一种基于配电地理拓扑数据的改进最小路可靠性确定方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种基于配电地理拓扑数据的改进最小路可靠性确定方法。

背景技术：

配电网是连接电源或输电网与用户的终端环节，承担着将电能传输至中压与低压用户的重要任务。可是，配电网用户数、用电量的快速增长与新能源的加入对配电网供电能力、供电可靠性提出了更高的要求，其中，快速有效的求取大规模复杂实际配电网可靠性指标的算法，将对配电网的规划建设与运行具有十分重要的实际应用价值。但是传统配电网可靠性算法常用的有模拟法和解析法，模拟法通过赋予元件对应的故障率和故障时间，然后通过设定仿真时间遍历故障，计算不同元件故障对配电网系统可靠性的影响。该算法对于复杂配电网有较强的适应性，但在复杂系统中完成故障遍历，则需要消耗大量的仿真计算时间；解析法通过分析配电网的元件关联矩阵，得到用户供电最小路和供电支路，并将供电支路对用户可靠性的影响等效到供电最小路上，通过供电最小路的串联计算及不同供电最小路的并联计算，最终计算得用户的供电可靠性实现了配电网用户可靠性的快速分析，但是由于算法需要反复查询系统联络矩阵，而复杂系统联络矩阵的维度随着配电网的元件数量指数增长，算法运行需要计算机内存大，且消耗大量的检索时间所以传统配电网可靠性算法存在计算实际的大规模复杂系统中存在仿真计算时间长、对计算机内存要求高等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于配电地理拓扑数据的改进最小路可靠性确定方法。本发明提出的基于配电地理拓扑数据的改进最小路可靠性确定方法，有效解决了传统解析法、模拟法计算复杂配电网可靠性的计算时间冗长问题。该方法通过简化GIS拓扑数据、利用线路联络关系缩小元件检索范围，达到减少单次检索消耗的时间；通过对调元件节点的出线端与入线端的编号，优化了路径检索流程，实现了有向检索。本方法提出的配网系统最小路矩阵构建、最小路矩阵等效、可靠性分析计算流程，为根据配网GIS拓扑数据分析实际复杂配电网的可靠性，提供了算法理论与计算机实现基础。该方法能适应实际GIS系统的复杂配电网可靠性分析，对于配电网可靠性现状分析、规划方案可靠性评价具有实际应用价值。

本发明通过如下技术方案实现。

一种基于配电地理拓扑数据的改进最小路可靠性确定方法，其包括如下步骤：

(1)从GIS系统获取配电网供电可靠性指标；

(2)用一次侧元件数据生成配电网拓扑数据；

(3)创建最小路法矩阵N，并且从变电站母线出线端开始检索；

(4)判断该配电网拓扑是否已经检索完毕：如果已经检索完毕，则转至步骤(6)；否则，转至步骤(5)；

(5)往下搜索，往最小路中增加行或者列并添加拓扑信息，转至步骤(4)，继续判断；

(6)确定待分析配变，以配变编号作为检索元素，检索含该配变的最小路矩阵列，该最小路矩阵列称为最小路列，其他列为分支列；

(7)检索分支列与最小路列差异的起始元件，该起始元件称为分支首元件，根据分支首元件对分支进行分组，删除分支首元件行之上的元件和断路器行之下的元件，将剩下的元件组称为分支元件集；

(8)判断分支元件集是否已经判断完毕：如果已经判断完毕，则转至步骤(14)；否则，转至步骤(9)；

(9)判断分支首元件是否为负荷开关：如果是负荷开关，则转至步骤(10)；否则，转至步骤(11)；

(10)该分支首元件所在的元件集等效为故障率为元件集各元件故障率之和、停电恢复时间为0.5h的最小路串联元件，转至步骤(8)，继续判断；

(11)判断分支首元件是否为断路器：如果是断路器，则转至步骤(13)；否则，转至步骤(12)；

(12)将分支首元件等效为最小路的串联元件，并且该分支首元件所在的元件集删去该分支首元件，将下一行定义为分支首元件，转至步骤(9)，继续判断；

(13)该元件集不需要进行等效，转至步骤(8)，继续判断；

(14)构建一个列数为2的矩阵，该矩阵为串联算法矩阵，矩阵的两列分别为元件故障率和单次故障时间。将所需的两列数据赋值到串联算法矩阵中；

(15)对用户检索到的不同最小路法矩阵进行等效处理，构建对应串联算法矩阵，并按照用户故障率用户平均停电持续时间式中：λ(次/年)为用户故障率，λ_i(次/年)为并联支路故障率，γ(小时/次)为用户平均停电持续时间，γ_i(小时/次)为并联支路元件平均停电持续时间。运行串联算法分别得到单条最小路供电可靠性指标

进一步地，还包括步骤(16)，对不同的最小路法矩阵的等值结果参照公式用户故障率式中：λ₁和λ₂(次/年)为并联支路故障率，γ₁和γ₂(小时/次)为并联支路元件平均停电持续时间；用户平均故障停电持续时间进行并联处理，得到用户可靠性指标。

进一步地，还包括步骤(17)，通过对不同用户可靠性指标统计分析得到系统可靠性指标。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

该方法对GIS拓扑数据进行简化处理，减小了检索元件库的元件数目，避免了因元件数目过多导致的检索时间冗长。由于配网生产的二次转供电要求，不存在变电站母线向用户跨多个联络开关供电的转供操作。该方法通过抽取与母线出线端所属线路存在联络关系的线路元件作为检索范围，缩小了检索范围，减少了算法检索时间。在深度优先检索中，需要反复确认本次检索到的元件是否作为检索结果出现过。该方法通过在检索过程中调整元件数据表入线端、出线端顺序，确定了从变电站母线到用户的放射型检索方向，保证了单一元件的检索结果中只会出现下游元件，简化了检索的流程。该方法以矩阵方式存储最小路拓扑关系，为实现最小路矩阵的等效处理和配电网理论可靠性指标的确定提供基础。

附图说明

图1是基于配电地理拓扑数据的改进最小路可靠性确定方法的流程图；

图2是基于配电地理拓扑数据的改进最小路可靠性确定方法流程图中最小路矩阵创建的详细流程图；

图3是具体实施案例中使用的配电网线路图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

本计算方法首先，从GIS获取配电网供电可靠性指标，并且获取由配电网的一次侧元件数据项构成配网拓扑数据；其次，通过分别分析电源到用户的最小路元件以及支路元件对用户可靠性的影响，创建最小路矩阵；然后，利用改进最小路矩阵构建方法，对最小路矩阵进行等效处理，并且开展用户可靠性分析；之后，计算得到配电网用户可靠性分析和系统可靠性分析的量化指标。本方法通过分析GIS系统拓扑数据表直接完成配电网可靠性计算，优化了传统最小路算法流程，减小了实际配电网元件种类多、元件数目庞大对配电网可靠性分析的影响

本计算方法的流程框图如图1所示。本计算方法给出一个详细实现案例，但本方法不仅限于此案例，其详细步骤如下：

第一步，从GIS系统获取配电网供电可靠性指标，获取的基本可靠性指标为故障率λ(次/年)、平均停电持续时间γ(小时/次)、年平均停电持续时间U(小时)。

第二步，用一次侧元件数据生成配电网拓扑数据，并按照市、区、局、所、站、线、元件的结构分组存储。

第三步，构建最小路矩阵N：

1.抽取待分析母线出线端所属馈线和与该馈线存在联络关系的馈线，构建区域元件数据表。

2.最小路寻径以待分析母线出线端作为检索起点，以区域元件数据表作为检索范围。

3.算法按照母线出线端到配变的方向依次进行元件检索，检索关键字为上一层元件出线端，检索范围为区域元件数据表元件的出、入线端。

4.在检索中，若检索关键字对应检索结果的元件出线端，则再置换该元件出、入线端位置。若检索结果有k个元件连接，表明下游方向有k条支路，将当前列(第一行至本行)赋值给后面的k‐1个空白列，并依次在当前列和新赋值列填入检索到的元件编号。如图3产生最小路矩阵N中，当算法检索至元件5，此时对应第3行，检索结果有2个元件：元件6与8，将元件5所在列(即第二列)赋值到空白的第三列，并将元件6填入第四行第二列，元件8填入第四行第三列。

5.依次向下检索直至无法检索到新的元件，生成最小路矩阵

矩阵每一列代表以母线1为起点的供电路径。例如第六列是以母线1为起点，分别经过断路器2、架空线5、断路器6、架空线7、断路器14、隔离开关15、架空线16，以配变17为终点的供电路径。

第四步，对最小路矩阵N进行分组和消去处理：

1.确定待分析配变，以配变编号作为检索元素，检索含该配变的最小路矩阵。最小路矩阵中含该配变编号的列为最小路列，其他列为分支列。

2.通过检索分支列与最小路列差异的起始元件识别分支首元件，将分支列按照分支首元件编号进行分组。

3.对每一组分支列，删除每一列分支首元件行之上的元件、删除断路器行之下的元件，取该组元件并集作为分支元件集，形成以下矩阵：

由于待分析配变17在最小路矩阵中第六列，故第六列为最小路列，如上图的A部分，其他列为待等效列，按照等效列按照与最小路列分支首元件的不同进行分组，并且分支首元件上层元件，分支内断路器及断路器下层元件删除，得到B,C,D,E四个部分。

第五步，对矩阵进行等效处理，将支路对用户供电的影响以等效元件的方式在最小路上体现：

1.对不同分支元件集按照分支首元件不同做如下处理：若分支首元件为短路器，则该分支元件集不需要进行等效；若分支首元件为负荷开关，则该元件集等效为故障率为元件集各元件故障率之和、停电恢复时间为0.5h的最小路串联元件；若分支原件为其他元件，将分支原件集的元件依次等效为最小路的串联元件。

2.对等效后最小路矩阵进行处理，构建列数为2的串联算法矩阵，将元件故障率、单次故障时间赋值到对应串联算法矩阵的两列。生成以下矩阵：

式中：λ_i(次/年)为并联支路故障率；γ_i(小时/次)为并联支路元件平均停电持续时间。第六步，对用户检索到的不同最小路矩阵进行等效处理，构建对应串联算法矩阵，并按照公式运行串联算法分别得到单条最小路供电可靠性指标。

第七步，对不同的最小路矩阵的等值结果参照公式进行并联处理，得到用户可靠性指标。式中λ₁和λ₂(次/年)为并联支路故障率，γ₁和γ₂(小时/次)为并联支路元件平均停电持续时间

第八步，通过对不同用户可靠性指标统计分析得到系统可靠性指标。