电网多环节系统的可靠性评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种电网多环节系统的可靠性评估方法，通过负荷-电源可靠性等值来量化输电网对配电网可靠性的影响，突破了传统配电网可靠性假设电源完全可靠的局限，计算结果符合电网工程实际；且本方法以回路为输电网可靠性评估的基本单位，进一步形成预想事故集，不仅有助于大幅减少预想事故集中系统状态数，而且有利于可靠性工程数据统计分析。本方法可用于分析可靠性指标对输电网/配电网相关可靠性参数及其增强性措施的灵敏度，从而进一步指导供电企业的规划、运行与维护工作。
【专利说明】电网多环节系统的可靠性评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统【技术领域】，特别是涉及一种电网多环节系统的可靠性评估方法。
【背景技术】
[0002]电力系统完成电能输送需要经过发电、输电、配电等几个子系统，每个子系统作为一个环节参与电能输送，使得电网成为一个多环节系统。根据“统一调度、分级管理”原则，电网可被划分为省级电网、地级电网和配电网三个层次。电力系统网络结构、一次设备、二次系统、运行特性和控制行为直接影响供电能力和供电质量，其系统可靠性由电源向负荷逐级传递，经过省级电网、地级电网和中压配电网，最终通过供电可靠性指标来表征。可见，电网多环节系统可靠性不仅与配电网电网的拓扑结构、电气参数、设备可靠性参数相关，也与上级输电网可靠性紧密相关。
[0003]可靠性评估一般有模拟法和解析法两种分类。模拟法是基于蒙特卡洛模拟法对可靠性评估涉及的随机变量都采用抽样技术求取可靠性指标的概率分布，速度慢、耗时严重、收敛性能差；解析法具有物理概念清晰，计算速度快，结果精确的优点。传统配电网可靠性评估则隐式假设其电源绝对可靠(可用率为100%)，即忽略上级输电网可靠性对配网可靠性的影响。而事实情况是输电网与配电网间的可靠性联系紧密且不可分割。假设配电网电源绝对可靠势必造成系统可靠性指标评估较为乐观。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种考虑电网多环节系统的可靠性评估方法，采用的方案如下。
[0005]一种电网多环节系统的可靠性评估方法，包括步骤:
[0006]建立基于回路的输电网可靠性评估模型；
[0007]采用状态枚举法对输电网预想故障的概率进行计算；
[0008]通过负荷削减的方式对线路过载或电压越限的输电网预想故障状态进行校正；
[0009]计算作为配电网电源点的输电网目标负荷点的可靠性指标；
[0010]将输电网目标负荷点的可靠性指标等值为配电网电源点的可靠性指标；
[0011]对配电网作馈线分区建模；
[0012]枚举配电网最小隔离区的预想故障；
[0013]计算配电网最小隔离区的可靠性指标；
[0014]根据配电网最小隔离区的可靠性指标计算配电网的可靠性指标。
[0015]本发明的电网多环节系统的可靠性评估方法，通过负荷-电源可靠性等值来量化输电网对配电网可靠性的影响，突破了传统配电网可靠性假设完全可靠的局限，计算结果符合电网工程实际；且本方法以回路为输电网可靠性评估的基本单位，进一步形成预想事故集，不仅有助于大幅减少预想事故集中系统状态数，而且有利于可靠性工程数据统计分析。本方法可用于分析可靠性指标对输电网/配电网相关可靠性参数及其增强性措施的灵敏度，从而进一步指导供电企业的规划、运行与维护工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明电网多环节系统的可靠性评估方法的流程示意图；
[0017]图2为本发明所用的IEEE-RTS79输电网系统；
[0018]图3为本发明所用的IEEE-RBTS BUS6配电网系统。
【具体实施方式】
[0019]本发明从映射的角度，将输电网与配电网作为有机联系的整体，通过多环节系统之间的可靠性等值，客观定量评估系统可靠性指标。既可以通过快速的方法，评估输电网中与配网最直接相关的负荷节点的指标，又可以从整体全面去研究影响供电可靠性的相关因素，为电网的规划、运行及检修工作提供宏观参考。
[0020]输电网元件数目众多、拓扑联系复杂，元件间的联系可用串并联关系逐步简化，为此引入“回路”概念划分元件、简化网络，建立基于回路的输电网可靠性模型。采用状态枚举法，对可能发生的故障状态进行枚举，通过拓扑分析与潮流计算，检验电网运行安全性约束是否满足，并以最优负荷削减模型计算非正常运行或故障状态下的负荷削减量。枚举结束后，算得目标负荷点的可靠性指标:年均负荷削减频率λ。年均负荷削减时间
[0021]配电网可靠性评估方法基于区域可达性分析，将可靠性评估转化为配电区域与电源点的连通性问题，通过可达性矩阵分析实现配电网分区和故障后果模式判定。配电网可靠性不仅与本级的网络拓扑和元件配置有关，还与作为电源的输电网可靠性紧密联系。为量化输电网对配电网可靠性指标的影响，又考虑到由于变电站出线都配置有断路器可形成仅含电源的最小隔离区。最小隔离区是配电网可靠性评估的基本单位，其参数包括平均故障率λ、年均故障时间Y，这与负荷点可靠性指标完全吻合，实现负荷-电源可靠性等值。因此将输电网负荷节点的λ、y指标作为输入参数传递至配电网可靠性评估，实现电网多环节系统可靠性评估。
[0022]为了实现本发明的目的，采用的技术方案如图1所示，包括以下步骤:
[0023]步骤SlOl、建立基于回路的输电网可靠性评估模型；
[0024]步骤S102、采用状态枚举法对输电网预想故障的概率进行计算；
[0025]步骤S103、通过负荷削减的方式对线路过载或电压越限的输电网预想故障状态进行校正；
[0026]步骤S104、计算作为配电网电源点的输电网目标负荷点的可靠性指标；
[0027]步骤S105、将输电网目标负荷点的可靠性指标等值为配电网电源点的可靠性指标；
[0028]步骤S106、对配电网作馈线分区建模；
[0029]步骤S107、枚举配电网最小隔离区的预想故障；
[0030]步骤S108、计算配电网最小隔离区的可靠性指标；
[0031]步骤S109、根据配电网最小隔离区的可靠性指标计算配电网的可靠性指标。
[0032]下面对以上步骤进行展开详述。[0033](I)读取输电网的原始数据，建立基于回路的输电网可靠性模型
[0034]把连接两个或更多的传输终端、变电站、或者是系统输电节点之间的设备组定义为回路，具有在特定容量范围内将电能从一端传输到另一端，为系统提供操作可变的连接以及故障情况下自动将本身与系统隔离的功能。以回路的形式对元件进行划分，其中包括母线回路、变电回路和输电回路。各类回路的划分原则如下:
[0035]I)母线回路:同一变电站内，以断路器和隔离开关连接的同一电压等级中的所有母线、母联、分段、旁路、旁联的所有设备及与母线直接相连的隔离开关。若变电站内同一电压等级不同母线之间没有任何电气联系，则划为不同母线回路。
[0036]2)变电回路:变压器本体及其与各侧母线回路连接点以内的设备(不含母线侧隔离开关)。线路变压器组按变电回路统计。
[0037]3)输电回路:输电回路本体及其各侧所接变电站母线回路连接点以内的设备(不含母线侧隔离开关)。
[0038]由于回路中某一设备发生故障，都会造成回路功能整体或部分失效(停运)，以各类型回路作为基本单元，当回路功能部分丧失时，应计算回路停运事件折算系数α。
[0039]变电回路和输电回路任意侧停运时，其折算系数如下:
[0040]折算系数=实际停运侧数/ (总侧数-1)
[0041]总侧数:三绕组变压器为3，包含T接线的输电回路和线变组变电回路为连接变电站数。
[0042]母线回路折算系数:
[0043]折算系数=因母线回路原因造成的所连接失效回路数/母线回路的连接回路数。
[0044]通过下式计算每个基本回路单元可靠性参数:
【权利要求】
1.一种电网多环节系统的可靠性评估方法，其特征在于，包括步骤: 建立基于回路的输电网可靠性评估模型； 采用状态枚举法对输电网预想故障的概率进行计算； 通过负荷削减的方式对线路过载或电压越限的输电网预想故障状态进行校正； 计算作为配电网电源点的输电网目标负荷点的可靠性指标； 将输电网目标负荷点的可靠性指标等值为配电网电源点的可靠性指标； 对配电网作馈线分区建模； 枚举配电网最小隔离区的预想故障； 计算配电网最小隔离区的可靠性指标； 根据配电网最小隔离区的可靠性指标计算配电网的可靠性指标。
2.根据权利要求1所述的电网多环节系统的可靠性评估方法，其特征在于，所建立的输电网可靠性评估模型如下:
3.根据权利要求2所述的电网多环节系统的可靠性评估方法，其特征在于，输电网预想故障概率的计算公式如下:
4.根据权利要求3所述的电网多环节系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤通过负荷削减的方式对线路过载或电压越限的输电网预想故障状态进行校正，具体包括: 当输电网预想故障状态的潮流或电压幅值越限时，以负荷削减总量最小为目标函数、各种运行安全性为约束条件重新调度发电。
5.根据权利要求4所述的电网多环节系统的可靠性评估方法，其特征在于，输电网目标负荷点L的可靠性指标包括年均负荷削减频率λ ^和年均负荷削减时间Yy计算公式如下:
6.根据权利要求5所述的电网多环节系统的可靠性评估方法，其特征在于 所述的最小隔离区是指配网中由各类开关装置分隔开的支路与节点的组合； 对配电网作馈线分区建模的过程如下: 按照电网故障处理的过程，根据各最小隔离区与电源的连接关系将各最小隔离区分为四类: 故障发生后，不受故障影响而与主电源保持连接的区域记为A类区域； 故障发生后与主电源失去连接，后在手动操作隔离开关隔离故障区域之后恢复与主电源之间连接的区域记为B类，其内负荷的停运时间等于隔离开关的操作时间，记为tb ； 故障发生后与主电源失去连接，后在故障隔离之后，通过联络开关与备用电源连接而恢复通电的区域记为C类，其内负荷的停运时间等于联络开关操作时间，记为t。； 直到故障排除后，才恢复供电的区域记为D类区域，其内负荷的停运时间等于故障的修复时间，记为td。
7.根据权利要求6所述的电网多环节系统的可靠性评估方法，其特征在于， 所述步骤枚举配电网最小隔离区的预想故障与所述步骤计算配电网最小隔离区的可靠性指标，具体包括: ①选定最小隔离区i，断开其所属的大区域的边界开关，按无向图邻接矩阵的形成方法形成此时的邻接矩阵Ail，所述大区域指自动开关装置形成的区域； ②根据二元关系传递闭包的Warshall算法形成最小隔离区i的可达矩阵Ril，根据可达矩阵可以获得各最小隔离区之间的连接关系，此时与主电源连接的区域为A类区域，其他待定； ③判断该最小隔离区i是否独立成为一个大区域，若非，转步骤④；若是，则待定区域中，与备用电源连接的区域为C类区域，其他的为D类区域，转步骤⑥； ④断开最小隔离区i的边界开关，并形成此时的邻接矩阵Ais； ⑤根据Warshall算法形成最小隔离区i此时的可达矩阵Ris，根据可达矩阵获得连接关系，此时待定区域中与主电源连接的区域为B类区域，与备用电源连接的为C类区域，其他的则为D类区域，转步骤⑥； ⑥i=i+l，直到所有最小隔离区枚举结束，计算最小隔离区i的平均停运率、年平均停运时间、平均每次停运时间分别为:
8.根据权利要求7所述的电网多环节系统的可靠性评估方法，其特征在于，配电网的可靠性指标的计算公式如下:
【文档编号】G06Q50/06GK103914788SQ201410077122
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】黄嘉健, 郑文杰, 李端姣, 陈炯聪, 余南华, 黄曙, 汪隆君, 王钢, 陈小军, 赵继光, 李传健, 周克林, 陈辉, 张晓平, 宋旭东 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 华南理工大学