CN109950910B - 一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法，首先识别治理对象的敏感过程类别；对于电气敏感型过程，采用电气类治理手段，确定补偿容量，计算投资；对于参数感应型过程，综合运用电气类与物理类治理手段，先确定最小补偿容量，计算定制电力设备投资，然后判断设备的重启时间是否长于补偿后的过程免疫时间，若是，则计算最小物理属性，并据此计算厂务改造投资，进而计算总投资，否则直接计算总投资计；计算两类过程治理总投资。本发明可在用电设备遭受较为严重的电压暂降时，有效避免过程中断带来的严重损失。

Description

一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法

技术领域

本发明涉及电压暂降治理领域，特别是一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法。

背景技术

电压暂降主要由系统故障、变压器励磁涌流原因等引起，是电网运行不可避免的现象，可使电压敏感设备故障，进而引发工业过程中断事故，造成巨大损失。工业用户的损失主要来自事故导致的非计划停工，治理工业用户电压暂降的关键在于尽可能维持过程参数，避免过程中断。

目前，在用户侧加装针对电压暂降治理的定制电力设备(下文简称“定制电力设备”)是通用的电压暂降缓减方法，这类方法通过补偿电压暂降期间损失的电压来避免设备故障。而从设备故障到过程中断之间还有一段缓冲时间，单纯加装定制电力设备只能治理设备中断前，无法抑制设备故障后的事态发展。定制电力的解决方案涉及巨大的初期投资和运行维护成本，多数用户仅在局部单点部署治理设备，治理效果十分有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法，可在用电设备遭受较为严重的电压暂降时，有效避免过程中断带来的严重损失。

本发明采用以下方案实现：一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：识别治理对象的敏感过程类别；若是电气敏感型过程，则进入步骤S2，若是参数感应型过程，则进入步骤S3；

步骤S2：对于电气敏感型过程，采用电气类治理手段；确定补偿容量，计算定制电力设备投资C_I；

步骤S3：对于参数感应型过程，综合运用电气类与物理类治理手段；先采用电压补偿后判断是否有进行厂务改造，最后计算电气与物理治理总投资C_II；

步骤S4：计算两类过程治理总投资C＝C_I+C_II。

进一步地，步骤S2中，设第i台补偿设备的购置成本为：

其中S_i为第i台设备的容量，

是总补偿容量S对应的单位容量的市场价格；总补偿容量S越大，单位成本越高；计算电气敏感型过程的定制电力设备投资

其中N_D是定制电力设备台数。

进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：根据电气敏感设备容量确定最小补偿容量，计算电气敏感型过程的定制电力设备投资C_ele；其中C_ele的的计算采用步骤S2的原理；

步骤S32：计算原始过程参数免疫时间T_PI0，设备最快重启时间T_res由设备重启性能决定，电压补偿的最大时间为T_d，若T_res＜T_PI0+T_d，则无需进行厂务改造，进入步骤S34；若T_res＞T_PI0+T_d，即改造后的设备重启时间仍长于过程免疫时间，则进行厂务改造，进入步骤S33；

步骤S33：计算过程不中断所需最小耗散系数a，计算厂务改造投资；其中，第j个过程厂务设施改造成本为：

其中A_j为第j个过程改造规模，

是物理属性a对应的单位市场价格，改造所用材料的物理属性越好，单位成本越高；计算物理治理总投资

其中N_p是需要厂务改造的过程数量；

步骤S34：计算参数感应型过程治理投资

进一步地，步骤S33中，最小耗散系数a的计算采用以下步骤：

步骤S331：令过程参数为p(t)，在t＝t₀时过程参数为p₀，环境参数为p_E，过程参数的变化速率满足下式：

式中，a为耗散系数，反映过程参数对外界环境的抵御能力；a越大，则过程参数变化越快；解该微分方程得：

利用式(2)可得过程参数的变化规律，并通过式(2)得到：

步骤S332：利用式(2)与式(3)预测过程参数免疫时间；

步骤S333：计算过程不中断所需最小耗散系数a，即改造材料具备的最小物理属性。

进一步地，步骤S332具体为：监测到电压暂降时刻为t₀，此时过程参数为p_norm，经一段时间后，t₁时刻的过程参数变为p₁；代入式(3)得：

解得该过程的原始耗散系数a₀，再代入式(2)得：

式中，p_lim为过程参数允许限值；通过式(5)解得t₂，进而得到原始过程参数免疫时间T_PI0＝t₂-t₀。

进一步地，步骤S333具体为：设备失效时刻为t_trip，设备重启时刻为t_res，在此之前过程参数保持不越限，过程参数的最低允许限值为p_lim，代入式(3)得：

通过上式求得最小耗散系数a，即改造材料具备的最小物理属性。

本发明首先识别治理对象的敏感过程类别；对于电气敏感型过程，采用电气类治理手段，确定补偿容量，计算投资；对于参数感应型过程，综合运用电气类与物理类治理手段，先确定最小补偿容量，计算定制电力设备投资，然后判断设备的重启时间是否长于补偿后的过程免疫时间，若是，则计算最小物理属性，并据此计算厂务改造投资，进而计算总投资，否则直接计算总投资计；计算两类过程治理总投资。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明可在用电设备遭受较为严重的电压暂降时，有效避免过程中断带来的严重损失。本发明充分利用的过程参数的变化特性，从电气特性和物理属性两个角度选择治理手段，并针对不同工业过程及其组成设备的特点，合理安排治理资源。

附图说明

图1为本发明实施例的过程参数变化曲线示意图。

图2为本发明实施例的不同类别设备的过程参数曲线差异示意图。图中，(a)为电气敏感性过程，(b)为参数感应型过程。

图3为本发明实施例的电压补偿方法原理示意图。

图4为本发明实施例的厂务改造方法原理图。

图5为本发明实施例的综合减缓方案原理图。

图6为本发明实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例从过程参数的角度出发，将过程中断事故分为两个发展阶段，如图1所示。t₀是电压暂降起始时刻，t₁是设备故障时刻(暂降持续时间大于设备耐受时间)，t₂是过程中断时刻。第一阶段：设备耐受时间，该阶段内设备未故障，参数维持正常；第二阶段：参数变化时间，由于设备无法穿越暂降而故障，参数在外界环境影响下品质逐渐下降，直至超过允许限值。

不同种类的工业过程具有不同的过程参数变化特性，工业过程可根据其职能划分、过程参数变化规律、和所包含设备群的特点分为两类：

(1)电气敏感型过程：主要由工艺设备组成，设备的输出作用于产品，过程本身不具备能量储存能力，输出即耗散。电压暂降时过程参数变化曲线如图2中的(a)所示，设备中断，过程随即中断。识别判据：过程参数在相关设备失效后短时间内超过其允许限值。

(2)参数感应型过程：主要由厂务设备组成，设备的输出作用于生产所需的介质(水，气体等)，使各项过程参数维持在工艺要求的范围内。过程所包含的物质和能量对环境具有一定的抵抗力。过程参数变化曲线如图2中的(b)所示，厂务设备中断，过程不会马上中断，过程参数在外界环境作用下逐渐恶化，直至超过允许值。识别判据：过程参数在相关设备失效后仍能维持较长时间不越限。

在本实施例中，过程中断的两个阶段时长的主要影响因素分别是设备电压耐受力(电气特性)和过程参数抵抗力(物理属性)，因此，针对设备故障前与故障后本实施例分别提出电气类和物理类两类缓减手段。

(1)电气类方法：以加装定制电力设备为主要手段的电气类治理方法，治理目标在于延长第一阶段的时长。通过加装动态电压恢复器(Dynamic VoltageRestorer,DVR)等设备，补偿电压暂降期间损失的电压，使厂务设备和工艺设备不受暂降影响。由于DVR的支撑时间有限(一般3-5s，取决于内置电容)，无法补偿持续时间较长的电压暂降，如图3所示。

(2)物理类方法：以改造厂务设施为主要手段的物理类治理方法，目的在于延长第二阶段时长。在暂降已造成设备故障的情况下，降低外界环境对生产环境的影响程度，延缓参数恶化的过程，等待设备重启。通过升级厂务设施的密闭性能，提高过程参数对外界环境的抵抗力，延缓过程参数的恶化过程。如图4所示，经过本实施例升级后的厂务设施强化了抵御环境影响的物理属性，减小了能量与物质的损耗，在没有设备出力的情况下，过程参数下降速率更慢。

本实施例令过程参数越过允许限值是过程中断的判据，只要参数尚在可接受范围，过程仍可继续。设备故障后的一段时间内，过程处于亚健康状态，次品率升高，但并未中断，设备的及时重启可将过程参数拉至健康水平。而过程一旦中断，需要大量时间清理产线上的废品、以及重新启动，过程恢复时间大大增加。因此，减少电压暂降损失的关键在于尽可能避免过程中断。本实施例通过加装电压补偿设备与改造厂务设施相结合的方法，分别延长了设备故障前与故障后的抵御时间，待设备重启，过程可恢复正常。如图5所示。

本实施的综合治理策略总体为，对于一个复杂工业过程，其中必定包含诸多电气敏感型和参数感应型的子过程。其中，电气敏感型过程只能采用电压补偿的方法使其穿越较短持续时间的暂降。对于持续时间超过定制电力设备补偿能力的暂降情形，本实施例能够推迟暂降发生时刻，间接的延长了过程本身具有的免疫时间。如果设备仍然不能在补偿后的免疫时间内重启，则考虑厂务改造，提升过程参数免疫力，延缓过程参数下降速率，为设备重启争取时间。

具体的，如图6所示，本实施例的一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：识别治理对象的敏感过程类别；若是电气敏感型过程，则进入步骤S2，若是参数感应型过程，则进入步骤S3；

步骤S2：对于电气敏感型过程，采用电气类治理手段；确定补偿容量，计算定制电力设备投资C_I；

步骤S3：对于参数感应型过程，综合运用电气类与物理类治理手段；先采用电压补偿后判断是否有进行厂务改造，最后计算电气与物理治理总投资C_II；

步骤S4：计算两类过程治理总投资C＝C_I+C_II。

在本实施例中，步骤S2中，设第i台补偿设备的购置成本为：

其中S_i为第i台设备的容量，

是总补偿容量S对应的单位容量的市场价格；总补偿容量S越大，单位成本越高；计算电气敏感型过程的定制电力设备投资

其中N_D是定制电力设备台数。

在本实施例中，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：根据电气敏感设备容量确定最小补偿容量，计算电气敏感型过程的定制电力设备投资C_ele；其中C_ele的的计算采用步骤S2的原理，可以得到

其中N_D是定制电力设备台数；

步骤S32：计算原始过程参数免疫时间T_PI0，设备最快重启时间T_res由设备重启性能决定，电压补偿的最大时间为T_d，若T_res＜T_PI0+T_d，则无需进行厂务改造，进入步骤S34；若T_res＞T_PI0+T_d，即改造后的设备重启时间仍长于过程免疫时间，则进行厂务改造，进入步骤S33；

步骤S33：计算过程不中断所需最小耗散系数a，计算厂务改造投资；其中，第j个过程厂务设施改造成本为：

其中A_j为第j个过程改造规模(如面积、体积等)，

是物理属性a对应的单位市场价格，改造所用材料的物理属性越好，单位成本越高；计算物理治理总投资

其中N_p是需要厂务改造的过程数量；

步骤S34：计算参数感应型过程治理投资

在本实施例中，步骤S33中，最小耗散系数a的计算采用以下步骤：

步骤S331：令过程参数为p(t)，在t＝t₀时过程参数为p₀，环境参数为p_E，过程参数的变化速率满足下式：

式中，a为耗散系数，反映过程参数对外界环境的抵御能力；a越大，则过程参数变化越快；解该微分方程得：

利用式(2)可得过程参数的变化规律，并通过式(2)得到：

步骤S332：利用式(2)与式(3)预测过程参数免疫时间；

步骤S333：计算过程不中断所需最小耗散系数a，即改造材料具备的最小物理属性。

在本实施例中，步骤S332具体为：监测到电压暂降时刻为t₀，此时过程参数为p_norm，经一段时间后，t₁时刻的过程参数变为p₁；代入式(3)得：

解得该过程的原始耗散系数a₀，再代入式(2)得：

式中，p_lim为过程参数允许限值；通过式(5)解得t₂，进而得到原始过程参数免疫时间T_PI0＝t₂-t₀。

在本实施例中，步骤S333具体为：设备失效时刻为t_trip，设备重启时刻为t_res，在此之前过程参数保持不越限，过程参数的最低允许限值为p_lim，代入式(3)得：

通过上式求得最小耗散系数a，即改造材料具备的最小物理属性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：识别治理对象的敏感过程类别；若是电气敏感型过程，则进入步骤S2，若是参数感应型过程，则进入步骤S3；

步骤S2：对于电气敏感型过程，采用电气类治理手段；确定补偿容量，计算定制电力设备投资C_I；

步骤S3：对于参数感应型过程，综合运用电气类与物理类治理手段；先采用电压补偿后判断是否有进行厂务改造，最后计算电气与物理治理总投资C_II；

步骤S4：计算两类过程治理总投资C＝C_I+C_II；

步骤S2中，设第i台补偿设备的购置成本为：

其中S_i为第i台设备的容量，

是总补偿容量S对应的单位容量的市场价格；总补偿容量S越大，单位成本越高；计算电气敏感型过程的定制电力设备投资

其中N_D是定制电力设备台数；

步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：根据电气敏感设备容量确定最小补偿容量，计算电气敏感型过程的定制电力设备投资C_ele；其中C_ele的计算采用步骤S2中计算定制电力设备投资C_I的原理；

步骤S32：计算原始过程参数免疫时间T_PI0，设备最快重启时间T_res由设备重启性能决定，电压补偿的最大时间为T_d，若T_res＜T_PI0+T_d，则无需进行厂务改造，进入步骤S34；若T_res＞T_PI0+T_d，即改造后的设备重启时间仍长于过程免疫时间，则进行厂务改造，进入步骤S33；

步骤S33：计算过程不中断所需最小耗散系数a，计算厂务改造投资；其中，第j个过程厂务设施改造成本为：

其中A_j为第j个过程改造规模，

是过程不中断所需最小耗散系数a对应的单位市场价格，改造所用材料的物理属性越好，单位成本越高；计算物理治理总投资

其中N_p是需要厂务改造的过程数量；

步骤S34：计算参数感应型过程治理投资

步骤S33中，过程不中断所需最小耗散系数a的计算采用以下步骤：

步骤S331：令过程参数为p(t)，在t＝t₀时过程参数为p₀，环境参数为p_E，过程参数的变化速率满足下式：

式中，a为过程不中断所需最小耗散系数，反映过程参数对外界环境的抵御能力；a越大，则过程参数变化越快；t表示时刻，电压暂降时刻为t₀；解该微分方程得：

利用式(2)得过程参数的变化规律，并通过式(2)得到：

步骤S332：利用式(2)与式(3)预测过程参数免疫时间；

步骤S333：计算过程不中断所需最小耗散系数a，即改造材料具备的最小物理属性；

步骤S332具体为：监测到电压暂降时刻为t₀，此时过程参数为p_norm，经一段时间后，t₁时刻的过程参数变为p₁；代入式(3)得：

解得该过程的原始耗散系数a₀，再代入式(2)得：

式中，p_lim为过程参数允许限值；通过式(5)解得t₂，进而得到原始过程参数免疫时间T_PI0＝t₂-t₀。

2.根据权利要求1所述的一种基于过程参数免疫时间的电压暂降缓减方法，其特征在于：步骤S333具体为：设备失效时刻为t_trip，设备重启时刻为t_res，在此之前过程参数保持不越限，过程参数的最低允许限值为p_lim，代入式(3)得：

通过上式求得过程不中断所需最小耗散系数a，即改造材料具备的最小物理属性。

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