基于相关线路集的可靠性评估预想故障集搜索方法与流程

文档序号：11134885阅读：348来源：国知局

本发明涉及电力系统规划项目的可靠性评估领域，具体涉及一种基于相关线路集搜索从而缩小可靠性评估预想故障集规模的实现方法。

背景技术：

随着经济社会的发展，电力系统为了满足日益增长的负荷需求也变得越来越庞大，而对电力网络进行可靠性评估的难度也随着元件数目的增长而成指数增加。在现有庞大的电力系统中，如何减少可靠性评估的计算时间已经成为时下研究的热点。

由于传统的可靠性评估方法需要对电力系统中的每一个元件进行穷举扫描之后才能获得可靠性指标，更关注的是故障扫描的范围，而不是局部区域扫描的深度，对单个新建的规划项目评估针对性不强，效率较低。同时电网公司更希望知道某个规划项目的建设对于电网可靠性的提升主要体现在哪里，量化值为多少，以便把握每个项目的重要程度，确定各项目之间排序的最优化，并且在有限的资金内确定性价比最优的规划方案。

基于以上背景，本发明提出面向单个规划项目的可靠性评估，更关注的是某一个项目建设前后电网可靠性水平的变化情况，并提出了单个规划项目的可靠性影响量化评估指标QRI。需要解决的关键技术问题是如何智能的识别出当一个规划项目建设后，哪些故障对电网的影响发生了明显的变化，并由此产生与项目相适应的多重扰动集合，用于可靠性影响的评估。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种基于相关线路集的预想故障集筛选算法，该方法能够通过搜索每个项目群的相关线路集，用相关线路集组成可靠性评估的扫描故障集合，从而避免全局扫描故障，缩小了故障扫描的范围，同时避免维数灾的问题，达到快速计算可靠性指标的目的。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下实施例的技术方案实现：

一种基于相关线路集的可靠性评估预想故障集搜索方法，包括如下步骤：

步骤S10，提出针对电力网络的评估单个规划项目建设的可靠性影响量化指标QRI，单个规划项目包括有可靠性指标集合，其包括系统削减失负荷概率、期望负荷削减量和系统严重程度这三个可靠性指标，所述可靠性影响量化指标QRI为各可靠性指标的相对变化量加权的和值；

步骤S20，采用相关线路搜索算法，搜索电力网络中在规划项目建设前后有潮流变化的线路组成相关线路集，所述相关线路集是指在电网中某条支路因故障被切除后，受到该支路转移潮流影响且与该支路两端支点直接或间接相连的支路；搜索某一条规划线路的相关线路集就是求该条线路的前k条最短路径，即转化为求从源节点到目的节点的前k条权值最小的路径，这里路径的权值是指路径的阻抗值；

步骤S30，将筛选出的相关线路集作为对应的预想故障集，计算相应预想故障的可靠性指标，将各可靠性指标代入步骤S10求得可靠性影响量化指标QRI，所述预想故障集为计算各可靠性指标对应的故障集合。

所述可靠性影响量化评估指标QRI：

式中，QRI为可靠性影响量化评估指标；RI_i(before)为规划项目建设前可靠性指标i的值；RI_i(after)为规划项目建设后可靠性指标i的值；I为选取的可靠性指标集合；W_i为可靠性指标集合I中各个可靠性指标i的权重，并且满足∑W_i＝1。

所述电力网络具有网架数据，所述网架数据包括源节点Vs、目的节点Vt和支路编号。

进一步，所述步骤S20的相关线路搜索算法具体如下：

步骤S21，导入电力网络的网架数据，并将网架数据构造成节点导纳矩阵γ，以及由此形成的非负权值的拓扑图；

步骤S22,设置第一数据表pathstr存储搜索过程中的路径信息，所述第一数据表pathstr包含四个字段，分别为节点名NA，到源节点的前驱节点集P，路径节点总数L和总路径长W；假设拓扑图G有n个顶点，顶点集合为V＝{v₁,v₂……v_n}，m条边的集合为E＝{e₁,e₂……e_m}，每一条边e_i＝(v_x,v_y)对应非负权值w(v_x,v_y)，代表该条边的权重，dist(v_x,v_y)表示从节点v_x到节点v_y的最短路径值，定义R路径的权是路径R所包含边的权重求和，记为

步骤S23，反复校核电网的实际规划网架，确定最小阻抗倍数限制系数ε和路径阶数限制系数L_max；在电力系统中，如果该路径的阻抗倍数限制系数ε对应的阻抗越大，受到潮流转移的影响就越小，当阻抗大于一定值时，该路径可以认为是不受影响的；同理，当该路径中所包含的节点数目L_max超过一定数量后，可以认为该路径因电气距离过长而无效，L_max值和ε值都需要根据电网的实际规划网架进行反复计算和校核后确定；本发明实施例所取参数根据对算例进行测算后定为：L_max＝12；ε＝4；

步骤S24，从源节点v_s出发，搜索其到目的节点v_t的最少节点路径，以最先找到的路径为最短路径，其路径长度dist(v_s,v_t)_{min node}，其中v_s,v_t分别为开断支路的源节点和目的节点；

步骤S25，从目的节点v_t回溯搜索到其源节点v_s的路径，求取前k条最短路径，并将最终求得的路径记录在与第一数据表pathstr相同数据结构的第二数据表kpathstr中；

步骤S26,重新检查第二数据表kpathstr所有路径是否满足其中表示源节点v_s到目的节点v_t的总路径长度,为最短路径的源节点v_s到目的节点v_t的总路径长度，并删除不满足条件的路径，最后第二数据表kpathstr中的所有路径即为相关线路集。

进一步，所述步骤S24从源节点v_s出发的搜索包括：

步骤S241,初始化第一数据表pathstr为空，然后将节点v_s作为一条记录放入第一数据表pathstr中，其字段信息为[v_s,null,0,0]；

步骤S242，在第n步循环中，找出第一数据表pathstr中路径节点总数为n-1的所有节点v_n，对任意一个节点v_n，找出节点导纳矩阵第n行或者第n列中所有不为0的节点v_j，且v_j不在v_n的前驱节点集中，所有这些节点v_j构成的集合为A；再将集合A中每个节点的信息存入第一数据表pathstr中，例如对v_j∈A，其字段信息为表示节点v_n的前驱节点集，表示节点v_n到源节点的路径节点总数，表示节点v_n到源节点的总路径长度；

步骤S243，判断若v_j为目标节点v_t，则前驱节点集即为最短路径，长度为若否，则判断路径节点总数是否大于路径节点总数限制系数L_max，若阶数大于L_max，则停止对v_j的深度搜索；反之，则重复步骤S242；如果集合A中所有节点的路径节点总数都大于L_max，则认为路径无解；若A为空集，说明该节点无相邻节点，同样认为该路径无解。

进一步，所述步骤S25从目的节点v_t出发的搜索包括：

步骤S251，设在上一步中求得的最少节点路径为最短路径初始化第二数据表kpathstr为空集，清空第一数据表pathstr；将目的节点v_t的记录[v_t,null,0,0]存入pathstr中；

步骤S252,在第N步循环中，找出第一数据表pathstr中路径节点总数为N-1的所有节点v_N；

步骤S253,如果v_N的路径节点总数大于最大阶数限制L_max，则不再计算其相邻节点；反之，设所有与v_N相邻且不属于前驱节点集的节点v_J构成集合B；如果则说明虽然阶数未超过限制，但是路径长度已经大于最少节点路径长度的一定倍数，继续搜索也不能成为前k条最短路径，故该路径可以终止；

步骤S254，若v_s∈B，则将该节点及其相关信息存入第二数据表kpathstr中；比较该路径的权重值和若则更新最短路径的权重值为反之，则保持最短路径的权重不变；若则说明该路径虽然大于最短路径长度，但是在一定范围内，可以暂时纳入前k条最短路径，并将有效路径的信息存入第二数据表kpathstr中；若则为无效路径；

步骤S255，如果则将B中所有元素v_J的信息更新后存入一第三数据表nextpathstr，以便进行下一步拓展搜索；v_J存入的信息为

步骤S256，判断第一数据表pathstr中节点是否读取完，若否返回步骤S252，如是则将第三数据表nextpathstr存入第一数据表pathstr中，清除第三数据表nextpathstr，置N＝N+1，返回步骤S251。

本发明的一种基于相关线路集的可靠性评估预想故障集搜索方法，具有如下有益效果：

针对传统电网可靠性评估方法采用设定的故障集计算全网的可靠性指标针对性不强的问题，首先提出了单个规划项目的可靠性影响量化评估指标QRI，来定量描述某一个规划项目的建设对电网可靠性的贡献率，同时提出了一种计算相关线路集来缩小电网预想故障集的方案，即通过前k条最短路径搜索算法寻找某一规划项目建设前后电网中产生可见潮流变化的线路集合组成预想故障集，以缩小故障搜索范围。

附图说明

图1为本发明的基于相关线路集的可靠性评估预想故障集搜索方法的步骤图。

图2为本发明的基于相关线路集的可靠性评估预想故障集搜索方法的流程框图。

图3为IEEE39节点系统接线图。

图4为相关线路集在IEEE39节点系统接线图中的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例中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，而不是全部实施例。

参看图1和图2，分别为本发明实施例的基于相关线路集的可靠性评估预想故障集搜索方法的步骤图和流程框图。

一种基于相关线路集的可靠性评估预想故障集搜索方法，包括如下步骤：

步骤S10，提出针对电力网络的评估单个规划项目建设的可靠性影响量化指标QRI，单个规划项目包括有可靠性指标集合，其包括系统削减失负荷概率LOLP、期望负荷削减量EENS和系统严重程度SI这三个可靠性指标，所述可靠性影响量化指标QRI为各可靠性指标的相对变化量加权的和值；

步骤S30，将筛选出的相关线路集作为对应的预想故障集，计算相应可靠性指标，将各可靠性指标代入步骤S10求得可靠性影响量化指标QRI，所述预想故障集为计算各可靠性指标对应的故障集合。

所述可靠性影响量化评估指标QRI：

步骤S10所述的系统削减失负荷概率、期望负荷削减量和系统严重程度这三个可靠性指标，各指标定义如下：

1)系统削减失负荷概率LOLP，表示由于系统元件容量不足导致失负荷的可能性的大小，其表达式：

式中，P(x)表示系统处于状态x的概率，可以按下面的方式计算，对于元件k，设其故障率为λ_k(次/年)，修复率为μ_k(次/年)，平均修复时间为r_k(小时/次)，则有：

这只是一个元件的状态概率，若电力系统中含有N个独立元件，系统状态概率则等于其中每个元件状态概率的积；

2)期望负荷削减量EENS，表示系统每年平均电量缺供的多少，单位为MWh/年，其表达式为：

式中t(x)表示从故障系统状态下x切负荷到恢复负荷供电的持续时间；L_v(x)表示在故障系统状态x下，为将系统恢复到一个静态安全运行点所必需的最小负荷削减量；

3)系统严重程度SI，其表达式为：

式中L_max为系统最大负荷，SI的单位是“系统分”，一个SI相当于全系统在最大负荷时停电1分钟，是对系统故障严重程度的一种度量。

所述电力网络具有网架数据，所述网架数据包括源节点Vs、目的节点Vt和支路编号。

作为一个具体实施例，结合图1和图2，所述步骤S20的相关线路搜索算法具体如下：

步骤S21，导入电力网络的网架数据，并将网架数据构造成节点导纳矩阵γ，以及由此形成的非负权值的拓扑图；所述导入电力网络的拓扑信息，对各个节点和支路进行编号并建立对应关系，导入各条支路的导纳，形成节点导纳矩阵，从而形成非负权值的拓扑图，如式(6)所示，对节点导纳考虑到计算的简便，只取节点导纳矩阵中各个元素的虚部，也就是说忽略电网中电阻的影响；

作为一个具体实施例，结合图2所示，所述步骤S24从源节点v_s出发的搜索包括：

步骤S241,初始化第一数据表pathstr为空，然后将节点v_s作为一条记录放入第一数据表pathstr中，其字段信息为[v_s,null,0,0]；

步骤S242，在第n步循环中，找出pathstr中路径节点总数为n-1的所有节点v_n，对任意一个节点v_n，找出节点导纳矩阵第n行或者第n列中所有不为0的节点v_j，且v_j不在v_n的前驱节点集中，所有这些节点v_j构成的集合为A；再将集合A中每个节点的信息存入pathstr中，例如对v_j∈A，其字段信息为表示节点v_n的前驱节点集，表示节点v_n到源节点的路径节点总数，表示节点v_n到源节点的总路径长度；

作为一个具体实施例，结合图2所示，所述步骤S25从目的节点v_t出发的搜索包括：

步骤S252,在第N步循环中，找出第一数据表pathstr中路径节点总数为N-1的所有节点v_N；

步骤S255，如果则将B中所有元素v_J的信息更新后存入一第三数据表nextpathstr，以便进行下一步拓展搜索；v_J存入的信息为

下面通过举例验算说明上述发明实施例的有益效果：

本实施例中，方法使用IEEE39节点系统作为仿真算例，仿真工具采用的是由中国电力科学研究院开发的PSD-BPA仿真软件。IEEE39节点系统包括10台发电机，46条支路(包括变压器支路和线路支路)，39个节点，电压等级100kV，系统接线图如图3所示。

限制条件设置：

假设在BUS_39和BUS_3之间规划新建一条线路，设置的限制条件为，路径阶数为10，即路径最多包含10个节点；最小阻抗限制倍数为4倍，即当搜索到的路径长度大于当前最短路径长度的4倍时，认为该路径无效。