一种敏感设备电压暂降故障概率评估方法
阅读说明：本技术 一种敏感设备电压暂降故障概率评估方法 (Sensitive equipment voltage sag fault probability evaluation method ) 是由 王庆斌 蔡日 马明 吴小宁 黄辉 李钙 李晓阳 王余熙 邵彬 于 2019-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种敏感设备电压暂降故障概率评估方法,包括以下主要步骤,S1:获得暂降数据；S2：建立T-U坐标系,根据敏感设备电压耐受曲线,将设备电压耐受曲线坐标系划分为若干区域；S3：根据暂降数据判断电压暂降是否为三相平衡矩形电压暂降,如果电压暂降为三相平衡矩形电压暂降,则执行步骤S4；反之,则对该暂降规范化处理,得到处理后的电压暂降幅值与电压暂降持续时间；S4：根据电压暂降幅值以及电压暂降持续时间判断暂降与敏感设备电压耐受曲线的位置关系；S5：根据暂降与敏感设备电压耐受曲线的位置关系,判断电压暂降造成设备故障的概率。本发明提出的评估方法克服现有方法的不足,能够确定敏感设备电压暂降耐受能力。(The invention discloses a sensitive equipment voltage sag fault probability evaluation method, which comprises the following main steps of S1, obtaining sag data; s2: establishing a T-U coordinate system, and dividing the equipment voltage tolerance curve coordinate system into a plurality of areas according to the voltage tolerance curve of the sensitive equipment; s3: judging whether the voltage sag is a three-phase balanced rectangular voltage sag or not according to the sag data, and if the voltage sag is the three-phase balanced rectangular voltage sag, executing the step S4; otherwise, the sag is subjected to normalized processing to obtain a processed voltage sag amplitude value and a processed voltage sag duration time; s4: judging the position relation of the sag and the voltage tolerance curve of the sensitive equipment according to the voltage sag amplitude and the voltage sag duration; s5: and judging the probability of equipment failure caused by voltage sag according to the position relation between the voltage sag and the voltage tolerance curve of the sensitive equipment. The evaluation method provided by the invention overcomes the defects of the existing method and can determine the voltage sag tolerance capability of the sensitive equipment.)
技术领域
本发明涉及供电技术领域，更具体地，涉及种敏感设备电压暂降故障概率评估方法。
背景技术
现有方法中，针对不平衡暂降、非矩形暂降或非矩形不平衡暂降，现有方法在评估暂降引起敏感设备故障概率时，通常将其视为矩形三相平衡暂降来评估，从能量的角度讲，这种做法必然引起较大误差，存在评估不准确的问题。
此外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。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种敏感设备电压暂降故障概率评估方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种敏感设备电压暂降故障概率评估方法,包括以下步骤:
S1:获得暂降数据,所述暂降数据包括电压暂降幅值以及电压暂降持续时间；
S2：建立T-U坐标系，根据敏感设备电压耐受曲线，将设备电压耐受曲线坐标系划分为若干区域；
S3：根据暂降数据判断电压暂降是否为三相平衡矩形电压暂降，如果电压暂降为三相平衡矩形电压暂降，则执行步骤S4；如果电压暂降不是三相平衡矩形电压暂降，则对该暂降进行规范化处理，得到规范化处理后的电压暂降幅值与电压暂降持续时间；
S4：根据电压暂降幅值以及电压暂降持续时间判断暂降与敏感设备电压耐受曲线的位置关系；
S5：根据暂降与敏感设备电压耐受曲线的位置关系，判断电压暂降造成设备故障的概率。
优选地，在所述步骤S2中，坐标系中横坐标代表电压暂降持续时间t，纵坐标代表电压暂降幅值u；若干区域包括A区域、B区域以及C区域，其中A区域的范围为集合A，集合A包括A1及A2；
集合A1＝(0＜t＜Tmin；U＞0)，集合A2＝(t≥Tmin；u≥Umax)
B区域的范围为集合B，其中集合B包括集合B1、B2及B3；
集合B1＝(Tmin＜t＜Tmax；0＜u＜Umin)
集合B2＝{tmax(u)＞t＞Tmax；Umin＜u＜Umax}
集合B3＝(Tmin＜t＜Tmax；Umin＜u＜Umax)
C区域的范围为集合C＝(t≥Tmax；0≤u≤Umin)
其中，Umin为敏感设备在不确定区域内电压暂降幅值的最小值，Umax为敏感设备在不确定区域内电压暂降幅值的最大值，Tmin为敏感设备在不确定区域内电压暂降持续时间的最小值，Tmax为敏感设备在不确定区域内电压暂降持续时间的最大值，tmax(u)表示设备受到幅值为u的电压暂降影响时，所表现出的极限耐受时间。
优选地，所述步骤3具体包括以下步骤：
s31：电压暂降能量指标定义式如下：
其中，U(t)为电压暂降幅值，Tsag为电压暂降持续时间，由于电压暂降幅值的表达式U(t)不容易获得，很难通过公式(1)直接对电压暂降能量指标进行计算；
s32：计算矩形电压暂降能量指标时，由于电压暂降幅值U(t)与电压暂降持续时间Tsag为固定值，将公式(1)改写为：
E＝(1-Usag 2)×Tsag (2)
其中，Usag为电压暂降幅值，公式(2)仅适用于距形电压暂降能量指标计算；
s33：为了对非矩形电压暂降能量指标进行计算，在监测或精确仿真评估中采用公式(3)计算非矩形电压暂降能量指标：
公式(3)中，M是t时间内检测或仿真采样点数，ΔT为相邻采样点的时间间隔,Usag(k)为第K个采样点处电压暂降幅值；
s34：三相电压暂降能量指标EA/B/C可以由各相电压暂降能量指标分别计算后相加便可得到，如下式：EA/B/C＝EA+EB+EC； (4)
其中，EA、EB、EC分别为A、B、C三相的电压暂降能量指标；
s35：分别对三相不平衡矩形电压暂降、三相平衡非矩形电压暂降以及三相不平衡非矩形电压暂降规范化处理，得到相应的规范化后的电压暂降幅值U′sag。
优选地，在所述步骤s35中，对于三相不平衡矩形电压暂降，矩形电压暂降持续时间是确定的，但暂降过程中三相电压暂降幅值不相等，无论选取哪一相电压暂降幅值都不合适，其规范化处理步骤如下：
通过公式(2)与公式(4)有：
由上述步骤得到
其中，U′sag为规范化后的三相不平衡矩形电压暂降幅值，Usag.A、Usag.B、Usag.C分别为A、B、C三相的矩形电压暂降幅值。
优选地，在所述步骤s35中，对于三相平衡非矩形电压暂降，电压暂降恢复过程缓慢，电压暂降持续时间长，在电压暂降的后半段电压暂降幅值较高，对设备影响小，如以非矩形电压暂降持续时间来衡量非矩形电压暂降时间维度上的严重程度，则非矩形电压暂降时间维度上的严重程度会被高估，对三相平衡非矩形电压暂降进行规范化处理具体步骤如下：
首先取规范化后的非矩形电压暂降持续时间
T′sag＝0.5Tsag
根据上式与公式(2)、(3)有：
因为有
其中，M为电压暂降持续时间内的采样点数；Usag(k)为第K个采样点处电压暂降幅值。
优选地，在所述步骤s35中，对三相不平衡非矩形电压暂降的规范化过程与三相平衡非矩形电压暂降的规范化过程类似,其步骤如下:
利用公式(3)，三相不平衡非矩形电压暂降能量指标有：
在能量指标相等的情况下，将三相不平衡非矩形电压暂降转化为三相平衡矩形电压暂降：
s83：令规范化后的电压暂降持续时间T′sag＝0.5Tsag，且
优选地，在所述步骤S4中，
当电压暂降幅值、电压暂降持续时间满足集合A1或集合A2的条件时，电压暂降位于区域A；
当电压暂降幅值、电压暂降持续时间满足集合C的条件时，电压暂降位于区域C；
当电压暂幅值、电压暂降持续时间满足集合B1的条件时，电压暂降位于集合B1区域；
当电压暂幅值、电压暂降持续时间满足集合B2的条件时，电压暂降位于集合B2区域；
当电压暂幅值、电压暂降持续时间满足集合B3的条件时，电压暂降位于集合B3区域。
需要说明的是，本技术方案中的电压暂降幅值、电压暂降持续时间为不需要规范化处理时的电压暂降幅值与电压暂降持续时间；或者为需要规范化处理时，规范化后的电压暂降幅值与电压暂降持续时间。
优选地，所述步骤S5具体包括：
s51：当设备受到A区域的电压暂降影响时，由于在集合A1区域中，A1区域的电压暂降持续时间小于Tmin，设备受到A1区域的电压暂降影响后故障概率为
s52：当设备受到C区域的电压暂降影响时，由于在集合C区域中，集合C 区域的电压暂降持续时间大于Tmax且电压暂降幅值低于Umin，暂降严重程度高，设备无法耐受此类暂降，设备受到C区域的电压暂降影响后故障概率为PtripC＝1；
s53：当设备受到B区域的电压暂降影响时，由于设备的电压耐受能力具有不确定性，导致设备的电压暂降后果状态也具有不确定性；
在B1区域内，取暂降电压幅值相同的电压暂降St1和St2，且St1的电压暂降持续时间t1小于St2的电压暂降持续时间t2；由于St2的电压暂降持续时间大于 St1的电压暂降持续时间，电压暂降St2的严重程度更高，其对敏感设备造成的影响也更大，因此，同一个设备在受到St1和St2影响后，设备故障的概率
在B1区域，Tmin左侧的暂降造成设备故障的概率为0，Tmax右侧的电压暂降造成的设备故障概率为1，而在Tmin与Tmax之间的电压暂降，随着电压暂降持续时间t的增加，电压暂降造成设备故障的概率从0逐渐增加到1；由此可以看出，在电压暂降幅值一定的情况下，电压暂降持续时间与设备故障概率成正比，而电压暂降持续时间可以用暂降位置到Tmin的距离表示，所以在B1区域中，在电压暂降幅值一定时，暂降位置到Tmin的距离与暂降造成设备故障的概率成正比；同理，在B1区域中，在电压暂降持续时间一定时，暂降位置到Umax的距离与暂降造成设备故障的概率成正比；
当电压暂降位于不确定区域时，电压暂降的严重程度以及其造成设备故障的概率均为电压暂降幅值u和电压暂降持续时间t的二维函数，假定u和t为相互独立的随机变量，根据上述分析，B1区域电压暂降造成设备故障的概率
其中，上式中Tmin＜t＜Tmax；u＜Umin；
同理，在B2区域电压暂降造成设备故障的概率
其中，上式中，tmax(u)为设备受到电压暂降幅值为u的电压暂降影响时，所表现出的极限耐受时间；tmax(u)＞t＞Tmax；Umin＜u＜Umax：
同理，在B3区域电压暂降造成设备故障的概率
其中，上式中，Tmin＜t＜Tmax；Umin＜u＜Umax：
s54：敏感设备受电压暂降影响后，故障概率可如以下表示：
与现有技术相比，有益效果是：
本发明在能量不变的前提下，将三相不平衡矩形电压暂降、三相平衡非矩形电压暂降以及三相不平衡非矩形电压暂降规范化为三相平衡矩形电压暂降，可以有效克服传统做法的不足，提高评估准确性。另外，现有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，通过采用模糊、随机、随机模糊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，针对现有技术的这个缺点，本发明完全从敏感设备电压暂降耐受能力不确定性出发，提出基于电压耐受曲线的不确定性的敏感设备电压暂降故障概率评估方法，从而有效克服现有方法的不足，能够确定敏感设备电压暂降耐受能力。
附图说明
图1是本发明一种敏感设备电压暂降故障概率评估方法的流程图；
图2是本发明中敏感设备电压耐受曲线图；
图3是本发明中三相平衡非矩形电压暂降规范化示意图；
图4是本发明中三相不平衡非矩形电压暂降规范化示意图；
图5是本发明中三相不平衡矩形电压暂降规范化示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1
一种敏感设备电压暂降故障概率评估方法,包括以下步骤:
S1:获得暂降数据,所述暂降数据包括电压暂降幅值以及电压暂降持续时间；
S2：建立T-U坐标系，根据敏感设备电压耐受曲线，将设备电压耐受曲线坐标系划分为若干区域；
S3：根据暂降数据判断电压暂降是否为三相平衡矩形电压暂降，如果电压暂降为三相平衡矩形电压暂降，则执行步骤S4；如果电压暂降不是三相平衡矩形电压暂降，则对该暂降进行规范化处理，得到规范化处理后的电压暂降幅值与电压暂降持续时间；
S4：根据电压暂降幅值以及电压暂降持续时间判断暂降与敏感设备电压耐受曲线的位置关系；
S5：根据暂降与敏感设备电压耐受曲线的位置关系，判断电压暂降造成设备故障的概率。需要说明的上，步骤S1与步骤S2可以调换。
其中，如图2所示，步骤S2中，坐标系中横坐标代表电压暂降持续时间t，纵坐标代表电压暂降幅值u；若干区域包括A区域、B区域以及C区域，其中A 区域的范围为集合A，集合A包括A1及A2；
集合A1＝(0＜t＜Tmin；U＞0)，集合A2＝(t≥Tmin；u≥Umax)
B区域的范围为集合B，其中集合B包括集合B1、B2及B3；
集合B1＝(Tmin＜t＜Tmax；0＜u＜Umin)
集合B2＝{tmax(u)＞t＞Tmax；Umin＜u＜Umax}
集合B3＝(Tmin＜t＜Tmax；Umin＜u＜Umax)
C区域的范围为集合C＝(t≥Ymax；0≤u≤Umin)
其中，Umin为敏感设备在不确定区域内电压暂降幅值的最小值，Umax为敏感设备在不确定区域内电压暂降幅值的最大值，Tmin为敏感设备在不确定区域内电压暂降持续时间的最小值，Tmax为敏感设备在不确定区域内电压暂降持续时间的最大值，tmax(u)表示设备受到幅值为u的电压暂降影响时，所表现出的极限耐受时间。
优选地，所述步骤3具体包括以下步骤：
s31：电压暂降能量指标定义式如下：
其中，U(t)为电压暂降幅值，Tsag为电压暂降持续时间，由于电压暂降幅值的表达式U(t)不容易获得，很难通过公式(1)直接对电压暂降能量指标进行计算； s32：计算矩形电压暂降能量指标时，由于电压暂降幅值U(t)与电压暂降持续时间Tsag为固定值，将公式(1)改写为：
E＝(1-Usag 2)×Tsag (2)
其中，Usag为电压暂降幅值，公式(2)仅适用于距形电压暂降能量指标计算； s33：为了对非矩形电压暂降能量指标进行计算，在监测或精确仿真评估中采用公式(3)计算非矩形电压暂降能量指标：
公式(3)中，M是t时间内检测或仿真采样点数，ΔT为相邻采样点的时间间隔,Usag(k)为第K个采样点处电压暂降幅值；
s34：三相电压暂降能量指标EA/B/C可以由各相电压暂降能量指标分别计算后相加便可得到，如下式：EA/B/C＝EA+EB+EC； (4)
其中，EA、EB、EC分别为A、B、C三相的电压暂降能量指标；
s35：分别对三相不平衡矩形电压暂降、三相平衡非矩形电压暂降以及三相不平衡非矩形电压暂降规范化处理，得到相应的规范化后的电压暂降幅值U′sag。
其中，步骤s35中，对于三相不平衡矩形电压暂降，矩形电压暂降持续时间是确定的，但暂降过程中三相电压暂降幅值不相等，无论选取哪一相电压暂降幅值都不合适，其规范化处理步骤如下：
通过公式(2)与公式(4)有：
由上述步骤得到
其中，U′sag为规范化后的三相不平衡矩形电压暂降幅值，Usag.A、Usag.B、Usag.C分别为A、B、C三相的矩形电压暂降幅值。
另外，在步骤s35中，另外，对于三相平衡非矩形电压暂降，此类电压暂降大多由大型感性电动机启动引起，暂降恢复过程缓慢，典型持续时间约为几秒钟，但由图1可以看出，在电压暂降的后半段幅值较高，对设备影响较小，如以非矩形电压暂降持续时间Tsag来衡量非矩形电压暂降时间维度上的严重程度，则非矩形电压暂降时间维度上的严重程度会被高估，对三相平衡非矩形电压暂降进行规范化处理具体步骤如下：
首先取规范化后的非矩形电压暂降持续时间
T′sag＝0.5Tsag
根据上式与公式(2)、(3)有：
因为有
其中，M为电压暂降持续时间内的采样点数；Usag(k)为第K个采样点处电压暂降幅值。
另外，在步骤s35中，对三相不平衡非矩形电压暂降的规范化过程与三相平衡非矩形电压暂降的规范化过程类似,其步骤如下:
利用公式(3)，三相不平衡非矩形电压暂降能量指标有：
在能量指标相等的情况下，将三相不平衡非矩形电压暂降转化为三相平衡矩形电压暂降：
s83：令规范化后的电压暂降持续时间T′sag＝0.5Tsag，且
另外，在步骤S4中，
当电压暂降幅值、电压暂降持续时间满足集合A1或集合A2的条件时，电压暂降位于区域A；
当电压暂降幅值、电压暂降持续时间满足集合C的条件时，电压暂降位于区域C；
当电压暂幅值、电压暂降持续时间满足集合B1的条件时，电压暂降位于集合B1区域；
当电压暂幅值、电压暂降持续时间满足集合B2的条件时，电压暂降位于集合B2区域；
当电压暂幅值、电压暂降持续时间满足集合B3的条件时，电压暂降位于集合B3区域。
需要说明的是，本技术方案中的电压暂降幅值、电压暂降持续时间为不需要规范化处理时的电压暂降幅值与电压暂降持续时间；或者为需要规范化处理时，规范化后的电压暂降幅值与电压暂降持续时间。
其中，步骤S5具体包括：
s51：当设备受到A区域的电压暂降影响时，由于在集合A1区域中，A1区域的电压暂降持续时间小于Tmin，设备受到A1区域的电压暂降影响后故障概率为
s52：当设备受到C区域的电压暂降影响时，由于在集合C区域中，集合C 区域的电压暂降持续时间大于Tmax且电压暂降幅值低于Umin，暂降严重程度高，设备无法耐受此类暂降，设备受到C区域的电压暂降影响后故障概率为PtripC＝1；
s53：当设备受到B区域的电压暂降影响时，由于设备的电压耐受能力具有不确定性，导致设备的电压暂降后果状态也具有不确定性；
在B1区域内，取暂降电压幅值相同的电压暂降St1和St2，且St1的电压暂降持续时间t1小于St2的电压暂降持续时间t2；由于St2的电压暂降持续时间大于 St1的电压暂降持续时间，电压暂降St2的严重程度更高，其对敏感设备造成的影响也更大，因此，同一个设备在受到St1和St2影响后，设备故障的概率
在B1区域，Tmin左侧的暂降造成设备故障的概率为0，Tmax右侧的电压暂降造成的设备故障概率为1，而在Tmin与Tmax之间的电压暂降，随着电压暂降持续时间t的增加，电压暂降造成设备故障的概率从0逐渐增加到1；由此可以看出，在电压暂降幅值一定的情况下，电压暂降持续时间与设备故障概率成正比，而电压暂降持续时间可以用暂降位置到Tmin的距离表示，所以在B1区域中，在电压暂降幅值一定时，暂降位置到Tmin的距离与暂降造成设备故障的概率成正比；同理，在B1区域中，在电压暂降持续时间一定时，暂降位置到Umax的距离与暂降造成设备故障的概率成正比；
当电压暂降位于不确定区域时，电压暂降的严重程度以及其造成设备故障的概率均为电压暂降幅值u和电压暂降持续时间t的二维函数，假定u和t为相互独立的随机变量，根据上述分析，B1区域电压暂降造成设备故障的概率
其中，上式中Tmin＜t＜Tmax；u＜Umin；
同理，在B2区域电压暂降造成设备故障的概率
其中，上式中，tmax(u)为设备受到电压暂降幅值为u的电压暂降影响时，所表现出的极限耐受时间；tmax(u)＞t＞Tmax；Umin＜u＜Umax：
同理，在B3区域电压暂降造成设备故障的概率
其中，上式中，Tmin＜t＜Tmax；Umin＜u＜Umax：
s54：敏感设备受电压暂降影响后，故障概率可如以下表示：
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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