一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，所述方法包括(1)對(duì)所述電力系統(tǒng)參數(shù)初始化；(2)計(jì)算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的PL(Xi)；(3)計(jì)算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的W(Xi；u,vk-1)；(4)更新參數(shù)(5)判斷是否滿足rk＝PL總；(6)計(jì)算對(duì)偶抽樣的系統(tǒng)切負(fù)荷標(biāo)志和切負(fù)荷量(7)計(jì)算W(Xi；u,v*)，統(tǒng)計(jì)LOLP和EDNS及其收斂系數(shù)βLOLP和βEDNS；(8)判斷是否滿足βLOLP≤βMAX且βEDNS≤βMAX或N2≥NMAX；(9)輸出可靠性指標(biāo)。本發(fā)明提出的方法在元件故障率較低，即可靠性系統(tǒng)的可靠性評(píng)估中仍然高效可靠，充分表明該方法適用于不同可靠性系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。
【專利說(shuō)明】一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種評(píng)估方法，具體講涉及一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化程度越來(lái)越高的電力系統(tǒng)，隨之帶來(lái)的系統(tǒng)總體規(guī)模 效益，如減少系統(tǒng)備用容量、資源優(yōu)化配置、調(diào)度運(yùn)行方式多樣靈活等正面效應(yīng)的同時(shí)，也 面臨著系統(tǒng)安全、可靠性方面的新挑戰(zhàn)問(wèn)題。如設(shè)備數(shù)量規(guī)模龐大、設(shè)備及設(shè)備之間的互 聯(lián)、操作及控制復(fù)雜，且網(wǎng)絡(luò)跨域廣，很可能因局部小故障的擴(kuò)展而導(dǎo)致系統(tǒng)性的大規(guī)模停 電事故等。如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電網(wǎng)快速準(zhǔn)確的可靠性評(píng)估一直是電力系統(tǒng)領(lǐng)域熱門研究課題。
[0003] 電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估的方法主要有基于解析枚舉法的評(píng)估方法與基于蒙特卡洛 模擬的評(píng)估方法兩大類。解析枚舉法主要適用于規(guī)模較小系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。蒙特卡洛仿 真法適用于規(guī)模龐大系統(tǒng)的可靠性評(píng)估，又分用于考慮故障事件之間有先后時(shí)間關(guān)系的序 貫蒙特卡洛仿真法和用于故障事件之間沒(méi)有先后時(shí)間關(guān)系且相互獨(dú)立的序貫蒙特卡洛仿 真法。非序貫蒙特卡洛模擬法因?qū)κ录l(fā)生的概率值大小比較敏感，對(duì)于小概率事件往往 因需進(jìn)行大量的抽樣，而使得仿真計(jì)算時(shí)間很長(zhǎng)。由于實(shí)際電力系統(tǒng)規(guī)模比較大，且設(shè)備故 障發(fā)生率均比較低，如何提高其計(jì)算效率，減少仿真時(shí)間是基于非序貫蒙特卡洛仿真法的 電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估的主要研究?jī)?nèi)容。
[0004] 動(dòng)力裝置和系統(tǒng)雜志《PowerApparatusandSystems》公開(kāi)的"大規(guī)模水 力發(fā)電中的復(fù)合發(fā)電和輸送的可靠性評(píng)論"（CunhaSHF,PereiraMVF,Pinto Ljetal.Compositegenerationandtransmissionreliabilityevaluationin largehydroelectricsystems.PowerApparatusandSystems,IEEETransactions on, 1985(10) :2657-2663)披露了采用重要抽樣法來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性的評(píng)估，但沒(méi)有 給出樣本空間的重要度函數(shù)的構(gòu)建方法。在《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》（郭永基.電力系統(tǒng)及電 力設(shè)備的可靠性.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2001，25(17) :53-56) -文中公開(kāi)了自適應(yīng)重要抽樣技 術(shù)，但由于抽樣密度初值是根據(jù)系統(tǒng)概率特性構(gòu)造的，這使得該方法在系統(tǒng)可靠性高時(shí)會(huì) 出現(xiàn)抽樣效率退化而降低其計(jì)算效率的不足。在《改進(jìn)的重要抽樣法在電力系統(tǒng)可靠性評(píng) 估中的應(yīng)用》（宋曉通，譚震宇.改進(jìn)的重要抽樣法在電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估中的應(yīng)用.電 網(wǎng)技術(shù)，2005, 29 (13) : 56-59)雜志上公開(kāi)的"電網(wǎng)技術(shù)"基于重要抽樣與分層抽樣的結(jié)合 而提出了具有較好計(jì)算效率的改進(jìn)重要抽樣法。在《基于分裂最優(yōu)乘子重要抽樣的電網(wǎng)可 靠性評(píng)估》（王斌，趙淵，劉威，等.基于分裂最優(yōu)乘子重要抽樣的電網(wǎng)可靠性評(píng)估.電 力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008, 32(19) :30-34) -文公開(kāi)了一種自適應(yīng)分層重要采樣法，但其抽樣過(guò) 程過(guò)于復(fù)雜，限制了該方法的推廣。
[0005] 近年來(lái)提出的提高小概率事件仿真速度的有效算法的交叉熵 (Cross-Entropy,CE)，已成功地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的一些領(lǐng)域中。在《中國(guó)電機(jī)工程學(xué) 報(bào)》（陳寧，沙倩，湯奕，等.基于交叉熵理論的風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)方法.中國(guó)電機(jī)工 程學(xué)報(bào)，2012, 32(4) :29-34)公開(kāi)了"基于交叉熵理論的風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)方法"，通過(guò) 確定不同風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的概率分布權(quán)重而建立更為準(zhǔn)確的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)組合概率分布， 其計(jì)算結(jié)果表明該方法提高了風(fēng)電功率預(yù)測(cè)效率和精度。在《控制與決策》（唐靜遠(yuǎn)， 師奕兵，周龍甫，等.基于交叉熵方法和支持向量機(jī)的模擬電路故障診斷.控制與決 策，2009, 24(9) : 1416-1420.)雜志上披露了"基于交叉熵方法和支持向量機(jī)的模擬電路故 障診斷"，該文把交叉熵理論用于電力系統(tǒng)故障診斷，基于交叉熵最小原理來(lái)更新和修正支 持向量機(jī)參數(shù)，相應(yīng)提高了電力系統(tǒng)故障診斷效率。在動(dòng)力系統(tǒng)《PowerSystems》（Leite daSilvaAM，F(xiàn)ernandezRAGjSinghC.Generatingcapacityreliabilityevaluation basedonMonteCarlosimulationandcross-entropymethods[J]·PowerSystems，IEEE Transactionson，2010, 25 (I) : 129-137)雜志上披露了 "基于蒙特卡洛模擬法和互熵法的 發(fā)電容量可靠性評(píng)估"一文提出了基于交叉熵的發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，但由于該法沒(méi) 有考慮元件個(gè)數(shù)及故障發(fā)生的絕對(duì)數(shù)均遠(yuǎn)大于電源的線路故障，使得該方法略顯簡(jiǎn)單，無(wú) 法直接應(yīng)用于包括線路故障的系統(tǒng)可靠性評(píng)估。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，于對(duì)偶變數(shù) 抽樣法與交叉熵重要抽樣法的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)而加快其總體的仿真計(jì)算時(shí)間。具體 過(guò)程是利用交叉熵重要抽樣方法構(gòu)造零方差概率密度函數(shù)的近似函數(shù)，然后利用對(duì)偶變數(shù) 抽樣法對(duì)該近似函數(shù)進(jìn)行抽樣，因?qū)ε甲償?shù)抽樣法一次可產(chǎn)生一對(duì)負(fù)相關(guān)的采樣值,而進(jìn) 一步提高了交叉熵抽樣的仿真收斂速度；進(jìn)而提出了基于該新方法的發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評(píng) 估方法。本發(fā)明提高了電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估的計(jì)算效率，加快了仿真速度，并且適用于高可 靠性系統(tǒng)的評(píng)估。
[0007] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括
[0009] (1)對(duì)所述電力系統(tǒng)參數(shù)初始化；
[0010] ⑵計(jì)算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的PL(Xi);
[0011] ⑶計(jì)算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的W(Xi ;u，Vlrt);
[0012] (4)更新參數(shù)?
[0013] ⑶判斷是否滿足rk =PL總；
[0014] (6)計(jì)算對(duì)偶抽樣的系統(tǒng)切負(fù)荷標(biāo)志和切負(fù)荷量(4);
[0015] (7)計(jì)算W(Xi ;u，V*)，統(tǒng)計(jì)LOLP和EDNS及其收斂系數(shù)βLQLP 和βEDNS ;
[0016] (8)判斷是否滿足βLQLP彡βMX且βEDNS彡βMX或N2彡Nmx ;
[0017](9)輸出可靠性指標(biāo)。
[0018] 優(yōu)選的,所述步驟（1)的參數(shù)初始化包括：令V。=u,k= 1;其中，V。為交叉熵迭 代過(guò)程中元件初始故障率，u為原件實(shí)際故障率，k為交叉熵迭代次數(shù)。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟（2)包括在[0, 1]區(qū)間產(chǎn)生N個(gè)M+M1維的隨機(jī)向量ξi，…，ξΝ， 并分別與向量Vlrt比較，確定系統(tǒng)狀態(tài)樣本X1,X2，…，Xn，計(jì)算每一狀態(tài)Xi的PL(Xi),并按小 至IJ大的順序排列P1,P2…，Pn ;
[0020] 其中，M為發(fā)電機(jī)組元件個(gè)數(shù)，Ml為線路元件個(gè)數(shù)，Vlrt為第k-ι次交叉熵迭代參 數(shù)向量，PL(Xi)為系統(tǒng)有功負(fù)荷。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟（3)包括根據(jù)公式

【權(quán)利要求】
1. 一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述方法包括 (1) 對(duì)所述電力系統(tǒng)參數(shù)初始化； (2) 計(jì)算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的PL(Xi); ⑶計(jì)算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的W(Xi ;u, Vh); (4)更新參數(shù).=1?,?,]; ⑶判斷是否滿足rk = PL總； (6)計(jì)算對(duì)偶抽樣的系統(tǒng)切負(fù)荷標(biāo)志）和切負(fù)荷量CimAO . ? ? ⑵計(jì)算W(Xi ;u，V*)，統(tǒng)計(jì)LOLP和EDNS及其收斂系數(shù)e ^和e EDNS ; (8) 判斷是否滿足3 LQLP彡3 MAX且3腳S彡3 MAX或N2彡Nmax ; (9) 輸出可靠性指標(biāo)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（1)的 參數(shù)初始化包括：令Vci = u，k = 1 ;其中，Vci為交叉熵迭代過(guò)程中元件初始故障率，u為原 件實(shí)際故障率，k為交叉熵迭代次數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（2)包 括在[〇，1]區(qū)間產(chǎn)生N個(gè)M+M1維的隨機(jī)向量€ p…，€N，并分別與向量Vlrl比較，確定系 統(tǒng)狀態(tài)樣本X1, X2，…，Xn，計(jì)算每一狀態(tài)Xi的PL (Xi)，并按小到大的順序排列P1, P2…，Pn ; 其中，M為發(fā)電機(jī)組元件個(gè)數(shù)，Ml為線路元件個(gè)數(shù)，Vlrt為第k-1次交叉熵迭代參數(shù)向 量，PL(Xi)為系統(tǒng)有功負(fù)荷。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述 步驟⑶包括根據(jù)公式;《，?〗）=心wv,k丨,，.）、
其中，WGi ;u, Vlrf)為元件的似然比函數(shù)，為第Xi狀態(tài)下發(fā)電機(jī)的狀態(tài),Xf為第Xi 狀態(tài)下線路或變壓器的狀態(tài)，為第j臺(tái)發(fā)電機(jī)給定強(qiáng)迫停運(yùn)率；uu為第j條線路給定強(qiáng) 迫停運(yùn)率；為k-1次交叉熵重要抽樣中第j臺(tái)發(fā)電機(jī)強(qiáng)迫停運(yùn)率；V(k_1)u為k-1次交 叉熵重要抽樣中第j條線路故障率。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，

分別為第k次交叉熵重要抽樣中第j臺(tái)發(fā) 電機(jī)的更新發(fā)電機(jī)停運(yùn)率、第j條線路或變壓器的更新故障率；F(Xi)為第（Xi)狀態(tài)下的可 靠性指標(biāo)，W% ;u，Vlrt)為元件的似然比函數(shù)，Xfi為第Xi狀態(tài)下第j臺(tái)發(fā)電機(jī)的狀態(tài)，X， 為第Xi狀態(tài)下第j條線路或變壓器的狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（5)的 判斷包括rk = PL,&時(shí)，則交叉熵重要抽樣過(guò)程結(jié)束，并得到最優(yōu)參數(shù)向量^ =1?*?]轉(zhuǎn)步 f 驟（6);否則，令k = k+l，返回到步驟（2)，其中，rk為目標(biāo)函數(shù)水平。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（6)包 括對(duì)偶變數(shù)抽樣仿真次數(shù)N2 = 0，N2 = N2+l，在[0, 1]區(qū)間產(chǎn)生M+M1維隨機(jī)向量^及其對(duì) 偶的M+M1維的隨機(jī)向量心，并分別與/比較，確定兩個(gè)對(duì)偶系統(tǒng)狀態(tài)，計(jì)算第N2次對(duì)偶抽 樣的系統(tǒng)切負(fù)荷標(biāo)志和切負(fù)荷量其中，/為最優(yōu)參數(shù)。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于， 所述步驟⑵包括根據(jù)公式，(<-;?，0 = rGaf,Oraxhni,心}、
其中，為第j臺(tái)發(fā)電機(jī)給定強(qiáng)迫停運(yùn)率；uu為第j條線路給定強(qiáng)迫停運(yùn)率；v%為第 j臺(tái)發(fā)電機(jī)最優(yōu)強(qiáng)迫停運(yùn)率；Zu為第j條線路最優(yōu)故障率。
9. 如權(quán)利要求8所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，根據(jù)公式
10. 如權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（8) 包括若e e "aX且e EDNS彡e "aX或N2彡Nmax，貝u繼續(xù)步驟（9);否則，返回步驟（7);其 中，Nmx為對(duì)偶抽樣最大仿真次數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK104332996SQ201410655623
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】雷林緒, 韓佳兵, 趙波, 趙鵬程, 魏文輝, 張巍峰, 張占龍, 宋穎巍, 宋卓然 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司, 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院