（电力系统及其自动化专业论文）电压暂降的随机预估及其经济管理方法研究.pdf

电压暂降的随机预估及其 经济管理方法研究 ( 申请华北电力大学工学博士学位论文) 国家自然科学基金项目资助( 7 0 7 7 3 0 3 9 、7 0 9 1 113 0 0 16 ) 国家重点基础研究发展计划( 9 7 3 ) 课题资助( 2 0 0 9 c b 2 1 9 7 0 6 ) 培养单位： 一级学科： 专业名称： 研究生： 指导教师： 电气与电子工程学院 电气工程 电力系统及其自动化 杨晓东 李庚银教授 二oo 九年十二月 l ，_一0。“影哪 r e s e a r c ho ns t o c h a s t i ce s t i m a t i o na n d e c o n o m i cm a n a g e m e n to fv o l t a gsaganae m e n to l rv o l t a g e d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o n o r t hch i n ae l e c t r i cp o w e ru n i v e r s i t y i nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro fp h i l o s o p h y l n e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g b y y a n gx i a o d o n g s u p e r v i s e db y p r o f l ig e n g y i n s c h o o lo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g d e c e m b e r2 0 0 9 ，l j 。* “、 一 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文电压暂降的随机预估及其经济管 理方法研究，是本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡 献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：聋遨 e t 期：垄f 竺：! ：兰 导师签名： 日期： 随着电力系统 响电气设备正常运行和导致敏感负荷经济损失的主要原因。电压暂降的评估和管理 已成为电力系统安全运行、电能质量分析和需求侧管理的重要内容，而当前主要的 电压暂降分析和评估方法无法满足工程应用的要求。本文对电压暂降随机预估法和 经济管理方法进行了系统性研究，从系统故障模型、负荷模型和不确定因素的随机 模拟入手，提出了改进的电压暂降随机预估方法，并指导电压暂降的投资和管理决 策。本文的主要工作如下： ( 1 ) 提出基于系统重构( r c s ) 的复杂配电网电压暂降随机预估方法。通过对 复合序网的重构建立三相短路故障、单相接地故障、相间故障和两相接地短路故障 的r c s 模型，结合公共连接点( p c c ) 敏感负荷的i t i c 曲线求解4 种故障状态下 的暂降域及评估指标；进一步分析研究系统故障清除时间和变压器联结方式对p c c 电压暂降评估指标的影响。 ( 2 ) 建立计及负荷特性的电压暂降随机预估模型，在多项式负荷模型下构造 牛顿型迭代格式；针对故障状态下的病态潮流方程，运用具有方向选择能力的自适 应信赖域法和可变步长的l e v e n b e r g m a r q u a r d t 方法( l m 方法) 计算p c c 故障相暂 降域和评估指标，着重分析电流型、功率型负荷对电压暂降评估指标的影响；提出 分俞点理论，对最优乘子法、自适应信赖域法和可变步长l m 方法的收敛性进行对 比分析；对直接法迭代格式和牛顿法迭代格式的收敛性进行比较。 ( 3 ) 运用蒙特卡洛模拟法进行不确定条件下的电压暂降概率评估。算法考虑 分布式电源的随机启停、负荷波动、故障持续时间及负荷点经济损失特性等不确定 性因素的影响，运用敏感设备的特定能量函数对负荷点的经济损失进行分类概率估 计，在此基础上计算负荷点的电压暂降密度指标、经济损失指标和敏感负荷的期望 暂降频次( e s f ) 指标。 ( 4 ) 在电压暂降敏感度指标的基础上，提出电压暂降的最优投资及分配策略。 基于纳什均衡理论得出负荷点的电压暂降最优投资总额和最优削减量；运用交互式 逼近理想解排序法( t o p s i s ) 实现电压暂降治理投资在多个负荷点的最优分配，且 决策过程中考虑了不同类型电压暂降的治理技术水平；采用交互式权重向量确定方 法提取负荷点的优势信息，保证投资分配结果的客观性和合理性。 关键词：电压暂降随机预估；暂降域；负荷特性；不确定性因素；经济管理 一 华北电力大学博士学位论文 a b s t r a c t t h ev o l t a g es a g sh a v eb e c o m et h em a j o rc a u s et h a td i s t u r b st h en o r m a lo p e r a t i o no f e q u i p m e n t sa n dl e a d st oh u g ef i n a n c i a ll o s so fc o n s u m e r sw i t ht h ew i d e s p r e a du s eo f n e we l e c t r o n i cd e v i c e si np o w e rs y s t e m v o l t a g es a ga s s e s s m e n ta n dm a n a g e m e n ta r e b e c o m i n gi m p o r t a n tf o rs a f e t yo fp o w e rs y s t e mo p e r a t i o n ，p o w e rq u a l i t ya n a l y s i sa n d d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，b u tp r e s e n t l yp r i n c i p l ev o l t a g es a ga n a l y s i sa n da s s e s s m e n t m e t h o d sc a nn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fp o w e re n g i n e e r i n g i nt h i sp a p e r , t h e s t o c h a s t i ce s t i m a t i o nm e t h o da n de c o n o m i cm a n a g e m e n tm e t h o do fv o l t a g es a g sa r e r e s e a r c h e ds y s t e m a t i c a l l y f r o mt h es y s t e mf a u l tm o d e l ，l o a dm o d e la n dp r o b a b i l i s t i c s i m u l a t i o no fu n c e r t a i n t y , i m p r o v e da s s e s s m e n tm e t h o d so fv o l t a g es a g sa r ep r o p o s e dt o g u i d et h ev o l t a g es a gi n v e s t m e n ta n dm a n a g e m e n t t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i sp a p e r a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es y s t e mr e c o n f i g u r a t i o nm e t h o d ( r c s ) i sp r e s e n t e df o rs t o c h a s t i ce s t i m a t i o n o fv o l t a g es a g si nc o m p l e xd i s t r i b u t i o ns y s t e m s f r o mt h er e c o n f i g u r a t i o no fc o m p o u n d s e q u e n c en e t w o r ko fs y s t e mf a i l u r e s ，t h er c sm o d e l sf o rt h r e e p h a s ef a u l t ，s i n g l e l i n e t o g r o u n df a u l t ，l i n e - t o l i n ef a u l ta n dd o u b l el i n e - t o g r o u n df a u l ta r ee s t a b l i s h e d o n t h eb a s i so fi t i cc u r v eo fs e n s i t i v el o a d s ，t h ea r e ao fv u l n e r a b i l i t ya n da s s e s s m e n t i n d i c e so fv o l t a g es a gf o rp o i n to fc o m m o nc o u p l i n g ( p c c ) u n d e rf a u l t sa r eo b t a i n e d ， r e s p e c t i v e l y t h ei m p a c to fs y s t e mf a u l tc l e a r i n gt i m ea n d t r a n s f o r m e rc o n n e c t i o ns t y l e o nv o l t a g es a gi n d i c e so fp c ci sa n a l y z e da n dd i s c u s s e d ( 2 ) t h es t o c h a s t i ce s t i m a t i o nm o d e lo fv o l t a g es a g si se s t a b l i s h e dc o n s i d e r i n gl o a d c h a r a c t e r i s t i c s ，a n dn e w t o n s t y l ei t e r a t i v ef o r m a tw i t hp o l y n o m i a ll o a dm o d e li s u s e d b e c a u s et h ep o w e rf l o w e q u a t i o n s u n d e rf a u l t sa r ei 1 1 一c o n d i t i o n e d ，t h ea r e ao f v u l n e r a b i l i t ya n dp c ci n d i c e so fv o l t a g es a ga r ec a l c u l a t e db ya d a p t i v et r u s tr e g i o n m e t h o da n dl e v e n b e r g m a r q u a r d tm e t h o d ( l mm e t h o d ) w i t hv a r i a b l es t e p 。s i z e ，a n d i n d i c a t i n gt h ei m p a c to fc u r r e n ta n dp o w e rl o a do na s s e s s m e n ti n d i c e s t h eb i f u r c a t i o n p o i n ti sp r o p o s e dt oa n a l y z et h ec o n v e r g e n c e so fo p t i m a lm u l t i p l i e rm e t h o d ，a d a p t i v e t r u s tr e g i o nm e t h o da n dl mm e t h o dw i t hv a r i a b l es t e p s i z e t h ec o n v e r g e n c e so f i t e r a t i v ef o r m a tf r o md i r e c tm e t h o da n dn e w t o n s t y l ef o r m a ta r ec o m p a r e d ( 3 ) t h em o n t e c a r l o s i m u l a t i o ni su s e df o r p r o b a b i l i s t i c a s s e s s m e n tu n d e r u n c e r t a i n t y u n c e r t a i nf a c t o r ss u c ha ss t o c h a s t i cs t a r t s t o po fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，l o a d f l u c t u a t i o n ，f a u l td u r a t i o na n df i n a n c i a ll o s sp r o p e r t yo f l o a dp o i n t sa r ec o n s i d e r e db yt h e a s s e s s m e n tm e t h o d ，o nw h i c ht h ed e n s i t yi n d i c e so fl o a dp o i n ta n de s fi n d i c e so f s e n s i t i v el o a d sa r ec a l c u l a t e d t h ef i n a n c i a ll o s s d u et ov o l t a g es a g sa r ee s t i m a t e dl n p r o b a b i l i t ym e t h o db a s e d o nt h es p e c i f i ce n e r g yf u n c t i o no fs e n s i t i v e e q u i p m e n t s c o n s i d e r i n gt h ec l a s s i f i c a t i o no f s e n s i t i v ee q u i p m e n t s ( 4 ) t h co p t i m a li n v e s t m e n ta n da l l o c a t i o ns t r a t e g yo f v o l t a g es a g a l t ep r e s e n t e dw i t n s e n s i t i v i t yi n d i c e st ov o l t a g es a g t h en a s he q u i l i b r i u mt h e o r yi sa d o p t e df o rc a l c u l a t l n g t o t a li n v e s t m e n ta n do p t i m a ls a gr e d u c t i o n ；t h eo p t i m a la l l o c a t i o no fs a gi n v e s t m e n t l s c o m p l e t e dw i t hi n t e r a c t i v et o p s i s ( t e c h n i q u ef o ro r d e rp r e f e r e n c eb ys i m i l a r i t y t o i d e a ls o l u t i o n ) m e t h o d ，a n dt h et r e a t m e n tt e c h n o l o g yd i f f e r e n c eo f f o u rt y p e so fv o l t a g e s a g i sc o n s i d e r e dd u r i n gt h ed e c i s i o np r o c e s s i n t e r a c t i v em e t h o d i su s e dt od e t e m l n e t h ew e i 出v e c t o ra n dg e tt h es u p e r i o ri n f o r m a t i o n o fl o a dp o i n t sf o ro b j e c t i v l t y 觚d r a t i o n a l i t y k e yw 。r d s ：s t 。c h a s t i c e s t i m a t i 。n 。fv 。l t a g es a g s ；t h ea r e a 。fv u l n e r a b i l i t y ；l 。a d c h a r a c t e r i s t i c s ；u n c e r t a i n t y ；e c o n o m i cm a n a g e m e n t 华北电力大学博士学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 1 1 课题的研究背景l 1 2 课题的研究现状2 1 2 1 电压暂降评估的特征要素2 1 2 1 1 系统特性2 1 2 1 2 设备特性3 1 2 2 电压暂降评估方法4 1 2 2 1 技术性评估4 1 2 2 2 经济性评估。5 1 2 3 电压暂降的经济管理一：7 1 2 4 电压暂降与供电可靠性9 1 3 本文的主要工作9 第二章电压暂降随机预估的数学模型1 1 2 1 随机预估法概述1 1 2 2 临界距离法1 1 2 2 1 辐射状配电系统一1 1 2 2 2 多电源并联配电系统1 2 2 2 3 环形配电系统1 3 2 2 4 不同电压等级间的传递1 4 2 2 5 评估指标1 4 2 3 直接法。1 4 2 3 1 故障模型一1 4 2 3 2 残压方程1 5 2 3 3 评估指标1 6 2 4 故障点法1 7 2 4 1 仿真模型一1 7 2 4 2 评估指标1 8 华北电力大学博士学位论文目录 2 5 小结18 第三章基于系统重构的电压暂降随机预估1 9 3 1 引言1 9 3 2r c $ 方法的理论模型1 9 3 2 1 三相短路故障( t p f ) o 1 9 3 2 2 单相接地故障( s l g f ) 2 0 3 2 3 相问短路故障( l l f ) 2 2 3 2 4 两相接地故障( d l g f ) 2 3 3 3r c s 方法的实现2 5 3 3 1 接地支路的处理2 5 3 3 2r c s 方法的计算流程2 5 3 4r c s 方法的应用。2 7 3 4 1 系统结构及参数2 7 3 4 2 系统故障清除时间对评估结果的影响2 7 3 4 3 变压器联结方式对评估结果的影响。2 7 3 5 小结2 9 第四章计及负荷特眭的电压暂降随机预估3 0 4 1 引言3 0 4 2 直接法的评估模型3 0 4 2 1 负荷模型3 0 4 2 2 直接法的迭代格式3 1 4 3 改进的电压暂降随机预估方法3 1 4 3 1 牛顿型迭代格式。3 1 4 3 2 自适应信赖域算法3 3 4 3 3 l e v e n b e r g m a r q u a r d t 方法3 5 4 3 3 1 单位步长的l m 方法3 5 4 3 3 2 可变步长的l m 方法3 6 4 3 4 评估流程3 7 4 4 实例分析3 8 4 4 1 算法验证3 8 4 4 2 收敛性分析3 9 5 3 电压暂降幅值的计算4 4 5 3 1 三相短路故障4 4 5 3 2 单相接地故障一4 4 5 3 3 相间短路故障4 5 5 3 4 两相接地故障。4 5 5 4 电压暂降经济损失指标4 5 5 5 计算流程4 7 5 6 实例分析4 8 5 7 小结4 9 第六章电压暂降的经济管理决策5 1 6 1 引言5 1 6 2 电压暂降投资水平的确定5 1 6 3 电压暂降投资的最优分配策略5 2 6 3 1 电压暂降敏感度指标5 2 6 3 2 电压暂降控制模型5 3 6 3 3 决策方法5 4 6 3 3 1t o p s i s 决策方法5 4 6 3 3 2 交互式t o p s i s 决策方法5 4 6 4 实例分析5 6 6 5 小结5 8 第七章结论与展望。5 9 l n 华北电力大学博士学位论文目录 参考文献6 l 致 射7 0 附录1i e e e 3 0 节点试验系统的标准试验数据。7 1 附录2i e e e 3 0 节点试验系统的测试结果7 4 个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表8 9 华北电力大学博士学位论文 1 1 课题的研究背景 第一章绪论 随着现代科学技术的发展，电力用户对电能质量及供电可靠性提出了更高的要 求。在诸多电能质量问题当中，电压暂降( v o l t a g es a g ) 首当其冲【l 】。根据i e e e 的 定义f 2 1 ，电压暂降( 跌落、凹陷) 是指供电系统中工频电压有效值突然下降至额定 值的1 0 - 9 0 ，并在持续1 0 m s l m i n 后恢复正常的电能质量现象。国际电工委员 会( i e c ) 则将其定义为下降至额定值的9 0 l 。当电压有效值降低至接近于零 时，称为短时中断。由于二者的产生原因及本质相同，因此在工业标准及实际应用 中并不加以严格区分。 目前欧洲电力部门及用户对电压暂降的关注程度比其它电能指标( 如谐波、间 谐波、电压闪变及过电压等) 要高得多，其中一个重要原因是由于电压暂降引起的 用户投诉占整个电能质量问题的8 0 以上。在我国，随着社会经济的发展，电压暂 降和短时断电的问题也逐渐引起了供电公司、用户及制造厂商的关注，特别是在一 些高科技园区、大型医院、商场、军工单位和重要的政府部门。国家电网公司曾在 2 0 0 3 年对北京地区的电能质量问题进行调查和统计，调查对象涉及政府机关、部队、 医院、银行、半导体、电器制造等多个行业( 包括1 0 k v 、3 5 k v 和1 1 0 k v3 个供电 电压等级) 。图1 1 为本次调查中对用户电能质量状况的统计结果。 长时i u j 中断 谐驾瑟他 电爪暂降 短时中断 4 3 图1 1北京地区用户电能质量状况的统计结果 电压暂降与短时中断已成为最重要的电能质量问题，其根本原因是由于各种敏 感性设备( 对电压暂降敏感的用电设备，如可调速驱动设备、可编程逻辑控制器、 工业控制生产线以及计算机系统等) 的大量使用而造成用户经济损失。据统计，在 美国电压暂降对于工商业大用户的平均经济损失为7 6 9 4 美元次，平均短时中断损 失是1 1 0 2 7 美元次。我国首钢日电电子有限公司曾对电压暂降造成的生产工艺流水 线中断、设备停机损失进行过估算，认为单次暂降事故的平均经济损失在2 0 0 - - 一3 0 0 万元之间。 1 第一章绪论 i e e e 1 3 4 6 标准针对6 种典型的敏感性设备的电压耐受特性进行了分析，提出 了3 种不同程度的电压容忍曲线作为工程设计参考。其中，敏感性设备包括可编程 逻辑控制器( p l c ) 、可编程逻辑控制器输入装置( p l cc a r di n p u t ) 、可调速驱动设 备( a s d ) 、机电继电器( c o n t r o lr e l a y ) 、电机启动器( m o t o rs t a r t e r ) 和个人计算 机( p c ) 。此外，一些国际标准化组织还制定了与用电设备的耐受能力曲线相关的 行业标准，如计算机系统的i t i c 曲线和半导体的s e m l 4 7 曲线。 近年来，随着数字化通信技术、新能源技术的快速发展，智能电网已成为未来 电网的发展方向1 3 - 5 】。国家电网公司在2 0 0 9 年上半年公布的我国智能电网发展计划 中，明确地提出了“互动电网 的概念，将优质、友好、高效作为需求侧发展的主 要目标。改善电压质量、提高供电效率和实现节能减排是当前配电网规划、设计和 运行的主要任务。因此，必须对电压暂降进行监测、统计和评估，并对其进行有效 的控制和管理。 电压暂降的监测、统计和调查是解决需求侧电压质量问题的前提和必要手段， 也是制定电压暂降国家标准的基础。目前，美国、加拿大等发达国家已经开始对电 压暂降进行长期监测和调查。在我国，由于缺乏有效的监测手段和设备，因而无法 对需求侧每年经历的电压暂降频次、幅值、持续时间和造成的经济损失等进行详细 的统计。这种情况下，电压暂降的评估理论研究【6 7 】就显得尤为重要。 1 2 课题的研究现状 1 2 1 电压暂降评估的特征要素 1 2 1 1 系统特性 电压暂降的系统特性( p o w e rs y s t e mp e r f o r m a n c e ) 包括电压暂降幅值、持续时 间、相位跳变以及暂降频次等特征量，如图1 2 所示。 图1 2 电压暂降的电气特征示意图 1 ) 电压暂降幅值是指故障期间负荷母线电压的最低值( 图1 2 中) ，主要取 决于故障点的位置、故障类型和变压器接线方式以及接地阻抗等因素，一般以r m s 2 华北电力大学博士学位论文 际系统中，保护特性及各种补偿设备也可能对电压暂降幅值产生较大值表示。在实 影响【8 ，9 1 。 2 ) 电压暂降的持续时间是指暂降从发生到结束的时间( 图1 2 中n 、t 2 ) ，一 般由保护设备的故障清除时间决定。配电系统的故障清除时间大多在l o o m s 一5 0 0 m s 之间。按照持续时间的不同，电压暂降可以分为瞬时( 0 5 3 0 c y c l e ) 、暂时( 3 0 e y c l e - - - 3 s ) 和短时( 3 s l m i n ) 3 种情形。 3 ) 相位跳变是故障时由于系统结构的突然变化导致的相位突变。多数情况下 相位跳变的程度较轻，只有在含电缆线路的配电系统中表现较为明显。由于相位跳 变对用户的影响程度较小，因此目前的评估指标均不考虑其影响。 4 ) 电压暂降频次也是电压暂降评估的主要因素。电压暂降主要由系统故障和 电机启动引起。由系统故障导致的电压暂降一般波及范围广，持续时间短；由电机 启动或冲击性负荷的投运引起的电压暂降持续时间较长，但暂降程度小，影响范围 有限。因此，电压暂降的评估主要考虑系统故障的影响，只在特定情况下对电机启 动等负荷因素进行分析。 1 2 1 2 设备特性 设备特性( e q u i p m e n tp e r f o r m a n c e ) 是指敏感设备的电压耐受能力。2 0 世纪8 0 年代，美国计算机商业设备制造者协会c b e m a ( c o m p u t e r a n db u s i n e s se q u i p m e n t m a n u f a c t u r i n ga s s o c i a t i o n ) 基于大型计算机对电压质量的要求，提出了电压允许的 c b e m a 曲线。c b e m a 曲线描述了计算机承受某种幅度及持续时间的电压暂降或 暂升的能力，对合格电压和不合格电压进行了区分，目前已成为国际标准。i t i c ( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi n d u s t r yc o u n c i l ) 曲线是对c b e m a 曲线修订后的电压容 限曲线( 见图1 3 ) ，修订后的电压暂降幅值和持续时间有了明确的对应关系，因而 具有更高的实用性。 d u r a t i o n ( s ) 图1 - 3 用户设备敏感曲线 3 第一章绪论 1 2 2 电压暂降评估方法 1 2 2 - 1 技术性评估 电压暂降的技术性评估方法可分为两大类，基于实测统计【1 0 彤】的方法和随机预 估【1 ”6 j 白 j 3 - n 。实测统计方法以r c d u g a n 提出的方法为代表，最初用于系统平均 有效值波动指标s a r v i x t c j 计算。 了n i s a 肛0 = 气 ( 1 一1 ) i v r 其中，删为临界电压有效值与额定电压之比，可取1 1 0 、9 0 、8 0 、5 0 和1 0 等值；m 为电压幅值百分比低于燃( 暂降) 或高于麟( 突升) 的用户数量；坼 为统计的用户总数。在此基础上派生出s i a r f i x ( 瞬时) 、瓢甜跚( 暂时) 和s t a r f i x ( 短时) 3 类指标。 鉴于s a r f i x 指标无法反映出暂降的持续时间，i e e ep 1 5 6 4 电压暂降评估指标 研究工作组又推荐了暂降能量指标： = k l 一笋) 2 1 0 0 a r t 0 - 2 ) 07 晰 式中，坎f ) 为暂降过程中的电压暂降幅值，圪册为正常工作电压，哟暂降持续时间。 e v s 指标能够较准确地描述单次电压暂降事件的电气特征，但不便于应用，因此在 i e e e 标准中通常采用密度指标的形式。表1 1 、1 2 为i e e e 推荐的电压暂降幅值一持 续时间表。 i e c 标准中使用“电磁兼容 来描述系统电压暂降与负荷设备之间的兼容特性， 将干扰水平、抗扰水平、干扰限值、抗扰限值等参数作为兼容性指标，应用非常直 观、高效。目前，i e c 6 1 0 0 0 2 8 技术统计表已成为国际技术报告推荐的表格形式。 表1 - 1i e e e 推荐的单项密度表 4 华北电力大学博士学位论文 表1 2i e e e 推荐的累积密度表 暂降幄值 。狐2 持箬产狐6狐8 9 0 4 9 91 3 98 46 15 2 8 0 2 5 47 44 73 63 1 7 0 1 5 8 5 53 62 92 6 6 0 1 0 9 4 5 3 1 2 62 4 5 0 8 o3 82 92 52 3 4 0 6 23 42 72 32 3 3 0 4 93 12 62 32 2 2 0 4 22 82 42 22 2 1 0 3 5 2 52 22 12 1 电压暂降的随机预估法是基于理论计算或仿真的评估方法，主要包括临界距离 法【1 6 。2 4 1 、直接法【2 5 2 9 1 和故障点法【3 0 3 6 l 。其中，故障点法一般需要借助仿真工具实现。 相对于实测统计法，随机预估法一般不需要额外的设备和投资，因此成为电压暂降 密度指标计算的首选方法；另一方面，可以结合p c c ( p o i n to f c o m m o nc o u p l i n g ) 的负荷敏感曲线( 如前文所述c b e m a 曲线和i t i c 曲线) ，得到针对敏感负荷的评 估指标。 敏感性负荷在电力系统中的广泛使用对电压暂降评估方法的准确性和快速性 提出了更高的要求。目前的电压暂降随机预估方法大多忽略了变压器的接线方式、 负荷特性等因素对评估指标的影响，理论模型和算法并不完善。故障点法可以较好 地解决这一问题，但计算速度和通用性受到很大限制。因此，有必要进一步完善电 压暂降的理论模型和评估方式，提出改进的随机预估方法以弥补传统的电压暂降评 估方法的不足，建立更完善的电压暂降评估体系。 电力系统中的不确定性因素正在发挥越来越重要的作用【3 7 4 2 1 。随着新能源的开 发和使用，分布式发电和微网技术成为输配电领域新兴的研究方向【4 3 4 5 1 。已有众多 的学者对分布式电源的建模和启停计划展开了系统性研究【4 每4 9 1 ，但是其随机性对电 压暂降评估指标的影响还缺乏进一步研究。另外，系统运行方式的变化、负荷点的 经济损失特性也具有一定的不确定性。因此，不确定条件下电压暂降评估指标的计 算就成为当前电压暂降随机预估的重要内容。 1 2 。2 2 经济性评估 电压暂降的危害主要体现在造成敏感用户的巨大经济损失。因此，电压暂降的 经济性评估【5 0 。5 8 】也是电能质量控制、管理和安全供电的基础性工作之一。i e e e 标准 中定义了用户经济损失，并对其进行了详细的分类，在经济评估中予以参考，如图 1 4 所示。 写 第一章绪论 f 产品损失 r 翘q = 用户经济损失产品质量损失 - l 附加损失f 客户及业务流火 一 1 合同罚款及赔偿 图1 - 4i e e e 标准对朋户经济损失的分类 图1 4 中，停产相关损失和产品质量损失是用户经济损失的主要方面。产品质量 损失又包括废品处理和二次加工费用，而附加损失更多的表现为间接的经济损失。 此外，用户可能采取相应的缓解措施，如提高设备的可靠性、加装u p s 等，因此， 详细的经济评估还应当计及敏感用户的电能质量投资。 电压暂降的经济性评估指标是反映电压暂降事件导致国民经济损失水平的重 要标志。目前电压暂降经济性评估指标大多由实测统计法得出f 5 9 6 ，包括电压暂降 统计数据和用户经济损失统计数据两个方面。 ( 1 ) 负荷点的年电压暂降损失l 州 l 州= 瓦c ( 1 - 3 ) 式中，凡。j 为负荷点i 的年电压暂降频率；g 为一次电压暂降事故造成负荷点i 的平 均停运损失。在负荷点指标的基础上可以进一步得到系统指标。 ( 2 ) 用户平均电压暂降事件经济损失指标a c s c 和系统平均电压暂降事件经 济损失指标a c s s 兰兰( 皤) 。 q 饿2 麓一 兰兰( 皤) 。 巳2 虬铲 ( 1 4 ) ( 1 5 ) 式中，s 鹏为用户k 的年暂降事件次数；( ) 七为用户梯i 次暂降的经济损失；地为 系统内发生电压暂降的用户数；为系统总用户数。 电压暂降的经济性评估方法主要分为两大类：确定性分析方法【5 0 1 和概率评估方 法【s 2 搿】。文 5 0 】将敏感性负荷大致分为民用、农业、工业、商业和公共类5 种类型。 6 华北电力大学博士学位论文 统计或估算各类敏感性负荷的暂降频次，然后根据每一类负荷单次暂降的事故损失 计算相应的经济损失。文【5 2 】针对工业过程生产线的电压敏感特性提出了概率评估 方法，利用二元概率分布函数对工业生产线的电压暂降事故损失建模，并充分考虑 了设备敏感度和连接位置对经济损失的影响。文 5 4 j e 用质量工程理论和信噪比技 术对用户的暂降损失进行估计，提出了电压暂降幅值与经济损失之间的映射函数一 一质量损失函数，并以此计算经济损失指标。 电压暂降的经济性评估主要是针对负荷点( 或配电系统) 而言，因而负荷分类 是电压暂降的经济性评估工作的重要步骤【6 2 巧6 1 。欧美国家较早的丌展了对用户经济 损失的调查和统计，以及对敏感用户进行分类评估。按照负荷敏感程度的不同，可 以大致将敏感负荷分为4 类【5 3 】：民用负荷、商业负荷、中小工业负荷及大工业负荷。 其中，工业负荷对电压暂降表现最为敏感，经济损失程度在所有负荷类型中最高。 其次为商业类负荷。民用负荷对电压暂降的敏感程度最低，因此在一般的评估工作 中可以忽略不计。按照设备类型的不同，可以分为交流感应电动机、可编程逻辑控 制器、交流电机的可调速驱动装置、过程控制计算机、模拟传感器、阻性负载、直 流电动机、直流电动机的可调速驱动装置、电弧炉、高频照明装置、信息处理设备 和电梯等。在我国，信息处理设备、阻性负荷、电机可调速驱动装置、可编程逻辑 控制器、模拟传感器、交流感应电动机及过程控制计算机是主要的负荷类型。敏感 性负荷的划分更多的涉及到地域性、主观性等因素，因此国际上并没有统一的标准。 我国虽然也丌始了对用户经济损失的调查和负荷分类的研究，但是在很多方面并不 细致和完善，难以在评估工作中直接使用。 1 2 3 电压暂降的经济管理 在现代电力系统中，由电压暂降及短时中断引起的暂态电压质量问题构成了供 电质量的主要方面，用户电力技术( c u s t o mp o w e r ) 已成为解决电压质量问题的主 要途径1 6 7 石9