李天楚，伍智鵬，方銘，李科得

基于Larsen推理的電壓暫降下工業(yè)過(guò)程負(fù)荷損失率評(píng)估方法

李天楚1,2，伍智鵬1,2，方銘1,2，李科得1,2

(1.海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，海南 海口 570311；2.海南省電網(wǎng)理化分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?570311)

明確電壓暫降對(duì)工業(yè)過(guò)程的影響程度，是進(jìn)行暫降損失估計(jì)、提供治理方案的前提?？紤]了工業(yè)過(guò)程設(shè)備級(jí)/過(guò)程級(jí)的電壓暫降耐受能力，提出了一種負(fù)荷損失率的評(píng)估方法，以量化電壓暫降對(duì)工業(yè)過(guò)程造成的危害。首先，為解決過(guò)程參數(shù)難以獲取、精度低的問(wèn)題，建立了基于物理結(jié)構(gòu)的過(guò)程參數(shù)等值響應(yīng)模型。將過(guò)程級(jí)的非電量過(guò)程參數(shù)值等效為電壓值，以輸入電壓暫降特征量刻畫(huà)設(shè)備和工業(yè)過(guò)程的耐受特性。然后，提出了基于Larsen推理的負(fù)荷損失率評(píng)估方法，以暫降特征量為推理前件、以負(fù)荷損失率為推理后件，構(gòu)建了前件、后件的隸屬度函數(shù)。實(shí)現(xiàn)了基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的過(guò)程負(fù)荷損失率的推理評(píng)估，減小評(píng)估結(jié)果對(duì)精確信息的依賴(lài)性。最后，應(yīng)用該方法評(píng)估海南省某石化企業(yè)的電壓暫降下負(fù)荷損失率，結(jié)果表明所提出方法正確且有效。

電能質(zhì)量；電壓暫降；電壓耐受曲線(xiàn)；負(fù)荷損失率；模糊推理

0 引言

電壓暫降是工業(yè)用戶(hù)投訴最頻繁的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件[1-4]。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，高精尖的敏感用戶(hù)越來(lái)越多，電壓暫降導(dǎo)致其生產(chǎn)過(guò)程跳停，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[5-8]。電壓暫降下的負(fù)荷損失率是運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析中表征風(fēng)險(xiǎn)后果的重要內(nèi)容，能客觀(guān)量化電網(wǎng)負(fù)荷損失和用戶(hù)實(shí)際后果[9]。研究敏感用戶(hù)的設(shè)備與生產(chǎn)過(guò)程的工作特性，分析電壓暫降下的用戶(hù)負(fù)荷損失率，是進(jìn)行用戶(hù)電壓經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估、電網(wǎng)負(fù)荷損失預(yù)警和電壓暫降治理的前提。

隨著工廠(chǎng)生產(chǎn)流程自動(dòng)化程度的提升，保持設(shè)備持續(xù)、正常運(yùn)行愈加重要[10]。針對(duì)電壓暫降導(dǎo)致的設(shè)備異常工作或跳停事件，相關(guān)學(xué)者展開(kāi)了大量研究。通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)工業(yè)過(guò)程中涉及到的敏感設(shè)備，如可編程邏輯控制器[11](Programmable Logic Controller, PLC)、變頻器[12](Variable Frequency Drive, VFD)和交流接觸器[13-14](AC Contactor, ACC)進(jìn)行了大量測(cè)試研究?；跍y(cè)試數(shù)據(jù)，獲得了受試設(shè)備的電壓耐受曲線(xiàn)[15](Voltage Tolerance Curve, VTC)，刻畫(huà)出單臺(tái)設(shè)備的耐受能力。但單個(gè)設(shè)備的耐受能力與整個(gè)工業(yè)過(guò)程的耐受能力不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，難以直接反映電壓暫降給工業(yè)過(guò)程造成危害的嚴(yán)重程度[16]。

在工業(yè)過(guò)程方面，最早的研究主要是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中易受電壓暫降影響的核心設(shè)備進(jìn)行分析的，文獻(xiàn)[17-18]分析了紡織機(jī)與軋鋼機(jī)在暫降下的嚴(yán)重后果，并建議了治理措施。在此基礎(chǔ)上，學(xué)者們把研究對(duì)象擴(kuò)展到由多個(gè)設(shè)備組成的子過(guò)程，通過(guò)分析子過(guò)程的受影響程度，再進(jìn)一步得出整個(gè)工業(yè)過(guò)程的電壓暫降后果。文獻(xiàn)[19]提出了一種串并聯(lián)關(guān)系結(jié)構(gòu)，用于刻畫(huà)各子過(guò)程與工業(yè)過(guò)程間的聯(lián)系。文獻(xiàn)[20]提出了一種基于與或邏輯門(mén)的故障樹(shù)結(jié)構(gòu)，刻畫(huà)二者關(guān)系。在研究工業(yè)子過(guò)程受影響程度時(shí)，子過(guò)程包含部分不敏感設(shè)備，導(dǎo)致上述方法難以直接應(yīng)用。CIGRE提出過(guò)程免疫時(shí)間(Process Immunity Time, PIT)概念[21]，力圖解決工業(yè)過(guò)程受暫降影響的后果刻畫(huà)問(wèn)題。文獻(xiàn)[22]將PIT用于過(guò)程的電壓暫降后果評(píng)估研究，考慮了工業(yè)過(guò)程中的慣性系統(tǒng)對(duì)暫降的響應(yīng)時(shí)間、設(shè)備重啟動(dòng)等情況。文獻(xiàn)[23]考慮了諸如重合閘等保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作特性對(duì)中斷概率評(píng)估的影響，為供電方與用戶(hù)提供更多信息。

目前，工業(yè)過(guò)程電壓暫降耐受能力的評(píng)估領(lǐng)域，存在兩大挑戰(zhàn)。第一，現(xiàn)有方法依賴(lài)較精確的基礎(chǔ)信息，在實(shí)際中難以滿(mǎn)足?，F(xiàn)有評(píng)估方法進(jìn)行中斷概率的準(zhǔn)確評(píng)估，是建立在精確信息的基礎(chǔ)之上，即需要準(zhǔn)確得到工業(yè)過(guò)程中各設(shè)備間的連接關(guān)系、敏感設(shè)備的耐受能力、過(guò)程免疫時(shí)間、電壓暫降的特征參數(shù)等數(shù)據(jù)。顯然，生產(chǎn)實(shí)際中，無(wú)法保證所收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精度，某些涉及生產(chǎn)機(jī)密的詳細(xì)生產(chǎn)情況，工業(yè)用戶(hù)往往并不愿提供。第二，評(píng)估目標(biāo)的適用性不強(qiáng)。評(píng)估方法認(rèn)為工業(yè)過(guò)程的后果狀態(tài)僅存在兩種可能，即正常或中斷。實(shí)際上，電壓暫降并不會(huì)導(dǎo)致工業(yè)過(guò)程完全中斷，更多的時(shí)候，表現(xiàn)為用戶(hù)損失部分負(fù)荷?；谏鲜鲈?，現(xiàn)有評(píng)估結(jié)果的精確性得不到保證，甚至因缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)而無(wú)法進(jìn)行評(píng)估。

應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，本文以負(fù)荷損失率量化電壓暫降給工業(yè)過(guò)程造成的危害，引入Larsen模糊推理方法，減小評(píng)估方法對(duì)精確信息的依賴(lài)性。首先，分析設(shè)備級(jí)/過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性及其刻畫(huà)方法；其次，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程某些參數(shù)難以獲取的現(xiàn)狀，提出了基于物理結(jié)構(gòu)的過(guò)程參數(shù)等值響應(yīng)模型，將非電量過(guò)程參數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓參數(shù)，直接以輸入電壓值刻畫(huà)工業(yè)過(guò)程耐受特性。然后，根據(jù)設(shè)備級(jí)/過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性和過(guò)程參數(shù)等值響應(yīng)模型，提出電壓暫降下負(fù)荷損失率評(píng)估方法，構(gòu)建了幅值隸屬度函數(shù)、持續(xù)時(shí)間隸屬度函數(shù)以及負(fù)荷損失率隸屬度函數(shù)，基于Larsen模糊推理方法進(jìn)行暫降特征量到負(fù)荷損失率的推理評(píng)估，再集質(zhì)心去模糊，實(shí)現(xiàn)過(guò)程負(fù)荷損失率的評(píng)估。最后，應(yīng)用所提算法評(píng)估海南省某石化企業(yè)的電壓暫降下負(fù)荷損失率，證明了本文所提出方法的合理性與適用性。

1 設(shè)備級(jí)/過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性

電壓暫降耐受能力可以分為設(shè)備級(jí)和過(guò)程級(jí)，設(shè)備級(jí)耐受能力反映了設(shè)備的電氣特性，它決定電氣設(shè)備對(duì)電壓暫降的抵抗能力；過(guò)程級(jí)耐受能力反映了工業(yè)過(guò)程的物理屬性，它決定了電壓暫降下過(guò)程參數(shù)越過(guò)限制閾值所用的時(shí)間長(zhǎng)短。需要說(shuō)明的是，設(shè)備級(jí)耐受能力并不能等同于過(guò)程級(jí)的耐受能力，但兩者之間又存在緊密聯(lián)系。

1.1 電壓暫降響應(yīng)特性——設(shè)備級(jí)

設(shè)備的電壓暫降耐受能力是描述設(shè)備級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性的有效工具，一般以電壓耐受曲線(xiàn)(Voltage Tolerance Curve, VTC)的形式進(jìn)行刻畫(huà)。通常，確定電壓耐受曲線(xiàn)的最佳方法是實(shí)驗(yàn)測(cè)試。然而，由于較高的測(cè)試成本和耗時(shí)[24]，不可能通過(guò)測(cè)試獲得所有設(shè)備的耐受曲線(xiàn)。因此，基于有限測(cè)試樣本，構(gòu)建設(shè)備耐受能力評(píng)估模型[25]，是獲取設(shè)備耐受能力、刻畫(huà)設(shè)備級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性的普遍方法。

典型的電壓耐受曲線(xiàn)如圖1所示，橫、縱坐標(biāo)分別為電壓暫降持續(xù)時(shí)間和殘余電壓，兩條紅色的VTC將耐受能力區(qū)間分為正常運(yùn)行、不確定區(qū)域和故障區(qū)域。其中上限VTC對(duì)應(yīng)的耐受電壓和時(shí)間分別為upper和upper，下限VTC對(duì)應(yīng)的耐受電壓和時(shí)間分別為lower和lower。對(duì)于高于VTC上限的暫降，設(shè)備表現(xiàn)為正常運(yùn)行，對(duì)于低于VTC下限的暫降，設(shè)備表現(xiàn)為故障停機(jī)。在不確定性區(qū)域，設(shè)備可能表現(xiàn)為正常運(yùn)行，也可能表現(xiàn)為故障停機(jī)。

圖1 典型電壓耐受曲線(xiàn)

1.2 電壓暫降響應(yīng)特性——過(guò)程級(jí)

工業(yè)過(guò)程由多個(gè)設(shè)備集成，多個(gè)設(shè)備經(jīng)不同的串并聯(lián)關(guān)系協(xié)調(diào)配合進(jìn)行生產(chǎn)。過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性受過(guò)程包含的敏感設(shè)備類(lèi)型、各敏感設(shè)備組成比例、設(shè)備的連接方式以及工藝參數(shù)的可接受閾值等影響。

目前，常采用過(guò)程參數(shù)變化曲線(xiàn)來(lái)刻畫(huà)過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性。暫降前后過(guò)程參數(shù)的偏差，可作為定量刻畫(huà)工業(yè)過(guò)程受電壓暫降影響的依據(jù)。過(guò)程級(jí)響應(yīng)特性不同于設(shè)備級(jí)響應(yīng)特性，過(guò)程中可能包含對(duì)暫降不敏感的元件，體現(xiàn)為某些關(guān)鍵工藝參數(shù)不會(huì)即刻響應(yīng)電壓暫降，比如油倉(cāng)液位、化學(xué)反應(yīng)釜的壓力、烤漆房的溫度等。文獻(xiàn)[21]提出PIT概念量化過(guò)程級(jí)響應(yīng)特性。如圖2所示，PIT是從暫降發(fā)生時(shí)刻起至其關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)越限的時(shí)間。通常認(rèn)為在典型敏感設(shè)備故障/跳停前，關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)不會(huì)發(fā)生偏離。

圖2 過(guò)程參數(shù)變化曲線(xiàn)

2 ?過(guò)程參數(shù)等值響應(yīng)模型

過(guò)程參數(shù)在電壓暫降下的變化規(guī)律體現(xiàn)了過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性。工業(yè)用戶(hù)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)雖然可以監(jiān)測(cè)部分過(guò)程參數(shù)，但是，過(guò)程參數(shù)的監(jiān)測(cè)和電壓暫降的監(jiān)測(cè)屬于不同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，多源數(shù)據(jù)存在對(duì)時(shí)誤差、采樣率不一、甚至某些過(guò)程參數(shù)未被采集的情況。在生產(chǎn)實(shí)際中，難以直接應(yīng)用生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刻畫(huà)過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性。為此，本文提出基于物理結(jié)構(gòu)的過(guò)程參數(shù)等值響應(yīng)模型，將非電量過(guò)程參數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓參數(shù)，直接以輸入電壓值刻畫(huà)工業(yè)過(guò)程耐受特性。

電動(dòng)機(jī)是工業(yè)用戶(hù)的主要負(fù)荷，其可進(jìn)一步分為變頻交流電機(jī)和普通異步電機(jī)。變頻交流電機(jī)通常由VFD驅(qū)動(dòng)，發(fā)生電壓暫降時(shí)，若VFD未故障，則電機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)發(fā)生偏移，因此本文僅考慮普通異步電機(jī)系統(tǒng)中過(guò)程參數(shù)的偏移。在典型的工業(yè)過(guò)程中，交流接觸器、電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)荷等設(shè)備協(xié)同運(yùn)行，構(gòu)成了工業(yè)過(guò)程中敏感模塊，其典型結(jié)構(gòu)如圖3所示。刻畫(huà)該模塊受電壓暫降影響的后果狀態(tài)，需要確定過(guò)程側(cè)的關(guān)鍵參數(shù)，建立過(guò)程側(cè)關(guān)鍵參數(shù)與電氣側(cè)參數(shù)的等值響應(yīng)模型。從而，將工業(yè)參數(shù)的變化等值映射為電機(jī)的機(jī)端電壓的變化。實(shí)際中，該模塊中的穩(wěn)定運(yùn)行一般由轉(zhuǎn)速控制，因此明確轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)差率)與機(jī)端電壓間的映射關(guān)系，即可建立過(guò)程參數(shù)等值響應(yīng)模型。

圖3 交流接觸器-電機(jī)-負(fù)荷模塊

額定工況下異步電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，如式(1)所示。

式中：T為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；N為額定轉(zhuǎn)速；N為額定機(jī)械功率；的取值與負(fù)載類(lèi)型有關(guān)，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，的值分別為0、-1和2。

當(dāng)機(jī)端電壓下降時(shí)，異步電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩突然下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之下降，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式，輸出轉(zhuǎn)矩為

式中：L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；1為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)式(2)、式(3)可求得轉(zhuǎn)差率對(duì)應(yīng)的等值電壓P為

由上式可知當(dāng)轉(zhuǎn)差率由額定值N下降為時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓為P。

類(lèi)似于VTC對(duì)應(yīng)的耐受電壓，P-th從過(guò)程參數(shù)角度刻畫(huà)了工業(yè)過(guò)程的后果狀態(tài)。后文在采用模糊推理法評(píng)估電壓暫降下的負(fù)荷損失率時(shí)，構(gòu)建的幅值隸屬度函數(shù)同時(shí)考慮了P-th和上下限VTC對(duì)應(yīng)的耐受電壓。

3 ?電壓暫降下負(fù)荷損失率評(píng)估方法

3.1 模糊推理體系

設(shè)備級(jí)/過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性及建立的過(guò)程參數(shù)等值響應(yīng)模型可描述在具體過(guò)程結(jié)構(gòu)、運(yùn)行工況下的敏感負(fù)荷響應(yīng)特性。但是，工業(yè)過(guò)程中的工況、結(jié)構(gòu)和設(shè)備類(lèi)型等存在多樣性，發(fā)生電壓暫降而導(dǎo)致?lián)p失負(fù)荷的條件具有不充分性，難以簡(jiǎn)單直接地描述電壓暫降事件與負(fù)荷損失量之間的因果關(guān)系。電壓暫降事件的幅值和持續(xù)時(shí)間等特征量具有隨機(jī)性，負(fù)荷響應(yīng)特性具有模糊性，可采用模糊推理構(gòu)建電壓暫降下負(fù)荷損失率評(píng)估方法。

模糊推理的步驟主要包括模糊化、模糊推理、解模糊。進(jìn)行模糊推理前，首先要對(duì)屬性進(jìn)行模糊化，即將前件和后件(表示條件的命題稱(chēng)為前件，表示依賴(lài)條件而成立的命題稱(chēng)為后件)分為多個(gè)模糊子集，并采用隸屬度函數(shù)來(lái)確定論域中的元素對(duì)模糊集合的隸屬度。

圖5 多前提、單規(guī)則的Larsen模糊推理過(guò)程

最后用激勵(lì)度與模糊規(guī)則的后件作乘積合成運(yùn)算，即

解模糊是將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的值，解模糊的方法有很多種，最常用的有最大隸屬度法、質(zhì)心法和加權(quán)平均法。

3.2 推理前件模糊化

本模糊體系的推理前件為暫降的幅值和持續(xù)時(shí)間，以敏感設(shè)備的上/下限VTC、工業(yè)過(guò)程的PIT和P-th為依據(jù)，對(duì)暫降幅值與持續(xù)時(shí)間進(jìn)行劃分。如圖6所示，兩段紅線(xiàn)分別為工業(yè)過(guò)程中敏感設(shè)備的電壓耐受曲線(xiàn)的上限和下限，兩段藍(lán)線(xiàn)的豎直部分由PIT決定，水平部分由P-th決定，其中PIT可能的最大值為2，可能的最小值為1。它們把幅值-時(shí)間平面劃分為了5個(gè)區(qū)域。

當(dāng)暫降事件處于I區(qū)間時(shí)，工業(yè)過(guò)程不會(huì)受到電壓暫降的任何影響。當(dāng)暫降事件處于II區(qū)間時(shí)，設(shè)備往往不會(huì)跳閘，但過(guò)程參數(shù)會(huì)有一定程度的下降，工業(yè)過(guò)程存在中斷的可能性。當(dāng)暫降事件處于III區(qū)間時(shí)，設(shè)備存在跳閘的可能性，若設(shè)備跳閘后，不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成重啟，則工業(yè)過(guò)程會(huì)發(fā)生中斷。當(dāng)暫降事件處于IV區(qū)間時(shí)，敏感設(shè)備必定跳閘，同樣，若跳閘設(shè)備不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成重啟，則故障將升級(jí)為工業(yè)過(guò)程中斷。當(dāng)暫降事件處于V區(qū)間時(shí)，暫降的后果最嚴(yán)重，無(wú)論跳閘設(shè)備是否能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成重啟，工業(yè)過(guò)程均會(huì)發(fā)生中斷。

圖6 推理前件的隸屬度函數(shù)

根據(jù)區(qū)域的劃分，暫降幅值和持續(xù)時(shí)間的論域分別包含3個(gè)模糊子集，采用三角隸屬度函數(shù)和梯形隸屬度函數(shù)刻畫(huà)各模糊子集的隸屬度。

3.2.1幅值隸屬度函數(shù)

3.2.2持續(xù)時(shí)間隸屬度函數(shù)

3.3 推理后件模糊化

圖7 負(fù)荷損失率隸屬度函數(shù)

隸屬函數(shù)的表達(dá)式為

式中：和用于調(diào)節(jié)曲線(xiàn)的形狀，其取值均大于0；mean為區(qū)間各元素的中值。根據(jù)電壓暫降下實(shí)際的負(fù)荷損失率擬合、和mean。在調(diào)節(jié)和時(shí)，需保證相鄰語(yǔ)言間重疊率宜保持在0.2～0.6。

3.4 模糊推理和解模糊

對(duì)于某次的電壓暫降事件，根據(jù)Larsen模糊關(guān)系的定義有：

根據(jù)上述方法，分別求取電壓暫降在不同規(guī)則下的模糊集合，集成多個(gè)模糊集合，再集質(zhì)心去模糊，即可評(píng)估負(fù)荷損失率o為

3.5 評(píng)估流程

電壓暫降下負(fù)荷損失率評(píng)估流程，如圖8所示。主要步驟如下所述。

圖8 負(fù)荷損失率的評(píng)估流程

1) 數(shù)據(jù)處理：根據(jù)歷史記錄的電壓暫降事件、用戶(hù)各敏感設(shè)備的VTC、負(fù)荷跳停歷史事件等計(jì)算過(guò)程參數(shù)等值可接受閾值和各過(guò)程的PIT等電壓暫降耐受信息。

2) 特性刻畫(huà)：基于電壓暫降事件與負(fù)荷損失率的數(shù)據(jù)集進(jìn)行推理模型訓(xùn)練，確定隸屬函數(shù)中各參數(shù)；根據(jù)記錄到的電壓暫降事件，分析地區(qū)電壓暫降特征，估計(jì)出該地區(qū)的電壓暫降水平。

3) 損失評(píng)估：基于所刻畫(huà)的模糊推理體系，依據(jù)Larsen推理算法，獲得待評(píng)估各次電壓暫降事件的負(fù)荷損失率的模糊集，進(jìn)一步去模糊化得到負(fù)荷損失率。

4 ?應(yīng)用實(shí)例

以海南某石化企業(yè)為研究對(duì)象，驗(yàn)證本文所提方法。該廠(chǎng)的主要產(chǎn)物為精對(duì)苯二甲酸(PTA)和聚酯切片(PET)，其生產(chǎn)流程如圖9所示。首先需要從原油中提煉出對(duì)二甲苯(PX)，再將PX氧化并去雜質(zhì)后得到PTA，PTA再和乙二醇反應(yīng)生成PET。根據(jù)工藝指標(biāo)的不同，該廠(chǎng)生產(chǎn)得到的PET又可分為瓶級(jí)切片、纖維級(jí)切片和薄膜級(jí)切片，其中瓶級(jí)切片可用于飲料包裝，纖維級(jí)切片可用于制作滌綸短纖等，薄膜級(jí)切片可用于包裝、膠片及磁帶等。

圖9 海南某石化企業(yè)生產(chǎn)流程

生產(chǎn)過(guò)程中涉及的主要設(shè)備有蒸汽噴射器、催化重整與聯(lián)合芳烴裝置、反應(yīng)器、過(guò)濾器、螺桿泵、轉(zhuǎn)閥、干燥機(jī)、風(fēng)機(jī)、攪拌器、真空泵、輸送系統(tǒng)等。其中典型的敏感電氣設(shè)備有攪拌機(jī)、螺桿泵、真空泵等，它們均采用變頻器驅(qū)動(dòng)。同時(shí)含電機(jī)的設(shè)備一般前端還配有交流接觸器以控制電路的通斷。本節(jié)以上述石化行業(yè)氧化過(guò)程為例進(jìn)行分析。

在氧化反應(yīng)中，螺桿泵的功能為控制反應(yīng)器中注入原料的流量，流量是一個(gè)具有數(shù)字耦合特性的參量，其有明確的限值，它是判斷螺桿泵是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵參數(shù)。為了進(jìn)一步建立液體流量與電氣側(cè)參數(shù)的關(guān)系，需要分析各個(gè)參數(shù)間的聯(lián)系。液體的流量與螺旋葉片的轉(zhuǎn)速線(xiàn)性正相關(guān)，而電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)機(jī)端電壓的關(guān)系可根據(jù)機(jī)械特性曲線(xiàn)求出。螺桿泵為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載[26]，其負(fù)載特性曲線(xiàn)與電機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)即是電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。隨著電機(jī)機(jī)端電壓的下降，電機(jī)穩(wěn)定工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)差率逐漸增大。根據(jù)第2節(jié)方法可知，當(dāng)電機(jī)機(jī)端電壓降為額定值的79%時(shí)，轉(zhuǎn)差率達(dá)到可接受的最大轉(zhuǎn)差率(6%)，此時(shí)若電壓再下降，則會(huì)導(dǎo)致氧化環(huán)節(jié)產(chǎn)物受到影響，即確定P-th為0.79 p.u.。

基于廠(chǎng)家提供的工藝參數(shù)可接受閾值，在Matlab/Simulink中搭建仿真平臺(tái)，確定流量的過(guò)程抗擾時(shí)間PIT為280～340 ms。表1為該環(huán)節(jié)中各設(shè)備的耐受特性。由于目前廠(chǎng)內(nèi)交流接觸器配置有不間斷電源(Uninterruptible Power Supply, UPS)，電壓暫降并不會(huì)造成ACC脫扣，因此僅需考慮變頻器的電壓耐受能力。則有l(wèi)ower和upper分別為36 ms和68 ms，lower和upper分別為0.55 p.u.和0.78 p.u.。

表1 設(shè)備耐受信息

表2為2020年該地區(qū)統(tǒng)計(jì)得到的10次電壓暫降事件。根據(jù)Larsen模糊推理方法，計(jì)算表2中各次電壓暫降事件作用下該環(huán)節(jié)的負(fù)荷損失率，結(jié)果如表3所示。

本文所提方法進(jìn)行的模糊化處理，減小了客觀(guān)存在的數(shù)據(jù)偏差等帶來(lái)的影響，且根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷損失量來(lái)確定隸屬度函數(shù)，進(jìn)一步保證了評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。以用戶(hù)給出的實(shí)際負(fù)荷損失量為標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估結(jié)果相對(duì)誤差均小于6%，處于可接受范圍。證明了本文所提出的方法減小了對(duì)精確數(shù)據(jù)信息的依賴(lài)性，且能保證較好的準(zhǔn)確性。

表2 2020年記錄的電壓暫降事件

表3 負(fù)荷損失率

5 ?結(jié)論

1) 將電壓暫降耐受能力分為設(shè)備級(jí)和過(guò)程級(jí)，并分析了設(shè)備級(jí)/過(guò)程級(jí)電壓暫降響應(yīng)特性，明確相應(yīng)的刻畫(huà)方法；

2) 針對(duì)某些過(guò)程參數(shù)難以獲取的現(xiàn)狀，本文提出了一種基于物理結(jié)構(gòu)的過(guò)程參數(shù)等值響應(yīng)模型，將非電量過(guò)程參數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓參數(shù)，直接以輸入電壓值刻畫(huà)工業(yè)過(guò)程耐受特性；

3) 本文提出了一種電壓暫降下工業(yè)過(guò)程負(fù)荷損失率的評(píng)估方法，基于Larsen模糊推理，減小了客觀(guān)存在的數(shù)據(jù)偏差等對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響程度，降低了評(píng)估過(guò)程對(duì)精確信息的依賴(lài)性；

4) 對(duì)海南省某石化企業(yè)進(jìn)行案例分析，基于評(píng)估結(jié)果與實(shí)際負(fù)荷損失率的對(duì)比分析，證明了本文方法的適用性和合理性。

研究用戶(hù)在電壓暫降下的損失大小，根據(jù)用戶(hù)的損失風(fēng)險(xiǎn)程度，優(yōu)化電壓暫降治理措施。最大化治理效益，為用戶(hù)定制優(yōu)質(zhì)用電精準(zhǔn)服務(wù)，是電壓暫降防治工作的主要方向。

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Load loss rate evaluation method of an industrial process under voltage sag based on Larsen reasoning

LI Tianchu1, 2, WU Zhipeng1, 2, FANG Ming1, 2, LI Kede1, 2

(1.Electric Power Research Institute of Hainan Power Grid Corporation Ltd., Haikou 570311, China; 2.Key Laboratory of Physical and Chemical Analysis for Electric Power of Hainan Province, Haikou 570311, China)

It is a requirement of estimating voltage sag loss and providing a treatment scheme to know the impact of voltage sag on the industrial process.This paper considers the tolerance of voltage sags at the equipment/process level, and presents an evaluation method of load loss rate to quantify the harm of voltage sags.First, to solve the problems of obtaining process parameters and low accuracy, an equivalent response model of process parameters based on physical structure is established.The non-electrical process parameters at the process level are equivalent to the voltage values, and the characteristics of sag are used to describe the tolerance characteristics of equipment and industrial processes.Then, the load loss rate evaluation method based on Larsen reasoning is proposed.Taking the sag characteristic quantity as the antecedent and the load loss rate as the aftereffect, the membership functions are constructed.The evaluation of the load loss rate based on the monitoring data is realized, and the dependence of the evaluation result on accurate information is reduced.Finally, the method is applied to evaluate the load loss rate of a petrochemical enterprise in Hainan Province.The results show that the method proposed in this paper is correct and effective.This work is supported by the Science and Technology Project of China Southern Power Grid (No.073000KK52190007).

power quality; voltage sag; voltage tolerance curve; load loss rate; fuzzy reasoning

10.19783/j.cnki.pspc.210388

2021-04-11；

2021-07-16

李天楚(1988—)，女，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量、電磁環(huán)境與儀器儀表檢測(cè)技術(shù)；E-mail: litianchu2000@163.com

伍智鵬(1993—)，男，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量分析；E-mail: hnwuzhipeng2020@163.com

方 銘(1988—)，女，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量、電壓管理與儀器儀表檢定技術(shù)。E-mail: hnfangming@ 163.com

南方電網(wǎng)科技項(xiàng)目資助(073000KK52190007)

(編輯 葛艷娜)