浅谈配电网的凹陷域问题

朱崧齐

摘 要 本文介绍了配电网凹陷域现象及其相关的技术指标，量化了凹陷域对生产生活中常见敏感设备的不利影响，说明与分析了配电网凹陷域的形成原因，解释了电压暂降与凹陷域之间的作用机理，最后结合物联网的技术特点和优势，给出了配电网凹陷域监测分析的建设性意见。

关键词 配电网 凹陷域 电压暂降 物联网

中图分类号：TM714.2 文献标识码：A

0前言

配电网作为担负给各类用电负荷分配电能的公共网络，是社会发展和国民经济中重要的基础设施。配电网通常由电力线路、母线、开关、变压器等设备组成，整个配电网可看作一个由连线与节点组成的复杂拓扑图。当配电网的某处发生短时故障时，在其附近会形成一个电压短时/瞬时降低的区域，其间的一些电压敏感负荷会因此而不能正常工作。从拓扑位置分布图上来看，配电网中出现电压暂降的区域，通常被称作凹陷域。本文将首先介绍电压暂降凹陷域现象与危害，进而从电压暂降的角度入手解释凹陷域的成因与机理，最后结合物联网的特点和优势，提出与配电网凹陷域监测分析相关的建议。

1凹陷域现象及相关术语

凹陷域，又称电压暂降凹陷域，指电网系统中因发生故障等原因引起电压暂降时，使敏感型负荷不能正常工作的区域。处于凹陷域内部，当电压幅值出现短时间/瞬时的下降时，许多敏感型设备将无法正常工作；而在凹陷域之外，敏感型设备不再受到影响；在凹陷域的边界上，是引起敏感设备不能正常工作的电压暂降临界。配电网凹陷域如图1所示，其中节点20处出现了短时接地故障，引起附近区域出现电压暂降，虚线处是凹陷域的边界。

国际上对电压暂降给出了两种不同的规范解释：电气与电子工程师协会（IEEE）给出定义，电压暂降是指在50Hz工况条件下，供电电压均方根值（RMS）下降到10%～90%、持续时间0.01s～0.6s，短时间内的电压变动现象；根据国际电工委员会（IEC）定义，电压暂降是在50Hz工作条件下，供电电压均方根值（RMS）下降到1%～90%、持续时间0.01s～0.6s，短时间的电压变动现象。上述两种定义仅在电压暂降幅值上有一定的差异，其他技术指标基本相同。

2配电网凹陷域的危害

配电网出现电压暂降会直接对人类生产和生活带来严重的影响，在凹陷域内通常会造成工业生产的产品质量下降，严重时甚至引起生产停滞。作为一种严重干扰敏感型设备正常运行的电能质量问题，电压暂降凹陷域问题越发受到人们的重视。

下面给出电压暂降对几种常见敏感设备产生影响的统计说明。某电子器件生产厂家所采用水温调节过程控制器，无论暂降持续时间有多短，当降至80%额定电压时就会断电停止工作。在工业生产的众多领域中，直流驱动因调速能力强而被广泛采用，但其对电压暂降十分敏感，在每次电压暂降事件中，会导致塑料生产企业的损失平均在10000美元左右，且每个工厂每年会经历20～25次电压暂降事件。再如，对那些用于切割、钻孔与金属处理的自动装置或复杂机械设备，当电压降至90%额定电压时就会跳闸，严重影响设备的正常工作。

显而易见，随着越来越多的电压敏感型设备应用到工业生产过程当中，凹陷域内电压暂降所造成的经济损失极可能会进一步扩大。

3凹陷域的成因与机理

在电网系统中，短路故障或者大型电机启动会引发大电流，当它流经线路阻抗Z=R+jX时，会引起电网电压产生跌落，即电压暂降幅度会随与故障点之间的远近距离而变化。

设V1、V2分别对应线路始、末两端的电压值，线路电压降落幅值，P''，Q''分别为末端有功功率和无功功率。因线路电阻R较小，忽略后可得

（1）

式中，S''表示末端的视在功率。易知，当电压V2变化较小时，电压降落与传输到末端的视在功率S''和线路感抗有关。

可见，因发电机故障造成传输功率下降或者感应电动机短路造成传输线路感抗下降时，也都会引起配电网的电压降落而形成凹陷域。

4基于物联网的凹陷域监测方法

物联网是实现物与物通信、人与物通信的（下转第182页）（上接第168页）互联网络，它通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的终端设备，获得物理世界的信息或对物理世界的物体进行控制，并用网络实现信息的传输、协同和处理。

物联网通常采用感知层、网络/业务层和应用层等3层结构形式，能够满足各种行业的特定业务需求并提供行业专用服务。如今，物联网技术已在智能电网中得到了广泛的重视和发展，它对电网运行的信息获取、开关操作以及监测监控等应用需求表现出良好的作用效果。卢锦玲等的研究采用物联网的大数据分析方法，基于贝叶斯统计理论对电能暂态质量做出评估。张华赢等根据物联网中組件的重要性和操作状态，对电力系统安全进行了风险评估。

由于物联网具备强大的信息交互能力，能够实时地获取配电网众多节点和线路上的运行状态数据，在此基础上，通过海量数据进行高性能计算，能够实时地获取计算和分析传输功率S''和线路阻抗X。至此，能够快速准确地实现对配电网凹陷域的监控与分析。

5结论

本文描述了配电网凹陷域的有关现象及其相关术语，介绍了它对工业生产中控制器等敏感设备的影响与危害，理论分析和量化了电压暂降与凹陷域之间的作用机理，最后考虑物联网在现代智能电网逐步普及的前提条件，结合物联网强大的数据交互能力特点，给出了对配电网凹陷域监测与分析的方法建议。

参考文献

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