CN105184419A - 一种配网电压暂降及短时中断治理方案的优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配网侧电压暂降及短时中断治理方案的优选方法，属于电力系统电能质量技术领域。包括获取敏感负荷的停电损失和负荷特性信息，敏感负荷所在电力系统的网络拓扑结构，对应的电压凹陷域；对敏感负荷在电压暂降与短时中断时进行可靠性评估，以及对治理方案治理效果的经济性评估，计算各方案治理后的负荷损失价值与经济性之和，负荷损失价值与经济性之和最小的治理方案即为最优电压暂降及短时中断治理方案。本发明提出了对敏感负荷用户和电压暂降及短时中断的数据调研需求，通过电压凹陷域计算，评估了电压暂降与短时中断风险，并对治理方案治理效果和经济性的评估。本方法可以直观地反映治理效果与治理成本，为治理方案的选择提供依据。

Description

一种配网电压暂降及短时中断治理方案的优选方法

技术领域

本发明属于电力系统电能质量技术领域，特别涉及一种配网电压暂降及短时中断治理方案的优选方法。

背景技术

电力系统中的电压暂降是供电系统中某点的工频电压有效值突然下降至额定值的10％-90％，并在随后的10ms-1min的短暂持续期后恢复正常的过程,它是电力系统电能质量技术领域研究的问题。对电力系统中发生电压暂降时导致不能正常工作或者功能下降的负荷称为敏感负荷。在现代化的工业企业中，敏感负荷的比重日益提高，敏感负荷在电压暂降发生时可能会自动切除，一旦切除，恢复生产需要几个小时甚至几天的时间，由此会造成巨大的损失。

治理电压暂降及短时中断是提高电能质量最为紧迫的需求。根据欧美国家的统计，由于电压暂降引起的用户投诉占所有有关电能质量问题投诉数量的80％，而由谐波、开关操作过电压等引起的电能质量问题的投诉数量不到总数量的20％；美国的EPRI曾调研计算机的电压耐受程度，建立了15个半导体器件生产厂家的1000余次电压暂降事件的数据库，其中有15.4％的事件在ITIC曲线之下，即会影响正常的生产。由此可见，电压暂降及短时中断对用户的正常生产生活会造成十分恶劣的影响。如何对电压暂降和短时中断的影响作出正确评估，用尽可能低的治理成本实现电压暂降和短时中断的有效治理，是电能质量研究的关键问题。

前人分别从统计和理论计算的角度提出了电压暂降和短时中断的评估指标。若采用统计手段，采用几个月的数据进行估算，则置信度不高，但长期数据很难获得。

在理论计算方面，已有前人对于配电系统电压暂降给出了解析法的理论估测，并且提出了计及暂降及短时中断后果的评估指标。在此基础上，有人使用暂态分析软件进行电压暂降的分析，取代了原来的短路计算方法，可以获得更为准确的结果，但是电磁暂态分析软件的计算时间长，研究系统大时计算量大。也有人在研究中考虑了电压暂降与保护性能对可靠性指标的影响。这些方法虽然可以定量评估敏感用户受到电压暂降的影响，但是没有考虑各类改善措施对于评估指标的影响，从而难以衡量改善措施的治理效果。

为了削弱电力系统中的电压暂降对敏感负荷的影响，世界上从供电系统和负荷侧两个方面已经分别提出过一些治理方法。供电系统侧的治理方法包括增加网络裕度、使用固态开关改变网络拓扑、改善供电系统周边环境等。负荷侧的治理方法包括使用防电压暂降的交流接触器、安装不间断电源(UPS)、安装储能装置及动态电压补偿器(DVR)、快速切换等。作为目前最有效的治理手段，敏感负荷用户通常会选用电力电子手段(如UPS、DVR)进行治理，但是这些电力电子器件受到现有大功率电力电子技术水平在高电压、大功率方面的制约，对于敏感负荷难以满足集中治理的需求，并且很大程度上提高了电压暂降的治理成本。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种配网侧电压暂降及短时中断治理方案的优选方法，本方法制定了从负荷需求出发，评估电压暂降与短时中断风险，选择治理方案的整个流程，可以根据负荷的实际需求，为敏感负荷选择经济、有效的电压暂降及短时中断治理方法。

本发明提出的配网侧电压暂降及短时中断治理方案的优选方法，包括以下步骤：

1)获取敏感负荷的停电损失和负荷特性信息：通过对敏感负荷用户的调研，获得敏感负荷的单次停运损失Loss_vs，从敏感负荷用户或对敏感负荷的现场测试，获取配网中敏感负荷的电压耐受曲线，由电压耐受曲线表示的停运判据：

δ＝[(V_sag＜V_min1)∧(t_sag＞t_max1)]∨[(V_sag＜V_min2)∧(t_sag＞t_max2)]∨…∨[(V_sag＜V_mink)∧(t_sag＞t_maxk)]

其中k代表敏感负荷的拐点总数，V_mini和t_maxi代表敏感负荷的第i个拐点电压和拐点时间；当δ＝1时，表示敏感负荷将会受到供电质量问题的影响停运；

2)获取敏感负荷所在电力系统的网络拓扑结构，保护装置动作时间，母线、线路及变压器的故障率参数，用于对敏感负荷在电压暂降与短时中断时进行可靠性评估；

3)通过对电力系统中母线、线路和变压器的短路计算，获得对应于敏感负荷停运判据对应的电压凹陷域；

4)对敏感负荷在电压暂降与短时中断时进行可靠性评估，具体过程如下：

4.1)进行敏感负荷停运频率F_vs计算：

$F_{vs}=\underset{l}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{down,j,k}{L}_{critical,l,j,k}+\underset{bus}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{F}_{down,j,bus}+\underset{trf}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{F}_{down,j,trf}$

式中，F_vs代表敏感负荷由于电压暂降和短时中断停运的频率，F_down,j,k代表单位长度的第k条线路发生第j类故障的频率，L_{critical,l,j,k}代表第k条线路在第j类故障下关于敏感负荷第l个拐点的临界距离，F_down,j,bus代表在步骤(3)中获得的电压凹陷域中第bus条母线发生第j类故障的故障频率，F_down,j,trf代表在步骤(3)中获得的电压凹陷域中第trf台变压器发生第j类故障的故障频率；

4.2)计算敏感负荷的期望负荷损失价值c_vs，c_vs＝F_vs·Loss_vs；

5)对敏感负荷在配网电压暂降及短时中断时的治理方案和治理效果进行评估：从电压暂降及短时中断治理设备生产厂家和设备使用用户，获得在进行治理后，由敏感负荷电压耐受曲线表示的停运判据发生的变化；采用治理后的等效停运判据，执行步骤(3)和步骤(4)，获得治理后的敏感负荷的期望负荷损失价值c_vs,i，i代表可选择的治理方案的编号；

6)进行治理方案的经济性评估：获取各治理方案的设备寿命t_span,i，初始治理成本c_initial,i及后续年度运营维护成本占初始成本的百分比p_{maintenance,i}，计算治理方案i的年度成本c_annual,i,则该年度成本作为治理方案优选时各方案之间的对比标准。

7)计算各方案治理后的负荷损失价值与经济性之和，负荷损失价值与经济性之和最小的治理方案即为最优电压暂降及短时中断治理方案。

本发明提出的是一种配网侧电压暂降及短时中断治理优选方法，其优点是：本方法在治理方案的选取中，考虑了敏感负荷的电压耐受度，将治理方案的治理效果通过治理后的敏感负荷的期望负荷损失价值表示，与治理方案的经济性具有相同的量纲，为电压暂降和短时中断的治理者提供了直观的参考，通过执行本方法，可以选择出经济、有效的治理方案。

具体实施方式

本发明提出的配网侧电压暂降及短时中断治理方案的优选方法，包括以下步骤：

1)进行敏感负荷的停电损失和负荷特性调研：通过对敏感负荷用户的调研，从敏感负荷用户获得敏感负荷的单次停运损失Loss_vs，对敏感负荷用户的敏感负荷进行现场测试，获取配网中敏感负荷的电压耐受曲线，现场测试的方法可参照标准IEC61000-4-11。电压耐受曲线由负荷的各拐点电压和拐点时间表示，可以通过电压耐受曲线判断敏感负荷是否停运，电压耐受曲线对敏感负荷是否停运的判据如式(1)：

δ＝[(V_sag＜V_min1)∧(t_sag＞t_max1)]∨[(V_sag＜V_min2)∧(t_sag＞t_max2)]∨…∨[(V_sag＜V_mink)∧(t_sag＞t_maxk)](1)

式(1)中k代表敏感负荷的拐点总数，V_mini和t_maxi代表敏感负荷的第i个拐点电压和拐点时间。当δ＝1时，表示敏感负荷将会受到供电质量问题的影响停运；

2)获取敏感负荷所在电力系统的网络拓扑结构，保护装置动作时间，母线、线路及变压器的故障率参数，用于对敏感负荷在电压暂降与短时中断时进行可靠性评估；具体包括：从敏感负荷所在的电力系统中获取网络拓扑结构，并获取该电力系统中保护装置的动作时间，母线在三相短路、单相短路、两相相间短路和两相接地短路时的故障率，线路在三相短路、单相短路、两相相间短路和两相接地短路时的故障率及变压器在三相短路、单相短路、两相相间短路和两相接地短路时的故障率；

3)通过对所述电力系统中母线、线路和变压器的短路计算(成熟计算方法)，获得对应于敏感负荷停运判据对应的电压凹陷域(凹陷域指系统中发生故障引起的电压短时暂降，则使得敏感设备不能正常工作的故障点所在的区域)；

4)进行电压暂降与短时中断的可靠性评估，具体过程如下：

4.1)进行敏感负荷停运频率F_vs计算如式(2)：

$F_{vs}=\underset{l}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{down,j,k}{L}_{critical,l,j,k}+\underset{bus}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{F}_{down,j,bus}+\underset{trf}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{F}_{down,j,trf}---\left(2\right)$

式(2)中，F_vs代表敏感负荷由于电压暂降和短时中断停运的频率，可从步骤2)中获得，F_down,j,k代表单位长度的第k条线路发生第j类故障的频率，可从步骤2)中获得，L_{critical,l,j,k}代表第k条线路在第j类故障下关于敏感负荷第l个拐点的临界距离，在步骤3)中获得，F_down,j,bus代表在步骤3)中获得的电压凹陷域中第bus条母线发生第j类故障的故障频率，可从步骤2)中获得，F_down,j,trf代表在步骤3)中获得的电压凹陷域中第trf台变压器发生第j类故障的故障频率，可从步骤2)中获得；

4.2)计算敏感负荷的期望负荷损失价值c_vs，c_vs＝F_vs·Loss_vs；

5)对敏感负荷在配网电压暂降及短时中断时的治理方案和治理效果评进行估：从电压暂降及短时中断治理设备生产厂家和设备使用用户，调研获得各种治理设备对电压暂降及短时中断的治理效果，即获得在进行治理后，由敏感负荷电压耐受曲线表示的停运判据发生的变化，采用治理后电压耐受曲线对敏感负荷是否停运的判据，执行步骤3)和步骤4)，获得治理后的敏感负荷的期望负荷损失价值c_vs,i，i代表可选择的治理方案的编号；

6)进行治理方案经济性的评估，获取各治理方案的设备寿命t_span,i，初始治理成本c_initial,i及后续年度运营维护成本占初始成本的百分比p_{maintenance,i}，计算治理方案i的年度成本c_annual,i, $c_{\mathrm{annual},i}=\frac{c_{\mathrm{initial},i}(1+p_{\mathrm{maintenance},i}\·t_{\mathrm{span},i})}{t_{\mathrm{span},i}};$

7)计算各方案治理后的负荷损失价值与经济性之和，负荷损失价值与经济性之和最小的治理方案即为选出的最优电压暂降及短时中断治理方案。

本发明方法中，将电力系统中的电压暂降敏感的电力负荷称为敏感负荷；电压凹陷区域是系统中发生故障导致电压暂降，因而使所关心的某一敏感负荷不能正常工作的故障设备所在区域。

Claims (1)

1.一种配网侧电压暂降及短时中断治理方案的优选方法，包括以下步骤：

1)获取敏感负荷的停电损失和负荷特性信息：通过对敏感负荷用户的调研，获得敏感负荷的单次停运损失Loss_vs，从敏感负荷用户或对敏感负荷的现场测试，获取配网中敏感负荷的电压耐受曲线，由电压耐受曲线表示的停运判据：

δ＝[(V_sag＜V_min1)∧(t_sag＞t_max1)]∨[(V_sag＜V_min2)∧(t_sag＞t_max2)]∨…∨[(V_sag＜V_mink)∧(t_sag＞t_maxk)]

其中k代表敏感负荷的拐点总数，V_mini和t_maxi代表敏感负荷的第i个拐点电压和拐点时间；当δ＝1时，表示敏感负荷将会受到供电质量问题的影响停运；

2)获取敏感负荷所在电力系统的网络拓扑结构，保护装置动作时间，母线、线路及变压器的故障率参数，用于对敏感负荷在电压暂降与短时中断时进行可靠性评估；

3)通过对电力系统中母线、线路和变压器的短路计算，获得对应于敏感负荷停运判据对应的电压凹陷域；

4)对敏感负荷在电压暂降与短时中断时进行可靠性评估，具体过程如下：

4.1)进行敏感负荷停运频率F_vs计算：

$F_{vs}=\underset{l}{\Σ}\underset{j}{\Σ}\underset{k}{\Σ}{F}_{down,j,k}{L}_{critical,l,j,k}+\underset{bus}{\Σ}\underset{j}{\Σ}{F}_{down,j,bus}+\underset{trf}{\Σ}\underset{j}{\Σ}{F}_{down,j,trf}$

式中，F_vs代表敏感负荷由于电压暂降和短时中断停运的频率，F_down,j,k代表单位长度的第k条线路发生第j类故障的频率，L_{critical,l,j,k}代表第k条线路在第j类故障下关于敏感负荷第l个拐点的临界距离，F_down,j,bus代表在步骤(3)中获得的电压凹陷域中第bus条母线发生第j类故障的故障频率，F_down,j,trf代表在步骤(3)中获得的电压凹陷域中第trf台变压器发生第j类故障的故障频率；

4.2)计算敏感负荷的期望负荷损失价值c_vs，c_vs＝F_vs·Loss_vs；

5)对敏感负荷在配网电压暂降及短时中断时的治理方案和治理效果进行评估，从电压暂降及短时中断治理设备生产厂家和设备使用用户，获得在进行治理后，由敏感负荷电压耐受曲线表示的停运判据发生的变化；采用治理后的等效停运判据，执行步骤(3)和步骤(4)，获得治理后的敏感负荷的期望负荷损失价值c_vs,i，i代表可选择的治理方案的编号；

6)进行治理方案的经济性评估，获取各治理方案的设备寿命t_span,i，初始治理成本c_initial,i及后续年度运营维护成本占初始成本的百分比p_{maintenance,i}，计算治理方案i的年度成本c_annual,i,则该年度成本作为治理方案优选时各方案之间的对比标准。

7)计算各方案治理后的负荷损失价值与经济性之和，负荷损失价值与经济性之和最小的治理方案即为最优电压暂降及短时中断治理方案。