多維關聯(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)展和產業(yè)結構的升級轉型，集成電路、城市軌道交通、大數據、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。現代電力輸配電系統(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。

關鍵詞：電力系統(tǒng);輸配電;電能質量

引言

電壓暫降是工業(yè)用戶投訴最頻繁的電能質量擾動事件。隨著生產技術的發(fā)展，高精尖的敏感用戶越來越多，電壓暫降導致其生產過程跳停，造成巨大經濟損失。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容，能客觀量化電網負荷損失和用戶實際后果。研究敏感用戶的設備與生產過程的工作特性，分析電壓暫降下的用戶負荷損失率，是進行用戶電壓經濟損失評估、電網負荷損失預警和電壓暫降治理的前提。

1電壓暫降損失經濟性評估

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據，本文采用蒙特卡羅法評估電網中電壓暫降發(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中發(fā)生的情況，憑借此方法對電網中的電壓暫降事件進行分析與計算，結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造成的經濟損失價值進行評估判斷。

2過程參數等值響應模型

過程參數在電壓暫降下的變化規(guī)律體現了過程級電壓暫降響應特性。工業(yè)用戶的生產管理系統(tǒng)雖然可以監(jiān)測部分過程參數，但是，過程參數的監(jiān)測和電壓暫降的監(jiān)測屬于不同監(jiān)測系統(tǒng)，多源數據存在對時誤差、采樣率不一、甚至某些過程參數未被采集的情況。在生產實際中，難以直接應用生產管理系統(tǒng)的數據刻畫過程級電壓暫降響應特性。為此，本文提出基于物理結構的過程參數等值響應模型，將非電量過程參數轉化為電壓參數，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驅動，發(fā)生電壓暫降時，若VFD未故障，則電機轉速不會發(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濟性最高的選擇。本文采用按照其經濟性效用對動態(tài)電壓恢復器進行配置，量化用戶的經濟損失再與電壓治理措施的成本相比較，得出在經濟性上對于用戶最優(yōu)的配置策略。

4基于經濟效益的收益函數

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

5結論

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;針對某些過程參數難以獲取的現狀，本文提出了一種基于物理結構的過程參數等值響應模型，將非電量過程參數轉化為電壓參數，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。

在新基建和產業(yè)升級的大環(huán)境下，高精尖產業(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)對供電電壓質量的要求越來越嚴苛。從企業(yè)的生產特點出發(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生良好的經濟效益。本文以工廠電壓暫降記錄數據為基礎，闡述了通過經濟技術模型分析合理選擇治理方案的方法，對于相關企業(yè)合理選擇暫降治理方案具有一定的指導意義。

參考文獻

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