摘要：電壓跌落問題已成為影響電能質量的一個重要因素。如何提高報考電能質量，抑制系統電壓跌落對敏感電力用戶的干擾已成為急需解決的問題。隨著高壓大功率開關器件的出現，基于電力電子技術的報考電能質量調節技術成為解決上述問題的有效手段。實時檢測技術和報考補償技術是報考電能質量調節技術中最關鍵的兩個環節，它們實現的效果好壞從根本上決定了報考電能質量調節技術能否取得令人滿意的效果。本文對目前常用的檢測手段和報考補償方法的原理及優缺點進行了系統的闡述和深入的分析。最后，本文還介紹了現今已推出的幾種報考電能質量調節裝置，并對其性能做了詳細的比較。

　　關鍵詞：電能質量 電壓跌落 報考電能質量調節技術 報考補償技術

　　1　引言

　　隨著基于計算機和微處理器的敏感型用電設備在電力系統中的大量投入使用，電力用戶對配電系統的報考電能質量的要求不斷提高。目前，配電網中的報考電能質量問題主要包括電壓浪涌、電壓跌落以及瞬時供電中斷。

　　研究表明，電壓跌落問題已成為影響許多用電設備正常、安全運行的最嚴重的報考電能質量問題之一。在現代工業生產中，電壓跌落將引起廠家的產品質量下降，甚至導致全廠生產過程中斷，從而造成巨大的經濟損失。因此，如何抑制電壓跌落對敏感電力用戶的干擾、提高配電系統的報考電能質量，已成為擺在電力研究人員面前的十分迫切的問題。

　　傳統的調壓手段，如改變有載調壓變壓器的變比、投切并聯補償電容器等，因其響應速度慢，控制不精確，故對抑制電壓跌落問題無能為力。隨著電力電子技術的飛速發展，基于高壓大功率開關器件的報考電能質量調節技術的出現將為解決電壓跌落問題提供新的手段。該技術利用電力電子開關器件的高速開斷特性，通過向系統注入相應的補償分量來實現對系統的電壓、電流、無功潮流等參數的報考跟隨。

　　目前，報考電能質量調節技術已引起國內外眾多學者的關注，而該技術中最為關鍵的兩個環節：實時檢測評估技術和報考補償技術的工作原理及實現策略則更是成為當今研究的熱點。本文對目前常用的實時檢測手段和報考補償方法的原理及其優缺點進行了系統的闡述和深入的分析。最后，本文還介紹了現今已推出的幾種報考電能質量調節裝置，并對其性能做了詳細的比較。

　　2　電壓跌落概述

　　電壓跌落（sags，又可稱dips）是指在某一時刻電壓的幅值突然偏離正常工作范圍，經很短的一段時間后又恢復到正常水平的現象。目前，多數文獻都用跌落的幅值和持續時間來作為描述電壓跌落的特征量，但對幅值大小和持續時間的界定范圍還未形成統一的標準。例如，在IEEE電能質量標準中對電壓跌落特征量的界定范圍是幅值標么值在0.1~0.9之間，持續時間為半個周期至1分鐘；而IEC標準則用跌落前后電壓的差值與正常電壓的百分比來描述電壓跌落的深度，持續時間限定為半個周期至幾十秒。此外，有的文獻把電壓相位偏移角和發生頻率也作為描述電壓跌落的特征量。

　　惡劣的天氣條件是引起電壓跌落的主要原因。統計表明60％以上的電壓跌落都和惡劣的天氣（如雷擊、暴風雨）有關。系統故障，尤其是系統單相對地故障是造成電壓跌落的另一個重要原因。當電力系統輸電線路發生故障時，該線路上甚至幾百米開外的電力用戶依然會受到影響，其正常工作狀態受到干擾。此外，一些大負荷（如大電機、煉鋼電弧爐等）突然啟動時伴隨的電流嚴重畸變現象也會導致該負荷所連接的母線電壓發生跌落。

　　可見，由于一些非人力所能及的因素的存在，電壓跌落現象是不可能從根本上加以消除的。因此，要想較好的解決電壓跌落問題，則必須從系統和負荷兩方面考慮，一方面要防患于未然，抑制不利因素對系統的影響，盡可能的降低系統電壓跌落發生的可能性，提高電網的供電質量；另一方面是當供電電壓跌落現象發生后積極采取補救措施，把電壓跌落的持續時間限制在幾個周期之內，避免或減少其對敏感電力用戶的干擾。由于篇幅有限，本文將側重于討論后一種補救措施的實現技術。

　　3　檢測技術

　　考慮到電壓跌落發生的隨機性和快速性，要使報考電能質量調節裝置具有良好的實時控制效果，首先要解決的是在保證能對裝置的控制信號（通常為電壓、電流）在一定檢測準確度的前提下實現快速跟蹤檢測問題。

　　目前可用于檢測電壓跌落并且可兼顧報考實時性和檢測準確度的方法，主要有基于瞬時無功功率理論的αβ0變換方法、dq0變換方法和小波分析法。下面本文將對以上幾種方法進行詳細的分析。

　　3.1　αβ0變換方法或dq0變換方法隨著配電系統中各類非線性負荷的不斷增加和電力電子裝置的廣泛應用，它所引起的電網電壓的畸變問題日益嚴重。在這種背景下，基于平均值基礎上定義的傳統無功功率理論因其只適用電壓、電流均為正弦波的特性而不能滿足要求。為此，人們提出了瞬時無功功率理論，即首先把電壓、電流的瞬時值通過坐標變換，然后在新坐標系下獲得瞬時無功功率、瞬時有功功率和瞬時無功電流的定義。該理論不僅適用于正弦波，也適用于任何非正弦波和任何過渡過程情況，它是傳統無功功率理論的推廣和延伸。

　　從三相電路瞬時無功功率理論的推導過程中可以看出：在新坐標系下定義的瞬時有功功率、瞬時無功功率的交直流分量與abc坐標系下的基波、諧波、正序、負序、零序的電壓和電流之間相互作用的各個分量有明確的對應關系，故通過此對應關系可以方便的實時檢測到電網的諧波、無功電流及電壓、電流的各種畸變分量。

　　αβ0變換方法與dq0變換方法所選取的變換坐標系不同，故兩種方法實現起來各有優缺點。αβ0變換方法是把abc坐標系變換到靜止的αβ0坐標系，其變換矩陣為常數矩陣，故該方法實現起來比較簡單，但只適用于系統電壓為三相正弦對稱且負載對稱的情況，否則將存在比較大的檢測誤差。dq0變換方法是把abc坐標系變換到同步旋轉的dq0坐標系中，其變換矩陣為時變三角矩陣。為運用該方法，通常都需要一個與電網工頻同步的三角函數發生器，故實現起來比較復雜，但該方法能適用于任意非正弦、非對稱三相電路。

　　另外，采用這兩種變換方法，要想得到基波有功電壓、電流分量時都需要低通濾波環節，這將導致檢測的快速性受到一定程度的影響。為解決這一問題，對dq0變換方法改進，通過引入標準電壓幅值和選取合適的Park變換初始角，在利用Park正變換提取補償量的過程中省去了低通濾波器環節。但是，如何選取合適的Park變換初始角卻存在相當的難度，故該方法還需要進一步的深入研究。

　　3.2　小波分析方法長期以來，傅立葉變換作為最經典的信號處理手段在電能質量的穩態指標檢測中發揮了重要作用，但由于其缺乏空間局部性，時間窗長，故對諸如電壓跌落、電壓驟升等電能質量的突變信號和非平穩信號的檢測無能為力。而近年來發展起來的小波分析方法則為電能質量突變信號的檢測提供了新的思路。

　　小波分析方法是一種窗口大小固定但形狀可改變的時頻局部化分析方法，它在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時間分辨率，而在高頻部分具有較低的頻率分辨率和較高的時間分辨率，所以有“數學顯微鏡”之美稱。由于電壓跌落的發生時刻和恢復時刻通常都對應著電壓信號的奇異點，即在這兩個時刻系統電壓波形都會出現細小的突變，而小波變換本身對信號的奇異點特別敏感，所以通過小波變換可將信號的細小突變放大并顯示出來，從而可實現對電壓跌落的精確檢測和定位。

　　目前小波分析方法在電能質量突變信號的定位、檢測及識別領域取得了一定的成就。利用信號的突變奇異點可用小波變換模的局部極大值來表征的特性實現了對電壓跌落發生及恢復時刻的精確定位；也可利用二進制離散正交小波方法來對電網中的各種故障信號進行分析、定位、自動識別和分類；把傅立葉變換方法與小波分析方法結合，來對電力系統的暫態波形進行自動檢測與辨識。

　　但是，小波分析方法在實際應用中仍存在以下不足：小波變換的分析結果與小波函數的選取密切相關，當小波函數選取不當時，檢測結果會產生很大的誤差甚至錯誤；小波變換對各類噪聲和微弱信號的識別都非常敏感，魯棒性不好，故在實際應用中必須和其他有效的去噪方法相結合，因此實現起來比較復雜。