一种考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法，包括：S1：获取电压暂降数据；S2：判断矩形暂降是否属于矩形三相平衡暂降，若属于，则执行S3；若不属于，则对其进行三相规范化，将不平衡暂降转化为平衡暂降，再执行S3；S3：考虑VTC及其不确定区域计算敏感设备电压暂降域故障概率；S4：考虑工业过程冗余度对设备电压暂降域故障概率进行修正；S5：考虑敏感设备间逻辑连接方式计算工业过程中中断概率。本发明专利技术建立的基于VTC的敏感设备暂降故障概率评估模型，不仅简单实用，而且经过工业过程冗余度理论修正后，误差减小，最后根据设备间的连接方式计算所得工业过程电压暂降中断概率，使得计算准确性进一步增加。

An evaluation method of voltage sag interruption probability in industrial process considering redundancy

The invention relates to a method for evaluating the interruption probability of voltage sag in industrial process considering redundancy, including: S1: obtaining voltage sag data; S2: judging whether rectangular sag belongs to rectangular three-phase balanced sag, if so, executing S3; if not, normalizing it in three phases, converting unbalanced sag to balanced sag, and then executing S3; S3: Considering VTC and its uncertainty Calculate the fault probability of voltage sag area of sensitive equipment in a certain area; S4: modify the fault probability of voltage sag area of equipment in consideration of industrial process redundancy; S5: calculate the interruption probability in industrial process in consideration of the logical connection between sensitive equipment. The model for evaluating the transient failure probability of sensitive equipment based on VTC established by the invention is not only simple and practical, but also reduces the error after the theoretical correction of industrial process redundancy. Finally, the outage probability of industrial process voltage transient is calculated according to the connection mode between equipment, which further increases the calculation accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法
本专利技术涉及电压暂降领域，更具体地，涉及一种考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法。
技术介绍
电压暂降：在IEEE标准中被定义为：供电系统中某点的工频电压有效值突然下至额定值的10％一90％，并在随后的10ms一1min的短暂持续期后恢复正常。短时供电中断：在IEEE标准中被定义为：供电系统中一相或多相电压完全失去(小于0.1标么值)，持续时间在10ms一3s之间的一种短时电压变化。敏感设备：容易受电压暂降、短时中断以及电压暂升影响的电气设备，通常认为计算机(personalcomputers，PC)、可编程逻辑控制器(PLC)、可调速驱动器(adjustablespeeddrives，ASD)以及交流接触器(activecurrentcontactor，ACC)为典型敏感设备。ITIC和CBEMA曲线：20世纪80年代，美国计算机与商用设备制造商协会对大型计算机提出了电压耐受曲线，即CBEMA曲线，如图1a所示，包络线内部为合格范围，外部为不合格。CBEMA改为信息技术工业协会(ITIC)后，第三技术委员会将其修订为ITIC曲线，如图1b所示。CBEMA或ITIC曲线被推荐为制造商建议性标准。随着高技术产业的飞速发展，许多敏感设备并入公用电网，电网电能质量、尤其是电网动态电能质量严重下降，这一问题引起了国内外专家和学者的广泛关注。敏感负荷对电压暂降、电压骤升和短时中断等电能质量扰动非常敏感，单个设备或元件的故障可能使整个生产线的产品报废，带来极大的经济损失。目前，多数工业过程由微电子、电力电子和过程控制等敏感元件组成，具有结构复杂、各元件抗扰能力差异大的特点，在电压暂降影响下，工业过程可能经受的电压暂降需要建立统一的测度，但由于工业过程对电压暂降的响应事件具有复杂不确定性，给工业过程电压暂降中断概率评估造成很大困难，为制定优质电力园区技术方案，需对过程中断概率进行评估，因此研究复杂工业过程电压暂降中断概率评估方法具有重要理论和实际意义。工业过程电压暂降中断概率评估可分为两步：1.评估敏感设备电压暂降故障概率；2.在获得敏感设备电压暂降故障概率的基础上，计算工业过程电压暂降故障概率。目前敏感设备电压暂降故障概率评估方法主要有ITIC或CBEMA曲线标准法、概率评估方法、随机评估法、模糊随机评估法。ITIC或CBEMA曲线标准法：根据电压暂降的幅值与持续时间确定暂降与ITIC或CBEMA曲线的位置关系，当暂降位于ITIC或CBEMA曲线高压分支以下低压分支以上区域时，电压暂降不会造成敏感设备故障，相反，当暂降位于ITIC或CBEMA曲线高压分支以上或低压分支以下区域时，敏感设备受到暂降影响时出现故障情况。ITIC或CBEMA曲线标准法简单，易于实现，但由于不同种类的负荷、尤其是相同种类不同型号的负荷对电压凹陷的敏感度存在明显的不确定性，所以如果单纯使用固定的ITIC或CBEMA曲线对负荷敏感度进行评估是不符合实际的；概率评估方法：文献[1]在对元件设备等级进行分类的基础上，用不同的概率密度函数表征负荷电压耐受曲线在不确定区域内的概率，并直接用概率密度函数对电压暂降的敏感度进行评估；文献[2-3]用不同的概率分布函数对电压凹陷进行评估。这些概率评估方法考虑了元件电压耐受曲线的随机性，但仍存在如下不完善之处：在实际评估过程中，负荷的敏感等级很难确定且存在随机性，单纯根据负荷的敏感等级进行评估可能使评估结果出错；现有的概率评估方法没有得出具体的数学模型，在实际评估中操作性不强，难以定量估计，存在较大的随机性。另外，该方法在使用均匀分布、指数分布、正态分布等概率密度函数表征设备电压耐受曲线在不确定区域内的概率分布时过于主观，缺乏对对两者之间是否存在联系的证明环节。随机评估法：用正态分布概率密度函数表征负荷电压耐受曲线的随机性，建立了电压耐受曲线和负荷敏感度的随机模型，提出了敏感负荷电压凹陷敏感度的随机估计方法。该方法采用累计求和的方式评估敏感度，避免了对敏感度等级的划分。模糊随机评估法：敏感设备的电压暂降敏感度一般用设备故障率来描述，其大小取决于供电系统在供电点处产生的电压暂降特性与敏感设备电压耐受能力，但供电系统电压暂降和设备耐受能力均具有不确定性,对其准确评估和预测很难。考虑两者的不确定性,把电压暂降引起的敏感设备故障定义为模糊随机事件，引入模糊随机变量的概念,建立电压暂降引起的敏感设备故障概率的模糊随机评估模型，利用模糊随机变量的λ–截集，把模糊随机变量的概率求解问题转化为普通随机变量的概率求解，保证了评估方法的可行性。现有在获得敏感设备电压暂降故障概率的基础上，计算工业过程电压暂降故障概率的方法主要有串并联分析法和故障树分析法。故障树分析法：文献[4-5]采用故障树分析法对设备故障与生产中断逻辑关系进行分析，故障树的顶事件、中间事件和底事件分别为过程中断，子过程中断和设备故障，各级事件之间采用与逻辑(AND)和或逻辑(OR)进行连接，与门和或门所连接的上下级事件的关系定义为：pa(AND)Pb＝paPb，pa(OR)Pb＝1-(1-pa)(1-Pb)。其中Pa和Pb为事件a、b的发生概率。串并联分析法：文献[2]认为，在工业过程中如果任何一个敏感设备的故障都会导致过程的中断，那么就假定设备之间连接方式为串联，如果只在数个敏感设备的故障时才会导致过程中断，那么久假定设备之间的连接方式为并联。一般，过程中断概率可由下式计算得到：其中，pi,j为设备故障概率。经过分析可知，故障树分析法中的与或逻辑关系和串并联分析法中的串联和并联结构关系，只是同一关系的不同表现形式，其本质是相同的，所以两种分析方法本质也是相同的。上述方法在评估电压暂降引起敏感设备故障概率时，一般都将重点放在对敏感设备电压暂降耐受能力不确定性的评估上，通过采用概率、随机、模糊随机等不同的数学方法对其不确定性进行评估，但以上各种评估方法能均是从数学角度出发的，能在多大程度上表征敏感设备电压暂降耐受能力不确定性不得而知。且针对敏感设备电压暂降故障概率评估未考虑过程抗扰时间(Processimmunitytime，PIT)对故障概率评估造成的影响。这些情况都可能影响电压暂降中断概率评估的准确性。参考文献：[1]GuptaP，MilanovicJV.Probabilisticassessmentofequipmenttripsduetovoltagesags[J].IEEETransonPowerDevelivery，2006，21(2)：711-718.[2]MilanovicJV，GuptaCP.Probabilisticassessmentoffinanciallossescausedbyinterruptionsandvoltagesags:partI—themethodology[J].IEEETransonPowerDevelivery，2006，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/nS1：获取电压暂降数据；/nS2：判断矩形暂降是否属于矩形三相平衡暂降，若属于，则执行步骤S3；若不属于，则对其进行三相规范化，将不平衡暂降转化为平衡暂降，再执行步骤S3；/nS3：将设备运行状态划分为：正常运行区域、不确定区域、故障区域；考虑VTC及其不确定区域计算敏感设备电压暂降域故障概率；/nS4：考虑工业过程冗余度对设备电压暂降域故障概率进行修正；/nS5：考虑敏感设备间逻辑连接方式计算工业过程中中断概率。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：获取电压暂降数据；
S2：判断矩形暂降是否属于矩形三相平衡暂降，若属于，则执行步骤S3；若不属于，则对其进行三相规范化，将不平衡暂降转化为平衡暂降，再执行步骤S3；
S3：将设备运行状态划分为：正常运行区域、不确定区域、故障区域；考虑VTC及其不确定区域计算敏感设备电压暂降域故障概率；
S4：考虑工业过程冗余度对设备电压暂降域故障概率进行修正；
S5：考虑敏感设备间逻辑连接方式计算工业过程中中断概率。


2.根据权利要求1所述的考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法，其特征在于，矩形暂降是否属于矩形三相平衡暂降的判断方法为：三相短路引起的暂降为平衡暂降，单相短路和两相短路引起不平衡暂降。


3.根据权利要求1所述的考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法，其特征在于，三相规范化具体操作为：
确定电压暂降能量指标：



式中U(t)为电压暂降幅值；Tsag为暂降持续时间；
当计算矩形暂降的能量指标时，由于暂降幅值与持续时间为固定值，可将公式(1)改写为
E＝(1-Usag2)×Tsag(2)
式中Usag为矩形暂降的暂降幅值；
对于三相暂降的能量指标Evs，通过下式进行计算：
Evs＝Evs.A+Evs.B+Evs.C(3)
式中Evs.A、Evs.B、Evs.C分别为A、B、C三相的暂降能量指标，分别通过公式(2)计算得到；
通过式(3)对矩形三相不平衡电压暂降的暂降能量指标进行计算，然后，保持Tsag不变，与式(2)进行联立，解出



式中Us'ag为规范化后的暂降幅值；Usag.A、Usag.B、Usag.C分别为A、B、C三相的暂降幅值。


4.根据权利要求1所述的考虑冗余度的工业过程电压暂降中断概率评估方法，其特征在于，S3包括以下步骤：
S3.1：对设备运行状态划分为：正常运行区域A；不确定区域B，即设备的电压暂降耐受能力不确定区域；故障区域C；
(1)正常运行区域A包括t<Tmin且u<Umax的区域和Umax<u的区域；正常运行区域A中设备故障率Ptrip.A＝0；
其中，Umin、Umax分别为敏感设备电压暂降幅值耐受最小值和最大值；
Tmin、Tmax分别为敏感设备电压暂降幅值耐受最小值和最大值；
(2)电压暂降耐受能力不确定区域B，即电压暂降幅值u满足Umin<u<Umax，且电压暂降持续时间t均满足Tmin<t<Tmax的区域为不确定区域B；
(3)故障区域C为Tmax<t且u<Umin的区域；故障区域C中设备的故障概率Ptrip.C＝1；
S3.2：将不确定区域B划分为：暂降幅值高且持续时间短、暂降严重程度低的区域B1；
暂降持续时间较长、但暂降幅值高、暂降严重程度高的区域B2；
暂降持续时间短、但暂降幅值较低、暂降严重程度高的区域B3；
其中，B1区域满足Umin<u<Umax，Tmin<t<Tmax；
B2区域满足Umin<u<Umax，Tmax&...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆斌，蔡日，马明，吴小宁，黄辉，李钙，王余熙，赵宪中，李晓阳，邵彬，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司云浮供电局，
类型：发明
国别省市：广东;44