一种配电网可靠性评估方法及扩展用于不同规模配电网可靠性评估方法
【专利摘要】一种配电网可靠性评估方法及扩展用于不同规模配电网可靠性评估方法，该方法主要是基于内外部影响因素分析的设备可靠性评估模型，其中设备的内部因素包括所有影响设备正常运行的因素，主要包括：工作寿命，过负荷程度和激活次数；设备的外部因素是由所有外部条件主动地、自然地施加于配电网造成的供电中断，包括：雷击、树木或电杆倒落、恶劣天气、非运维人员操作原因；为了计算单独的外部因素所影响的可靠性首先要计算每种故障出现的相对频率；用该种故障某月出现的总次数与全年出现的总次数做比，最后，定义完整的设备C的可靠性水平是内部因素可靠性水平和外部因素可靠性水平的平方根。
【专利说明】
一种配电网可靠性评估方法及扩展用于不同规模配电网可靠 性评估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种配电网可靠性评估方法及扩展用于不同规模配电网可靠性 评估方法，属于配电网可靠性评估技术领域。
【背景技术】
[0002] 配电网规模不断扩大，复杂性不断增强，客户对供电可靠性的要求也越来越高。然 而当前的配电网受设备缺陷和运维故障等多种因素的影响，可靠性仍处于较低水平，应结 合环境条件、技术水平和客户需求，增加配电网投资以改善其可靠性。
[0003] 目前，主要的配电网可靠性评估方法主要有解析法、模拟法和概率分析法。其中， 模拟法主要以蒙特卡洛模拟为基础，通过大数据抽样模拟长时间的配电网运行情况，从而 进行统计计算配电网可靠性;概率法主要用来分析可靠性指标的波动程度，用于指导电力 市场环境中用户供电合同的可靠性水平条款及策略的制定;解析法与本发明所述方法最为 相近，主要通过考察不同元件的故障率，依据元件的连接关系进行故障概率的累加，从而得 到所研究的配电网络的故障概率和可靠性水平。
[0004] 现有的可靠性分析的解析方法中，配电网中设备元件的故障率及修复时间主要来 源于实际运维经验，而没有针对不同设备具体分析其运行工况和外部环境对其可靠性水平 的影响；同时，现有方法只分为网络和设备两个层级，网络可靠性由设备可靠性累加而来， 既没有不同范围和层级之间的可靠性水平递进逻辑关系，又无法针对所研究的特定规模的 网络，自由设定所需考虑的影响因素，也就无法针对设备生产、运维管理、设备检修试验、网 络规划、能源策略等不同目的，有区别地分析所研究网络或设备的可靠性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种从影响设备安全稳定运 行的内外部因素入手，解决现有配电网在不同范围之间可靠性评价方法不同、逻辑各异、难 以拓展和推广等问题，可适用于不同场景和不同范围的具有扩展性的配电网可靠性评估方 法及扩展用于不同规模配电网可靠性评估方法。
[0006] 本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种配电网可靠性评估方法，该方 法主要是基于内外部影响因素分析的设备可靠性评估模型，其中设备的内部因素包括所有 影响设备正常运行的因素，主要包括:工作寿命，过负荷程度和激活次数，式（1)展示了设备 c的内在因素应，
[0007]
[0008] 为了完整起见，应保证^7,",,,<丨：因为在设备第一次安装时，有可能因为制造不 良、运输不当或安装不当造成损坏；
[0009] 设备的外部因素是由所有外部条件主动地、自然地施加于配电网造成的供电中 断，包括:雷击、树木或电杆倒落、恶劣天气、非运维人员操作原因；为了计算单独的外部因 素所影响的可靠性i.,,、,.,，首先要计算每种故障出现的相对频率；用该种故障某月出现的 总次数与全年出现的总次数做比，如式(5)所示：
[0010]
[0011]根据定义，可靠性水平石是故障率的补集，比如，某种外部因素决定的可靠性水平 可以由下式计算：
[0012]
[0013] 最终的外部因素可靠性水平由式(7)计算：
[0014]
[0015] 最后，定义完整的设备C的可靠性水平瓦,是内部因素可靠性水平和外部因素可靠 性水平的平方根，如下式(8)所示：
[0016]
[0017] 作为优选:所述的设备可靠性评估模型中，内部因素有三个方面构成:过负荷程度 否,/、使用时间和激活次数:;式⑴中的p由下面几种情况计算：
[0018] (1)使用时间：一般设备c的使用时间可以用下式计算，
[0019]
[0020] 式中，Tls是设备的预期使用寿命;表示设备达到预期寿命时仍残存的可靠 性;t代表设备从安装之日开始的使用时间；
[0021 ] (2)过负荷程度:设备c的过负荷程度可以由下式计算，
[0022]
[0023] 式中，lr是设备的负载率，通常可以用设备负荷与额定负荷的比值表示;.是 设备允许运行的最大过载率，通常可以用最大允许负荷与额定负荷的比值表示;?是 设备负荷超过允许最大值后残存的可靠性水平；
[0024] (3)激活次数:设备c的激活次数可以用下式表示，
[0025]
[0026] 式中，cf是设备的相对激活频率，可以用每月或一定周期内的激活频率与平均(或 额定)激活频率的比值来表示;是设备允许的最大激活频率，可以用一定周期内设备 允许的最大激活频率与均（或额定)激活频率的比值来表示；^表示设备超出一定周 期内最大允许激活频率后仍持续运行时，残存的可靠性水平。
[0027] -种由所述配电网可靠性评估方法扩展用于不同规模配电网可靠性评估方法，该 评估方法主要定义可靠性模型的三个级别模型规模，在最小范围的设备层面，设备的可靠 性水平i可以通过影响设备运行的多个内部因素和外部因素来确定;在第二级别层面，定 义区段的概念;区段以保护设备的位置为分隔，两个保护之间的设备组成一个区段;在第三 级别范围为馈线，一条馈线包含若干区段，故障发生时，只有故障下游区段的供电受到影 响。
[0028] 作为优选:类比于多种内部或外部因素对内部或外部可靠性的影响，更大范围内 的区段可靠性可以由区段内设备可靠性的几何平均值来表示；
[0029] 对于包含有Μ台设备的区段j，设备k的可靠性水平为则区段j的可靠性水平 可以用下式计算：
[0030] \ ι(=ι
/
[0031] 同理，馈线i的可靠性水平可以用下式计算：
[0032]
[0033] 最终，含有L条馈线的配电网可靠性水平否 > 可由下式计算：
[0034]
[0035] 同理可以推断，更大规模的配电网可以拆解为多个小配网粒度，分别计算可靠性 后即可计算大规模配电网的可靠性。
[0036] 本发明从影响设备安全运行的内外部因素入手，提出了一种从设备、区段、馈线到 不同规模配电网的可靠性评估方法，解决了之前配电网在不同范围之间可靠性评价方法不 同、逻辑各异、难以拓展和推广等问题;它能根据所研究配电网络或设备的范围，在可靠性 评估中可以针对性地考虑不同宏观会微观因素的影响，具有良好的普适性，在不同规模应 用中具有一致的逻辑关系。
【附图说明】
[0037] 图1是本发明所述不同规模配电网可靠性的逻辑图。
【具体实施方式】
[0038] 下面将结合具体实施例对本发明作详细的介绍:本发明所述的一种配电网可靠性 评估方法，其特征在于该方法主要是基于内外部影响因素分析的设备可靠性评估模型，其 中设备的内部因素包括所有影响设备正常运行的因素，主要包括:工作寿命，过负荷程度和 激活次数，式(1)展示了设备c的内在因素
[0039]
[0040] 为了完整起见，应保证因为在设备第一次安装时，有可能因为制造不良、 运输不当或安装不当造成损坏；
[0041] 设备的外部因素是由所有外部条件主动地、自然地施加于配电网造成的供电中 断，包括:雷击、树木或电杆倒落、恶劣天气、非运维人员操作原因；为了计算单独的外部因 素所影响的可靠性石, v，首先要计算每种故障出现的相对频率；用该种故障某月出现的 总次数与全年出现的总次数做比，如式(5)所示：
[0042]
[0043] 根据定义，可靠性水平否是故障率的补集，比如，某种外部因素决定的可靠性水平 可以由下式计算：
[0044] mc,extj=\-JF(?)
[0045] 最终的外部因素可靠性水平由式(7)计算：
[0046]
[0047] 最后，定义完整的设备C的可靠性水平是内部因素可靠性水平和外部因素可靠 性水平的平方根，如下式(8)所示：
[0048]
[0049] 本发明所述的设备可靠性评估模型中，内部因素有三个方面构成：过负荷程度 运0;、使用时间Μ?和激活次数i,.:式⑴中的p由下面几种情况计算：
[0050] (1)使用时间：一般设备c的使用时间可以用下式计算，
[0051]
[0052] 式中，Tls是设备的预期使用寿命;石_,,"表示设备达到预期寿命时仍残存的可靠 性;t代表设备从安装之日开始的使用时间；
[0053] (2)过负荷程度:设备c的过负荷程度可以由下式计算，
[0054]
[0055] 式中，lr是设备的负载率，通常可以用设备负荷与额定负荷的比值表示；@,_是 设备允许运行的最大过载率，通常可以用最大允许负荷与额定负荷的比值表示；^7, 是 设备负荷超过允许最大值后残存的可靠性水平；
[0056] (3)激活次数:设备c的激活次数可以用下式表示，
[0057]
[0058] 式中，cf是设备的相对激活频率，可以用每月或一定周期内的激活频率与平均(或 额定)激活频率的比值来表示;^是设备允许的最大激活频率，可以用一定周期内设备 允许的最大激活频率与均(或额定)激活频率的比值来表示；^表示设备超出一定周 期内最大允许激活频率后仍持续运行时，残存的可靠性水平。
[0059] -种由所述配电网可靠性评估方法扩展用于不同规模配电网可靠性评估方法，该 评估方法主要定义可靠性模型的三个级别模型规模，在最小范围的设备层面，设备的可靠 性水平瓦可以通过影响设备运行的多个内部因素和外部因素来确定;在第二级别层面，定 义区段的概念;区段以保护设备的位置为分隔，两个保护之间的设备组成一个区段;在第三 级别范围为馈线，一条馈线包含若干区段，故障发生时，只有故障下游区段的供电受到影 响。
[0060] 类比于多种内部或外部因素对内部或外部可靠性的影响，更大范围内的区段可靠 性可以由区段内设备可靠性的几何平均值来表示；
[0061] 对于包含有Μ台设备的区段j，设备k的可靠性水平为，，则区段j的可靠性水平 盈：/可以用下式计算：
[0062]
[0063]同理，馈线i的可靠性水平可以用下式计算：
[0064] V \
z /
[0065] 最终，含有L条馈线的配电网可靠性水平17#可由下式计算：
[0066]
[0067] 同理可以推断，更大规模的配电网可以拆解为多个小配网粒度，分别计算可靠性 后即可计算大规模配电网的可靠性。
[0068] 实施例：设备可靠性被解释为一组影响设备运行的内部和外部变量。结合设备自 身特点进行可靠性评估，可以使对配电网的评估更加精确和完善;考虑影响设备运行的所 有内外部因素，实现不同粒度上的可拓展的配电网可靠性评估，建立一个可靠性指标Μ : 与设备所有内外部因素相关的可靠性指标的平均值。
[0069] 由于对每个因素的计算是独立完成的，因此某个因素的变化不会影响最终指标的 不平衡性。
[0070] 本发明所述的内部因素包括所有影响设备正常运行的因素，比如:工作寿命，过负 荷程度和激活次数。式(1)展示了设备c的内在因素运
[0071]
[0072] 为了完整起见，应保证i,,,,,, <1。因为在设备第一次安装时，有可能因为制造不 良、运输不当或安装不当造成损坏。
[0073] 在此模型中，内部因素有三个方面构成：过负荷程度、使用时间^7",和激活次 数元、所有配电网设备的内部因素瓦，中必须包含但是诸如开关类设备还要包含 瓦匕，变压器等拥有额定容量的设备还应考虑^7,"。式(1)中的p由下面几种情况计算：
[0074] (1)使用时间
[0075] -般设备c的使用时间可以用下式计算：
[0076]
[0077] 式中，Tis是设备的饿期使用寿命；表不设备达到预期寿命时仍残存的可靠 性;t代表设备从安装之日开始的使用时间。
[0078] (2)过负荷程度
[0079]设备c的过负荷程度可以由下式计算
[0080]
[0081]式中，lr是设备的负载率，通常可以用设备负荷与额定负荷的比值表示；历"_是 设备允许运行的最大过载率，通常可以用最大允许负荷与额定负荷的比值表示;元、/，,."是 设备负荷超过允许最大值后残存的可靠性水平。
[0082] (3)激活次数
[0083]设备c的激活次数可以用下式表示
[0084]
[0085] 式中，cf是设备的相对激活频率，可以用每月或一定周期内的激活频率与平均(或 额定)激活频率的比值来表示;是设备允许的最大激活频率，可以用一定周期内设备 允许的最大激活频率与均（或额定)激活频率的比值来表示；^表示设备超出一定周 期内最大允许激活频率后仍持续运行时，残存的可靠性水平。
[0086] 外部因素是由所有外部条件主动地、自然地施加于配电网造成的供电中断，比如 雷击、树木或电杆倒落、恶劣天气、非运维人员操作等原因。为了计算单独的外部因素所影 响的可靠性瓦，首先要计算每种故障出现的相对频率。用该种故障某月出现的总次数 与全年出现的总次数做比，如式(5)所示。
[0087]
[0088] 根据定义，可靠性水平巧是故障率的补集，比如，某种外部因素决定的可靠性水平 可以由下式计算：
[0089] RIb,&t,f=i-FFcj,,ei (6)
[0090] 最终的外部因素可靠性水平由式(7)计算。
[0091]
[0092] 如果某种设备对外在因素是免疫的，则=1。也就是说外在因素的变化对设 备C的可靠性没有影响，该设备的可靠性水平完全取决于其内部运行状况。
[0093] 最后，定义完整的设备C的可靠性水平是内部因素可靠性水平和外部因素可靠 性水平的平方根，如下式所示。
[0094]
[0095] 如上所述，如果某种设备的可靠性水平不受外部因素影响，则1/,=石,，,w
[0096] 至此，靠性水平因数瓦与设备的真实可靠性水平完全联系起来。如果某种设备的 是准确的、完全可获知的，则它的可靠性水平也是完全确定的。然而，实际配电网中技术 和运维因素、内部和外部因素并不能完全区分，为了提高设备的实际可靠性，需要尽量排除 外部因素干扰，也即提高设备对外部因素的免疫程度。
[0097] 至此，所有设备都可以分别计算其单独的可靠性水平。
[0098] -种利用配电网可靠性评估方法扩展用于不同规模配电网可靠性评估方法，即模 型的扩展:为了定义可靠性模型的规模，首先要确定配电网的粒度，即模型的在配网中的涉 及范围；下面提出三个级别的模型规模：
[0099] 在最小范围的设备层面，设备的可靠性水平瓦可以通过影响设备运行的多个内部 因素和外部因素来确定；在第二级别层面，定义区段的概念。区段以保护设备的位置为分 隔，两个保护之间的设备组成一个区段。对应于保护设备在配电网故障隔离中的作用，每个 区段受故障影响的程度是相同的。最大的级别范围为馈线，一条馈线包含若干区段，故障发 生时，只有故障下游区段的供电受到影响。但是需要指出的是，本方法提出的可靠性评估模 型具有良好的可扩展性，在更大(或某些应用场景中的更小）范围上都是适用的。规模扩展 的思路如图1所示。
[0100] 类比于多种内部或外部因素对内部或外部可靠性的影响，更大范围内的区段可靠 性可以由区段内设备可靠性的几何平均值来表示。
[0101] 对于包含有Μ台设备的区段j，设备k的可靠性水平为,则区段j的可靠性水平 盈,可以用下式计算。
[0102]
[0103] 同理，馈线i的可靠性水平^7,可以用下式计算。
[0104] v \
乂 j
[0105] 最终，含有L条馈线的配电网可靠性水平瓦#可由下式计算。
[0106]
[0107]同理可以推断，更大规模的配电网可以拆解为多个小配网粒度，分别计算可靠性 后即可计算大规模配电网的可靠性。该模型的灵活拓展性允许不同的管理者便捷计算不同 范围内的网络可靠性。
[0108]本发明进行可靠性分析方法的应用是:利用上述模型，本发明所述的可靠性评估 方法可以用于于不同规模的配电网络和不同目的的场景。比如在具体设备维护上，可以结 合所研究的设备，例如线圈类的电流互感器或电压互感器，亦或直线动作类的开关或倒闸， 设定不同的内外部影响因素，综合分析其可靠性水平以及时安排合理检修维护策略;在地 区范围的配电网用电特性或供电水平分析中，可以将所研究网络只分解到馈线层级，馈线 可靠性水平用历史运维数据计算得来，这样就可以使相应的分析更有针对性，而不必下潜 至具体设备影响因素的层面。
【主权项】
1. 一种配电网可靠性评估方法，其特征在于该方法主要是基于内外部影响因素分析的 设备可靠性评估模型，其中设备的内部因素包括所有影响设备正常运行的因素，主要包括： 工作寿命，过负荷程度和激活次数，式(1)展示了设备C的内在因素谅，为了完整起见，应保证忍间为在设备第一次安装时，有可能因为制造不良、运输 不当或安装不当造成损坏； 设备的外部因素是由所有外部条件主动地、自然地施加于配电网造成的供电中断，包 括:雷击、树木或电杆倒落、恶劣天气、非运维人员操作原因；为了计算单独的外部因素所影 响的可靠性克首先要计算每种故障出现的相对频率；用该种故障某月出现的总次数 与全年出现的总次数做比，如式(5)所示：根据定义，可靠性水平而是故障率的补集，比如，某种外部因素决定的可靠性水平可W 由下式计算：最终的外部因素可靠性水平由式(7)计算：最后，定义完整的设备C的可靠性水平而，是内部因素可靠性水平和外部因素可靠性水 平的平方根，如下式(8)所示：2. 根据权利要求1所述的配电网可靠性评估方法，其特征在于所述的设备可靠性评估 模型中，内部因素有立个方面构成:过负荷程度而,,/、使用时间忍W和激活次数京。,；式（1) 中的P由下面几种情况计算： (1)使用时间:一般设备C的使用时间可W用下式计算，式中，Tls是设备的预期使用寿命;方。表示设备达到预期寿命时仍残存的可靠性;t 代表设备从安装之日开始的使用时间； (2) 过负荷程度:设备c的过负荷程度可W由下式计算，式中，Ir是设备的负载率，通常可W用设备负荷与额定负荷的比值表示；是设备 允许运行的最大过载率，通常可W用最大允许负荷与额定负荷的比值表示;京是设备 负荷超过允许最大值后残存的可靠性水平； (3) 激活次数:设备C的激活次数可W用下式表示，式中，cf是设备的相对激活频率，可W用每月或一定周期内的激活频率与平均（或额 定)激活频率的比值来表示；是设备允许的最大激活频率，可W用一定周期内设备 允许的最大激活频率与均（或额定)激活频率的比值来表示；^表示设备超出一定周 期内最大允许激活频率后仍持续运行时，残存的可靠性水平。3. -种由权利要求1或2所述配电网可靠性评估方法扩展用于不同规模配电网可靠性 评估方法，其特征在于该评估方法主要定义可靠性模型的Ξ个级别模型规模，在最小范围 的设备层面，设备的可靠性水平万巧W通过影响设备运行的多个内部因素和外部因素来 确定;在第二级别层面，定义区段的概念；区段W保护设备的位置为分隔，两个保护之间的 设备组成一个区段;在第Ξ级别范围为馈线，一条馈线包含若干区段，故障发生时，只有故 障下游区段的供电受到影响。4. 根据权利要求3所述扩展用于不同规模配电网可靠性评估方法，其特征在于类比于 多种内部或外部因素对内部或外部可靠性的影响，更大范围内的区段可靠性可W由区段内 设备可靠性的几何平均值来表示； 对于包含有Μ台设备的区段j，设备k的可靠性水平为忍tf，则区段j的可靠性水平瓦，可 W用下式计算：同理，馈线i的可靠性水平忍可W用下式计算：最终，含有L条馈线的配电网可靠性水平忍可由下式计算：同理可w推断，更大规模的配电网可w拆解为多个小配网粒度，分别计算可靠性后即 可计算大规模配电网的可靠性。
【文档编号】G06Q50/06GK105976117SQ201610304237
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】周志芳, 傅旭华, 王蕾, 王坤, 白桦, 曾建梁, 姚燕, 查伟强
【申请人】国家电网公司, 国网浙江省电力公司经济技术研究院