多維關(guān)聯(lián)信息的電壓暫降治理需求識別方法的研究

張彥雷 鈕凱 李永飛 李鵬 曹靖偉 余軍偉

摘 要：隨著社會的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級轉(zhuǎn)型，集成電路、城市軌道交通、大數(shù)據(jù)、人工智能和工業(yè)制造等領域中的自動化設備越來越普及，對供電系統(tǒng)兼具高效率、高可靠性及高可用性的需求日益嚴苛?，F(xiàn)代電力輸配電系統(tǒng)雖然已日趨完善，但常見的大用戶用電設備趨于大功率集成化、沖擊性和電力電子化，此類敏感負荷的大量使用，使得電能質(zhì)量問題越來越突出。其中，電壓暫降已成為影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行最突出的問題之一。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);輸配電;電能質(zhì)量

引言

電壓暫降是工業(yè)用戶投訴最頻繁的電能質(zhì)量擾動事件。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，高精尖的敏感用戶越來越多，電壓暫降導致其生產(chǎn)過程跳停，造成巨大經(jīng)濟損失。電壓暫降下的負荷損失率是運行風險分析中表征風險后果的重要內(nèi)容，能客觀量化電網(wǎng)負荷損失和用戶實際后果。研究敏感用戶的設備與生產(chǎn)過程的工作特性，分析電壓暫降下的用戶負荷損失率，是進行用戶電壓經(jīng)濟損失評估、電網(wǎng)負荷損失預警和電壓暫降治理的前提。

1電壓暫降損失經(jīng)濟性評估

電壓暫降的成本基于電壓暫降造成的損失，為具有一定置信度的獲得用戶電壓暫降損失數(shù)據(jù)，本文采用蒙特卡羅法評估電網(wǎng)中電壓暫降發(fā)生類型、發(fā)生地點、持續(xù)時間，同時忽略事故阻抗大小來模擬在實際電網(wǎng)中發(fā)生的情況，憑借此方法對電網(wǎng)中的電壓暫降事件進行分析與計算，結(jié)合一種精確確定電壓暫降凹陷域的算法，可以得到各用戶的敏感設備所收到的電壓暫降幅值的影響。通過將電壓暫降事件發(fā)生時的電壓暫降幅值、事件發(fā)生的持續(xù)時間與用戶敏感設備的損失程度納入考慮，就可以對短路故障發(fā)生所引發(fā)的電壓暫降事件對用戶側(cè)造成的經(jīng)濟損失價值進行評估判斷。

2過程參數(shù)等值響應模型

過程參數(shù)在電壓暫降下的變化規(guī)律體現(xiàn)了過程級電壓暫降響應特性。工業(yè)用戶的生產(chǎn)管理系統(tǒng)雖然可以監(jiān)測部分過程參數(shù)，但是，過程參數(shù)的監(jiān)測和電壓暫降的監(jiān)測屬于不同監(jiān)測系統(tǒng)，多源數(shù)據(jù)存在對時誤差、采樣率不一、甚至某些過程參數(shù)未被采集的情況。在生產(chǎn)實際中，難以直接應用生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刻畫過程級電壓暫降響應特性。為此，本文提出基于物理結(jié)構(gòu)的過程參數(shù)等值響應模型，將非電量過程參數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓參數(shù)，直接以輸入電壓值刻畫工業(yè)過程耐受特性。電動機是工業(yè)用戶的主要負荷，其可進一步分為變頻交流電機和普通異步電機。變頻交流電機通常由VFD驅(qū)動，發(fā)生電壓暫降時，若VFD未故障，則電機轉(zhuǎn)速不會發(fā)生偏移，因此本文僅考慮普通異步電機系統(tǒng)中過程參數(shù)的偏移。在典型的工業(yè)過程中，交流接觸器、電動機及電動機拖動的負荷等設備協(xié)同運行，構(gòu)成了工業(yè)過程中敏感模塊。

3用戶自承擔模式

在傳統(tǒng)的動態(tài)電壓恢復器配置的方法中，一般按照用戶所在的節(jié)點對發(fā)生的最大電壓暫降幅值進行配置。在配置治理電壓暫降的設備容量時，為最大避免故障發(fā)生時對于敏感設備的影響，用戶需配置至完全克服電壓暫降影響的深度，但是配置電壓暫降治理設備的根本目的是減少電壓暫降造成的經(jīng)濟損失，動態(tài)電壓恢復器配置需要資金支持，大深度的電壓暫降治理設備消耗的資金相對較高，若按最大深度配置，項目整體經(jīng)濟性較低。因此按照性價比最高的策略配置電壓暫降治理設備，對于不用完全避免電壓暫降的用戶是經(jīng)濟性最高的選擇。本文采用按照其經(jīng)濟性效用對動態(tài)電壓恢復器進行配置，量化用戶的經(jīng)濟損失再與電壓治理措施的成本相比較，得出在經(jīng)濟性上對于用戶最優(yōu)的配置策略。

4基于經(jīng)濟效益的收益函數(shù)

對于發(fā)生在正常工作區(qū)域內(nèi)的電壓暫降，不影響敏感負荷的正常運行，故造成的經(jīng)濟損失值為零;對于發(fā)生在故障區(qū)域內(nèi)的電壓暫降，敏感負荷處于故障狀態(tài)，此時造成的經(jīng)濟損失為最大值K;而對于發(fā)生在設備耐受特性曲線不確定區(qū)域內(nèi)的電壓暫降，經(jīng)濟損失與電壓暫降嚴重程度成正比?；诖耍烧J為治理單次暫降事件后用戶減少的經(jīng)濟損失等同于用戶因治理而取得的經(jīng)濟收益。

5結(jié)論

將電壓暫降耐受能力分為設備級和過程級，并分析了設備級/過程級電壓暫降響應特性，明確相應的刻畫方法;針對某些過程參數(shù)難以獲取的現(xiàn)狀，本文提出了一種基于物理結(jié)構(gòu)的過程參數(shù)等值響應模型，將非電量過程參數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓參數(shù)，直接以輸入電壓值刻畫工業(yè)過程耐受特性，研究用戶在電壓暫降下的損失大小，根據(jù)用戶的損失風險程度，優(yōu)化電壓暫降治理措施。最大化治理效益，為用戶定制優(yōu)質(zhì)用電精準服務，是電壓暫降防治工作的主要方向。

在新基建和產(chǎn)業(yè)升級的大環(huán)境下，高精尖產(chǎn)業(yè)快速增長，其設備運行環(huán)境等方面的要求也隨之提升，企業(yè)對供電電壓質(zhì)量的要求越來越嚴苛。從企業(yè)的生產(chǎn)特點出發(fā)，合理選擇電壓暫降治理方案，有效地解決電壓暫降問題可以產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。本文以工廠電壓暫降記錄數(shù)據(jù)為基礎，闡述了通過經(jīng)濟技術(shù)模型分析合理選擇治理方案的方法，對于相關(guān)企業(yè)合理選擇暫降治理方案具有一定的指導意義。

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