CN116154783A - 一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法、介质及系统 - Google Patents

一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法、介质及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法、介质及系统，包括：根据冶炼企业的电气主接线图确定所述冶炼企业的供电电源数量；将所述冶炼企业因电压波动停机的设备确定为针对电压暂降的待治理设备；确定每一所述待治理设备的治理设备；建立电压暂降治理的目标函数，其中，所述目标函数包括：最小治理方案总造价函数和最小治理容量冗余值函数，决策变量包括：所述冶炼企业配置的治理设备的数量和容量；在约束条件下，求解所述目标函数，得到所述决策变量，以对所述冶炼企业的电压暂降进行治理。本发明为大型冶炼企业提供电压暂降治理方案，使大型冶炼企业减少因电压暂降造成的经济损失。

Description

一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法、介质及系统
技术领域
本发明涉及电压暂降技术领域，尤其涉及一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法、介质及系统。
背景技术
随着现代电力系统中精密设备和敏感用户的不断增多，对电能质量提出了更高的要求。在各种电能质量问题中，由电压暂降引起的事故达到了总事故量的80％以上。电压暂降会使变频器失压保护动作、低压脱扣器动作、PLC控制器失灵，使大型冶炼企业的生产设备或厂务设备停机，进而造成连锁停机，对企业造成经济损失。对于大型冶炼企业，现有技术缺乏有效的电压暂降治理方法，使其因电压暂降造成经济损失较高。
发明内容
本发明实施例提供一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法、介质及系统，以解决对于大型冶炼企业，现有技术缺乏有效的电压暂降治理方法，使其因电压暂降造成经济损失较高的问题。
第一方面，提供一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法，包括：
根据冶炼企业的电气主接线图确定所述冶炼企业的供电电源数量；
将所述冶炼企业因电压波动停机的设备确定为针对电压暂降的待治理设备；
确定每一所述待治理设备的治理设备；
建立电压暂降治理的目标函数，其中，所述目标函数包括：最小治理方案总造价函数和最小治理容量冗余值函数，决策变量包括：所述冶炼企业配置的治理设备的数量和容量；
在约束条件下，求解所述目标函数，得到所述决策变量，以对所述冶炼企业的电压暂降进行治理。
第二方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述第一方面实施例所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法。
第三方面，提供一种面向冶炼企业的电压暂降治理系统，包括：如上述第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。
这样，本发明实施例，为大型冶炼企业提供电压暂降治理方案，使大型冶炼企业减少因电压暂降造成的经济损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的面向冶炼企业的电压暂降治理方法的流程图；
图2是本发明实施例的冶炼企业的故障树示意图；
图3是本发明实施例的待治理设备发生故障的最小电压幅值和耐受时间的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法。如图1所示，该方法包括如下的步骤：
步骤S101：根据冶炼企业的电气主接线图确定冶炼企业的供电电源数量。
其中，供电电源数量为1个或2个，即单电源供电或双电源供电。具体可通过冶炼企业的电气主接线图确定供电点母线名称以及电压等级，从而确定该企业是单电源供电还是双电源供电。
步骤S102：将冶炼企业因电压波动停机的设备确定为针对电压暂降的待治理设备。
具体的，该步骤包括如下的过程：
(1)获取冶炼企业历史记录的因遭遇电压暂降而停机的设备。
这些设备一般包括：生产设备和厂务设备。生产设备例如是研磨机、电弧炉等。厂务设备例如是PCW水冷却设备等。
(2)确定因遭遇电压暂降而停机的设备的影响原因。
其中，影响原因包括：因电压波动停机和因辅助的厂务设备停机而引起的连锁停机。
具体执行时，可根据影响原因将受影响的设备以串联/并联的形式绘制成故障树，如图2所示，分别按“因电压波动停机”和“因辅助的厂务设备停机而引起的连锁停机”两个原因对应以上停机的设备。
(3)将“因电压波动停机”的设备确定为待治理设备。
待治理设备发生故障的最小电压幅值U0和耐受时间Te如图3所示。
步骤S103：确定每一待治理设备的治理设备。
其中，治理设备包括：快速机械切换开关(high speed mechanical transferswitch，HSMTS)、固态切换开关(soild state transfer switch，SSTS)、动态电压恢复器(dynamic voltage restorer，DVR)和在线式不间断电源(uninterruptible powersystem，UPS)，其中，快速机械切换开关和固态切换开关为切换型治理设备，动态电压恢复器和在线式不间断电源为补偿型治理设备。
基于此，该步骤包括如下的四种情况：
(1)当待治理设备的用电电压等级大于10kV，且冶炼企业为双电源供电时，选择快速机械切换开关为治理设备。
(2)当待治理设备的用电电压等级为380V，待治理设备的耐受时间大于10ms，且冶炼企业为双电源供电时，选择固态切换开关为治理设备。
(3)当待治理设备的用电电压等级为380V，待治理设备的耐受时间大于5ms，且冶炼企业为单电源供电时，选择动态电压恢复器为治理设备。
(4)当待治理设备的用电电压等级为380V，待治理设备的耐受时间不大于5ms时，选择在线式不间断电源为治理设备。
步骤S104：建立电压暂降治理的目标函数。
其中，目标函数包括：最小治理方案总造价函数和最小治理容量冗余值函数。
具体的，最小治理方案总造价函数为：
Figure BDA0003841486020000041
其中，C表示治理方案总造价，FH,j、FS,m、FD,p、FU,q分别表示待治理设备j配置的快速机械切换开关、待治理设备m配置的固态切换开关、待治理设备p配置的动态电压恢复器、待治理设备q配置的在线式不间断电源的数量，PH、PS、PD、PU分别表示快速机械切换开关、固态切换开关、动态电压恢复器、在线式不间断电源的单价，SH,j、SS,m、SD,p、SU,q分别表示待治理设备j配置的快速机械切换开关、待治理设备m配置的固态切换开关、待治理设备p配置的动态电压恢复器、待治理设备q配置的在线式不间断电源的容量，J、M、P、Q分别表示待治理设备j、待治理设备m、待治理设备p、待治理设备q的数量。
其中，PH、PS、PD、PU如表1所示。
表1 PH、PS、PD、PU
治理设备 市场价格
HSMTS 55元/kVA
SSTS 450元/kVA
DVR 2500元/kVA
UPS 3000元/kVA
具体的，最小治理容量冗余值函数为：
Figure BDA0003841486020000051
其中，S表示治理容量冗余值，SB,j、SB,m、SB,p、SB,q分别表示配置快速机械切换开关的待治理设备j、配置固态切换开关的待治理设备m、配置动态电压恢复器的待治理设备p、配置在线式不间断电源治理的待治理设备q的容量，UB,j、UB,m分别表示配置快速机械切换开关的待治理设备j、配置固态切换开关的待治理设备m的额定电压。
基于上述的目标函数，本发明实施例的决策变量包括：冶炼企业配置的治理设备的数量和容量，即决策变量为FH,j、FS,m、FD,p、FU,q、SH,j、SS,m、SD,p、SU,q。
步骤S105：在约束条件下，求解目标函数，得到决策变量，以对冶炼企业的电压暂降进行治理。
具体的，本发明实施例包括如下的约束条件：
(1)同一配电变压器(10kV/400V)低压侧治理设备约束如下：
0≤FD,i+FU,i≤1,FD,i,FU,i∈{0,1}。
其中，FD,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的动态电压恢复器的数量，FU,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的在线式不间断电源的数量。配电变压器为10kV/400V变压器。
该约束确保同一个配电变压器低压侧处只配置一台补偿型治理设备或不配置补偿型治理设备。
(2)冶炼企业治理设备约束如下：
0≤FH+FS≤1,FH,FS∈{0,1}。
其中，FH表示冶炼企业配置的快速机械切换开关的数量，FS表示冶炼企业配置的固态切换开关的数量。
该约束确保企业只配置一台切换型治理设备或不配置切换型治理设备。
(3)同一配电变压器低压侧待治理设备的等效耐受时间约束如下：
T0＝min{T1,T2,...,TN}。
其中，T0表示同一配电变压器低压侧待治理设备的等效耐受时间，T1～TN分别表示同一配电变压器低压侧各待治理设备的耐受时间。
(4)同一配电变压器低压侧切换型与补偿型治理设备的保护重叠区域约束如下：
Figure BDA0003841486020000061
其中，n表示冶炼企业的供电电源数量。
切换型治理设备适用于高电压等级，如10kV。当在高电压等级处已安装切换型治理设备时，位于低压处(如380V)的易受电压暂降影响的待治理设备可同时受到来自切换型治理设备的保护，因此，通过上述约束，计算切换型与补偿型治理设备的保护重叠区域，减少冗余治理容量，可减少治理成本。
上述约束表明，当T0>10ms，n＝2(双电源供电)，企业配置快速机械切换开关或固态切换开关时，无需配置动态电压恢复器；当T0≤10ms，n＝2(双电源供电)，企业配置快速机械切换开关或固态切换开关时，切换型治理设备无法与补偿型治理设备配合，因此需要配置额外的动态电压恢复器或者在线式不间断电源。
此外，选择治理设备容量需考虑待治理设备容量，因此存在如下的四种治理设备的容量约束。
(5)同一配电变压器低压侧快速机械切换开关的容量约束如下：
SH,i>IB,i。
其中，SH,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的快速机械切换开关的容量，单位为kA，IB,i表示安装该治理设备处断路器的开断容量，单位为kA。
(6)同一配电变压器低压侧固态切换开关的容量约束如下：
SS,i>IB,i。
其中，SS,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的固态切换开关的容量，单位为kA。
(7)同一配电变压器低压侧动态电压恢复器的容量约束如下：
Figure BDA0003841486020000071
其中，SD,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的动态电压恢复器的容量，单位MVA，SB,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i的容量，单位MVA。
(8)同一配电变压器低压侧在线式不间断电源的容量约束如下：
1.33SB,i≤SU,i≤1.5SB,i。
其中，SU,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的在线式不间断电源的容量，单位MVA。
(9)同一配电变压器低压侧快速机械切换开关的治理效果约束如下：
FH,i＝1,当UB,i＝10kV,n＝2,T0>10ms。
其中，FH,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的快速机械切换开关的数量,UB,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i的供电电压。
(10)同一配电变压器低压侧固态切换开关的治理效果约束如下：
FS,i＝1,当UB,i＝380V,n＝2,T0>10ms。
其中，FS,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的固态切换开关的数量。
(11)同一配电变压器低压侧动态电压恢复器的治理效果约束如下：
FD,i＝1,当UB,i＝380V,T0>10ms。
(12)同一配电变压器低压侧在线式不间断电源的治理效果约束如下：
FU,i＝1,当UB,i＝380V。
求解本发明实施例包含两个目标函数，涉及多目标优化，可采用cplex求解器求解。其中，最小治理方案总造价目标作为最重要的子目标，则最小治理方案总造价函数的优先级高于最小治理容量冗余值函数，并且最小治理容量冗余值函数的解的上限为1MW。因此，求解的过程中，当治理方案总造价最小，且治理容量冗余值不超过1MW，则确定对应的解为最优解。
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法。
本发明实施例还公开了一种面向冶炼企业的电压暂降治理系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。
综上，本发明实施例，为大型冶炼企业提供电压暂降治理方案，使大型冶炼企业减少因电压暂降造成的经济损失。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种面向冶炼企业的电压暂降治理方法，其特征在于，包括：
根据冶炼企业的电气主接线图确定所述冶炼企业的供电电源数量；
将所述冶炼企业因电压波动停机的设备确定为针对电压暂降的待治理设备；
确定每一所述待治理设备的治理设备；
建立电压暂降治理的目标函数，其中，所述目标函数包括：最小治理方案总造价函数和最小治理容量冗余值函数，决策变量包括：所述冶炼企业配置的治理设备的数量和容量；
在约束条件下，求解所述目标函数，得到所述决策变量，以对所述冶炼企业的电压暂降进行治理。
2.根据权利要求1所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法，其特征在于，所述治理设备包括：快速机械切换开关、固态切换开关、动态电压恢复器和在线式不间断电源，其中，所述快速机械切换开关和所述固态切换开关为切换型治理设备，所述动态电压恢复器和所述在线式不间断电源为补偿型治理设备。
3.根据权利要求2所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法，其特征在于，所述最小治理方案总造价函数为：
Figure FDA0003841486010000011
其中，C表示治理方案总造价，FH,j、FS,m、FD,p、FU,q分别表示待治理设备j配置的快速机械切换开关、待治理设备m配置的固态切换开关、待治理设备p配置的动态电压恢复器、待治理设备q配置的在线式不间断电源的数量，PH、PS、PD、PU分别表示快速机械切换开关、固态切换开关、动态电压恢复器、在线式不间断电源的单价，SH,j、SS,m、SD,p、SU,q分别表示待治理设备j配置的快速机械切换开关、待治理设备m配置的固态切换开关、待治理设备p配置的动态电压恢复器、待治理设备q配置的在线式不间断电源的容量，J、M、P、Q分别表示待治理设备j、待治理设备m、待治理设备p、待治理设备q的数量。
4.根据权利要求3所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法，其特征在于，所述最小治理容量冗余值函数为：
Figure FDA0003841486010000021
其中，S表示治理容量冗余值，SB,j、SB,m、SB,p、SB,q分别表示配置快速机械切换开关的待治理设备j、配置固态切换开关的待治理设备m、配置动态电压恢复器的待治理设备p、配置在线式不间断电源的待治理设备q的容量，UB,j、UB,m分别表示配置快速机械切换开关的待治理设备j、配置固态切换开关的待治理设备m的额定电压。
5.根据权利要求3所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法，其特征在于，所述约束条件包括：
(1)同一配电变压器低压侧治理设备约束如下：
0≤FD,i+FU,i≤1,FD,i,FU,i∈{0,1}；
其中，FD,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的动态电压恢复器的数量，FU,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的在线式不间断电源的数量；
(2)冶炼企业治理设备约束如下：
0≤FH+FS≤1,FH,FS∈{0,1}；
其中，FH表示冶炼企业配置的快速机械切换开关的数量，FS表示冶炼企业配置的固态切换开关的数量；
(3)同一配电变压器低压侧待治理设备的等效耐受时间约束如下：
T0＝min{T1,T2,...,TN}；
其中，T0表示同一配电变压器低压侧待治理设备的等效耐受时间，T1～TN分别表示同一配电变压器低压侧各待治理设备的耐受时间；
(4)同一配电变压器低压侧切换型与补偿型治理设备的保护重叠区域约束如下：
Figure FDA0003841486010000031
其中，n表示所述冶炼企业的供电电源数量；
(5)同一配电变压器低压侧快速机械切换开关的容量约束如下：
SH,i>IB,i；
其中，SH,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的快速机械切换开关的容量，IB,i表示安装该治理设备处断路器的开断容量；
(6)同一配电变压器低压侧固态切换开关的容量约束如下：
SS,i>IB,i；
其中，SS,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的固态切换开关的容量；
(7)同一配电变压器低压侧动态电压恢复器的容量约束如下：
Figure FDA0003841486010000032
其中，SD,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的动态电压恢复器的容量，SB,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i的容量；
(8)同一配电变压器低压侧在线式不间断电源的容量约束如下：
1.33SB,i≤SU,i≤1.5SB,i；
其中，SU,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的在线式不间断电源的容量；
(9)同一配电变压器低压侧快速机械切换开关的治理效果约束如下：
FH,i＝1,当UB,i＝10kV,n＝2,T0>10ms；
其中，FH,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的快速机械切换开关的数量,UB,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i的供电电压；
(10)同一配电变压器低压侧固态切换开关的治理效果约束如下：
FS,i＝1,当UB,i＝380V,n＝2,T0>10ms；
其中，FS,i表示同一配电变压器低压侧的待治理设备i配置的固态切换开关的数量；
(11)同一配电变压器低压侧动态电压恢复器的治理效果约束如下：
FD,i＝1,当UB,i＝380V,T0>10ms；
(12)同一配电变压器低压侧在线式不间断电源的治理效果约束如下：
FU,i＝1,当UB,i＝380V。
6.根据权利要求2所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法，其特征在于，所述确定每一所述待治理设备的治理设备的步骤，包括：
当所述待治理设备的用电电压等级大于10kV，且所述冶炼企业为双电源供电时，选择快速机械切换开关为治理设备；
当所述待治理设备的用电电压等级为380V，所述待治理设备的耐受时间大于10ms，且所述冶炼企业为双电源供电时，选择固态切换开关为治理设备；
当所述待治理设备的用电电压等级为380V，所述待治理设备的耐受时间大于5ms，且所述冶炼企业为单电源供电时，选择动态电压恢复器为治理设备；
当所述待治理设备的用电电压等级为380V，所述待治理设备的耐受时间不大于5ms时，选择在线式不间断电源为治理设备。
7.根据权利要求1所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法，其特征在于，所述求解所述目标函数的过程中，所述最小治理方案总造价函数的优先级高于所述最小治理容量冗余值函数，并且所述最小治理容量冗余值函数的解的上限为1MW。
8.根据权利要求1所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法，其特征在于：所述求解所述目标函数采用cplex求解器求解。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一项所述的面向冶炼企业的电压暂降治理方法。
10.一种面向冶炼企业的电压暂降治理系统，其特征在于，包括：如权利要求9所述的计算机可读存储介质。
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