專利名稱：一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配電網(wǎng)可靠性判斷方法的改進(jìn)，具體涉及一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法，屬于配網(wǎng)可靠性判斷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
配電系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)末端，直接與用戶相連，電力系統(tǒng)對(duì)用戶的供電能力與供 電質(zhì)量都必須通過(guò)配電系統(tǒng)來(lái)具體實(shí)現(xiàn)，配電網(wǎng)可靠性是整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的集中反映。傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性判斷采用期望值指標(biāo)來(lái)揭示系統(tǒng)可靠性的長(zhǎng)期平穩(wěn)變化趨勢(shì)，可方便快速地為規(guī)劃和運(yùn)行人員提供富有價(jià)值的系統(tǒng)停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)信息。但期望值是從長(zhǎng)期概率均值角度反映物理現(xiàn)象概率屬性的一種數(shù)字特征，并不能完整揭示系統(tǒng)可靠性的內(nèi)在分布規(guī)律和結(jié)構(gòu)特性。因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)隨機(jī)特性和風(fēng)險(xiǎn)水平的理性認(rèn)知，應(yīng)從概率分布角度對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)彳了完整刻畫。配網(wǎng)可靠性評(píng)估通常假設(shè)元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率為常數(shù)，即假定狀態(tài)停留時(shí)間為指數(shù)分布。對(duì)已經(jīng)歷調(diào)試期而尚未進(jìn)入衰耗期的系統(tǒng)元件，此假設(shè)有效且大大簡(jiǎn)化了建模分析的難度。而在實(shí)際工程問(wèn)題中，元件故障現(xiàn)象與元件所處地理位置、環(huán)境污染、天氣因素、元件維護(hù)水平、元件使用年齡和內(nèi)部老化等諸多因素協(xié)同影響；同時(shí)，元件修復(fù)過(guò)程也深受故障時(shí)天氣狀況、故障定位時(shí)間、故障點(diǎn)地理位置、維修人員數(shù)量和水平、維修工具和維修方式等的影響。因此，對(duì)元件工作時(shí)間及修復(fù)時(shí)間采用非指數(shù)分布來(lái)描述其狀態(tài)駐留時(shí)長(zhǎng)的概率不確定性可與工程實(shí)際更加吻合。配網(wǎng)可靠性評(píng)估分為解析法]和蒙特卡洛模擬法兩大類，且各有優(yōu)缺點(diǎn)。解析法通過(guò)對(duì)系統(tǒng)枚舉到的每一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行出現(xiàn)概率與影響后果的加權(quán)求和得到可靠性指標(biāo)的期望值，方法簡(jiǎn)單且計(jì)算速度較快。但是，傳統(tǒng)解析法要求元件狀態(tài)駐留時(shí)間服從指數(shù)分布，且不能得到可靠性指標(biāo)的概率分布。序貫蒙特卡洛仿真通過(guò)對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程的模擬和統(tǒng)計(jì)分析可求取可靠性指標(biāo)的概率分布，并且適用于非指數(shù)分布系統(tǒng)，但為了滿足模擬精度的要求計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，且元件可靠性參數(shù)一旦改變則需重新進(jìn)行完整的仿真計(jì)算，因此難以開展可靠性參數(shù)的靈敏度分析。鑒于此，若能從解析角度建立配網(wǎng)可靠性指標(biāo)與元件概率特性的函數(shù)關(guān)系，不但能高效求取配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的概率分布，而且為進(jìn)一步開展元件隨機(jī)特性與配網(wǎng)可靠性指標(biāo)概率分布之間的關(guān)聯(lián)性和耦合度分析奠定理論基礎(chǔ)。已有文獻(xiàn)大多基于元件狀態(tài)的指數(shù)分布展開研究，鮮有文獻(xiàn)探討過(guò)非指數(shù)分布下系統(tǒng)可靠性的概率分布計(jì)算。其中，文獻(xiàn)(B. Retterath, S. S. Venkata, A. A. Chowdhury.Impact of time-varying failure rates on distribution reliability[J].ElectricalPower and Energy Systems, 2005 (27) :682-688.)計(jì)及元件使用年齡來(lái)研究時(shí)變故障率對(duì)配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的影響；文獻(xiàn)(寧遼逸，吳文傳，張伯明.一種適用于運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的元件修復(fù)時(shí)間概率分布[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29 (16) :15-20.)提出了概率分布為疊加指數(shù)分布、密度曲線為“鈴形”的維修時(shí)間，并分析了時(shí)變修復(fù)率在系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中對(duì)系統(tǒng)瞬時(shí)狀態(tài)概率值的影響；但上述兩文獻(xiàn)僅限于時(shí)變轉(zhuǎn)移率對(duì)可靠性指標(biāo)期望值的影響，未得到可靠性指標(biāo)的概率分布。在可靠性指標(biāo)概率分布解析計(jì)算方面，已有學(xué)者作過(guò)初步探索，文獻(xiàn)(R. Billinton, R. Goel. An analytical approach to evaluateprobability distributions associated with the reliability indices of electricdistribution systems [J]. IEEE Trans, on Power Delivery,1986,3 (I) :245-251.)在元件故障次數(shù)近似服從泊松分布的假設(shè)下實(shí)現(xiàn)了可靠性指標(biāo)前四階矩的計(jì)算，借助皮爾遜頻率曲線獲得了配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的百分位數(shù)，但通過(guò)前四階矩從皮爾遜分布曲線簇中選擇最適合的概率分布類型異常困難；文獻(xiàn)[Enrico C, Gianfranco C. Evaluation of theprobability density functions of distribution system reliability indices with acharacteristic functions-based approach[J]. IEEE Trans, on Power Systems,2004,19(2) :724-734.]推導(dǎo)了配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的特征函數(shù)，并獲得了配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的前四階 原點(diǎn)矩、中心矩和概率密度曲線，但該方法涉及復(fù)雜的離散傅里葉變換DFT和逆變換IDFT，且不能適用于非線性隨機(jī)函數(shù)，并嚴(yán)格要求隨機(jī)函數(shù)中的隨機(jī)變量彼此獨(dú)立；文獻(xiàn)[趙淵，謝開貴.電網(wǎng)可靠性指標(biāo)概率密度分布的解析計(jì)算模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(4) :31-38.]首次在大電力系統(tǒng)中對(duì)可靠性指標(biāo)概率密度分布的解析計(jì)算進(jìn)行了有益嘗試，但配電網(wǎng)與大電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行方式不同，可靠性指標(biāo)體系也相差很大，故其計(jì)算方法難以直接應(yīng)用到配電網(wǎng)可靠性評(píng)估中?，F(xiàn)有配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的評(píng)估重心主要放在負(fù)荷側(cè)，已有的系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)，例如系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)SAIFI，可由各負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)來(lái)表達(dá)并計(jì)入了負(fù)荷點(diǎn)用戶數(shù)的影響，是一種僅站在用戶視角考察配網(wǎng)整體可靠性的測(cè)度指標(biāo)，僅從用戶側(cè)的角度體現(xiàn)配網(wǎng)隨機(jī)故障對(duì)負(fù)荷點(diǎn)用戶年停電持續(xù)時(shí)間和年停電頻率等方面的影響，無(wú)法從宏觀上整體把握系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的變化規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在不降低判斷準(zhǔn)確性基礎(chǔ)上、使判斷過(guò)程更高效更全面的基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案如下
一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法，本判斷方法基于現(xiàn)有的可靠性判斷指標(biāo)一停電頻率、停電時(shí)間和年缺供電量基礎(chǔ)上，將整個(gè)配網(wǎng)看成一個(gè)等效元件而同時(shí)提出如下三個(gè)配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)，且該三個(gè)配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)通過(guò)解析表達(dá)式求得系統(tǒng)故障前工作時(shí)間TTSF、系統(tǒng)故障后恢復(fù)時(shí)間TTSR以及系統(tǒng)故障頻率SIF ;其中系統(tǒng)故障前工作時(shí)間TTSF為配電網(wǎng)可靠性等值網(wǎng)絡(luò)中任一串聯(lián)元件故障之前配電網(wǎng)所經(jīng)歷的工作時(shí)間；系統(tǒng)故障后恢復(fù)時(shí)間TTSR為全部負(fù)荷點(diǎn)恢復(fù)供電所經(jīng)歷的時(shí)間；系統(tǒng)故障頻率SIF為系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的停電次數(shù)；配電網(wǎng)可靠性等值網(wǎng)絡(luò)是在元件故障相互獨(dú)立的假設(shè)下，由引起系統(tǒng)失效的所有元件串聯(lián)而成。所述系統(tǒng)故障前工作時(shí)間TTSF的概率分布
、概率密度分布及其期望值可ΠΧη的表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法，其特征在于本判斷方法基于現(xiàn)有的可靠性判斷指標(biāo)--停電頻率、停電時(shí)間和年缺供電量基礎(chǔ)上，將整個(gè)配網(wǎng)看成一個(gè)等效元件而同時(shí)提出如下三個(gè)配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)，且該三個(gè)配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)通過(guò)解析表達(dá)式求得系統(tǒng)故障前工作時(shí)間TTSF、系統(tǒng)故障后恢復(fù)時(shí)間TTSR以及系統(tǒng)故障頻率SIF ;其中系統(tǒng)故障前工作時(shí)間TTSF為配電網(wǎng)可靠性等值網(wǎng)絡(luò)中任一串聯(lián)元件故障之前配電網(wǎng)所經(jīng)歷的工作時(shí)間；系統(tǒng)故障后恢復(fù)時(shí)間TTSR為全部負(fù)荷點(diǎn)恢復(fù)供電所經(jīng)歷的時(shí)間；系統(tǒng)故障頻率SIF為系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的停電次數(shù)；配電網(wǎng)可靠性等值網(wǎng)絡(luò)是在元件故障相互獨(dú)立的假設(shè)下，由引起系統(tǒng)失效的所有元件串聯(lián)而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配網(wǎng)可靠性判斷方法，其特征在于所述系統(tǒng)故障前工作時(shí)間TTSF的概率分布P<nSF<f)、概率密度分布/—(0及其期望值ΙΙΓΓ5 ]的表達(dá)式如下
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的配網(wǎng)可靠性判斷方法，其特征在于所述傳統(tǒng)配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)停電頻率、停電時(shí)間和年缺供電量分系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)和負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)，系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)為系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間和系統(tǒng)年缺供電量馬 ，該三個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)可靠性判斷指標(biāo)通過(guò)隨機(jī)函數(shù)解析表達(dá)式求得，表達(dá)式的確定過(guò)程為 根據(jù)故障擴(kuò)散范圍和恢復(fù)措施的作用范圍，以開關(guān)裝置為邊界對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)化分塊，塊的等值可靠性參數(shù)可用塊內(nèi)所有元件的串聯(lián)公式計(jì)算；配電網(wǎng)進(jìn)行分塊之后的可靠性等值網(wǎng)絡(luò)是由引起系統(tǒng)失效的所有塊所構(gòu)成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)； 某故障事件發(fā)生后，根據(jù)該故障事件對(duì)負(fù)荷點(diǎn)停電持續(xù)時(shí)間影響的不同，將節(jié)點(diǎn)分為4類a類節(jié)點(diǎn)位于開關(guān)上游，在故障事件發(fā)生后開關(guān)正確動(dòng)作切除故障，該節(jié)點(diǎn)用戶不受故障影響山類節(jié)點(diǎn)故障時(shí)間為隔離開關(guān)操作時(shí)間；c類節(jié)點(diǎn)故障時(shí)間為隔離開關(guān)操作加聯(lián)絡(luò)開關(guān)切換時(shí)間；d類節(jié)點(diǎn)故障時(shí)間為元件修復(fù)時(shí)間； 假設(shè)某配電網(wǎng)含」個(gè)元件和M個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，元件編號(hào)為《 =負(fù)荷點(diǎn)編號(hào)為m =U…M ,其中負(fù)荷點(diǎn)的用戶數(shù)用Wk表示，采用分塊算法時(shí)共形成1 個(gè)塊，編號(hào)為,其中第 個(gè)塊用4表示，表示由塊卜中的元件編號(hào)所構(gòu)成的集合；塊故障時(shí)引起碼個(gè)負(fù)荷點(diǎn)停電，0岣表示塊故障時(shí)導(dǎo)致停電的負(fù)荷點(diǎn)編號(hào)所構(gòu)成的隼合，對(duì)停電時(shí)間為6、C、類的負(fù)荷點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)編號(hào)所構(gòu)成的集合分別為、Mii及Mm . 區(qū)間[CU]中的參數(shù)f取I ;系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間·和系統(tǒng)年缺供電量按指數(shù)分布系統(tǒng)和非指數(shù)分布系統(tǒng)有兩種解析表達(dá)； 對(duì)于指數(shù)分布系統(tǒng)，以塊為基礎(chǔ)計(jì)算單元，令為為塊的年故障次數(shù)，Jm為塊A中元件《的年故障次數(shù)，&為塊盡中元件的故障率；則有
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的配網(wǎng)可靠性判斷方法，其特征在于所述停電頻率、停電時(shí)間和年缺供電量的負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)對(duì)應(yīng)為年故障頻率Λ、年停電時(shí)間^和年缺供電量& ,該三個(gè)配網(wǎng)負(fù)荷點(diǎn)可靠性判斷指標(biāo)通過(guò)隨機(jī)函數(shù)解析表達(dá)式求得，其隨機(jī)函數(shù)解析表達(dá)式確認(rèn)過(guò)程為 令4表示導(dǎo)致負(fù)荷點(diǎn)《停電的所有故障塊的編號(hào)所組成的集合4表示故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷*停電的第i個(gè)塊的編號(hào)，此時(shí)負(fù)荷點(diǎn)m的可靠性等值網(wǎng)絡(luò)由集合&中的塊串聯(lián)構(gòu)成；對(duì)負(fù)荷盧》造成停電時(shí)間為類的塊編號(hào)所構(gòu)成的集合分別用及5W來(lái)表示；指數(shù)分布條件下負(fù)荷點(diǎn)M的年故障頻車八、年停電時(shí)間K和年缺供電量^的隨機(jī)函數(shù)近似解析表達(dá)式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法，本判斷方法基于現(xiàn)有的可靠性判斷指標(biāo)基礎(chǔ)上，提出如下三個(gè)配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)，且該三個(gè)配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)通過(guò)解析表達(dá)式求得系統(tǒng)故障前工作時(shí)間TTSF、系統(tǒng)故障后恢復(fù)時(shí)間TTSR以及系統(tǒng)故障頻率SIF。本發(fā)明基于配網(wǎng)分區(qū)分塊思想，分別從系統(tǒng)級(jí)和節(jié)點(diǎn)層對(duì)配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)采用隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行解析表征，再進(jìn)一步結(jié)合非參數(shù)核密度估計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可靠性指標(biāo)隨機(jī)函數(shù)表達(dá)式的概率分布計(jì)算。本方法新提出的指標(biāo)是現(xiàn)有配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)體系的有益補(bǔ)充，有助于快速直觀研判系統(tǒng)可靠性水平的整體隨機(jī)特性。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102968556SQ201210443180
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者趙淵, 袁蓉, 萬(wàn)凌云, 付昂, 李俊杰, 龍虹毓 申請(qǐng)人:重慶大學(xué), 重慶市電力公司電力科學(xué)研究院