一种非矩形VTC敏感设备电压暂降跳闸率评估方法与流程

一种非矩形vtc敏感设备电压暂降跳闸率评估方法
技术领域
1.本发明涉及供电技术领域，特别是涉及一种非矩形vtc敏感设备电压暂降跳闸率评估方法。


背景技术：

2.电压暂降是目前供电侧和用户侧都非常关注的电能质量问题之一，随着高新科技的迅猛发展，越来越多对电压暂降敏感的设备被应用在半导体制造业、纺织业、数据中心等行业，供用电侧无法避免的电压暂降为敏感用户的正常生产带来了严重的困扰，造成巨大经济损失。典型的电压暂降敏感设备有可编程逻辑控制器(plc)、个人计算机(pc)、可调速驱动器(asd)、交流接触器(acc)等。对敏感设备的故障跳闸率进行评估，是供电侧和用户侧缓解电压暂降问题的关键点。
3.拥有矩形vtc的敏感设备有：plc、pc、asd；拥有非矩形vtc的敏感设备有：acc、低压脱扣器。现在对于非矩形vtc敏感设备的故障率计算都是转变为矩形vtc，如从严讨论其敏感特性将非矩形区域去掉不计、将非矩形区域用等效面积法变换为矩形。将非矩形转变为矩形的方法都忽略掉了电压暂降波形起始点特征值、相位跳变特征值的影响，如何真实评估非矩形tvc敏感设备的故障跳闸率是很困难的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非矩形vtc敏感设备电压暂降跳闸率评估方法。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种非矩形vtc敏感设备电压暂降跳闸率评估方法，包括：
6.s1.绘制敏感设备的非矩形电压耐受曲线，所述非矩形电压耐受曲线包括波形起始点为0
°
时的第一耐受曲线和波形起始点为90
°
时的第二耐受曲线；
7.s2.根据所述第一耐受曲线和第二耐受曲线获取敏感设备的确定区域和不确定区域；所述确定区域表示敏感设备的电压暂降耐受能力确定的区域，所述不确定区域表示敏感设备的电压暂降耐受能力不确定的区域；
8.s3.对于敏感设备的不确定区域，利用核密度函数估计分别计算电压暂降幅值和持续时间的概率密度函数；
9.s4.分别计算电压暂降幅值和持续时间的累积概率分布函数；
10.s5.根据电压暂降事件的累积概率分布函数计算电压暂降在不确定区域时敏感设备的跳闸率，所述电压暂降事件的累积概率分布函数包括电压暂降幅值的累积概率分布函数和持续时间的累积概率分布函数。
11.优选的，所述敏感设备的确定区域包括正常运行区域和故障区域；
12.所述正常运行区域为第一耐受曲线的外侧区域，正常运行区域中敏感设备的跳闸率为0；
13.所述故障区域为第二耐受曲线的内侧区域，故障区域中敏感设备的跳闸率为1。
14.优选的，所述敏感设备的不确定区域为第一耐受曲线和第二耐受曲线之间的区域。
15.优选的，所述核密度函数估计为可变窗宽的核密度函数估计。
16.优选的，所述核密度函数估计的核函数为高斯核密度函数。
17.本发明的有益效果是：
18.1、本发明在非矩形vtc的基础上，将其分为确定区域和不确定区域，利用核密度函数估计方法实现了对非矩形vtc敏感设备的电压暂降跳闸率的评估，不对非矩形tvc进行转变，提高了非矩形tvc敏感设备的故障跳闸率评估的准确性，填补现阶段对非矩形tvc敏感设备(如acc、抵押脱扣器等)故障跳闸率评估的空白；
19.2、本发明中使用可变窗宽核密度概率评估，窗宽跟随暂降事件可变，相比于固定窗宽核密度函数估计方法具有更好的收敛性和平滑性。
附图说明
20.图1为非矩形vtc敏感设备电压暂降跳闸率评估方法的一种流程图；
21.图2为acc不同波形起始点(pow)下的电压耐受曲线；
22.图3为不同相位跳变(paj)下的电压耐受曲线；
23.图4为非矩形vtc示意图。
具体实施方式
24.下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.参阅图1～图4，本发明提供一种非矩形vtc敏感设备电压暂降跳闸率评估方法：
26.术语解释：
27.电压耐受曲线(vtc)：一次电压暂降位于耐受能力曲线左上侧设备正常运行，位于右下侧时设备故障。
28.电压暂降跳闸率：受到电压暂降影响导致敏感设备跳闸的概率。
29.如图1所示，一种非矩形vtc敏感设备电压暂降跳闸率评估方法，包括：
30.s1.绘制敏感设备的非矩形电压耐受曲线，所述非矩形电压耐受曲线包括波形起始点为0
°
时的第一耐受曲线和波形起始点为90
°
时的第二耐受曲线。
31.图2展示了acc不同波形起始点(pow)下的电压耐受曲线，图3展示了不同相位跳变(paj)下的电压耐受曲线。
32.由于大量研究表明pow对acc的影响具有严格的半波对称性和近似的四分之一周期波对称性，本实施例仅对0
°
到90
°
的条件进行分析。从图2可以看出，pow对acc的瞬态容限影响很大。当pow接近0
°
时，acc对倾角的幅度特征更敏感，但对倾角持续时间的耐受性较强，且随着暂降值的增大，其耐受性有强
‑
弱
‑
强非单调关系。当pow接近90
°
时，acc对短时间倾角更敏感，对低等倾角的容忍度没有增强。出现上述现象的原因与线圈在倾角瞬间的剩
磁有关，导致电磁暂态过程持续时间不同，铁芯释放时间不同。
33.实际系统中的跳角一般为负值，且不小于
‑
60
°
，少数故障会导致正角的跳变，如电缆连接处的故障。因此，本实施例测试了
‑
60～60
°
paj对acc瞬态容限的影响。可以发现跳跃对设备临界容差大小没有显着影响，但在持续时间内，随着暂降值的减小，paj的影响程度大致呈减少。理论上，paj指标主要影响跌落发生后瞬时电压波形的位置。不同位置会给电磁暂态过程带来细微的差异，暂降值越低，差异越小。当理论暂降值为0时，不会有波形位置特征，因此paj对acc的容差没有影响。这也从侧面反映出paj对其影响有限，不如pow明显。
34.结合对电压暂降波形起始点和相位跳变对电压耐受曲线的影响情况，本实施例中非矩形vtc是acc在波形起始点0
°
时的耐受曲线，波形点为90
°
时耐受曲线为矩形，如图4所示，q1为第一耐受曲线vtc1的膝点，q2和q3为第二耐受曲线vtc2的膝点。
35.s2.根据所述第一耐受曲线和第二耐受曲线获取敏感设备的确定区域和不确定区域；所述确定区域表示敏感设备的电压暂降耐受能力确定的区域，所述不确定区域表示敏感设备的电压暂降耐受能力不确定的区域。
36.具体的，所述敏感设备的确定区域包括正常运行区域和故障区域。
37.所述正常运行区域为第一耐受曲线的外侧区域，正常运行区域中敏感设备的跳闸率为0。如图4所示，正常运行区域包括t＜t1，且v＜u1的区域和v＞u1的区域。
38.所述故障区域为第二耐受曲线的内侧区域，故障区域中敏感设备的跳闸率为1。如图4所示，故障区域的边界为直线i1、直线i2、直线i3和直线i4，其中，直线i1：v＝u2；直线i2为过点q2和q3的直线；直线i3为过点q3和q4的直线；直线i4：v＝0。
39.直线i2：
40.直线i3：
41.因此，一次电压暂降事件e(u，t)与设备x的跳闸率的关系可以描述为：
[0042][0043]
公式(1)～(3)中，u为电压暂降幅值，t为电压暂降持续时间，u1为图4中q1的电压暂降幅值，u2为图4中q2的电压暂降幅值，u3分别为图4中q3的电压暂降幅值，t1为图4中q1的电压暂降持续时间，t2为图4中q2的电压暂降持续时间，t3为图4中q3的电压暂降持续时间，t
max
分别为图4中q4的电压暂降持续时间。
[0044]
所述敏感设备的不确定区域为第一耐受曲线和第二耐受曲线之间的区域，即，位于第一耐受曲线内侧、且位于第二耐受曲线外侧的区域。如图4所示，不确定区域包括区域a、区域b、区域c和区域d。
[0045]
s3.对于敏感设备的不确定区域，利用核密度函数估计分别计算电压暂降幅值和持续时间的概率密度函数。
[0046]
具体的，假设随机变量x1，x2，
…
，x
t
组成一组序列，是构建密度函数的样本点；其密度函数为f(x)，则
[0047][0048]
式中，m为构建密度函数的样本点总数；h为窗宽；n为变量空间的维数，此处取1；为核函数。
[0049]
所述核函数必须满足如下条件：
[0050][0051][0052]
在一些实施例中，所述核密度函数估计的核函数为高斯核密度函数：
[0053][0054]
在一些实施例中，所述核密度函数估计为可变窗宽的核密度函数估计。窗宽h是一个可以自由设定的参数，但是其值大小的设定对得到的估计值有着很大的影响。因此本实施例采用可变窗宽的核密度估计，窗宽根据样本位置而变化，相较于固定窗宽有着更优秀的收敛性和平滑性，式子如下：
[0055][0056][0057][0058]
式中，f(x)是窗宽为h
i
的核密度函数；m为构建可变窗宽密度函数的样本点总数；每一个点i都有一个对应的窗宽h
i
，因此这叫可变；是窗宽为h
i
的核函数，这里采用高斯核函数；0≤α≤1，是灵敏因子，通常取0.5；ω为表示窗宽的参数，其中，m
d
为不同样本的个数(m
d
≤m)。
[0059]
根据公式(8)、(9)、(10)得到电压暂降幅值的概率密度函数f(v)，同理可以计算得到持续时间的概率密度函数f(t)。
[0060]
s4.分别计算电压暂降幅值和持续时间的累积概率分布函数。
[0061]
电压暂降幅值的累积概率分布函数为：
[0062][0063]
同理，可以计算得到持续时间的累积概率分布函数：
[0064][0065]
s5.根据电压暂降事件的累积概率分布函数计算电压暂降在不确定区域时敏感设备的跳闸率，所述电压暂降事件的累积概率分布函数包括电压暂降幅值的累积概率分布函数和持续时间的累积概率分布函数。
[0066]
根据电压暂降事件e(u，t)，可以计算在不确定区域的跳闸率，根据实测数据令t2＝t3，
[0067][0068]
式中，a、b、c和d分别为图4中不确定区域的四个部分。
[0069]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。