電壓暫降評估指標――電網(wǎng)薄弱環(huán)節指標

摘要：電壓暫降問(wèn)題給電力用戶(hù)帶來(lái)巨大經(jīng)濟損失，需要供電企業(yè)和用戶(hù)雙方共同努力加以解決。采用合適的評估指標，有利于為雙方解決問(wèn)題提供依據。電網(wǎng)薄弱環(huán)節識別指標是從供電企業(yè)的角度提出。利用蒙特卡洛模擬方法，獲得網(wǎng)架改造后電壓暫降幅值的期望值。仿真結果與實(shí)際統計的差別，表示故障地點(diǎn)對電壓暫降幅值的影響;故障發(fā)生次數則表示電網(wǎng)故障對電壓暫降發(fā)生頻次的影響。綜合二者形成電網(wǎng)薄弱環(huán)節識別指標，可綜合體現出電網(wǎng)故障對電壓用戶(hù)電壓暫降事件的影響，從而表征電網(wǎng)中的薄弱環(huán)節。通過(guò)指標計算，為供電企業(yè)電網(wǎng)改造地點(diǎn)提供更加明確的指導。

隨著(zhù)經(jīng)濟的不斷發(fā)展和高新技術(shù)企業(yè)用戶(hù)的不斷增多，在保證供電安全性和可靠性的同時(shí)，高新技術(shù)企業(yè)用戶(hù)對供電質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求[1]。除了傳統的諧波、電壓偏差、頻率偏差、電壓波動(dòng)和閃變等電能質(zhì)量問(wèn)題之外，用戶(hù)對暫態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題也有不同程度的要求。目前，在國外電壓暫降問(wèn)題是遭到用戶(hù)投訴最多的電壓質(zhì)量問(wèn)題[2]。電壓暫降可能造成生產(chǎn)線(xiàn)上電機停機、變頻器失壓保護誤動(dòng)作、可編程邏輯控制器失靈、接觸器脫扣、計算機存儲數據丟失，給用戶(hù)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失[3]。

電壓暫降是指供電電壓有效值在短時(shí)間突然下降的事件，其持續的時(shí)間一般為半個(gè)周波到30個(gè)周波[4]。供電中斷是電壓暫降的一個(gè)特殊情況，是指供電電壓的有效值低至0左右。暫降幅值、持續時(shí)間和相位跳變是電壓暫降的三大指標。對于電壓暫降的指標，國際上尚無(wú)統一的標準定義，其中有代表性的包括國際電工委員會(huì )(IEC)標準和電氣與電子工程師協(xié)會(huì )(IEEE)標準。IEC定義電壓暫降為下降到額定值的90%～1%，電壓下降到低于額定值的1%為供電中斷，持續時(shí)間小于3min為短時(shí)中斷[5];IEEE定義電壓暫降為下降到額定值的90%～10%，電壓下降到小于10%額定值為供電中斷，持續時(shí)間1min，為短時(shí)中斷[6]。

目前針對電壓暫降提出了多種評估指標，其中最常用是電壓暫降的統計指標為系統平均電壓暫降頻次指標[7]。該指標以可靠性計算方法原理出發(fā)，可得出不同電壓暫降程度下的發(fā)生概率。SARFI指標是一個(gè)基于統計的指標，能夠在宏觀(guān)上給出電壓暫降問(wèn)題的嚴重程度。在電壓暫降的分析方法中還包括有故障點(diǎn)法和臨界距離法[8]等。故障點(diǎn)法能有效對故障發(fā)生地點(diǎn)、發(fā)生頻次及對用戶(hù)的影響進(jìn)行評估[9]。而臨界距離法利用電壓分割原理，得出影響特定用戶(hù)的故障區域[10]。這些方法能在理論上評估電網(wǎng)故障對用戶(hù)電壓暫降影響，但是很難在實(shí)際具體指導電壓暫降問(wèn)題的解決方法。

電壓暫降是一個(gè)與供電企業(yè)和電力用戶(hù)雙方都有關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，雙方都可通過(guò)一些手段緩解電壓暫降帶來(lái)的危害。如供電企業(yè)通過(guò)改善網(wǎng)架結構，減少故障發(fā)生次數;電力用戶(hù)則可以通過(guò)調整負荷的分配，將敏感負荷調整至電壓暫降不嚴重的線(xiàn)路上供電。本文分別針對供電企業(yè)提出了電網(wǎng)薄弱環(huán)節識別指標和針對用戶(hù)提出了設備故障停運概率指標，以指導雙方解決電壓暫降問(wèn)題。

1用戶(hù)輸配電系統

本文的研究對象為某一高新技術(shù)企業(yè)，地處市郊的高新工業(yè)園內。由2個(gè)110kV變電站中的5條10kV線(xiàn)路供電，用戶(hù)線(xiàn)路都為YJV-300的電纜，電網(wǎng)結構示意如圖1所示。圖中，G1和G2為電網(wǎng)內的兩個(gè)電廠(chǎng)，B501和B502是500kV母線(xiàn)，B221～B226是220kV母線(xiàn)，B1101～B1116是110kV母線(xiàn)，B11～B17是10kV母線(xiàn)。L21～L24是220kV線(xiàn)路，L101～L118是110kV線(xiàn)路，大多數為架空線(xiàn)路，F1～F9是10kV饋線(xiàn)，其中F1～F5給用戶(hù)供電的5條10kV線(xiàn)路，其余的10kV線(xiàn)路均略去，系統總共包含2臺發(fā)電機、31個(gè)母線(xiàn)和31條線(xiàn)路。用戶(hù)所在的工業(yè)園區為新建工業(yè)園區，電網(wǎng)結構比較薄弱，輸電線(xiàn)路和配電線(xiàn)路多以架空線(xiàn)路為主，且工業(yè)園區處于雷擊高發(fā)地區，所以用戶(hù)發(fā)生電壓暫降的事件次數很多，2004-2006年上半年間共發(fā)生158起，其中2005年共發(fā)生電壓暫降和供電中斷事故77起，2006年上半年發(fā)生電壓暫降和供電中斷事故56起。統計所有的158次電壓暫降事件，得到電壓暫降幅值的平均值為7736V(0.7368p.u.)。根據供電企業(yè)的順序事件記錄SOE(seriesofevents)，相關(guān)的輸配電系統發(fā)生次數統計如表1所示。該供電區域內，故障發(fā)生次數較多，供電企業(yè)需要對網(wǎng)架進(jìn)行改造，減少電網(wǎng)故障發(fā)生次數，以解決用戶(hù)的電壓暫降問(wèn)題。因此必須有一個(gè)能夠明顯表征電網(wǎng)薄弱環(huán)節的指標，以指導供電企業(yè)對網(wǎng)架進(jìn)行建設和改造。

2隨機模擬模型

由于電力系統的故障和地點(diǎn)均有很強的隨機性，因此Monte-Carlo模擬法和電磁暫態(tài)仿真方法常用于電壓暫降問(wèn)題的概率評估和模擬計算[11～13]。在隨機模擬過(guò)程中，需要建立故障類(lèi)型、故障地點(diǎn)、故障持續時(shí)間以及故障接地阻抗等隨機模型。

電壓暫降問(wèn)題的評估受仿真模擬結果的影響很大，而仿真的模擬結果又取決于模型的選取。本研究中故障類(lèi)型選用了文獻[7]的概率模型，而故障發(fā)生地點(diǎn)則采用平均概率模型。認為用戶(hù)電壓暫降的持續時(shí)間與電網(wǎng)的故障持續時(shí)間相同，因此不考慮故障持續時(shí)間的概率模型。不同故障類(lèi)型的概率如表2所示。