CN113746103B - 基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，获取电气手段治理设备电压补偿范围或物理手段治理设备过程参数补偿范围、用户设备暂降耐受能力和负荷物理参数耐受能力；以立方体体积计算暂降治理方案实施后的纯效益；治理方案所获纯效益为治理收益减去治理设备投入成本，计算暂降治理方案实施收益立方体体积，设备投入成本立方体体积，两者相减得到纯效益；计算并比较各种暂降治理方案实施后的纯效益，越大说明该治理方案越佳。本发明提出的电压暂降治理效益评估方法，直观描述各暂降治理方案治理效益，克服现有暂降治理评估方法的复杂操作、难以应用到实际中的不足。

Description

基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法

技术领域

本发明涉及电压暂降治理技术领域，尤其涉及一种基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法。

背景技术

电压暂降是指电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1p.u.～0.9p.u.，并在短暂持续10ms～1min后恢复正常的现象。导致电压暂降发生的原因有很多，恶劣的天气情况、各种不同类型的短路、大容量电动机起动等都有可能会导致电压暂降事件发生，可以认为，电压暂降事件是电力系统正常运行不可避免的事件。

随着现代工业设备逐渐趋于自动化，用电设备对电压质量的要求越来越高，电压暂降引起的事故也在不断增加，造成了巨大的经济损失，使电压暂降问题成为近20年来工业界和学术界最关注和最亟待解决的电能质量问题。

现有电压暂降治理方案主要分为两类，一是通过优化系统从而降低电压暂降发生的概率；二是通过安装电压暂降抑制设备等方法降低电压暂降的影响。优化系统操作较为复杂，所以安装电压暂降治理设备是敏感用户最常用的电压暂降治理技术，电压暂降治理设备的本质是提高供给用电设备的电能质量水平，根据设备电压暂降耐受能力，选取合适类型、容量的治理设备，理论上可补偿任意的电压暂降事件，避免敏感用户生产过程的不正常运行甚至中断。

目前市场上电压暂降治理设备种类繁多，各具优缺点，面对该种情况，用户存在不知如何权衡各治理设备优缺点和综合评估治理效益的情况，难以根据用户自身遭受的暂降事件分布情况选择最佳的暂降治理设备，因此有必要研究电压暂降治理效益量化的评估方法，便于用户进行选择。

现有暂降治理方案繁多，包括电气手段治理和物理手段治理等，由于不同治理方案适用的场景不尽相同，故用户对治理方案恰当的选择可以使治理效益达到最大，但目前现有的电压暂降治理效益评价方法其模型均较为复杂，在实际工程中实施难度大，应用困难。对于用户来说，现有评价方法较难理解，无法直观看到治理效益进行有效选取最佳治理方案。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，综合考虑电气手段治理设备电压补偿范围和物理手段设备过程参数补偿范围、用户设备暂降耐受能力和负荷物理参数耐受能力，采用立方体体积指标计算各暂降治理方案治理效益。

本发明采用如下的技术方案。

一种基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，所述方法包括步骤：

(1)获取电气手段治理设备电压补偿范围或物理手段治理设备过程参数补偿范围、用户设备暂降耐受能力和负荷物理参数耐受能力；

(2)以立方体体积计算暂降治理方案实施后的纯效益；

(3)计算各种暂降治理方案实施后的纯效益；

(4)比较各种治理方案纯效益，越大说明该治理方案越佳。

进一步地，所述步骤(1)中，

参数具体包括：用电设备电压额定值、电压暂降值和暂降治理方案实施后补偿值U_nom、U_o和U₁，过程参数额定值、阈值、暂降治理方案实施后补偿值p_nom、p_o和p₁，压缩机年度故障次数N，压缩机故障时间治理设备容量S，过程中断时间、电压暂降时间T₁、T₂，单位容量市场价格L₂，单位治理效果所获收益L₁。

进一步地，所述步骤(2)中，

治理方案所获纯效益为治理收益减去治理设备投入成本，计算暂降治理方案实施收益立方体体积，设备投入成本立方体体积，两者相减得到纯效益。

进一步地，暂降治理方案实施后的年度纯效益计算公式如下：

V_纯效益＝N×(V_收益-V_成本)

V_成本＝(1+α)×S_容量×L₂

式中，V_纯效益为治理方案实施后带来的纯效益，V_收益为治理方案实施后减少损失带来的收益，V_成本为进行治理所需成本费用，N为年度压缩机故障次数；

S_效果为治理方案实施后带来的效果面积大小，L₁为该方案单位效果面积所带来的收益，为物理手段治理设备的方案单位效果面积所带来的收益，/>为电气手段治理设备的方案单位效果面积所带来的收益；p_nom、p_o和p₁分别为过程参数额定值、用户过程参数阈值和治理方案实施后过程参数补偿达到的值，U_nom、U_o和U₁分别为用电设备电压额定值、电压暂降值和治理方案实施后电压被补偿达到的值，T₁为过程中断时间，T₂为电压暂降时间；

α为年运行维护成本系数，S_容量为治理设备容量，L₂为治理设备单位容量所需的成本费用。

进一步地，暂降治理方案分为电气类治理方案和物理类治理方案。

进一步地，电气类治理方案包括安装动态电压恢复器和固态切换开关的治理方案。

进一步地，物理类治理方案包括安装储气装置的治理方案。

进一步地，动态电压恢复器的设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×S_容量×C_d

式中，C_d为动态电压恢复器单位容量的市场价格。

进一步地，固态切换开关的设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×K(i)×S_容量×C_s

式中，K(i)为额定电压等级系数；C_s为SSTS单位容量的市场价格。

进一步地，储气装置的设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×S_容量×Cc

式中，C_c为储气装置单位容量市场价。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，针对现有种类繁多的电压暂降治理方案，本发明提出的电压暂降治理效益评估方法，综合考虑治理设备补偿范围、用户设备暂降耐受力、用户侧暂降事件分布特点等，采用新的立方体体积指标直观描述各暂降治理方案治理效益，克服现有暂降治理评估方法的复杂操作、难以应用到实际中的不足，本发明所提方法更具实际工程指导意义。

附图说明

图1是本发明基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法流程图；

图2是实施治理方案后结果；a治理效果图；b治理经济效益图；

图3是安装DVR治理方案；a安装DVR的治理效果图；b安装DVR的经济效益图；

图4是安装切换开关的治理方案；a安装切换开关的治理效果图；b安装切换开关的治理效果图；

图5是安装储气装置的治理方案；a安装储气装置的治理效果图；b安装储气装置的经济效益图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

针对敏感用户暂降治理需求，本发明提出基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，评估各电压暂降方案的治理效益。

根据各电压暂降治理设备的技术规范或文献，综合考虑电气手段治理设备电压补偿范围和物理手段设备过程参数补偿范围、用户设备暂降耐受能力和负荷物理参数耐受能力，提出以立方体体积表示暂降治理方案效益的方法。

具体地，治理方案所获净效益为治理效益减去治理设备投入成本，提出用立方体体积相减表达净效益的大小，暨暂降治理方案实施效益用立方体体积表示，设备投入成本用立方体体积表示，两者相减得到净效益，以此评估暂降治理方案效益。

本发明方法主要对暂降治理后的经济损失进行等效量化，电压暂降导致的损失主要与暂降幅值、暂降时间、过程参数下降值、负荷阈值和设备故障时间有关。

如图1所示，本发明所述的基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，具体包括步骤：

(1)收集用电设备电压额定值、电压暂降值和治理方案实施后补偿值U_nom、U_o和U₁，过程参数额定值、阈值、暂降治理方案实施后补偿值p_nom、p_o和p₁，压缩机年度故障次数N，压缩机故障时间治理设备容量S，过程中断时间、电压暂降时间T₁、T₂，单位容量市场价格L₂，单位治理效果所获收益L₁；

(2)根据以上数据，利用下述公式计算治理设备成本、治理收益以及纯收益；

如图2所示，基于等效体积的电压暂降治理效益量化示意图。图2a为治理效果图，其中，外围实线与坐标轴所围区域为过程参数(电压暂降)的定义范围，P₀和T₀分别为负荷是否正常运行的过程参数值(电压)和时间阈值。图2b为治理方案经济性图，上方浅灰色体积为实施治理方案后所获收益，是以图2a中治理效果面积为底面积、单位效果面积收益为高的立方体；下方深灰色体积为实施治理方案所需成本费用，是以图2a中治理设备容量为底面积、单位容量成本为高的立方体。

其中，单位效果面积收益可根据历史数据获得，治理设备单位容量成本可通过查阅相关文献获得。

治理方案实施后的年度纯效益值具体计算公式如下：

V_纯效益＝N×(V_收益-V_成本) (1)

V_成本＝(1+α)×S_容量×L₂ (3)

式中，V_纯效益为治理方案实施后带来的纯效益，V_收益为治理方案实施后减少损失带来的效益，V_成本为进行治理所需成本费用，V_纯效益越大，代表治理方案的经济性越高。N为年度暂降导致压缩机故障次数。

S_效果为治理方案实施后带来的效果面积大小，L₁为该方案单位效果面积所带来的收益，为物理手段治理设备的方案单位效果面积所带来的收益，/>为电气手段治理设备的方案单位效果面积所带来的收益。p_nom、p_o和p₁分别为过程参数额定值、用户过程参数阈值和治理方案实施后过程参数补偿达到的值，U_nom、U_o和U₁分别为用电设备电压额定值、电压暂降值和治理方案实施后电压被补偿达到的值，T₁为过程中断时间，T₂为电压暂降时间。

α为年运行维护成本系数，S_容量为治理设备容量，不同治理设备容量计算公式不同，后续根据不同治理设备给出不同计算公式。L₂为治理设备单位容量所需的成本费用。

(3)用图形描绘各种暂降治理方案实施后的效果和效益，图形包括治理成本和收益；

暂降治理方案主要分为电气类治理方案和物理类治理方案，电气类治理方案主要是补偿电压值，保证用电设备可以正常工作；物理类治理方案主要是在用电设备受到暂降影响后，维持用户重要过程参数保持在正常范围内，使用户整个过程保持正常运行。采用电气治理方法的优势在于其效果较好，所获效益高，但其造价普遍较高且安装较复杂。采用物理治理方法的优势在于储气装置造价低、易安装、不需改变电网原有结构。故用户可根据自身情况利用所提评价方法进行最优选择。

(3.1)电气类治理方法；

a，动态电压恢复器(dynamic voltage restorer，DVR)

DVR采用先进的电力电子变换技术和数字控制技术，通过提升电压暂降期间的残余电压，但其受限于配套的储能单元，额定电压补偿时间短，补偿幅值有限，故在暂降时间较长时，敏感设备仍会故障，仍会产生损失，但损失会有所降低。

设备安装后，负荷缓减效果如图3a所示，T_r和T_s分别为DVR的响应时间和可支撑时间。治理方案经济性示意图如图3b所示。

其中，DVR设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×S_容量×C_d (4)

式中，C_d为DVR单位容量的市场价格。

b，固态切换开关(solid state transfer switch，SSTS)

快速开关因其速度性和经济性，被越来越多的领域所应用，快速切换开关安装运行后，不论暂降幅值如何，切换到正常供电的电源时，电压幅值可达到额定水平，可应对任意时长的电压暂降事件，但需要一定的切换时间T_switch。

T₀＜T_switch时，快速开关无法起到治理效果，T₀＞T_switch时，可将敏感设备切换到正常电源供电，其将不会受到暂降影响，其负荷缓减效果如图4a所示，经济性如图4b所示。

其中，SSTS设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×K(i)×S_容量×C_s (5)

式中，K(i)为额定电压等级系数；C_s为SSTS单位容量的市场价格。

(3.2)物理类治理方法；

物理类方法主要是以维持物理参数正常值为目的，对用户进行治理，使设备故障后，延缓物理参数下降速度，为设备重启争取更多时间。

具体手段有增加中间环节、加装储能设备等，此类方法会更具经济性。不同用户物理类治理方法不尽相同，以压气站为例，可采用在天然气系统中合理安装储气装置的暂降治理方法，从而改善暂降导致压气站中敏感设备压缩机故障时天然气系统供气不足的问题，提升节点气压，但补偿气压幅值和时间有限。

缓减负荷效果如图5a所示，经济效益如图5b所示。图5a中P_r为储气装置能提供最大补偿气压，T_s为储气装置可支撑。

其中，储气装置设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×S_容量×Cc (6)

式中，C_c为储气装置单位容量市场价格。

(4)比较各种治理方案纯效益，即V_纯效益的大小，越大说明该治理方案越佳。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，针对现有种类繁多的电压暂降治理方案，本发明提出的电压暂降治理效益评估方法，综合考虑治理设备补偿范围、用户设备暂降耐受力、用户侧暂降事件分布特点等，采用新的立方体体积指标直观描述各暂降治理方案治理效益，克服现有暂降治理评估方法的复杂操作、难以应用到实际中的不足，本发明所提方法更具实际工程指导意义。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

(1)获取电气手段治理设备电压补偿范围或物理手段治理设备过程参数补偿范围、用户设备暂降耐受能力和负荷物理参数耐受能力；

参数具体包括：用电设备电压额定值、电压暂降值和暂降治理方案实施后补偿值U_nom、U_o和U₁，过程参数额定值、阈值、暂降治理方案实施后补偿值p_nom、p_o和p₁，压缩机年度故障次数N，压缩机故障时间治理设备容量S，过程中断时间、电压暂降时间T₁、T₂，单位容量市场价格L₂，单位治理效果所获收益L₁；

(2)以立方体体积计算暂降治理方案实施后的纯效益；

治理方案所获纯效益为治理收益减去治理设备投入成本，计算暂降治理方案实施收益立方体体积，设备投入成本立方体体积，两者相减得到纯效益；

暂降治理方案实施后的年度纯效益计算公式如下：

V_纯效益＝N×(V_收益-V_成本)

V_成本＝(1+α)×S_容量×L₂

式中，V_纯效益为治理方案实施后带来的纯效益，V_收益为治理方案实施后减少损失带来的收益，V_成本为进行治理所需成本费用，N为年度压缩机故障次数；

S_效果为治理方案实施后带来的效果面积大小，L₁为该方案单位效果面积所带来的收益，为物理手段治理设备的方案单位效果面积所带来的收益，/>为电气手段治理设备的方案单位效果面积所带来的收益；p_nom、p_o和p₁分别为过程参数额定值、用户过程参数阈值和治理方案实施后过程参数补偿达到的值，U_nom、U_o和U₁分别为用电设备电压额定值、电压暂降值和治理方案实施后电压被补偿达到的值，T₁为过程中断时间，T₂为电压暂降时间；

α为年运行维护成本系数，S_容量为治理设备容量，L₂为治理设备单位容量所需的成本费用；

(3)计算各种暂降治理方案实施后的纯效益；(4)比较各种治理方案纯效益，越大说明该治理方案越佳。

2.根据权利要求1所述的基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，其特征在于，

暂降治理方案分为电气类治理方案和物理类治理方案。

3.根据权利要求2所述的基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，其特征在于，

电气类治理方案包括安装动态电压恢复器和固态切换开关的治理方案。

4.根据权利要求2所述的基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，其特征在于，

物理类治理方案包括安装储气装置的治理方案。

5.根据权利要求3所述的基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，其特征在于，

动态电压恢复器的设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×S_容量×C_d

式中，C_d为动态电压恢复器单位容量的市场价格。

6.根据权利要求3所述的基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，其特征在于，

固态切换开关的设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×K(i)×S_容量×C_s

式中，K(i)为额定电压等级系数；C_s为SSTS单位容量的市场价格。

7.根据权利要求4所述的基于等效体积的电压暂降治理效益量化评价方法，其特征在于，

储气装置的设备成本计算公式为：

V_成本＝(1+α)×S_容量×Cc

式中，C_c为储气装置单位容量市场价。