電壓暫降電量損失的評估方法研究

史帥彬，鄧世聰，劉恒勇，張偉，楊梅

（1. 深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518001；2. 天地電研（北京）科技有限公司，北京 昌平 102206）

0 前言

電壓暫降（短時中斷）是衡量電能質量的重要指標之一。隨著社會的進步和科技的發展，大量的電子設備、調速驅動系統以及精密設備等得到了廣泛的應用。這些精密系統和設備對電能質量提出來更高的要求。電壓暫降可能會影響人們的日常生活，例如其對醫用設施、電梯等設備有重要影響，一旦發生暫降，可能會影響患者和乘梯者的生命安危；影響信息業的發展，危及信息完成和安全；影響大型敏感工業用戶的正常生產[1]。

近年來，國內外針對電壓暫降損失的研究主要是通過調查來評估電壓暫降的經濟損失。文獻[2,4]從電壓暫降造成的生產中斷出發，通過分析生產中斷特征以及單次電壓暫降事件的成本構成，提出工廠在電壓暫降期間的經濟損失的評估模型。此外，還有些文獻從電力市場的角度考慮，對用戶失電損失的分攤對象及原則進行研究，例如文獻[5]提出了失電損失的分攤對象和原則，并提出了一種確定用戶失電損失補償的算法，最后給出一種各電源應支付的失電損失定量計算法。

本文通過分析電壓暫降期間用戶停電特性，建立單次電壓暫降用戶電量損失估算模型以及某類用戶在電壓暫降期間的電量損失估算模型。最后，結合深圳電網電壓暫降的調研結果進行實例測算。

1 用戶停電特點

本文將電壓暫降引起的用戶全部或部分停運統稱為用戶停電。電壓暫降損失即用戶停電的電量損失。通常，停電的特征包括停電次數、嚴重程度以及權重因子等。

1.1 用戶停電概率

1.1.1 用戶停電次數

電壓暫降發生時并不一定造成用戶停電。因此若要估計電壓暫降引起用戶停電的次數，需要統計用戶發生電壓暫降的次數，分析不同類型電壓暫降下用戶停電概率。

1.1.2 電壓暫降發生次數

電壓暫降的特征包括幅值、持續時間及頻率等，為了評估電壓暫降發生次數，引入二維數組對電壓暫降的特征進行統計，設對應單元格的電壓暫降為(i,j)型，N(i,j)則表示對應殘壓幅值、持續時間的電壓暫降的年發生次數。

1.1.3 用戶停電程度

定義用戶停電概率S(i,j)為在對應殘壓及持續時間的(i,j)型電壓暫降下用戶停電發生的概率。一般可以通過現場實測以及設備敏感度評估的方法[2]獲取用戶停電概率。這里采用現場實測法計算用戶停電概率。

用戶停電概率與用戶的接入方式、敏感程度密切相關，即使是同一回線路上的用戶，其對電壓暫降的反應也有不同。通過定義與表1格式一致的二維數組，從而提供用于評估電壓暫降引起的用戶停電信息，如表1所示。

表1 數組類型統計[5]

其中：n(i,j)為統計時間內，對應類型電壓暫降造成用戶停電的次數；nt為統計時間內，電壓暫降發生的總次數。

1.2 用戶停電程度

電壓暫降引起的電量損失不僅取決于用戶停電概率，還與電壓暫降影響的用戶數有密切關系[8,10]，即用戶停電的范圍，既停電的嚴重程度密切相關。這里定義(i,j)型電壓暫降下，停電嚴重程度L(i,j)為：

其中：nE(i,j)為(i,j)型電壓暫降下發生停電的用戶數；Ne為統計范圍內的用戶總數。在現場實測數據充足的情況下，可直接采用上式求取L(i,j)。

不同類型的電壓暫降引起的用戶停電不同，其中斷嚴重程度也存在很大的差異。即使是同一類型電壓暫降引起的用戶停電，其影響范圍也各不相同，所得的生產中斷嚴重程度存在較大的隨機性。為減少數據離散度和隨機性的影響，這里計算同一類型電壓暫降下的生產中斷嚴重程度平均值La(i,j)，作為衡量該類型電壓暫降L(i,j)的參考值。然后，對于每一次由(i,j)型電壓暫降引起的用戶停電，可以定義權重因子ω(i,j)為：

其中：L(i,j)是該次生產中斷的嚴重程度；La(i,j)為對應類型的生產中斷嚴重程度的平均值。

2 單次電壓暫降電量損失估算模型

對用戶的停電次數、嚴重程度等特征進行評估后，還評估電壓暫降的電量損失。

發生電壓暫降后，用戶發生停電，負荷隨時間變化，經過時間t恢復至暫降前的水平。用戶電量計算公式如下：

式中：

P(t)表示用戶停電期間的t時刻的負荷值；P0表示用戶在電壓暫降發生時刻的負荷值；t表示用戶停電持續時間,電壓暫降后，從用戶P(t)降至 αP0時刻 (α可取 0.5～1)至 P(t)恢復至βP0(α 可取 0.7～1)截止。

為了提高工程實用化程度，假定如果沒有發生電壓暫降，在時間t內，用戶負荷保持P0不變，則該段時間內用戶電能計算公式如下：

由公式（3）、（4）可計算得到單個用戶在時間t內電能損失為：

式中：

E0表示用戶沒有發生暫降引起的停電，所需電能；Et表示用戶發生暫降引起的停電，所需電能。

對于該次電壓暫降造成的所有用戶停電，其電能損失

式中：ΔEi表示單個用戶因電壓暫降引起的停電損失電能值，kWh。

3 電壓暫降電量損失評估模型及實例

3.1 電壓暫降電量損失評估模型

綜上所述，對于單個用戶而言，(i,j)型電壓暫降引起的停電次數I(i,j)為

則有(i,j)型電壓暫降引起用戶停電的望值T(i,j)為

則用戶因電壓暫降引起停電從而產生的電量損失TE為

式中：n表示電壓暫降殘壓類型；m表示電壓暫降持續時間類型。

3.2 應用實例

本文以深圳某個片區用戶2015-2017年近3年的數據為例，對電壓暫降產生的電量損失，進行評估。下面以2017年的數據為例，則用戶該年度發生電壓暫降的次數N(i,j)。從該結果可以看出，發生電壓暫降的殘壓幅值均在70%以上。為獲取單次停電的電量損失數據E(i,j)，通過計量自動化系統，分析電壓暫降引起用戶停電的電量損失數據計算獲得用戶的單次電壓暫降的電量損失。根據式(7)，需要先獲得用戶停電的嚴重程度，才能得到用戶停電的權重因子ω(i,j)。

由于用戶負荷對電壓暫降的敏感有很多不同，電壓暫降程度越大，用戶負荷受影響的可能性越大，電壓暫降影響的用戶也越多。可得統計時間內用戶停電嚴重程度的平均值La(i,j)。隨著殘壓幅值的降低，電壓暫降的嚴重程度呈增長趨勢。

結合2017年不同用戶停電嚴重程度的數據，可得用戶2017年停電的權重因子，利用式(10)，進而可得用戶2017年(i,j)型電壓暫降的電量損失，2017年該片區內，因電壓暫降損失的電量為：

4 結束語

電壓暫降（短時中斷）危害大、影響范圍廣以及發生頻率高，給用戶和電網公司均帶來較大的影響和損失。本文分析了電壓暫降的電量損失，建立了單次電壓暫降電量損失估算模型；并結合深圳某個區域內的現狀，應用電量損失模型進行測算。該方法可以比較精確的測算電壓暫降造成的電量損失，為電壓暫降治理提供了依據。