本發(fā)明涉及配電網(wǎng)可靠性領(lǐng)域，具體的說，是一種配電網(wǎng)可靠性評估方法。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)作為直接面向用戶的電能輸送系統(tǒng)，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對于電網(wǎng)和用戶至關(guān)重要。而全面、快速、準(zhǔn)確的可靠性評估是其前提條件，在實(shí)際工作中，電力科學(xué)研究人員將電網(wǎng)運(yùn)行因素和運(yùn)行條件引入可靠性指標(biāo)中，為電網(wǎng)的可靠性評估提供幫助。

實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，負(fù)荷的實(shí)際值無法精確預(yù)測，運(yùn)行設(shè)備如變壓器和輸電線路的偶發(fā)故障、惡劣天氣等情況都會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行具有很強(qiáng)的隨機(jī)性。經(jīng)過目前電力工作者的努力，已經(jīng)講電力系統(tǒng)的可靠性研究和電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測等工作相結(jié)合，并在中長期規(guī)劃可靠性評估中加以應(yīng)用。配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性評估對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、新能源滲透率和雙向電源并網(wǎng)容量不斷增加的背景下的新型電網(wǎng)具有重要價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種配電網(wǎng)可靠性評估方法，通過元件可靠性建模、負(fù)荷建模、系統(tǒng)狀態(tài)選擇、系統(tǒng)狀態(tài)分析和可靠性指標(biāo)綜合評估，，對配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行有效評估。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的配電網(wǎng)可靠性評估方法包含以下步驟：

1)元件可靠性建模：輸入元件的初始可靠性參數(shù)，在構(gòu)建參數(shù)矩陣的基礎(chǔ)上，采用基于頻率和持續(xù)時(shí)間法建立元件的等效模型，得到由元件構(gòu)成的子系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

2)負(fù)荷建模：采用基于二分法的聚類方法建立負(fù)荷模型，通過負(fù)荷的顯著性分析確定模型的最佳分級數(shù)，在此基礎(chǔ)上，利用快速排序和聚類分析方法建立對應(yīng)的負(fù)荷模型。

3)系統(tǒng)狀態(tài)選擇：采用狀態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣法確定元件或子系統(tǒng)在給定時(shí)間內(nèi)的元件狀態(tài)和狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，從而組合得到系統(tǒng)的狀態(tài)和持續(xù)時(shí)間。

4)系統(tǒng)狀態(tài)分析：采用基于直流潮流的最優(yōu)切負(fù)荷模型，在元件停運(yùn)導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)不滿足約束條件時(shí)，盡可能少的切除負(fù)荷，優(yōu)化變量為各負(fù)荷母線的切負(fù)荷量；

5)可靠性指標(biāo)綜合評估：根據(jù)上述步驟的結(jié)果，綜合配電網(wǎng)的各可靠性指標(biāo)，包括切負(fù)荷概率、切負(fù)荷頻率、平均每次切負(fù)荷持續(xù)時(shí)間、負(fù)荷切除期望值和電量不足期望值；通過參數(shù)攝動(dòng)法確定對系統(tǒng)影響較大的元件，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)。

本發(fā)明通過元件可靠性建模、負(fù)荷建模、系統(tǒng)狀態(tài)選擇、系統(tǒng)狀態(tài)分析和可靠性指標(biāo)計(jì)算流程計(jì)算配電網(wǎng)的可靠性，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)供電的可靠性評估更加準(zhǔn)確和全面，提高了配電網(wǎng)可靠性水平。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例配電網(wǎng)可靠性評估方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例元件可靠性建模的流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例負(fù)荷建模的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的目的是提供一種配電網(wǎng)可靠性評估方法，通過元件可靠性建模、負(fù)荷建模、系統(tǒng)狀態(tài)選擇、系統(tǒng)狀態(tài)分析和可靠性指標(biāo)計(jì)算流程計(jì)算配電網(wǎng)的可靠性，對配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行有效評估。

元件可靠性建模：

如圖2所示，首先輸入可靠性參數(shù)，輸入的可靠性參數(shù)包括：容量矩陣c＝[ci]1×m、容量概率矩陣p＝[pi]1×m和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣r＝[λi]1×m。利用頻率和持續(xù)時(shí)間法(fd法)，按照組合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對源系統(tǒng)等效模型組合得到可靠性模型，其中串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)組合，串聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：

并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：

且有狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和組合容量概率矩陣：

其中，系統(tǒng)容量概率矩陣求解如下：

其中，pi為元件處在狀態(tài)i的穩(wěn)態(tài)概率，即元件容量概率矩陣p的第i個(gè)元素，從而求得系統(tǒng)處于不同狀態(tài)下的頻率fi及持續(xù)時(shí)間ti：

負(fù)荷建模：

如圖3所示，通過輸入的負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)集合，使用快速排序/聚類和分級計(jì)算的方法，建立負(fù)荷模型。

(1)首先對負(fù)荷的n小時(shí)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行快速排序，按照從小到大的順序形成排列數(shù)組l，將相同的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)歸并為一個(gè)，并對每個(gè)負(fù)荷數(shù)值對應(yīng)的原負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，負(fù)荷形成數(shù)組l[i]對應(yīng)的負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目num[i]。

(2)然后按照以下步驟通過聚類計(jì)算確定模型的顯著性水平：

步驟一，選取負(fù)荷級數(shù)nc并計(jì)算每級負(fù)荷的平均初始值avi；

步驟二，計(jì)算length個(gè)負(fù)荷點(diǎn)l[k](k＝1,2,l,length)到各負(fù)荷級的距離dk＝|avi-l[k]|；

步驟三，把離負(fù)荷級最近的負(fù)荷點(diǎn)歸并到該負(fù)荷級，然后計(jì)算各負(fù)荷級新的負(fù)荷值；

其中nldi是第i負(fù)荷級的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)目，ic是屬于該負(fù)荷級的負(fù)荷點(diǎn)集合。

步驟四，重復(fù)步驟二和步驟三，直到各負(fù)荷級的負(fù)荷值都在相鄰兩次迭代中保持不變，表明聚類已經(jīng)達(dá)到最優(yōu)，停止迭代計(jì)算

步驟五，根據(jù)公式計(jì)算模型的顯著性水平。

其中，u表示模型的顯著性水平，d0為負(fù)荷級間距離的最小值，σi為級內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差(級內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差是指同一負(fù)荷級內(nèi)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差)的最大值。

(3)分級計(jì)算確定基于二分法的聚類負(fù)荷模型：

步驟一，取nl＝1，nh＝length；

步驟二，令nz＝[nl+nh/2]，分別取nc＝nz-1、nz、nz+1，進(jìn)行聚類分析并存儲(chǔ)響應(yīng)的分析結(jié)果，同時(shí)得到模型的顯著性水平u1、u2、u3。

步驟三，若u2≥u1且u2≥u3，則轉(zhuǎn)至步驟四；若u1≤u2≤u3，則取ul＝uz；若u3≤u2≤u1，則取ul＝uh。如果ul＝uh，則轉(zhuǎn)至步驟四，否則轉(zhuǎn)至步驟二。

步驟四，分級計(jì)算結(jié)束，u2對應(yīng)的分級、聚類方案最好，作為最終的負(fù)荷模型，對應(yīng)的最佳分級數(shù)位nz，最后得到的avi和nldi即為第i負(fù)荷級的負(fù)荷值和負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目。則第i負(fù)荷級的概率為pli＝nldi/n。

所建立的基于二分法的聚類負(fù)荷模型用上述求出的最佳分級數(shù)nz、各個(gè)負(fù)荷級的負(fù)荷值avi和負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目nldi(或概率pli)來表示。

系統(tǒng)狀態(tài)選擇：

采用基于狀態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣法進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)選擇，其原理根據(jù)元件的故障率和修復(fù)率計(jì)算給定時(shí)間內(nèi)的狀態(tài)和狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，從而組合得到系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)持續(xù)時(shí)間。基于狀態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣法所需要計(jì)算的充裕性指標(biāo)如下

(1)切負(fù)荷概率plc，無量綱：

式中，n(s)是抽樣中s狀態(tài)的發(fā)生數(shù)；ni是抽樣總數(shù)；fi是多級負(fù)荷模型中第i級負(fù)荷水平下系統(tǒng)失效狀態(tài)的集合；ti是第i負(fù)荷水平的時(shí)間長度(小時(shí))；t是負(fù)荷曲線的總時(shí)間期間(小時(shí))；nl是負(fù)荷水平分級數(shù)。

(2)期望切負(fù)荷頻率eflc(單位：次)：

式中，λj是元件離開狀態(tài)s的第j個(gè)轉(zhuǎn)移率；m(s)是離開狀態(tài)s的轉(zhuǎn)移率總數(shù)。

(3)平均每次切負(fù)荷持續(xù)時(shí)間adlc(單位：小時(shí))：

(4)期望缺供電量eens(單位：兆瓦時(shí))：

式中，c(s)是狀態(tài)s的負(fù)荷削減量(單位：mw)

(5)缺電功率期望值epns(單位：兆瓦)：

系統(tǒng)狀態(tài)分析：

本發(fā)明的系統(tǒng)狀態(tài)分析采用基于直流潮流的最優(yōu)切負(fù)荷模型，在元件停運(yùn)導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)不滿足約束條件時(shí)，盡可能少的切除負(fù)荷，優(yōu)化變量為各負(fù)荷母線的切負(fù)荷量。具體模型目標(biāo)函數(shù)為切除負(fù)荷產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失最小，表達(dá)式如下：

約束條件包含潮流方程、有功平衡方程、發(fā)電機(jī)出力約束、切負(fù)荷約束和線路潮流約束：

t(s^k)＝a(s^k)(pg-pd(s^k)+c)

pg^min(s^k)≤pg≤pg^max(s^k)

0≤c≤pd(s^k)

|t(s^k)|≤t^max(s^k)

式中：s^k表示第k個(gè)強(qiáng)迫失效事件引起的系統(tǒng)狀態(tài)；t(s^k)為系統(tǒng)狀態(tài)s^k下的線路有功潮流矢量；a(s^k)為系統(tǒng)狀態(tài)s^k下線路有功潮流和母線注入功率之間的關(guān)系矩陣；pg為發(fā)電機(jī)輸出矢量，pgi是它的元素；pd(s^k)為母線的負(fù)荷矢量，pdi(s^k)是它的元素；c為母線負(fù)荷削減矢量，ci是它的元素；pg^max(s^k)和pg^min(s^k)分別表示發(fā)電變量的上下限矢量；t^max(s^k)為線路額定有功功率矢量；wi為反映母線重要性的權(quán)重因子；ng為發(fā)電機(jī)母線集合。

基于直流潮流的最優(yōu)切負(fù)荷模型采用單純型法求解，其計(jì)算速度較快有利于反復(fù)優(yōu)化調(diào)整可靠性評估。

可靠性指標(biāo)綜合評估：

進(jìn)行可靠性評估的主要目標(biāo)是對系統(tǒng)可靠性水平進(jìn)行量化評估并且指導(dǎo)系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行以提高系統(tǒng)的可靠性水平，在完成可靠性水平量化評估后，需要找出系統(tǒng)的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，對可能采取的提高系統(tǒng)可靠性水平的措施進(jìn)行評估。本發(fā)明的可靠性指標(biāo)計(jì)算：根據(jù)上述步驟的結(jié)果，計(jì)算配電網(wǎng)的各可靠性指標(biāo)，包括切負(fù)荷概率、期望切負(fù)荷頻率、平均每次切負(fù)荷持續(xù)時(shí)間、期望缺供電量和缺電功率期望值。

這里選擇系統(tǒng)嚴(yán)重程度指標(biāo)si作為可靠性靈敏度分析的可靠性指標(biāo)代表，進(jìn)行可靠性靈敏度分析。定義元件參數(shù)靈敏度為系統(tǒng)嚴(yán)重程度指標(biāo)si增量和原件強(qiáng)迫停運(yùn)增量比值。其中，系統(tǒng)嚴(yán)重程度指標(biāo)si和系統(tǒng)削減電量指標(biāo)bpeci為：

si＝bpeci×60

bpeci＝eens/l

l為系統(tǒng)年負(fù)荷最大值，單位mw。

統(tǒng)計(jì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的評估結(jié)果，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的次數(shù)和持續(xù)時(shí)間、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷值、系統(tǒng)切負(fù)荷值，計(jì)算相應(yīng)的可靠性指標(biāo)并進(jìn)行評價(jià)。通過參數(shù)攝動(dòng)法，也就是改變某一元件的參數(shù)(如強(qiáng)迫停運(yùn)率或額定容量)，其他條件完全相同下進(jìn)行系統(tǒng)可靠性評估；按照大小順序排序，確定對系統(tǒng)影響較大的元件，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。