CN110137947B - 一种基于itic曲线的电网电压暂降严重程度评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，包括以下步骤：S1、获得电网电压暂降事件的相关数据，对数据进行预处理；S2、根据电压暂降事件持续时间长短将其划分为三类；S3、统计电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比，根据占比评分表得到占比所得分数；S4、统计电压暂降事件的平均电压暂降深度，判断各个地区平均电压暂降深度所得分数；S5、对步骤S3的占比的所得分和步骤S4的平均电压暂降深度进行加权平均值，获得某一地区的电压暂降严重程度的综合评分，根据综合评分得出该地区的严重程度等级。本发明既避免单一评估指标包含信息量有限的缺陷，又考虑到不同类型电压暂降事件对敏感设备的影响。

Description

一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法

技术领域

本发明涉及电能质量分析技术领域，更具体地，涉及一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法。

背景技术

随着电信工程技术、计算机应用技术、电力电子技术等行业的发展，敏感负荷在电力***总负荷中的占比逐年增长，电压暂降问题在一众电能质量问题中愈加受到重视。电压暂降是指在工频条件下，电力***中某一点出现了短暂持续10ms～1min低电压后恢复正常电压的情况，根据国际电气与电子工程师协会(IEEE)的定义该过程中电压方均根值处于0.1p.u～0.9p.u范围内。发生电压暂降时，生产线上电机可能出现停机，可编程逻辑控制器(PLC)可能失灵，计算机存储数据可能丢失等等，这一类暂态电能质量问题可能对人身安全造成严重的威胁，对国民经济造成了严重的损失。根据相关统计调查，在所有电能质量投诉问题中，九成以上是由于电压暂降造成的，电压暂降问题日益引起供电界的关注。在重要负荷点安装电压暂降监测装置，收集电网电压暂降数据，并对电网电压暂降严重程度进行等级评估，对于电力***的运行、电能质量的治理而言有着极为重要的意义。

电压暂降作为一个不可避免的自然现象，可以从增强设备电压暂降免疫度和减小设备遭受电压暂降机会入手解决或缓解，这需要电力部门、用户和设备商三方配合解决。为降低电压暂降对用户设备的负面影响，ITIC曲线和SEMI F47曲线相继提出，以指导设备制造商设计出符合电压暂降敏感线的电气设备，增强设备对电压暂降的耐受能力。然而在国内，对于电压暂降的研究方才起步，对于电压暂降问题更多是从用户角度出发，大多根据监测到的电压暂降事件的暂降幅值、持续时间和发生频次等特征以衡量某一监测点的电压暂降对用户设备造成的影响。如***电压平均有效值变化率指标、用户平均暂降次数事件指标等这类站在负荷角度衡量用户受损情况的指标在当下更为普及，却较少从电网管理角度出发，在综合考虑电压暂降事件对某一地区电网电能质量影响的基础上，提出一个合理的评判机制，为用户提供详细的区域***电压暂降的信息及对应的电压暂降严重程度评级。因此，有必要结合大数据分析手段对电压暂降数据进行深入挖掘并进行数学建模分析，对地区电网的电压暂降事件严重程度作出等级评估，从而为用户提供了***电压暂降信息以方便其厂址、设备选择，也为电能质量治理工作打下基础。

发明内容

本发明的目的在于从电网管理角度提供一种电压暂降严重程度等级划分方法，解决现有技术中电压暂降严重程度评估不准确、严重程度等级划分不合理的问题。

本发明采用的技术方案如下。

一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，包括以下步骤：

S1、获得电网电压暂降事件的相关数据，对数据进行预处理；

S2、根据电压暂降事件持续时间长短将其划分为三类，分别是第一类电压暂降事件、第二类电压暂降事件和第三类电压暂降事件；

S3、结合ITIC曲线，统计位于ITIC曲线设备无损坏区即电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比，计算占比所得分数；所述ITIC曲线设备无损坏区为TIC曲线和持续时间坐标轴包围的面积；

S4、统计该地区所有位于ITIC曲线设备无损坏区的电压暂降事件的平均电压暂降深度，由平均电压暂降深度评分表判断各个地区平均电压暂降深度所的分数；

S5、通过该地区的平均电压暂降深度所得分数和位于设备无损坏区电压暂降事件占比所得分数取加权平均值，获得某一地区的电压暂降严重程度的综合评分，根据综合评分得出该地区对应的严重程度等级，分数越高，代表该地区电压暂降严重程度越轻，该地区电能质量管理方式可不作改变；分数越低，代表该地区电压暂降程度较为严重，应当引起电力***管理者的重视，寻找电压暂降的常见诱因，有针对性地改进电能质量管理方法。

进一步的，步骤S1所述的数据包括电压暂降的发生时间、持续时间、暂降深度和监测节点。

进一步的，城市监测***记录的暂降数据中除正常数据外，还存在两种非正常情况的数据：一是监测设备故障导致该节点的电压暂降持续时间均为某一固定数值；二是由于计划停电，其时长超出监测设备计时极限，数据记录有误的同时也影响***电压暂降次数的统计，此外由于监测到的暂降波形变化较大，监测***将同一次暂降作为不同暂降事件，为准确地分析结果，将非正常情况的数据予以剔除，所以步骤S1所述的预处理包括如下：

1)剔除监测设备和电能质量监测***工作失常造成的异常数据；

2)对于发生时间间隔不超过60s的电压暂降事件判为重复数据并只保留一项；

3)剔除持续时间超过5000ms的电压暂降事件。

进一步的，步骤S2的电压暂降事件的类型判据如下：

0≤T_x＜20 (1)

20≤T_x＜500 (2)

500≤T_x＜5000 (3)

其中，T_x为对事件x提取的持续时间，x＝1，2，3……，n，n为全部暂降事件数，单位为ms。根据ITIC曲线，若满足式(1)，则该电压暂降事件为第一类电压暂降事件，其中，第一类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为0％；若满足式(2)，则该电压暂降事件为第二类电压暂降事件，其中，第二类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为70％；若满足式(3)，则该电压暂降事件为第三类电压暂降事件，其中，第三类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为80％。

进一步的，步骤S3的统计方式如下：

其中，N_j为位于ITIC曲线设备无损坏区的第j个地区的电压暂降事件的个数，M_j为第j个地区电压暂降事件总个数，P_j为设备无损坏区电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比。

进一步的，占比所得分数的计算方式如下：

G₁＝(1-P_j)×100

其中，G₁为该地区设备无损坏区电压暂降事件占比所得分数，P_j为设备无损坏区电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比。

对于第j个地区，占比所得分数越高，代表位于ITIC曲线设备无损坏区的暂态事件占所有事件占比越小。

进一步的，所述平均电压暂降深度评分表为通过专家评分法获得的评分表，表中根据专家经验将平均电压暂降深度按照数值大小划分为多个不同分数，所得分数越高，该地区平均电压暂降深度越低。

进一步的，所述步骤S4的平均电压暂降深度是以ITIC曲线为基准，统计各个电压暂降事件相对ITIC曲线的电压暂降深度，并将统计到的各个电压暂降深度相加取平均值即为该地区的平均电压暂降深度；

具体的，电压暂降事件相对ITIC曲线的电压暂降深度为：

V_i＝V_x-V_ref

其中，V_x为步骤S1中预处理后的数据中第x个电压暂降事件的电压暂降深度，V_ref为电压暂降事件x所属类别的电压暂降深度参考值。

该地区的平均电压暂降深度采用公式(4)计算：

其中，L_j表示第j个地区平均电压暂降深度，N为该地区电压暂降事件总数量，n为该地区电压暂降事件数量，V_i为第i个电压暂降事件相对ITIC曲线的电压暂降深度。

对于第j个地区，其平均电压暂降深度的数值决定了该地区的平均电压暂降深度所得分数。所得分数越高，该地区平均电压暂降深度越低。

进一步的，通过地区的平均电压暂降深度和设备无损坏区电压暂降事件占比取加权平均值，既充分考虑设备侧电压暂降免疫度，又从网侧信息出发为电力***管理者提供电能质量管理方法建议。

进一步的，使用平均电压暂降深度对地区电网电压暂降严重程度做评估，结合ITIC曲线判断该地区电压暂降事件的暂降深度，以专家评分形式为电力***管理者管理方式提供强有力参考。

进一步的，结合网侧和设备侧信息，充分考虑到电网中敏感负荷对电网电压暂降的免疫度，在ITIC曲线基础上初步确定该地区电压暂降事件对敏感负荷造成的影响范围，通过专家评分形式从用户设备角度评估该地区的电压暂降严重程度。

进一步的，通过上述地区的平均电压暂降深度和设备无损坏区电压暂降事件占比所得分数取加权平均值，获得对某一地区的电压暂降严重程度的综合评分，并得出对应严重程度等级；

综合评分的计算公式如下：

G＝ω₁·G₁+ω₂·G₂ (5)

其中，G为该地区电压暂降严重程度的综合评分，G₁为设备无损坏区电压暂降事件占比所得分数，G₂为该地区的平均电压暂降深度所得分数，ω₁和ω₂分别为计算电压暂降严重程度综合评分中G₁和G₂的权值。

如表H所示，综合评分的分数越高，电压暂降严重程度级别越低，代表该地区电压暂降严重程度越轻，对于电压暂降严重程度为一、二级的地区其电能质量管理方式可不做改变，对于电压暂降严重程度为三级的地区需在当下该地区电能质量管理方式的基础上作调整；分数越低，电压暂降严重程度级别越高，代表该地区电压暂降程度较为严重，对应电压暂降严重程度为四、五级的地区其电能质量问题应当引起电力***管理者的重视，寻找电压暂降的常见诱因，有针对性地改进电能质量管理方法。

表H电压暂降严重程度等级划分

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

(1)该评估方法结合设备电压容忍度曲线的特性，充分考虑电压暂降多特征量，包括暂降深度、持续时间等。

(2)针对敏感设备，通过ITIC曲线越限程度和平均电压暂降深度衡量该地区电压暂降严重程度，既避免单一评估指标包含信息量有限的缺陷，又考虑到不同类型电压暂降事件对敏感设备的影响。

附图说明

图1为平均欧氏距离计算流程图；

图2为ITIC曲线各运行区示意图；

图3基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

如图1和图3所示的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，包括以下步骤：

S1、获得电网电压暂降事件相关数据，包括但不限于电压暂降的发生时间、持续时间、暂降深度、监测节点等信息，并对暂态数据进行预处理。

考虑到监测设备、电能质量监测***工作失常，在该实施例中剔除异常数据，对于发生时间间隔不超过60s的电压暂降事件判为重复数据并只保留一项。由于电压暂降仅持续10ms～1min，考虑监测仪器精确度一定，在该实施例中剔除持续时间超过5000ms的暂态数据。

在本实施例中，采集来自某城市6个地区的2017年电压暂降数据，共计1409条。经过异常数据及持续时间超过5000ms的暂态数据剔除后，参与电网电压暂降严重程度评估的电压暂降数据共计1231条。如表1中各地区对应的总暂降事件数目和越限暂降事件数目。

表1各地区的事件数目表

S2、判断电压暂降事件所属类别。

该步骤主要基于ITIC曲线，根据电压暂降事件持续时间长短将其划分为两类，第一类电压暂降事件的电压暂降深度参考值为0％；第二类电压暂降事件的电压暂降深度参考值为70％；第三类电压暂降事件的电压暂降深度参考值为80％。

其中，电压暂降事件的类型判据如下：

0≤T_x＜20 (1)

20≤T_x＜500 (2)

500≤T_x＜5000 (3)

其中，T_x为对事件x提取的持续时间，x＝1，2，3……，n(n为全部暂降事件数)，单位为ms。根据ITIC曲线，若满足式(1)，则该电压暂降事件为第一类电压暂降事件，其中，第一类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为0％；若满足式(2)，则该电压暂降事件为第二类电压暂降事件，其中，第二类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为70％；若满足式(3)，则该电压暂降事件为第三类电压暂降事件，其中，第三类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为80％。

S3、结合ITIC曲线，统计位于ITIC曲线设备无损坏区(即电压容忍曲线下部分)的电压暂降事件在该地区中占所有电压暂降事件的比例。由电压暂降事件占比评分表判断各个地区的设备无损坏区电压暂降事件占比所属等级，每个等级分别对应一个分数，所得分数越高，代表位于ITIC曲线设备无损坏区的电压暂降事件占所有电压暂降事件的比例越小。

如图2所示，ITIC曲线和持续时间坐标轴包围的面积即为ITIC曲线设备无损坏区，ITIC曲线以外的部分即为正常运行区。对绝大多数设备而言，在ITIC曲线设备无损坏区设备正常功能将不能保证发挥，但不致于对设备自身构成损坏。ITIC曲线在持续时间20ms、500ms处存在转折，对于持续时间位于0～20ms范围内，其暂降深度参考值为0％；位于20～500ms范围内，其暂降深度参考值为70％，位于500～5000ms范围内，其暂降深度参考值为80％。

具体的，获得设备无损坏区电压暂降事件占比P_j如下：

其中，N_j为第j个地区所有暂降事件中位于ITIC曲线设备无损坏区的电压暂降事件的个数，M_j为第j个地区电压暂降事件总个数，P_j为设备无损坏区电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比。

计算占比所得分数如下所示：

G₁＝(1-P_j)×100

其中，G₁为设备无损坏区电压暂降事件占比所得分数，P_j为设备无损坏区电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比。

在本实施例中，统计结果及相应评分如下表所示：

表2实施例的占比评分表

S4、统计该地区所有位于ITIC曲线设备无损坏区(即电压容忍曲线下部分)的电压暂降事件的平均电压暂降深度，由平均电压暂降深度评分表判断各个地区平均电压暂降深度所得分数。

电压暂降事件x的相对电压暂降深度为:

V_i＝V_x-V_ref

其中，V_x为电压暂降事件x的电压暂降深度，x为1～1231,V_ref为电压暂降事件x所属类别的电压暂降深度参考值。

所述为平均电压暂降深度以ITIC曲线为基准，统计各个电压暂降事件相对ITIC曲线的电压暂降深度，相加取平均值可得该地区的平均电压暂降深度，计算公式如下：

其中，L_j表示第j个地区平均电压暂降深度，N为该地区电压暂降事件总数量，n为该地区电压暂降事件数量，V_i为第i个电压暂降事件相对ITIC曲线的电压暂降深度。

表3所示，所述平均电压暂降深度评分表为通过专家评分法获得，表中根据专家经验将平均电压暂降深度按照数值大小划分为多个不同的分数。对于第j个地区，其平均电压暂降深度的数值决定了该地区的平均电压暂降深度所得分数。平均电压暂降深度所得分数越高，该地区平均电压暂降深度越低。

表3平均电压暂降深度评分表

在该实施例中，根据专家经验，平均电压暂降深度评分表如下所示：

表4实施例平均电压暂降深度计算及评分结果

S5、对步骤S3的占比所得分数和步骤S4的平均电压暂降深度取加权平均值，获得对某一地区的电压暂降严重程度的综合评分，并得出该地区对应的严重程度等级，计算公式如(5)所示。

G＝ω₁·G₁+ω₂·G₂ (5)

其中，G为该地区电压暂降严重程度的综合评分，G₁为设备无损坏区电压暂降事件占比所得分数，G₂为该地区的平均电压暂降深度所得分数，ω₁和ω₂分别为计算电压暂降严重程度综合评分中G₁和G₂的权值。

如表5所示，综合评分越高，电压暂降严重程度级别越低，代表该地区电压暂降严重程度越轻，对于电压暂降严重程度为一、二级的地区其电能质量管理方式可不做改变，对于电压暂降严重程度为三级的地区需在当下该地区电能质量管理方式的基础上作调整；平均电压暂降深度所得分数分数越低，电压暂降严重程度级别越高，代表该地区电压暂降程度较为严重，对应电压暂降严重程度为四、五级的地区其电能质量问题应当引起电力***管理者的重视，寻找电压暂降的常见诱因，有针对性地改进电能质量管理方法。

表5电压暂降严重程度等级划分

在本实施例中，令ω₁＝ω₂＝0.5，则计算结果如表6所示。

表6实施例电压暂降严重程度的综合评分表

根据综合评分结果，各个地区电能质量的优劣比较如下：

3＞5＞2＞4＞1＞6

其中，＞代表优于之意。3号地区电能质量最好，6号地区电能质量最差。

对3号地区而言，该地区电能质量等级为二级，较少发生导致设备故障的电压暂降事件，对其电能质量管理方式可不变；对5号、2号、4号地区而言，三个地区电能质量等级均为四级，电能质量较差，容易发生导致设备故障的电压暂降事件，应在电压暂降诱因分析基础上有针对性地调整当下该地区电能质量管理方式；对1号和6号地区而言，两个地区电能质量等级均为五级，电能质量很差，极易发生导致设备故障的电压暂降事件，应着重分析电网暂降发生原因，并针对常见原因改变当下该地区电能质量管理方式。

以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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。

Claims (9)

1.一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获得电网电压暂降事件的相关数据，对数据进行预处理；

S2、根据电压暂降事件持续时间长短将其划分为三类，分别是第一类电压暂降事件、第二类电压暂降事件和第三类电压暂降事件；

S3、结合ITIC曲线，统计位于ITIC曲线设备无损坏区即电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比，计算占比所得分数；所述ITIC曲线设备无损坏区为ITIC曲线和持续时间坐标轴包围的面积；

S4、统计该地区所有位于ITIC曲线设备无损坏区的电压暂降事件的平均电压暂降深度，由平均电压暂降深度评分表判断各个地区平均电压暂降深度所得分数；

S5、对步骤S3的占比所得分数和步骤S4的平均电压暂降深度所得分数取加权平均值，获得某一地区的电压暂降严重程度的综合评分，根据综合评分得出该地区对应的严重程度等级。

2.根据权利要求1所述的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，步骤S1所述的数据包括电压暂降的发生时间、持续时间、暂降深度和监测节点。

3.根据权利要求1所述的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，步骤S1所述的预处理包括如下：

1)剔除监测设备和电能质量监测***工作失常造成的异常数据；

2)对于发生时间间隔不超过60s的电压暂降事件判为重复数据并只保留一项；

3)剔除持续时间超过5000ms的电压暂降事件。

4.根据权利要求1所述的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，步骤S2的电压暂降事件的类型判据如下：

0≤T_x＜20(1)20≤T_x＜500(2)500≤T_x＜5000(3)

其中，T_x为对事件x提取的持续时间，x＝1，2，3……，n，n为全部暂降事件数，单位为ms，根据ITIC曲线，若满足式(1)，则该电压暂降事件为第一类电压暂降事件，其中，第一类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为0％；若满足式(2)，则该电压暂降事件为第二类电压暂降事件，其中，第二类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为70％；若满足式(3)，则该电压暂降事件为第三类电压暂降事件，其中，第三类电压暂降事件的电压暂降深度参考值V_ref为80％。

5.根据权利要求1所述的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，步骤S3的统计方式如下：

其中，N_j为位于ITIC曲线设备无损坏区第j个地区的电压暂降事件的个数，M_j为该地区电压暂降事件总个数，P_j为设备无损坏区电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比。

6.根据权利要求1所述的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，占比所得分数的计算方式如下：

G₁＝(1-P_j)×100

其中，G₁为该地区设备无损坏区电压暂降事件占比所得分数，P_j为设备无损坏区电压暂降事件在该地区中所有电压暂降事件的占比。

7.根据权利要求1所述的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，所述平均电压暂降深度评分表是通过专家评分法获得，平均电压暂降深度评分表是将平均电压暂降深度按照数值大小划分为不同的分数段，所得分数越高，该地区平均电压暂降深度越低。

8.根据权利要求1所述的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，所述步骤S4的平均电压暂降深度是以ITIC曲线为基准，统计各个电压暂降事件相对ITIC曲线的电压暂降深度，并将统计到的各个电压暂降深度相加取平均值即为该地区的平均电压暂降深度；

具体的，对某一电压暂降事件相对ITIC曲线的电压暂降深度V_i为：

V_i＝V_x-V_ref

其中，V_x为步骤S1中预处理后的数据中第x个电压暂降事件的电压暂降深度，V_ref为电压暂降事件x所属类别的电压暂降深度参考值；

该地区所有位于ITIC曲线设备无损坏区的电压暂降事件的平均电压暂降深度采用公式(4)计算：

其中，L表示该地区平均电压暂降深度，N为该地区电压暂降事件总数量，n为该地区电压暂降事件数量，V_i为第i个电压暂降事件相对ITIC曲线的电压暂降深度。

9.根据权利要求1所述的一种基于ITIC曲线的电网电压暂降严重程度评估方法，其特征在于，步骤S5的某一地区的电压暂降严重程度的综合评分计算如下：

G＝ω₁·G₁+ω₂·G₂ (5)

其中，G为该地区电压暂降严重程度的综合评分，G₁为设备无损坏区电压暂降事件占比所得分数，G₂为该地区的平均电压暂降深度所得分数，ω₁和ω₂分别为计算电压暂降严重程度综合评分中G₁和G₂的权值。

Images