一种电压暂降治理优化方法及系统与流程

本发明属于电压暂降治理技术领域，具体涉及一种电压暂降治理优化方法及系统。

背景技术：

随着数字化、信息化技术在各领域的广泛应用，越来越多的敏感设备接入电力系统，在提高各行业生产力水平的同时，使电力系统负荷呈现出传统负荷占80%，高科技属性负荷占20%的新格局。其中，以cpu、微电子、电力电子、数字化和信息化技术为核心的高科技负荷设备，对电压暂降（voltagesag）非常敏感。按照ieee的定义，电压暂降为电压有效值在短时间内下降到正常电压的90%~10%，典型持续时间为0.5周波到1分钟，能自动恢复的电能质量扰动事件。

产生电压暂降事件的原因很多，普遍认为包括系统内的短路故障、大型电动机起动、大型变压器空载激磁、大容量无功补偿电容器组的投切等，但这些原因可统一归结为短时间内从系统突然汲出一个大电流（包括有功分量和无功分量，其中，无功分量的影响更突出），并自动恢复。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。

电力系统内不可避免的电压暂降事件，与越来越敏感的设备之间的矛盾日益突出，使电压暂降问题成为了近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。电压暂降的治理问题本质上是供电电压暂降水平与用电设备电压暂降耐受能力的兼容性问题，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。

现有的电压暂降治理技术仅考虑电压补偿范围和发生电压暂降事件时治理设备的响应时间两个因素，并没有考虑其他因素（例如暂降治理设备存在电压补偿范围大但响应时间长或电压补偿范围小但响应时间也短、用户设备暂降耐受力等），因为电压暂降治理技术考虑信息不全面，导致给出的指标数据准确性和可靠性差，无法为用户制定电压暂降治理方案提供有效可靠的数据支撑，电压暂降治理的有效性和可靠性较低。

技术实现要素：

为了解决现有电压暂降治理技术考虑因素不全面，使得电压暂降治理的有效性和可靠性较低的技术问题，本发明提供了一种电压暂降治理优化方法。本发明综合考虑电压暂降治理设备电压补偿范围、响应时间和电压可支撑时间多个技术因素，同时结合用户设备暂降耐受力和用户侧暂降事件分布特点，给出了准确可靠的优化指标，用于辅助用户制定更加准确可靠的电压暂降治理方案。

本发明通过下述技术方案实现：

一种电压暂降治理优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤s1，获取敏感负荷暂降耐受力，电压暂降治理设备的切换时间、响应时间、电压可支撑时间和最大补偿电压幅值；

步骤s2，由电压幅值-持续时间平面上的电压耐受曲线表征考虑敏感负荷暂降耐受力的各治理设备或设备组合治理性能，所述电压耐受曲线包括正常运行区、新增正常运行区和非正常运行区；

步骤s3，根据用户侧电压暂降历史监测数据，计算各暂降治理设备或设备组合的新增正常运行区范围内的电压暂降事件发生的概率；

步骤s4，比较各暂降治理设备或设备组合的大小，越大，表明该暂降治理设备或设备组合的电压暂降治理效果越好，则选择最大时对应的暂降治理设备或设备组合方案实现电压暂降优化治理。

优选的，本发明的步骤s1中所述敏感负荷暂降耐受力由电压幅值-持续时间平面上的电压耐受曲线表示，所述电压耐受曲线呈矩形，且或的部分为正常运行区，且的部分为非正常运行区；

其中，为暂降事件的电压幅值，为暂降事件的持续时间，为敏感负荷能否正常运行的电压阈值，为敏感负荷能否正常运行的时间阈值。

优选的，本发明的步骤s2中的电压暂降治理设备采用切换型治理设备时，考虑敏感负荷暂降耐受力的切换型治理设备治理性能，具体为：

当时，切换型治理设备无法避免更多的电压暂降事件；

当时，敏感负荷将不受电压暂降的影响，原非正常运行区变为新增正常运行区；

为切换型治理设备的切换时间。

优选的，本发明的步骤s2中的电压暂降治理设备采用补偿型治理设备时，考虑敏感负荷暂降耐受力的补偿型治理设备治理性能，具体为：

当补偿型治理设备采用在线式不间断电源时，在发生电压暂降时，在线式不间断电源无需响应时间，其储能单元可支撑长于60s的供电中断，即可避免所有的电压暂降事件，原非正常运行区变为新增正常运行区；

当补偿型治理设备采用dvr时，在发生电压暂降时，dvr的电压补偿幅值受自身容量的限制，新增正常运行区为：且；

其中，为dvr的电压可支撑时间，为dvr提供最大补充电压幅值后负荷能保持正常状态的残余电压阈值，满足：。

优选的，本发明的步骤s2中的电压暂降治理设备采用切换型治理设备与补偿型治理设备的组合时，考虑敏感负荷暂降耐受力的设备组合治理性能，具体为：

当时，dvr能迅速给予电压支撑，但受限于储能，电压支撑时间有限，在dvr储能单元能量用完之前，如果上级电源安装有切换型治理设备，则将供电切换至正常电源，此时敏感负荷新增正常运行区为：且；

当时，敏感负荷不会受暂降影响，原非正常运行区变为新增正常运行区。

优选的，本发明的步骤s3中电压暂降事件发生的概率通过下式计算得到：

式中，，为用户侧电压暂降事件总数量，为落于正常运行区的电压暂降事件数量，为落于新增正常运行区的电压暂降事件数量，为落于非正常运行区的电压暂降事件数量。

另一方面，本发明还提出了一种电压暂降治理优化系统，该系统包括数据获取模块、图形化处理模块、计算模块和优化模块；

所述数据获取模块用于获取敏感负荷暂降耐受力，电压暂降治理设备的切换时间、响应时间、电压可支撑时间和最大补偿电压幅值；

所述图形化处理模块采用电压幅值-持续时间平面上的电压耐受曲线表征考虑敏感负荷暂降耐受力的各治理设备或设备组合治理性能，所述电压耐受曲线包括正常运行区、新增正常运行区和非正常运行区；

所述计算模块根据用户侧电压暂降历史监测数据，计算各暂降治理设备或设备组合的新增正常运行区范围内的电压暂降事件发生的概率；

所述优化模块通过比较各暂降治理设备或设备组合的大小，越大，表明该暂降治理设备或设备组合的电压暂降治理效果越好，则选择最大时对应的暂降治理设备或设备组合方案实现电压暂降优化治理。

本发明具有如下的优点和有益效果：

相较于现有电压暂降治理技术仅考虑电压补偿范围、响应时间或电压可支撑时间等单个技术指标，且未考虑用户设备暂降耐受力和用户侧暂降事件分布特点，从而导致存在电压暂降治理效果和可靠性差的缺点。本发明提出了一种综合考虑治理设备电压补偿范围、响应时间、电压可支撑时间、用户设备暂降耐受力、用户侧暂降事件分布特点的电压暂降治理优化方法及系统，采用新的指标（新增正常运行区面积范围内所包含电压暂降事件发生的概率）来表征各暂降治理设备或设备组合治理效果，提高了电压暂降治理的有效性和可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的敏感设备电压耐受曲线示意图。

图3为本发明的切换型治理设备治理性能示意图。图3中，（a）表示时的治理性能示意图；（b）表示时的治理性能示意图。

图4为本发明的补偿型治理设备治理性能示意图。图4中，（a）表示安装在线式ups的治理性能示意图；（b）表示安装dvr的治理性能示意图。

图5为本发明的切换型治理设备和补偿型治理设备组合治理性能示意图。图5中，（a）表示时的治理性能示意图；（b）表示时的治理性能示意图。

图6为本发明的系统原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了一种综合考虑治理设备电压补偿范围、响应时间、电压可支撑时间、用户设备暂降耐受力、用户侧暂降事件分布特点的电压暂降治理优化方法，本实施例的方法采用新增正常运行区面积范围内所包含电压暂降事件发生的概率来表征各暂降治理设备或设备组合治理效果。

具体如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤s1，获取敏感负荷暂降耐受力，电压暂降治理设备的切换时间、响应时间、电压可支撑时间和最大补偿电压幅值。

敏感设备受电压暂降的影响取决于供电系统电压暂降特性(通常考虑电压幅值和持续时间)和设备电压耐受能力。设备的电压暂降敏感性是指设备对电压暂降的敏感程度，即设备在经受电压暂降干扰时能否正常工作的特性，通常用电压幅值-持续时间平面上的电压耐受曲线描述，电压耐受曲线一般呈矩形，如图2所示。

图2中,为暂降事件的电压幅值(剩余幅值)，为暂降事件的持续时间，和分别为敏感负荷能否正常运行的电压和时间阈值，可实测或根据现有研究、文献获取。或的部分为正常运行区，且的部分为非正常运行区。

步骤s2，由电压幅值-持续时间平面上的电压耐受曲线表征考虑敏感负荷暂降耐受力的各治理设备或设备组合治理性能，所述电压耐受曲线包括正常运行区、新增正常运行区和非正常运行区。

在用户侧安装电压暂降治理设备，治理设备的运行原理和技术参数的不同造成其治理性能存在差异，结合敏感设备的暂降耐受能力（和），可图形化直观展示出因安装不同暂降治理设备所能避免的电压暂降事件，包括以下几种不同类型暂降治理设备或设备组合：

a.切换型设备

切换型治理设备安装运行之后，不论暂降事件深度如何，切换到正常供电的电源时，电压幅值可达到额定水平，能应对任意时长的电压暂降事件，但需要一定的切换时间，能避免的电压暂降事件如图2所示。图中外围实线与坐标轴所围区域是电压暂降的定义范围，当时，切换型设备无法避免更多的电压暂降事件，如图3(a)所示，此时有无安装该治理设备，情况是一样的；当时，敏感负荷将不受电压暂降的影响，原非正常运行区变为新增正常运行区，如图3(b)所示，暂降特征量（电压暂降幅值和持续时间）属于新增正常运行区的暂降事件不会对敏感设备造成影响。不同切换型暂降治理设备因所用技术或目的不同，其切换速度或有所不同，即不同，可根据对应暂降治理设备的技术规范或厂家提供的设备铭牌获得。

b.补偿型设备

由于在线式不间断电源(uninterruptiblepowersystem，ups)的逆变器一直处于工作状态，因此当发生电压暂降时，在线式ups无需响应时间，其储能单元的设计也可支撑长于60秒的供电中断，安装在线式ups后，可避免所有的电压暂降事件，如图4(a)所示。dvr（dynamicvoltagerestorer，动态电压恢复器）所需响应速度短，但其受限于配套的储能单元，额定电压补偿时间短，而且dvr的电压补偿幅值受自身容量的限制，设备安装后，新增的正常运行区如图4(b)所示。

在图4中，、分别为dvr的响应时间和电压可支撑时间，为dvr提供最大补偿电压幅值后负荷能保持正常状态的残余电压阈值，满足下式关系

、和可根据对应暂降治理设备的技术规范或厂家提供的设备铭牌获得。

c.切换型与补偿型设备配合

当时，dvr能迅速给予电压支撑，但受限于储能，电压支撑时间有限，在dvr储能单元能量用完之前，若上级电源安装有切换型治理设备，可将供电切换至正常电源，此时敏感负荷新增正常运行区如图5(a)所示;当时，敏感负荷不会受暂降影响，如图5(b)所示。

针对同一暂降敏感负荷，可以用新增正常运行区面积s的大小来表示暂降治理设备性能的优劣，面积s越大，说明暂降治理设备性能越优。

步骤s3，根据用户侧电压暂降历史监测数据，计算各暂降治理设备或设备组合的新增正常运行区范围内的电压暂降事件发生的概率。

如果电压暂降事件在图3、图4和图5所表示的电压暂降事件定义范围内是均匀分布的，那么可以明显看出，新增正常运行区的面积s越大，说明该治理设备的治理效果越好。但用户侧遭受的电压暂降事件不是均匀分布的,即落在正常运行区、新增正常运行区和非正常运行区的电压暂降事件数不与所在区域的面积成正比。影响供电母线电压暂降的因素很多，包括系统结构、变压器联结方式、暂降原因、故障位置、系统运行方式与负荷水平、系统元件故障参数、气候与地理环境、设备老化与维修、系统保护类型与定值，以及保护与自动重合闸装置之间的配合等。因此，不同敏感用户所遭受电压暂降事件的特征量将会有所区别。

以图4为例进行说明，虽然图4（a）安装在线式ups所获得的新增正常运行区面积大于图4（b）安装dvr所获得的新增正常运行区面积，但是如果用户没有经受落于图4（b）非正常运行区内的电压暂降事件，那么安装在线式ups和安装dvr对该用户的电压暂降治理效果是一致的。因此，治理设备的电压暂降治理效果应该是能解决敏感用户会经受的电压暂降事件，进行电压暂降治理设备治理效果评估时有必要将用户侧暂降事件分布特点考虑在内。

以图4（b）为例，根据用户电压暂降历史监测数据，假设共有n次电压暂降事件记录，落于正常运行区、新增正常运行区和非正常运行区的电压暂降事件数分别为、和，满足，则可以计算得到新增正常运行区面积范围内所包含电压暂降事件发生的概率为：

越大，说明该暂降治理设备或设备组合的电压暂降治理效果越好。

步骤s4，比较各电压暂降治理设备或设备组合的大小，得到电压暂降治理优化方案。

越大，说明该暂降治理设备或设备组合的电压暂降治理效果越好。因此，本实施例根据各治理设备或设备组合的新增正常运行区面积范围内所包含电压暂降事件发生的概率的大小，选择概率最大对应的治理设备或设备组合方案作为电压暂降治理优化方案，实现电压暂降治理的优化，提高电压暂降治理的有效性和可靠性。

实施例2

基于上述实施例1的优化方法，本实施例提出了一种电压暂降治理优化系统，如图6所示，本实施例的系统包括数据获取模块、图形化处理模块、计算模块和优化模块；

本实施例的数据获取模块用于获取敏感负荷暂降耐受力，电压暂降治理设备的切换时间、响应时间、电压可支撑时间和最大补偿电压幅值（即数据获取模块用于执行步骤s1，并图形化表示敏感负荷暂降耐受力）

本实施例的图形化处理模块采用电压幅值-持续时间平面上的电压耐受曲线表征考虑敏感负荷暂降耐受力的各治理设备或设备组合治理性能，所述电压耐受曲线包括正常运行区、新增正常运行区和非正常运行区（即图形化处理模块用于执行步骤s2，图形化表示考虑敏感负荷暂降耐受力的各治理设备或设备组合治理性能）

本实施例的计算模块根据用户侧电压暂降历史监测数据，计算各暂降治理设备或设备组合的新增正常运行区范围内的电压暂降事件发生的概率（即计算模块用于执行步骤s3，计算新增正常运行区范围内的电压暂降事件发生的概率）

本实施例的优化模块通过比较各暂降治理设备或设备组合的大小，越大，表明该暂降治理设备或设备组合的电压暂降治理效果越好，则选择最大时对应的暂降治理设备或设备组合方案实现电压暂降优化治理。

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。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。