CN110620381B - 考虑保护装置的用户短时中断评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种考虑保护装置的用户短时中断评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:采集变电站配电网络各项数据，包括母线数据和保护装置数据；步骤S2:根据保护装置的分布，对所有母线进行区域划分，构建配电网络模型；步骤S3:根据配电网络模型，识别故障位置上、下游保护装置，并估算
Figure 732403DEST_PATH_IMAGE002
；步骤S4:根据估算的
Figure 836494DEST_PATH_IMAGE002
匹配对应的区域，并计算母线处各类扰动发生的概率；步骤S5:分别计算设备停运的不确定性和设备停运的概率，得到评估结果。本发明考虑了不同类型用户的短时中断的影响，并从配电网层面考虑保护装置与用户的相对位置等因素的影响，对用户短时中断进行更全面有效的评估，进而提高电能质量。

Description

考虑保护装置的用户短时中断评估方法
技术领域
本发明涉及配电网故障评估领域，具体涉及一种考虑保护装置的用户短时中断评估方法。
背景技术
短时中断(short duration interruption,SDI)被定义为电压下降到低于额定电压的10％且持续时间小于1分钟的事件，通常是由于重合器清除非永久性故障所致。在配电网中，重合闸装置用于检测和切除瞬时故障并在短暂间隔后自动重新恢复运作。故障位置、保护装置的位置和故障持续时间将决定用户是否面临短时中断。
电压暂降、短时中断和长时中断被认为是对用户影响最大的电能质量问题。现有方法只涉及估算电压暂降和长时中断的情况，并未明确评估短时中断或者没有综合考虑暂降和短时中断的影响。在电压暂降的情况下，仍然有电能供应给用户；而在短时中断的情况下，在短时间段内没有电能供应给用户。这两种扰动的严重程度是不同的，并且根据过程免疫时间(PIT)，在某些情况下可能会导致不同的后果。现有方法利用系统平均中断频率指数(SAIFI)和瞬时平均中断频率指数(MAIFI)等指标来评估配电网可靠性，但该类方法仅考虑了不同类型用户的短时中断的影响，并未从配电网层面考虑保护装置与用户的相对位置等因素的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑保护装置的用户短时中断评估方法，利用设备的电压耐受曲线(VTC)与重合闸装置、熔断器等保护装置启用、停用时间的大小关系，分析不同保护装置对应区域的用户发生短时中断以及引发设备停运的概率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种考虑保护装置的用户短时中断评估方法，包括以下步骤：
步骤S1:采集变电站配电网络各项数据，包括母线数据和保护装置数据；
步骤S2:根据保护装置的分布，对所有母线进行区域划分，构建配电网络模型；
步骤S3:根据配电网络模型，识别故障位置上、下游保护装置，并估算重合闸装置被打开的瞬间T1、重合闸装置永久打开以隔离故障的瞬间T′2、熔断器被彻底打开以隔离故障的瞬间T″2；
步骤S4:根据估算的T1、T′2、T″2，匹配对应的区域，并计算母线处各类扰动发生的概率；
步骤S5:分别计算设备停运的不确定性和设备停运的概率，得到评估结果。
进一步的，所述各项数据还包括用户、设备种类及电压耐受范围、故障发生概率。
进一步的，所述变电站向外延伸的母线上依次分布着断路器、重合闸装置和熔断器，将位于熔断器和重合闸装置之间的区域为区域1，位于重合闸装置和熔断器之间的区域为区域2，位于熔断器之外的区域为区域3；当母线只分布着断路器时，位于断路器之外的区域为区域4。
进一步的，所述步骤S4具体为：
建立每秒短时中断发生的概率计算公式(1)：
Figure BDA0002230520820000031
其中，TaSDI和TbSDI表示短时中断的初始和最终时刻，PSgD(t)表示区间[0，T]的电压暂降持续时间的累积概率，可由电压暂降持续时间的概率分布函数得到。
进一步的，设备的工作状态由电压暂降的持续时间T和幅值Vsag这两个独立的统计变量决定，所述设备停运的不确定性UcET通过式(2)进行评估：
Figure BDA0002230520820000032
式中，ρT和ρV分别代表持续时间T和电压V的概率密度，PT和PV分别是持续时间T和电压V的累计概率，Vnom为电压额定值。
进一步的，针对时间区间[Ta,Tb]和某个下降电压值Vsag，设备停运概率可通过式(3)进行评估：
Figure BDA0002230520820000033
其中，UcET表示设备停运的不确定性。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明考虑了不同类型用户的短时中断的影响，并从配电网层面考虑保护装置与用户的相对位置等因素的影响，对用户短时中断进行更全面有效的评估，进而提高电能质量。
附图说明
图1是本发明一实施例中配电网络模型；
图2是本发明一实施例中电压耐受曲线与概率分布函数；
图3是本发明方法流程图。
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。
请参照图3，本发明提供一种考虑保护装置的用户短时中断评估方法，包括以下步骤：
步骤S1:采集变电站配电网络各项数据，包括母线数据、保护装置数据、用户、设备种类及电压耐受范围、故障发生概率；
步骤S2:根据保护装置的分布，对所有母线进行区域划分，构建配电网络模型；
步骤S3:根据配电网络模型，识别故障位置上、下游保护装置，并估算重合闸装置被打开的瞬间T1、重合闸装置永久打开以隔离故障的瞬间T′2、熔断器被彻底打开以隔离故障的瞬间T″2；
步骤S4:根据估算的T1、T′2、T″2，匹配对应的区域，并计算母线处各类扰动发生的概率；
步骤S5:分别计算设备停运的不确定性和设备停运的概率，得到评估结果。
参考图1，本实施例中，所述变电站向外延伸的母线上依次分布着断路器、重合闸装置和熔断器，将位于熔断器和重合闸装置之间的区域为区域1，位于重合闸装置和熔断器之间的区域为区域2，位于熔断器之外的区域为区域3；当母线只分布着断路器时，位于断路器之外的区域为区域4。
在本实施例中，沿着变电站(SE)母线与支路上设置有三个用户(C1、C2和C3)、三个不同的保护设备(FU—熔断器、R—重合闸装置和CB—断路器)以及四个保护区域(区域1、区域2、区域3和区域4)。如果配电网络出现故障，熔断器、重合闸装置和断路器会分别保护区域3、区域2和区域1。
在本实施例中，所述步骤S4具体为：
建立每秒短时中断发生的概率计算公式(1)：
Figure BDA0002230520820000051
其中，TaSDI和TbSDI表示短时中断的初始和最终时刻，PSgD(t)表示区间[0，T]的电压暂降持续时间的累积概率，可由电压暂降持续时间的概率分布函数得到。
在本实施例中，考虑电气故障发生在区域1、区域2、区域3和区域4的情况，具体为：
情况1：电气故障发生在区域1，断路器(CB)隔离故障，因此PSDI始终为零。由于用户C1、C2和C3(参见图1)位于CB的下游，因此他们的PSDI相同。即：C1:PSDI＝0，C2:PSDI＝0,C3:PSDI＝0
情况2：电气故障发生在区域2，由于重合闸装置(R)用于保护区域2，对于R下游的用户(即C2和C3)，在T1和T2′之间出现短时中断，其中T1表示R被打开的瞬间、T2′表示重合闸装置永久打开以隔离故障的瞬间；对于位于R上游的用户C1，只会产生电压暂降，不会产生短时中断。即：
C1:PSDI＝0，C2:PSDI(T1,T′2]，C3:PSDI(T1,T′2]
情况3：电气故障发生在区域3，由于熔断器(FU)用于保护区域3，对于R下游的用户(即C2和C3)，在T1和T″2之间出现短时中断，其中T1表示R被打开的瞬间、T″2表示FU被彻底打开以隔离故障的瞬间；对于位于R上游的用户C1，只会产生电压暂降，不会产生短时中断。即：
C1:PSDI＝0，C2:PSDI(T1,T″2]，C3:PSDI(T1,T″2]
情况4：电气故障发生在区域4，即表示同一变电站的相邻初级电路发生故障，用户C1、C2和C3都不会产生短时中断。即：
C1:PSDI＝0，C2:PSDI＝0,C3:PSDI＝0
在本实施例中，各类敏感设备的电压耐受能力不同，通常使用电压耐受范围来刻画设备对电压变化的敏感度。这个范围由最高和最低的耐受曲线之间的一系列电压耐受曲线(VTC)组成。每条曲线都代表一个设备停运不确定性(UcET)，耐受范围也被称为不确定性区域，设备的工作状态由电压暂降的持续时间T和幅值Vsag这两个独立的统计变量决定，所述设备停运的不确定性UcET通过式(2)进行评估：
Figure BDA0002230520820000071
式中，ρT和ρV分别代表持续时间T和电压V的概率密度，PT和PV分别是持续时间T和电压V的累计概率，Vnom为电压额定值；
在图2中，TUP、TLW和VUP、VLW分别是电压耐受上限曲线与下限曲线的耐受时间与耐受电压边界。因此，对于任何T＜TUP且V＞VUP的电压暂降，均有PT(TUP)＝0，PV(VUP)＝0，UcET＝0，因为设备可以承受轻微程度的电压暂降而不至于停运；对于任何T＞TLW且V＜VLW的电压暂降，均有PT(TLW)＝1，PV(VLW)＝1，UcET＝1，因为设备无法承受严重的电压暂降，必定会停运。在不确定性区域，UcET为0到1之间的不同值，具体取决于PT和PV。
在本实施例中，针对时间区间[Ta,Tb]和某个下降电压值Vsag，设备停运概率可通过式(3)进行评估：
Figure BDA0002230520820000072
其中，UcET表示设备停运的不确定性。
这里要注意不同类别的设备的UcET(T,Vsag)不一定相同。
以甲地区域3(见图1)为例来进行分析。如果区域3发生故障，R下游的用户(即C2和C3)将在T1和T″2之间出现短时中断，其中T1表示流经R的电流为短路电流ISC的瞬间、T″2表示FU被彻底打开以隔离故障的瞬间，因此，对于C2和C3，因短时中断产生的设备停运概率：
PETU-SDI＝PETU(T1,T″2,Vsag)
对于故障直接造成短时中断的情形，C2或C3的设备停运概率则被计算为：
PETU-SDI＝PSDI(TTr,T″2)
其中TTr表示短路后瞬态结束时刻。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种考虑保护装置的用户短时中断评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:采集变电站配电网络各项数据，包括母线数据和保护装置数据；
步骤S2:根据保护装置的分布，对所有母线进行区域划分，构建配电网络模型；
步骤S3:根据配电网络模型，识别故障位置上、下游保护装置，并估算重合闸装置被打开的瞬间T1、重合闸装置永久打开以隔离故障的瞬间T2′、熔断器被彻底打开以隔离故障的瞬间T2″；
步骤S4:根据估算的T1、T2′、T2″，匹配对应的区域，并计算母线处各类扰动发生的概率；
步骤S5:分别计算设备停运的不确定性和设备停运的概率，得到评估结果；
所述步骤S4具体为：
建立每秒短时中断发生的概率计算公式(1)：
Figure FDA0003771845140000011
其中，TaSDI和TbSDI表示短时中断的初始和最终时刻，PSgD(t)表示区间[0，T]的电压暂降持续时间的累积概率，可由电压暂降持续时间的概率分布函数得到；
设备的工作状态由电压暂降的持续时间T和幅值Vsag这两个独立的统计变量决定，所述设备停运的不确定性UcET通过式(2)进行评估：
Figure FDA0003771845140000021
Figure FDA0003771845140000022
UcET(T,Vsag)＝PT(T)·PV(Vsag)
式中，ρT和ρV分别代表持续时间T和电压V的概率密度，PT和PV分别是持续时间T和电压V的累计概率，Vnom为电压额定值；
针对时间区间[Ta,Tb]和某个下降电压值Vsag，设备停运概率可通过式(3)进行评估：
Figure FDA0003771845140000023
其中，UcET表示设备停运的不确定性。
2.根据权利要求1所述的考虑保护装置的用户短时中断评估方法，其特征在于：所述各项数据还包括用户、设备种类及电压耐受范围、故障发生概率。
3.根据权利要求1所述的考虑保护装置的用户短时中断评估方法，其特征在于：所述变电站向外延伸的母线上依次分布着断路器、重合闸装置和熔断器，位于熔断器和重合闸装置之间的区域为区域1，位于重合闸装置和熔断器之间的区域为区域2，位于熔断器之外的区域为区域3；当母线只分布着断路器时，位于断路器之外的区域为区域4。
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Assignee: Fujian Yili Youneng Power Technology Co.,Ltd.

Assignor: FUZHOU University

Contract record no.: X2023980048697

Denomination of invention: User Short Time Interruption Evaluation Method Considering Protection Devices

Granted publication date: 20221108

License type: Common License

Record date: 20231130