多维关联信息的电压暂降治理需求识别方法的研究

张彦雷 钮凯 李永飞 李鹏 曹靖伟 余军伟

摘 要：随着社会的发展和产业结构的升级转型，集成电路、城市轨道交通、大数据、人工智能和工业制造等领域中的自动化设备越来越普及，对供电系统兼具高效率、高可靠性及高可用性的需求日益严苛。现代电力输配电系统虽然已日趋完善，但常见的大用户用电设备趋于大功率集成化、冲击性和电力电子化，此类敏感负荷的大量使用，使得电能质量问题越来越突出。其中，电压暂降已成为影响电力系统稳定运行最突出的问题之一。

关键词：电力系统;输配电;电能质量

引言

电压暂降是工业用户投诉最频繁的电能质量扰动事件。随着生产技术的发展，高精尖的敏感用户越来越多，电压暂降导致其生产过程跳停，造成巨大经济损失。电压暂降下的负荷损失率是运行风险分析中表征风险后果的重要内容，能客观量化电网负荷损失和用户实际后果。研究敏感用户的设备与生产过程的工作特性，分析电压暂降下的用户负荷损失率，是进行用户电压经济损失评估、电网负荷损失预警和电压暂降治理的前提。

1电压暂降损失经济性评估

电压暂降的成本基于电压暂降造成的损失，为具有一定置信度的获得用户电压暂降损失数据，本文采用蒙特卡罗法评估电网中电压暂降发生类型、发生地点、持续时间，同时忽略事故阻抗大小来模拟在实际电网中发生的情况，凭借此方法对电网中的电压暂降事件进行分析与计算，结合一种精确确定电压暂降凹陷域的算法，可以得到各用户的敏感设备所收到的电压暂降幅值的影响。通过将电压暂降事件发生时的电压暂降幅值、事件发生的持续时间与用户敏感设备的损失程度纳入考虑，就可以对短路故障发生所引发的电压暂降事件对用户侧造成的经济损失价值进行评估判断。

2过程参数等值响应模型

过程参数在电压暂降下的变化规律体现了过程级电压暂降响应特性。工业用户的生产管理系统虽然可以监测部分过程参数，但是，过程参数的监测和电压暂降的监测属于不同监测系统，多源数据存在对时误差、采样率不一、甚至某些过程参数未被采集的情况。在生产实际中，难以直接应用生产管理系统的数据刻画过程级电压暂降响应特性。为此，本文提出基于物理结构的过程参数等值响应模型，将非电量过程参数转化为电压参数，直接以输入电压值刻画工业过程耐受特性。电动机是工业用户的主要负荷，其可进一步分为变频交流电机和普通异步电机。变频交流电机通常由VFD驱动，发生电压暫降时，若VFD未故障，则电机转速不会发生偏移，因此本文仅考虑普通异步电机系统中过程参数的偏移。在典型的工业过程中，交流接触器、电动机及电动机拖动的负荷等设备协同运行，构成了工业过程中敏感模块。

3用户自承担模式

在传统的动态电压恢复器配置的方法中，一般按照用户所在的节点对发生的最大电压暂降幅值进行配置。在配置治理电压暂降的设备容量时，为最大避免故障发生时对于敏感设备的影响，用户需配置至完全克服电压暂降影响的深度，但是配置电压暂降治理设备的根本目的是减少电压暂降造成的经济损失，动态电压恢复器配置需要资金支持，大深度的电压暂降治理设备消耗的资金相对较高，若按最大深度配置，项目整体经济性较低。因此按照性价比最高的策略配置电压暂降治理设备，对于不用完全避免电压暂降的用户是经济性最高的选择。本文采用按照其经济性效用对动态电压恢复器进行配置，量化用户的经济损失再与电压治理措施的成本相比较，得出在经济性上对于用户最优的配置策略。

4基于经济效益的收益函数

对于发生在正常工作区域内的电压暂降，不影响敏感负荷的正常运行，故造成的经济损失值为零;对于发生在故障区域内的电压暂降，敏感负荷处于故障状态，此时造成的经济损失为最大值K;而对于发生在设备耐受特性曲线不确定区域内的电压暂降，经济损失与电压暂降严重程度成正比。基于此，可认为治理单次暂降事件后用户减少的经济损失等同于用户因治理而取得的经济收益。

5结论

将电压暂降耐受能力分为设备级和过程级，并分析了设备级/过程级电压暂降响应特性，明确相应的刻画方法;针对某些过程参数难以获取的现状，本文提出了一种基于物理结构的过程参数等值响应模型，将非电量过程参数转化为电压参数，直接以输入电压值刻画工业过程耐受特性，研究用户在电压暂降下的损失大小，根据用户的损失风险程度，优化电压暂降治理措施。最大化治理效益，为用户定制优质用电精准服务，是电压暂降防治工作的主要方向。

在新基建和产业升级的大环境下，高精尖产业快速增长，其设备运行环境等方面的要求也随之提升，企业对供电电压质量的要求越来越严苛。从企业的生产特点出发，合理选择电压暂降治理方案，有效地解决电压暂降问题可以产生良好的经济效益。本文以工厂电压暂降记录数据为基础，阐述了通过经济技术模型分析合理选择治理方案的方法，对于相关企业合理选择暂降治理方案具有一定的指导意义。

参考文献

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