一种电压暂降耐受能力的二分法测试方法

摘要

本发明公开一种电压暂降耐受能力的二分法测试方法，先确定一个电压暂降幅值，测试设备在该幅值下最大持续时间情况下的故障情况：若在最大持续时间情况下设备不故障，则认定该设备耐受此幅值的电压暂降，停止测试；若在最大持续时间情况下设备故障，最小持续时间点设备正常，则下一个测试持续时间为最大持续时间与最小持续时间的中值；以此类推，下一个测试持续时间为受测设备本次测试持续时间与上一次不同状态的测试持续时间的中值，直到Tn与Tn+1相差不超过5ms。本发明的方法使设备电压暂降耐受能力测试更加精确，并且在保证精确度的同时，大大减小测试所需工作量，进而节省测试时间，保证测试精确快速地完成。

权利要求

1.一种电压暂降耐受能力的二分法测试方法，其特征在于，包括：

确定一个电压暂降幅值，测试设备在该幅值下最大持续时间Tmax情况下的故障情况：若在最大持续时间Tmax情况下设备不故障，则认定该设备耐受此幅值的电压暂降，停止测试；

若在最大持续时间Tmax情况下设备故障，则下一个测试持续时间为 Tmin为最小持续时间，设定Tmin＝0s，该持续时间下设备不故障；

若在持续时间T1情况下设备故障，则其情况与时间Tmin时不同，那么下一个测试持续时间为 如若在时间T1情况下设备不故障，则其情况与时间Tmax时不同，下一个测试持续时间为以此类推，下一个测试持续时间为受测设备本次测试持续时间与上一次不同状态的测试持续时间的中值，直到Tn与Tn+1相差不超过5ms。

2.根据权利要求1所述的电压暂降耐受能力的二分法测试方法，其特征在于，所述最大持续时间Tmax＝2s，所述最小持续时间Tmin＝0s，电压暂降幅值步长为2％标称值。

说明书

一种电压暂降耐受能力的二分法测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电压降耐受能力测试技术领域，具体为一种电压暂降耐受能力的二分法测试方法。

背景技术

[0002] 电气化被称为20世纪最伟大的工程成就，电网也被称为是世界上最复杂的人造网络，在目前已经被认为是生活的最基本条件。如今的供电电能质量一般都满足了普通消费者的需求，但仍然可能会因为时间或者地区的不同而发生重大变化，这造成了电压中断或者电压异常会时常发生，虽然在某些地方人们也是接受这种情况。然而，在当今高度发达的工业和数字经济时代，生产过程对电能质量有着更高的要求。这些客户要求有更高的电能质量和更可靠的电能供应，他们希望能够减少电压中断和其他的电能质量扰动。但是即使在现如今最为高度发达的电力系统中，电能质量扰动仍然时有发生，这些电能质量扰动对于某些用户有着显著影响。现代电力系统存在着电压中断、电压暂降、电压暂升、过电压、谐波、闪变和其他许多电能质量事件和扰动等问题。

[0003] 当今社会最为显著的电能质量问题就是电压暂降，电压暂降对高科技产业有很大的影响，因为当其经受电压暂降时，相关过程控制系统可能被中断，从而造成用户的巨大损失。美国电力研究协会研究表明单相电压暂降会导致生产商成千上万的经济损失。连接到电网的电力电子设备具有不同程度的电压暂降敏感度。设备的敏感度主要由两个主要因素确定：设备的设计和电压暂降的物理特性。所以需要有一套系统精确的电压耐受能力测试方法。

[0004] 按照《IEEE STD 1668-2014》标准，其包含自上而下、自左至右和封闭式三种测试方法，但其规定的测试计划略少，无法满足精确测试的要求；即使是添加测试计划，也是人为选定，对测试结果精确度的提升很小。C4.110工作组推荐测试方法则是对固定的几个点进行测试，仍然存在精确度不够的问题。另外有学者提出逐步测试的方法，幅值从0V开始以1％的步长增加，时间从0ms开始测试，此种测试方法得出测试结果较为精确，但是其工作量太大，因为很多不必要的测试点可以略去。

[0005] 《IEEE STD 1668-2014》标准中给定了测试计划的示例参数，如下：

[0006] a)最大电压幅值：85％标称值；

[0007] b)最小电压幅值：0％标准值；

[0008] c)最大持续时间：2s；

[0009] d)最小持续时间：0.02s；

[0010] e)幅值步长：5％标称值(18步)；

[0011] f)持续时间预定值：2s、1s、0.5s、0.2s、0.1s、0.05s和0.02s(七个循环)。

[0012] 1)《IEEE STD 1668-2014》自上至下测试方法：这个电压暂降测试方法是保持电压暂降时间不变，电压暂降幅值从设定的最大值(测试计划中规定)到最小值变化(也如测试计划中规定)，直到电压暂降幅值到最小值或者受试设备发生故障。此后，电压暂降持续时间减小到下一个预定值，电压暂降幅值重复上述做法。在电压暂降持续时间循环内的暂降幅值下降，直到所有预设的持续时间都测完。其流程图如图1所示。

[0013] 自上至下方法无法正确测试例如交流接触器的电压耐受能力，在0°的电压暂降起始点时，交流接触器在幅值低的电压暂降情况下耐受能力更好。依据自上至下测试方法，其测试结果就为高幅值情况下的耐受能力，不能正确反应出在0°的电压暂降起始点时，交流接触器在幅值低的电压暂降情况下耐受能力更好。

[0014] 2)《IEEE STD 1668-2014》从左到右测试方法：这个电压暂降测试方法是保持电压暂降幅值不变，电压暂降持续时间从设定的最小值(测试计划中规定)到最大值变化(也如测试计划中规定)，直到电压暂降持续时间到最大值或者受试设备发生故障。此后，电压暂降幅值减小到下一个预定值，持续时间重复上述做法。在电压暂降幅值循环内的持续时间变大，直到所有预设的幅值都测完。其流程图如图2所示。

[0015] 从左到右测试方法存在着测试结果不精确的问题，这是因为测试计划中的时间点太少，即使可以添加测试时间点或者减小幅值步长，那也是人为添加，这样不仅提高工作量，而且对测试结果精确度的提升不大。

[0016] 3)《IEEE STD 1668-2014》封闭式测试方法：这个电压暂降测试方法是首先找到在测试计划中最小幅值的跳闸时间，在确定这个初始跳闸点之后，采用新的测试策略。其中第一个测试点是在计划中最大的幅值和最大的持续时间点，随后同自上至下的方法一样，暂降的持续时间保持不变，而幅度逐渐减小。一旦确定跳闸点，则持续时间减小到测试计划中下一个设定值，并且测试幅值选取跳闸点的幅值增加一个步长与测试计划最大幅值较大的一个。测试过程继续，直到最后持续时间循环中的所有设定值测试完成。其流程图如图3所示。

[0017] 封闭式测试方法可以降低工作量，但和以上方法类似，仍然因为测试计划的选取而导致测试结果精确度不大。

[0018] 4)逐步测试法：这个电压暂降测试方法是从0V(测试计划幅值最小)开始，保持幅值不变，电压暂降持续时间从设定的最小值(测试计划中规定)到最大值变化(也如测试计划中规定)，但是其步长为5ms，直到电压暂降持续时间到最大值或者受试设备发生故障。此后，电压暂降幅值以1％的步长增加到下一个测试点，持续时间重复上面做法。在暂降幅值循环内的持续时间变大，直到所有预设的幅值都测完，其流程图如图4所示。

[0019] 逐步测试的测试方法顾名思义是指严谨地按照步长，一步一步地测试，步长取得小，这种方法精确度就很高，但是其步长取得小工作量就会大大提升，不利于多个设备的测量。

[0020] 5)C4.110工作组推荐测试方法：推荐的电压暂降免疫力测试等级与SEMI F47-0706中的测试等级相似。然而，最长测试电压持续时间有所增加，这是为了能够更好的反映配电电压等级下更长的断路器故障清除时间产生的浅电压暂降对设备造成的影响。此方法推荐几个固定的测试点进行测试，推荐的测试点如下表1所示：

[0021] 表1电压暂降推荐测试点

[0022]

[0023] C4.110工作组推荐测试方法工作量固定且非常低，因为它仅仅固定了三个测试点进行测试，这也导致了其精确度最差，仅能得出大致结果。

[0024] 按照测试计划，各方法最大测试次数如表2：

[0025] 表2各测试方法最大测试次数

[0026]测试方法 自上至下 从左到右 封闭式 逐步测试 C4.110推荐
最大测试次数 126 126 126 34000 3

发明内容

[0027] 针对上述问题，本发明的目的在于提出一种能够更精确地找到设备经受电压暂降的跳闸时间，并可大大降低测试工作量，精确快速地完成设备电压暂降耐受能力的测量的电压暂降耐受能力的二分法测试方法。技术方案如下：

[0028] 一种电压暂降耐受能力的二分法测试方法，包括：

[0029] 确定一个电压暂降幅值，测试设备在该幅值下最大持续时间Tmax情况下的故障情况：

[0030] 若在最大持续时间Tmax情况下设备不故障，则认定该设备耐受此幅值的电压暂降，停止测试；

[0031] 若在最大持续时间Tmax情况下设备故障，则下一个测试持续时间为Tmin为最小持续时间，设定Tmin＝0s，且该持续时间下设备不故障；

[0032] 若在持续时间T1情况下设备故障，则其情况与时间Tmin时不同，那么下一个测试持续时间为 如若在时间T1情况下设备不故障，则其情况与时间Tmax时不同，下一个测试持续时间为

[0033] 以此类推，下一个测试持续时间为受测设备本次测试持续时间与上一次不同状态的测试持续时间的中值，直到Tn与Tn+1相差不超过5ms。

[0034] 进一步的，所述最大持续时间Tmax＝2s，电压暂降幅值步长为2％。

[0035] 本发明的有益效果是：本发明的方法使设备电压暂降耐受能力测试更加精确，并且在保证精确度的同时，大大减小测试所需工作量，进而节省测试时间，保证测试精确快速地完成。

附图说明

[0036] 图1为自上至下测试方法流程图。

[0037] 图2为从左到右测试方法流程图。

[0038] 图3为封闭式测试方法流程图。

[0039] 图4为逐步测试法流程图。

[0040] 图5为本发明二分法测试方法流程图。

[0041] 图6为本发明测试点示意图。

[0042] 图7为自上至下测试方法结果图。

[0043] 图8为从左至右测试方法结果图。

[0044] 图9为封闭式测试方法结果图。

[0045] 图10为逐步测试法测试方法结果图。

[0046] 图11为C4.110测试方法结果图。

[0047] 图12为本发明测试方法结果图。

[0048] 图13为本发明测试流程图。

[0049] 图14为本发明测试电路图。

具体实施方式

[0050] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本实施例沿用IEEE 1668标准中的部分测试计划，例如沿用其最大测试时间(2s)、幅值变化(0-85％)。在经过简单初始测试后，最小时间设定为0s，这是为了将某些特别敏感的设备包含进去。

[0051] 本实施例设定2％的幅值步长，因为步长太大会降低测试精度，步长太小则会大大增加工作量。且保持电压暂降幅值不变，基于二分法来确定电压暂降测试时间点，首先对电压暂降持续时间最小值和最大值进行测试，两个持续时间情况下设备跳闸情况不同，下一个持续时间则为这两个时间的中值，再下一个测试持续时间是这个中值时间设备跳闸情况与上一个不同情况的持续时间的中值，以此类推，直到相邻两个测试时间相差不超过5ms。如果设备在最大持续时间仍然不跳闸，那么可以认为此设备可以耐受此幅值的电压暂降。
下面详细介绍方法原理与具体步骤：

[0052] 在数学上，对于区间[a，b]上连续不断且f(a)×f(b)<0的函数y＝f(x)，通过不断地把函数f(x)的零点所在的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近零点，进而得到零点近似值的方法叫二分法。基于这个原理，在本次测试中，可将设备临界跳闸点看作零点，在最小测试时间和最大测试时间这个区间内，不断二分，最终找到临界跳闸点。

[0053] 流程图如图5所示，具体步骤如下：

[0054] 1.确定一个幅值，测试设备在最大持续时间Tmax情况下的故障情况，因为最小持续时间Tmin为0s，所以不会故障；如果在最大持续时间Tmax情况下设备不故障，根据IEEE 1668标准可以认为设备电压耐受能力很强，停止测试。

[0055] 2.如果最大持续时间Tmax情况下设备故障，那么下一个持续时间测试点[0056] 3.如果时间T1情况下设备故障，则其情况与时间Tmin时不同，下一个持续时间测试点为 如果时间T1情况下设备不故障，则其情况与时间Tmax时不同，下一个持续时间测试点为

[0057] 4.以此类推，直到Tn与Tn+1相差不超过5ms。

[0058] 选取一个欧姆龙的PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)测试其对电压暂降的耐受能力。利用背景技术中6种方法以及本实施例方法进行测试，对比评估各方法优劣。

[0059] 图7为自上至下测试方法结果图；图8为从左至右测试方法结果图；图9为封闭式测试方法结果图；图10为逐步测试法测试方法结果图；图11为C4.110测试方法结果图；图12为本实施例中二分法测试方法结果图。

[0060] 从以上测试结果可以看出IEEE1668标准里面的三种方法测试结果一样，这是因为PLC是一种比较精确的电子设备，本次测试中所用欧姆龙PLC其电压暂降耐受能力在145±5ms。由于IEEE1668标准中测试计划过少，得出结果为200ms，即使是增加测试计划，也只针对本设备，对于其他设备其电压耐受能力不同，则不再适用。在此次测试中，IEEE1668标准中三种方法测试结果误差达到了50ms，很明显，对于PLC这种精密设备，测试结果显然不能合乎要求。C4.110所推荐测试方法因为测试点太少，曲线形状都无法清晰给出。而对比二分法与逐步测试法，其测试结果非常相近，测试精度也比较高。下面对比使用不同方法测试本PLC的测试工作量如表3：

[0061] 表3使用不同方法测试本PLC的工作量及精确度

[0062]测试方法 自上至下 从左到右 封闭式 逐步测试 二分法 C4.110
工作量 约70次 约80次 约30次 约2500次 约450次 3次
误差 50ms 50ms 50ms 5ms 5ms \
幅值误差 4％ 4％ 4％ <1％ <1％ \

[0063] 对工作量进行对比，IEEE1668标准的3种方法虽然工作量少，但是其误差较大，对于PLC这种高精度设备是绝对不能接受的；C4.110则无法适用于此设备；逐步测试方法精确度虽然较高，但其测试工作量太大，约为二分法的5倍。所以，本发明能在精确度以及工作量的方面满足测试需求，得到精确的测试结果并且节约测试时间。