专利名称：：配电网可靠性评估的故障扩散方法
技术领域：
：本发明属于中压配电网可靠性评估方法
技术领域：
，具体涉及放射状运行的中压配电网可靠性评估方法。
背景技术：
：配电网是电力系统中直接针对用户供电的重要环节，对用户供电质量和供电可靠性的影响也最为直接。据统计，大约有80%的停电事故缘于配电网故障，对配电网进行可靠性评估是保证电能质量，实现电力工业现代化的重要手段，对改善电网结构、提高供电可靠性水平、促进电力工业管理现代化有着重要作用。随着我国配电网络规模的不断扩大，对配电网可靠性评估算法的快速性和高效性提出了更高的要求。目前配电网主要采用闭环设计开环运行，其可靠性评估主要是对开环运行进行评估。现有配电网开环运行可靠性评估的方法主要有故障模式后果分析法、最小路法、网络等值法等。故障模式后果分析法是利用配电网的元件的可靠性数据，建立配电网开环运行的故障模式后果表，分析每个故障事件及其后果，然后综合形成可靠性指标。如1998年中国电力出版社陈文高著《配电系统可靠性实用基础》书中，公开的是利用元件可靠性数据，在计算系统故障指标之前先选定某些合适的故障判据(即可靠性准则)，然后根据判据将系统状态分为完好和故障两大类的一种检验方法。具体做法是建立故障模式分析表，査清每个基本故障事件及其后果，然后加以综合分析。但当系统结构复杂时，故障模式后果表的建立将十分复杂，所以直接应用故障模式后果分析法分析复杂的配电系统是非常困难的。最小路法是先求出配电网开环运行的每个负荷的最小路，将非最小路上元件的故障折算到最小路上，从而得出可靠性指标。如1997年5月第30巻第5期《中国电力》中的"配电系统的可靠性分析"一文，公开的是首先求取每个负荷点的最小路,这样整个系统的元件便可分为两类:最小路上元件和非最小路上元件，对于最小路上的元件，直接根据开关配置情况及是否有备用电源即可判读故障类型，对于非最小路上的元件，先根椐系统的结构,将其对负荷点可靠性指标的影响折算到相应的最小路节点上，然后按上述方法处理即可。但在进行可靠性计算时须先求许多负荷的最小路，当系统复杂时，最小路的求取要花费大量的时间，其计算复杂性较大，而且当系统中存在子馈线时，将进行多萬折算，增加了计算复杂性。网络等值法是配电网开环运行中，将带子馈线的问题转化成不带子馈线的问题。如199S年第145巻第6期《正Eproceeding-G.T.D》中的"Reliability-network-equivalentapproachtodistribution-system-reliabilityevaluation"—文，公开的是从最低一级的子馈线出发，将子馈线等效成相应的线路和负荷，逐次向上，直到线路不带子馈线为止，然后再用故障模式后果分析法得到节点和系统的可靠性指标。但它存在以下不足当系统中子馈线级数较多时，需要进行多次连续等效，即系统需进行连续"合并"；在对等效后系统进行可靠性评估对，只能得到等效负荷和系统的可靠性，如果要得到每个负荷点的可靠性指标，还需要从等效负荷出发，再用故障模式后果分析法方可得到，即要得到每个负荷点的指标需要对等效负荷点多次"分解"。当系统子馈线级联较多时，这种"合并"与"分解"过程非常复杂。
发明内容本发明的目的是，针对现有配电网可靠性评估方法的不足，提供一种配电网的可靠性评估的故障扩散方法，本方法以故障扩散法为基础，不用进行等值处理，不须进行"合并"、"分解"工作，能够一次性形成配电网可靠性指标；不仅能够计算简单结构配电网的可靠性，还能计算带子馈线的复杂结构配电网的可靠性；并能够考虑断路器、分支线保护、隔离开关、备用电源、备用变压器等设备配置对配电网可靠性的影响，通用性强。实现本发明目的的技术方案是一种配电网可靠性评估的故障扩散方法，利用计算机，通过程序，先输入配电网数据，再计算其正常运行状态的潮流，然后采用状态枚举法，进行配电网中各元件的故障事件枚举计算，最后计算故障状态下的潮流及可靠性指标并输出。具体方法步骤如下(1)输入配电网数据首先输入配电网的结构数据和电气数据及可靠性数据。配电网的结构数据，包括配电网中线路及变压器连接关系，断路器、隔离开关等开关设备的安装位置等；配电网的电气数据，包括线路及变压器电阻、电抗，节点负荷功率、功率因素、同时系数等；配电网的可靠性数据，包括统计的线路及变压器的故障率、修复时间，开关隔离操作时间等。(2)计算配电网正常运行时的潮流第(1)步完成后，应用配电网潮流计算程序，计算配电网正常运行时的潮流，得到配电网各节点的电压幅值及相角、各线路传输的有功功率及无功功率等。(3)配电网中各元件的故障事件枚举计算第(2)步完成后，采用状态枚举法，对配电网中各线路、变压器和断路器等元件，对其故障事件分别进行枚举计算。现以一个故障元件枚举计算为例，其计算步骤如下1)确定配电网中各节点的故障类型当配电网中任何故障事件发生后，根据故障扩散法，按照故障时间的不同，将配电网中的节点分成四类a类正常节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为零的节点；b类隔离操作节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为隔离操作时间的节点；c类隔离和切换操作节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为隔离操作加切换操作时间的节点；d类元件修复节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为元件修复时间的节点。①确定a类正常节点首先向前搜索断路器并确定a类正常节点，即从枚举计算的故障元件开始，逆着正常潮流方向搜索断路器，第一个出现的断路器为故障元件的前向断路器。则配电网中故障元件所在馈线上的前向断路器前端的节点和其它馈线上的所有节点确定为a类正常节点。②确定d类元件修复节点第(3)——1)——①步完成后，再进行故障扩散并确定d类元件修复节点，即从枚举计算的故障元件开始向配电网各方向扩散，并判断是否遇到隔离开关或到达线路末端当遇到隔离开关或到达线路末端时，则停止该方向的扩散；否则继续向外扩散直到各方向均遇到隔离开关或到达线路末端为止。则故障扩散过程中遍历到的节点均确定为d类元件修复节点。(D形成分块子系统第(3)——1)——②步完成后，再形成分块子系统，即首先在配电网中删除第G)——1)——①步中确定的a类正常节点，再删除第(3)——1)——②步中确定的d类元件修复节点，则配电网中剩余的部分被分割成若干个分块子系统。④确定各分块子系统中节点的故障类型第(3)—D一③步完成后，确定各分块子系统中节点的故障类型。现以一个分块子系统中节点的故障类型的确定为例，其它分块子系统中节点的故障类型的确定依此进行。首先判断分块子系统与前向断路器的连接关系当分块子系统与前向断路器相连时，则该分块子系统中的节点均为b类隔离操作节点；当分块子系统未与前向断路器相连时再判断分块子系统与切换幵关的连接关系当分块子系统与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为C类隔离和切换操作节点；当分块子系统未与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为d类元件修复节点。然后再判断所有分块子系统中的节点故障类型是否均已确定当所有分块子系统中的节点故障类型均已确定时，则进行下一步计算；否则就对下一个分块子系统中的节点进行故障类型确定，直至第(3)——1)——③步中所有分块子系统中的节点故障类型均己确定为止。⑤确定配电网中各节点的故障类型第(3)一O—④步完成后，将第(3)——1)——④步确定的各分块子系统中节点的故障类型，加上第(3)——1)~~(D步确定的a类正常节点和第(3)——1)~~步确定的d类元件修复节点，就确定出配电网枚举的一个故障事件后所有节点的故障类型。2)计算配电网故障状态下的潮流第(3)一D步完成后，首先应用潮流计算程序，计算当该枚举计算的元件故障时配电网的潮流，然后进行线路容量和电压越限检査当无越限时，进行下一步计算；当有越限时，则采取无功补偿措施后，再进行越限检查当无越限时，进行下一步计算；当有越限时，则进行负荷削减直至无越限为止。3)计算负荷节点可靠性指标第(3)——2)步完成后，首先根据节点故障类型和削减负荷量计算负荷节点可靠性指标，然后判断枚举故障事件是否完成当完成时，则进行下一步计算；否则返回第(3)步再进行故障事件枚举，直至配电网中各元件的故障事件枚举完成为止。(4)计算配电网的可靠性指标第(3)步完成后，即配电网中各线路、变压器和断路器等各元件的故障事件枚举计算完成后，根据各次故障事件枚举计算过程中第(3)——3)步的结果，计算配电网的可靠性指标并输出计算结果。配电网可靠性指标如下①系统平均停电频率(SAIFI)指每个用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数。由用户停电总次数与用户数之比表示；②系统平均停电持续时间(SAIDI)指用户在一年中所遭受的平均停电持续时间。由用户停电时间总和与用户数之比表示；③用户平均停电持续时间(CAIDI)指每个用户在一年中每次停电的平均持续时间。由用户停电时间总和与用户停电总次数之比表示；④平均供电可用率(ASAI)指每个用户在一年中用电需求得到满足的时间百分比。由实际供电总时户数与要求供电总时户数之比表示；⑤平均供电不可用率(ASUI)指每个用户在一年中用电需求未得到满足的时间百分比。由用户停电总时户数与用户要求供电总时户数之比表示；⑥系统缺供电量(ENS)指每个用户在一年中负荷削减的期望数。⑦系统平均缺供电量(AENS)，由总缺电量与总用户数之比表示。本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果-①本发明方法不仅能够计算简单结构配电网的可靠性，还能计算带子馈线的复杂配电网的可靠性，克服现有FMEA法、最小路法等的不足，并且模型通用性较好，便于推广应用；②本发明方法能够根据故障范围，用故障扩散法直接判断节点故障的类型，不用进行等值处理，克服现有等值法的不足，不用进行"合并"、"分解"工作，能一次性形成配电网可靠性指标；③本发明方法考虑了配电网中断路器、分支线保护、隔离开关、备用电源、备用变压器等设备配置的影响，计算速度快，且有较强的工程实用性。本发明广泛应用于带子馈线的复杂中压配电网可靠性评估中，特别适用于3-10kV闭环设计开环运行的配电网中可靠性评估中。图1为本发明方法的程序流程框图；图2为实施例配电网系统接线图。图中，132.节点编号，33.变电站，34.断路器，35.隔离开关，36.变压器，37.负荷，38.熔断器，39.切换开关，34.备用电源。具体实施例方式下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。实施例如图l、2所示，某配电网可靠性评估的故障扩散方法的具体步骤如下(1)输入配电网数据首先输入配电网的结构数据和电气数据及可靠性数据。配电网的结构数据，包括配电网中线路及变压器连接关系，断路器、隔离开关等开关设备的安装位置等；配电网的电气数据，包括线路及变压器电阻、电抗，节点负荷功率、功率因素、同时系数等；配电网的可靠性数据，包括统计的线路及变压器的故障率、修复时间，开关隔离操作时间等。附图2所示是重庆电力公司某10kV配电网。附图2所示配电网的部分结构数据如下表所示.-<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>附图2所示配电网的部分线路电气数据如下表所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>附图2所示配电网的部分可靠性数据如下线路单位长度故障率0.065次/年*公里，修复时间5小时欣；变压器故障率0.015次/年'台，修复时间200小时欣；隔离开关操作时间l小时/次；切换开关操作时间1小时/次。(2)计算配电网正常运行时的潮流第(1)步完成后，应用配电网潮流计算程序，计算配电网正常运行时的潮流，得到配电网各节点的电压幅值及相角、各线路传输的有功功率及无功功率等。附图2所示配电网的部分节点电压幅值及相角结果如下表所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>附图2所示配电网的部分线路传输的有功功率及无功功率结果如下表所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(3)配电网中各元件的故障事件枚举计算第(2)步完成后，采用状态枚举法，对配电网中各线路、变压器和断路器等元件，对其故障事件分别进行枚举计算。现以一个故障元件枚举计算为例，其计算步骤如下1)确定配电网中各节点的故障类型当配电网中任何故障事件发生后，根据故障扩散法，按照故障时间的不同，将配电网中的节点分成四类a类正常节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为零的节点；b类隔离操作节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为隔离操作时间的节点；C类隔离和切换操作节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为隔离操作加切换操作时间的节点；d类元件修复节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为元件修复时间的节点。①确定a类正常节点首先向前搜索断路器并确定a类正常节点，即从枚举计算的故障元件开始，逆着正常潮流方向搜索断路器，第一个出现的断路器为故障元件的前向断路器。则配电网中故障元件所在馈线上的前向断路器前端的节点和其它馈线上的所有节点确定为a类正常节点。对线路18-19为故障元件时举例，逆着正常潮流方向搜索第一个出现的断路器为线路5-18首端的断路器，则可确定配电网中故障元件所在馈线上的前向断路器前端的节点和其它馈线上的所有节点{1,...，17,27，...,32}为a类正常节点。对线路4-ll为故障元件时举例，前向断路器为线路l-2首端的断路器，则该配电网中没有节点为a类正常节点；②确定d类元件修复节点第(3)——1)——①步完成后，再进行故障扩散并确定d类元件修复节点，即从枚举计算的故障元件开始向配电网各方向扩散，并判断是否遇到隔离开关或到达线路末端当遇到隔离开关或到达线路末端时，则停止该方向的扩散；否则继续向外扩散直到各方向均遇到隔离开关或到达线路末端为止。则故障扩散过程中遍历到的节点均确定为d类元件修复节点。对线路4-11为故障元件时举例，从枚举计算的线路4-11开始向各方向扩散，扩散至节点{3，5,6,12}时遇到隔离开关，搜索至节点{14}时到达线路末端，至此各方向都遇到隔离开关或到达线路末端，则停止扩散，得到节点(3,4，5，ll，12，l^为d类元件修复节点。对线路18-19为故障元件时举例，从枚举计算的线路18-19开始向各方向扩散，扩散至节点{18，19}时遇到隔离开关，至此各方向都遇到隔离开关，则停止扩散，得到节点{18，19}为d类元件修复节点。③形成分块子系统第(3)一1)②步完成后，再形成分块子系统，即首先在配电网中删除第(3)——1)——①步中确定的a类正常节点，再删除第(3)——1)——②步中确定的d类元件修复节点，则配电网中剩余的部分被分割成若干个分块子系统。对线路l8-19为故障元件时举例，首先在配电网中删除前向搜索断路器过程中确定的a类正常节点U,...,17,27,...,32}，再删除故障扩散过程中确定的d类元件修复节点U8，19}，则配电网中剩余的部分被分割成的分块为{21}，{20,22,23,...,26}。对线路4-11为故障时举例，删除故障扩散过程中确定的d类元件修复节点{3,4,5,11,12，14}，则配电网中剩余的部分被分割成的分块为U，2,9,10}，{18,19,...,26}，{7,8,27，.."32}，{13,15,16,17}。④确定各分块子系统中节点的故障类型第(3)一O—③步完成后，确定各分块子系统中节点的故障类型。现以一个分块子系统中节点的故障类型的确定为例，其它分块子系统中节点的故障类型的确定依此进行。首先判断分块子系统与第(3)——1)——①步中的前向断路器的连接关系当分块子系统与前向断路器相连时，则该分块子系统中的节点均为b类隔离操作节点；当分块子系统未与前向断路器相连时再判断分块子系统与切换开关的连接关系当分块子系统与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为C类隔离和切换操作节点；当分块子系统未与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为d类元件修复节点。然后再判断所有分块子系统中的节点故障类型是否均己确定当所有分块子系统中的节点故障类型均已确定时，则进行下一步计算；否则就对下一个分块子系统中的节点进行故障类型确定，直至第(3)—1)——③步中所有分块子系统中的节点故障类型均已确定为止。对线路18-19为故障元件时举例，由上一步得配电网中剩余的部分被分割成的分块为{21}，{20,22,23,...,26}。分块{21}的节点与前向断路器相连，则该分块中的节点均为b类隔离操作节点；分块子{20,22,23,...,26}中的节点均未与前向断路器相连，但与切换开关相连，则该分块中的节点为c类元件修复节点。⑤确定配电网中各节点的故障类型第(3)—1)—④步完成后，将第(3)—1)—④步确定的各分块子系统中节点的故障类型，加上第(3)——1)——①步确定的a类正常节点和第(3)——1)—②步确定的d类元件修复节点，就确定出配电网枚举的一个故障事件后所有节点的故障类型。对线路18-19为故障元件时举例，将配电网中所有节点分为4类节点{1,...,17,27,...,32}为a类正常节点；节点{21}为1)类；节点{20,22,23,...,26}为(:类；节点{18-19}为d类。2)计算配电网故障状态下的潮流第(3)一1)步完成后，首先应用潮流计算程序，计算当该枚举计算的元件故障时配电网的潮流，然后进行线路容量和电压越限检査当无越限时，进行下一步计算；当有越限时，则采取无功补偿措施后，再进行越限检査当无越限时，进行下一步计算；当有越限时，则进行负荷削减直至无越限为止。3)计算负荷节点可靠性指标第(3)~~2)步完成后，首先根据节点故障类型和削减负荷量计算负荷节点可靠性指标，然后判断枚举故障事件是否完成当完成时，则进行下一歩计算；否则返回第(3)步再进行故障事件枚举，直至配电网中各元件的故障事件枚举完成为止。(4)计算配电网的可靠性指标第(3)步完成后，即配电网中各线路、变压器和断路器等各元件的故障事件枚举计算完成后，根据各次故障事件枚举计算过程中第(3)——3)步的结果，计算配电网的可靠性指标并输出计算结果。附图2所示配电网可靠性指标如下表所示:SAIFI[次/(户年)]SAIDI[小时/(户年)]CAIDI[小时/(户次)]ASAIASUIENS[kwh/年]AENSDcwh/C户年)]1.15948.8477.6310.99柳00.00101026297.3312.25从上述结果可知，运用本方法评估中压配电网可靠性时，考虑了断路器、分支线保护、隔离开关、备用电源、备用变压器等设备配置的影响；对带子馈线的复杂配电网络非常有效，算法接口简单，便于工程人员学习实用，并且通用性较好，可以有效地处理闭环设计开环运行的中压配电网可靠性评估。权利要求1、一种配电网可靠性评估的故障扩散方法，利用计算机，通过程序进行计算，其特征在于具体方法步骤如下(1)输入配电网数据首先输入配电网的结构数据和电气数据及可靠性数据，配电网的结构数据，包括配电网中线路及变压器连接关系，断路器、隔离开关的安装位置；配电网的电气数据，包括线路及变压器电阻、电抗，节点负荷功率、功率因素、同时系数；配电网的可靠性数据，包括统计的线路及变压器的故障率、修复时间，开关隔离操作时间；(2)计算配电网正常运行时的潮流第(1)步完成后，应用配电网潮流计算程序，计算配电网正常运行时的潮流，得到配电网各节点的电压幅值及相角、各线路传输的有功功率及无功功率；(3)配电网中各元件的故障事件枚举计算第(2)步完成后，采用状态枚举法，对配电网中各线路、变压器和断路器元件，对其故障事件分别进行枚举计算，现以一个故障元件枚举计算为例，其计算步骤如下1)确定配电网中各节点的故障类型当配电网中任何故障事件发生后，根据故障扩散法，按照故障时间的不同，将配电网中的节点分成四类a类正常节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为零的节点；b类隔离操作节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为隔离操作时间的节点；c类隔离和切换操作节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为隔离操作加切换操作时间的节点；d类元件修复节点，即配电网故障事件发生后，故障时间为元件修复时间的节点；①确定a类正常节点首先向前搜索断路器并确定a类正常节点，即从枚举计算的故障元件开始，逆着正常潮流方向搜索断路器，第一个出现的断路器为故障元件的前向断路器，则配电网中故障元件所在馈线上的前向断路器前端的节点和其它馈线上的所有节点确定为a类正常节点；②确定d类元件修复节点第(3)——1)——①步完成后，再进行故障扩散并确定d类元件修复节点，即从枚举计算的故障元件开始向配电网各方向扩散，并判断是否遇到隔离开关或到达线路末端当遇到隔离开关或到达线路末端时，则停止该方向的扩散；否则继续向外扩散直到各方向均遇到隔离开关或到达线路末端为止，则故障扩散过程中遍历到的节点均确定为d类元件修复节点；③形成分块子系统第(3)——1)——③步完成后，再形成分块子系统，即首先在配电网中删除第(3)——1)——①步中确定的a类正常节点，再删除第(3)——1)——②步中确定的d类元件修复节点，则配电网中剩余的部分被分割成若干个分块子系统；④确定各分块子系统中节点的故障类型第(3)——1)——③步完成后，确定各分块子系统中节点的故障类型，现以一个分块子系统中节点的故障类型的确定为例，其它分块子系统中节点的故障类型的确定依此进行，首先判断分块子系统与第(3)——1)——①步中的前向断路器的连接关系当分块子系统与前向断路器相连时，则该分块子系统中的节点均为b类隔离操作节点；当分块子系统未与前向断路器相连时再判断分块子系统与切换开关的连接关系当分块子系统与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为c类隔离和切换操作节点；当分块子系统未与切换开关相连时，则该分块子系统中的节点为d类元件修复节点，然后再判断所有分块子系统中的节点故障类型是否均已确定当所有分块子系统中的节点故障类型均已确定时，则进行下一步计算；否则就对下一个分块子系统中的节点进行故障类型确定，直至第(3)——1)——③步中所有分块子系统中的节点故障类型均已确定为止；⑤确定配电网中各节点的故障类型第(3)——1)——④步完成后，将第(3)——1)——④步确定的各分块子系统中节点的故障类型，加上第(3)——1)——①步确定的a类正常节点和第(3)——1)——②步确定的d类元件修复节点，就确定出配电网枚举的一个故障事件后所有节点的故障类型；2)计算配电网故障状态下的潮流第(3)——1)步完成后，首先应用潮流计算程序，计算当该枚举计算的元件故障时配电网的潮流，然后进行线路容量和电压越限检查当无越限时，进行下一步计算；当有越限时，则采取无功补偿措施后，再进行越限检查当无越限时，进行下一步计算；当有越限时，则进行负荷削减直至无越限为止；3)计算负荷节点可靠性指标第(3)——2)步完成后，首先根据节点故障类型和削减负荷量计算负荷节点可靠性指标，然后判断枚举故障事件是否完成当完成时，则进行下一步计算；否则返回第(3)步再进行故障事件枚举，直至配电网中各元件的故障事件枚举完成为止；(4)计算配电网的可靠性指标第(3)步完成后，即配电网中各线路、变压器和断路器各元件的故障事件枚举计算完成后，根据各次故障事件枚举计算过程中第(3)——3)步的结果，计算配电网的可靠性指标并输出计算结果。全文摘要一种配电网可靠性评估的故障扩散方法，涉及放射状运行的中压配电网可靠性评估方法。本发明利用计算机，通过程序，采用状态枚举法进行配电网中各元件的故障事件枚举计算，并进行配电网潮流计算及配电网可靠性指标计算并输出。本发明能一次性形成配电网可靠性指标，能计算简单结构和带子馈线复杂结构的配电网的可靠性，还考虑了配电网中断路器、分支线保护、隔离开关、备用电源、备用变压器等影响，模型的通用性好，计算速度快，工程实用性强，便于推广应用。本发明可广泛应用于中压配电网的可靠性评估中，特别适用于3-20kV配电网的可靠性评估。文档编号H02J3/00GK101685968SQ200910104430公开日2010年3月31日申请日期2009年7月24日优先权日2009年7月24日发明者周念成,睿孙,侃曹,李春燕,博胡,谢开贵,渊赵,霞赵申请人:重庆大学