張彥雷 鈕凱 李永飛 李鵬 曹靖偉 余軍偉

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)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(lǐng)域中的自動(dòng)化設(shè)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(yán)苛。現(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(shè)備趨于大功率集成化、沖擊性和電力電子化，此類敏感負(fù)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(yùn)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(dòng)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(dǎo)致其生產(chǎn)過程跳停，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。電壓暫降下的負(fù)荷損失率是運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析中表征風(fēng)險(xiǎn)后果的重要內(nèi)容，能客觀量化電網(wǎng)負(fù)荷損失和用戶實(shí)際后果。研究敏感用戶的設(shè)備與生產(chǎn)過程的工作特性，分析電壓暫降下的用戶負(fù)荷損失率，是進(jìn)行用戶電壓經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估、電網(wǎng)負(fù)荷損失預(yù)警和電壓暫降治理的前提。

1電壓暫降損失經(jīng)濟(jì)性評(píng)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(píng)估電網(wǎng)中電壓暫降發(fā)生類型、發(fā)生地點(diǎn)、持續(xù)時(shí)間，同時(shí)忽略事故阻抗大小來模擬在實(shí)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(jìn)行分析與計(jì)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(shè)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(shí)的電壓暫降幅值、事件發(fā)生的持續(xù)時(shí)間與用戶敏感設(shè)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(jì)損失價(jià)值進(jìn)行評(píng)估判斷。

2過程參數(shù)等值響應(yīng)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(jí)電壓暫降響應(yīng)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(shí)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(shí)際中，難以直接應(yīng)用生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刻畫過程級(jí)電壓暫降響應(yīng)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(yīng)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(dòng)機(jī)是工業(yè)用戶的主要負(fù)荷，其可進(jìn)一步分為變頻交流電機(jī)和普通異步電機(jī)。變頻交流電機(jī)通常由VFD驅(qū)動(dòng)，發(fā)生電壓暫降時(shí)，若VFD未故障，則電機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)發(fā)生偏移，因此本文僅考慮普通異步電機(jī)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(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)荷等設(shè)備協(xié)同運(yùn)行，構(gòu)成了工業(yè)過程中敏感模塊。

3用戶自承擔(dān)模式

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

4基于經(jīng)濟(jì)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(fù)荷的正常運(yùn)行，故造成的經(jīng)濟(jì)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(fù)荷處于故障狀態(tài)，此時(shí)造成的經(jīng)濟(jì)損失為最大值K;而對于發(fā)生在設(shè)備耐受特性曲線不確定區(qū)域內(nèi)的電壓暫降，經(jīng)濟(jì)損失與電壓暫降嚴(yán)重程度成正比?；诖耍烧J(rèn)為治理單次暫降事件后用戶減少的經(jīng)濟(jì)損失等同于用戶因治理而取得的經(jīng)濟(jì)收益。

5結(jié)論

將電壓暫降耐受能力分為設(shè)備級(jí)和過程級(jí)，并分析了設(shè)備級(jí)/過程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性，明確相應(yīng)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(yīng)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(fēng)險(xiǎn)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(zhǔn)服務(wù)，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(jí)的大環(huán)境下，高精尖產(chǎn)業(yè)快速增長，其設(shè)備運(yùn)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(yán)苛。從企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)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(jì)效益。本文以工廠電壓暫降記錄數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，闡述了通過經(jīng)濟(jì)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(dǎo)意義。

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