù)技術(shù)為這一問(wèn)題的解決提供了有力的技術(shù)手段，但數(shù)據(jù)的收集、挖掘、處理、分析，仍然是工作量巨大的挑戰(zhàn)。

采取合理可行的措施提高敏感設(shè)備的抗敏性

事實(shí)上，大幅度地提高電壓暫降敏感設(shè)備的承受能力(抗敏性)，在當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平下已經(jīng)基本上不存在技術(shù)障礙。但很顯然，無(wú)論采用何種技術(shù)手段，勢(shì)必增加設(shè)備的成本。在沒有直接經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)的情況下，生產(chǎn)廠家不大可能主動(dòng)采用這些改進(jìn)方案。

一方面，通過(guò)修訂電壓容差曲線并修訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制性地使得設(shè)備生產(chǎn)廠家修改設(shè)計(jì)，從而提高電壓暫降敏感設(shè)備的抗敏性;

另一方面，研究如何優(yōu)化方案，使得提高敏感設(shè)備抗敏性所采取的技術(shù)措施成本更低、更有效，以及更易于對(duì)既有設(shè)備進(jìn)行改造，是研究者應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的課題。