基于模糊数学的运行风险评估方法及评估系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于模糊数学的运行风险评估方法，包括：确定配电网中的故障状态集合；根据预设的故障概率赋值规则，计算所述故障状态集合中每个故障发生的概率；根据预设的基于模糊数学隶属度函数的计算规则，计算所述故障状态集合中每个故障发生时对应的评估指标值，并根据所述每个故障对应的评估指标值和所述每个故障发生的概率，得到所述每个故障的风险评估指标值；根据所述每个故障的风险评估指标值确定所述配电网的运行风险评估指标值。相应地，本发明还提出了一种基于模糊数学的运行风险评估系统。通过本发明的技术方案，能够适应不同的实际需要，整合、提炼、分析配电网中的大量运行信息，增强对风险水平的掌控。
【专利说明】基于模糊数学的运行风险评估方法及评估系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统【技术领域】，具体而言，涉及一种基于模糊数学的运行风险评 估方法和一种基于模糊数学的运行风险评估系统。
【背景技术】
[0002] 电力系统风险评估按照其评估特点可以分为电力系统规划风险评估和电力系统 运行风险评估。电力系统规划风险评估多用于分析不同规划方案的优劣，为电力系统规划 和长期稳定运行提供指导意见；电力系统运行风险评估则是在已有电网基础上，利用系统 实时运行的信息对当前和未来短时间内的系统运行风险给出评估和预警，运行风险评估已 经应用在输电网中，取得了良好的实际效果。
[0003] 然而，与输电网相比，配电网在网络拓扑结构、运行方式、设备数量和运行调度重 点关注的对象等方面均有不同，导致配电网与输电网的运行风险评估的方法也不同。近 年来，我国的配电网规模越来越大，网络拓扑结构也越来越复杂，人们对配电网的供电可靠 性、电能质量和服务质量提出的要求越来越高；另外，配电网包含分布式电源、微网和储能 装置等，使配电网的功率分布状况容易改变，调度人员难以掌握投入、发出有功和无功功率 的变化，使得对配电线路电压的调整控制十分困难，故障的发生可能改变预计的故障短路 电流水平并影响电压与短路电流的分布，使得配电网的潜在运行风险大大增加。
[0004] 因此，需要一种新的技术方案，能够适应不同的实际需要，帮助调度人员整合、分 析、提炼配电网中大量的运行信息，对于配电网的安全预警和稳定运行起到重要的指导作 用，并在快速给出各项风险评估指标的同时，确保风险评估的精确度，增强对风险水平的掌 控。
【发明内容】
[0005] 本发明正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，能够适应不同的实际需要， 帮助调度人员整合、分析、提炼配电网中大量的运行信息，对于配电网的安全预警和稳定运 行起到重要的指导作用，并在快速给出各项风险评估指标的同时，确保风险评估的精确度， 增强对风险水平的掌控。
[0006] 有鉴于此，本发明提出了一种基于模糊数学的运行风险评估方法，包括：确定配电 网中的故障状态集合；根据预设的故障概率赋值规则，计算所述故障状态集合中每个故障 发生的概率；根据预设的计算规则，计算所述故障状态集合中每个故障发生时对应的评估 指标值，并根据所述每个故障对应的评估指标值和所述每个故障发生的概率，得到所述每 个故障的风险评估指标值，其中，所述评估指标值包括整体运行指标值和单项运行指标值， 所述整体运行指标值包括节点电压均值指标值，所述单项运行指标值包括节点电压过高越 线指标值、节点电压过低越线指标值、线路传输过载指标值和设备运行过载指标值以及失 负荷指标值；根据所述每个故障的风险评估指标值确定所述配电网的运行风险评估指标 值。
[0007] 在该技术方案中，通过设置全新的故障概率赋值规则，利用故障枚举算法，遍历系 统的假想故障集，用故障的运行风险指标值乘以该故障发生的概率，快速计算出所有故障 的风险评估指标值，叠加所得的风险评估指标值以得到配电网运行风险评估指标值，在保 证了风险评估的高速度的同时，也保证了评估的精确性，拓宽了实用范围，增强了对风险水 平的掌控，提高了配电网的安全系数。
[0008] 其中，整体运行指标中的节点电压均值指标用于反映整个配电网运行过程中的电 压平均水平以及配电网整体所处的风险程度。在单项运行指标中，节点电压过高越线指标 用于反映运行系统中电压超过设定限额的风险，其体现的实际风险可能导致继电保护装置 动作，或者导致部分电气元件损坏；电压过低越线指标用于反映运行系统中电压低于设定 限额的风险，其体现的实际风险可能是导致继电保护装置动作、部分区域负荷过重需要切 除或者分布式电源处于孤岛运行状态等；线路传输过载指标用于反映运行系统中线路传输 的功率超过其可容纳限额的风险，其体现的实际风险可能是导致继电保护装置动作或部分 区域的负荷过重；设备运行过载指标用于反映配电网中各变压器传输功率过载而发生损坏 或引起自身继电保护动作的风险。失负荷指标，用于考核重要线路故障时，所对应的失电区 域在保证各线路不超载的情况下能否转供并恢复供电。
[0009] 在上述技术方案中，优选地，所述预设的故障概率赋值规则具体包括：将所述故障 状态集合分为线路故障集和其他故障集，将所述线路故障集发生的概率设置为第一概率， 将所述其他故障集发生的概率设置为第二概率，其中，所述第一概率与所述第二概率之和 为1 ;根据所述线路故障集对应的第一概率，以及所述线路故障集中任一线路故障对应的 任一线路的长度和所述线路故障集对应的所有线路的总长度之间的第一比值，计算所述任 一线路故障发生的概率；以及根据所述其他故障集对应的第二概率，以及所述其他故障集 中任一其他故障对应的长期运行统计概率与所述其他故障集对应的所有其他故障的总长 期运行统计概率之间的第二比值，计算所述任一其他故障发生的概率。
[0010] 在该技术方案中，提出了一种故障概率赋值规则，使风险评估指标在配电网的不 同运行时刻、不同运行拓扑下具有较强的可比性。对于故障发生的概率进行赋值的传统做 法是按照该元件的长期故障统计数据进行赋值，这就导致配电网在不同运行时刻、不同运 行拓扑下的故障概率总和不同，然而配电网的网络运行拓扑结构十分灵活，在不同时刻下， 系统的总故障概率不相同会导致无法精确比较风险评估指标。因此，在本发明中，设置发生 故障的概率之和始终为1，即认为任意时刻下配电网不可能绝对安全，另外，对于不同的网 络拓扑，通过设置总的故障概率之和为固定值1，使风险评估指标在不同网络拓扑下仍具有 可比性，因而较好地反映出配电网运行风险的趋势。同时，在我国的配电网，尤其是城市配 电网中，地下电缆正逐步取代架空线路，部分城市已经实现了 80%以上的地下电缆覆盖率， 地下电缆受到天气等条件的影响较小，其线路故障概率相对固定，用均匀分布模拟其线路 故障概率具有较高的精确度。
[0011] 在上述技术方案中，优选地，为所述评估指标值设置重要等级，以及依据所述重要 等级为所述评估指标值设置对应的权重值。
[0012] 在该技术方案中，为运行风险指标设置重要等级，可以使配电网在不同运行时间 和/或者不同拓扑结构下能够灵感修改各个运行风险指标的重要等级和对应权重。不同的 配电网由于面向的终端客户不同，即便是同一配电网在不同运行时刻也可能具有不同的管 理目标，例如，在用户参与重大社会活动时，配电网会重点关注对该用户供电的可靠性，另 夕卜，即便是配电网的运行状况完全相同，由于不同的外部和/或内部因素，仍会导致配电网 具有不同的风险程度。因此，灵活设定运行风险指标的重要等级，可以适应配电网实际运行 的需要，增加了配电网评估的实用性。
[0013] 在上述技术方案中，优选地，通过预设处理方法处理所述配电网中各项运行风险 指标的权重值；
[0014] 所述预设处理方法包括：根据第一预设公式和第二预设公式对所述各项运行风险 指标的权重值进行拟合，其中：第一预设公式为：
[0015]
【权利要求】
1. 一种基于模糊数学的运行风险评估方法，其特征在于，包括： 确定配电网中的故障状态集合； 根据预设的故障概率赋值规则，计算所述故障状态集合中每个故障发生的概率； 根据预设的基于模糊数学隶属度函数的计算规则，计算所述故障状态集合中每个故障 发生时对应的评估指标值，并根据所述每个故障对应的评估指标值和所述每个故障发生的 概率，得到所述每个故障的风险评估指标值，其中，所述评估指标值包括整体运行指标值和 单项运行指标值，所述整体运行指标值包括节点电压均值指标值，所述单项运行指标值包 括节点电压过高越线指标值、节点电压过低越线指标值、线路传输过载指标值和设备运行 过载指标值以及失负荷指标值； 根据所述每个故障的风险评估指标值确定所述配电网的运行风险评估指标值。
2. 根据权利要求1所述的基于模糊数学的运行风险评估方法，其特征在于，所述预设 的故障概率赋值规则具体包括： 将所述故障状态集合分为线路故障集和其他故障集，将所述线路故障集发生的概率设 置为第一概率，将所述其他故障集发生的概率设置为第二概率，其中，所述第一概率与所述 第二概率之和为1 ; 根据所述线路故障集对应的第一概率，以及所述线路故障集中任一线路故障对应的任 一线路的长度和所述线路故障集对应的所有线路的总长度之间的第一比值，计算所述任一 线路故障发生的概率；以及 根据所述其他故障集对应的第二概率，以及所述其他故障集中任一其他故障对应的长 期运行统计概率与所述其他故障集对应的所有其他故障的总长期运行统计概率之间的第 二比值，计算所述任一其他故障发生的概率。
3. 根据权利要求1所述的基于模糊数学的运行风险评估方法，其特征在于，还包括： 为所述评估指标值设置重要等级，以及 依据所述重要等级为所述评估指标值设置对应的权重值。
4. 根据权利要求3所述的基于模糊数学的运行风险评估方法，其特征在于，还包括： 通过预设处理方法处理所述配电网中各项运行风险指标的权重值； 所述预设处理方法包括： 根据第一预设公式和第二预设公式对所述各项运行风险指标的权重值进行拟合，其 中：第一预设公式为：
第二预设公式为：
其中，当运行风险指标为节点电压均值指标时，amax为所述节点电压的上临界值、amin为 所述节点电压的下临界值，q (X) #、q (X) g为所述节点电压的权重值，X为节点电压值，k为调 整系数4#、4#、8#、8#均为设定值，其中4#、4#用于放大函数值，使函数值在[0.005，1] 区间内，BpB#用于设定容差大小； 当运行风险指标为节点电压过高越线指标时，amax为所述节点电压的上临界值，q(x) # 为所述节点电压的权重值，X为节点电压值，k为调整系数，A#、均为设定值，其中，A#用 于放大函数值，使函数值在[〇. 005, 1]区间内，用于设定容差大小； 当运行风险指标为节点电压过低越线指标时，amin为所述节点电压的下临界值，q(x) # 为所述节点电压的权重值，x为节点电压值，k为调整系数，A均为设定值，其中，A#用 于放大函数值，使函数值在[0. 005, 1]区间内，用于设定容差大小； 当运行风险指标为线路传输过载指标时，amax为线路传输功率的上临界值、amin为所述 线路传输功率的下临界值，q(x) #、q(x) g为所述线路传输功率的权重值，X为线路传输功 率值，k为调整系数，4#、4#、8#、8#均为设定值，其中4#、4#用于放大函数值，使函数值在 [0.005, 1]区间内，用于设定容差大小；当运行风险指标为设备运行过载指标时，amax 为设备运行功率的上临界值、amin为所述设备运行功率的下临界值，q(x) #、q(x) #为所述设 备运行功率的权重值，X为设备运行功率值，k为调整系数，4#、八|￥、8#、8|￥均为设定值，其 中，于放大函数值，使函数值在[0.005, 1]区间内，BpB#用于设定容差大小； 当运行风险指标为失负荷指标时，amax为线路传输功率的上临界值， q(x) #为所述线路 传输功率的权重值，X为线路传输功率值，k为调整系数，A#、B#均为设定值，其中，A#用于 放大函数值，使函数值在[0.005,1]区间内，用于设定容差大小。
5.根据权利要求4所述的基于模糊数学的运行风险评估方法，其特征在于，所述节点 电压均值指标值的计算公式为：
所述节点电压过低越线指标值的计算公式为：
所述节点电压过高越线指标值的计算公式为：
其中，Uavg为所述节点电压的平均值，队_为所述节点电压高于所述临界值时的电压， Ulower为所述节点电压低于所述临界值时的电压，q(x)升e、q(x)降e为所述节点电压的权重 值， Pi为所述故障状态集合中任一线路或设备i发生故障的概率，Wi为所述任一线路或设 备i的重要等级，Θ为在所述任一线路或设备i故障状态下所有所述节点对应的编号，U a 电压节点θ i十算值为所有所述节点电压中高于电压标准值的电压值，U低电压节点e i十算值为所有所述节 点电压中低于电压标准值的电压值，为预设的电压过高临界值，为预设 的电压过低临界值， 所述线路传输过载指标值的计算公式为：
其中，为线路传输过程中超过传输功率额定值的传输功率，q(x) # θ为线路传输功 率的权重值，Pi为所述故障状态集合中所述线路或设备i发生故障的概率，Wi为线路或设 备i的重要等级，Θ为在所述任一线路或设备i故障状态下所有所述线路对应的编号，i a 载线路θ i十算值为传输功率大于所述线路的所述传输功率额定值的线路的传输功率 --线路θ有效限额 为所述线路的所述传输功率额定值， 所述设备运行过载指标值的计算公式为：
其中，为设备运行过程中超过运行功率额定值的运行功率，q(X) # e为设备运行功 率的权重值，Pi为所述故障状态集合中任一线路或设备i发生故障的概率，Wi为所述任一 线路或设备i的重要等级，Θ为在所述任一线路或设备i故障状态下所有所述设备对应的 编号，θ 为运行功率大于所述设备的所述运行功率额定值的设备的运行功率； 备e有效限额指所述设备的所述运行功率额定值； 所述失负荷指标值的计算公式为：
其中，Θ代表所指定的停运线路，通过假定所述停运线路线路故障停运，评估所对应的 失电区域能否在保证各线路不发生超载的情况下转供负荷、恢复供电，L1()SS为所述停运线 路Θ退出时配电系统损失的负荷大小，i表示提供负荷转供的线路编号％为提供负荷转 供的线路i的重要等级；C iSlila为线路i提供所述负荷转供后传输的功率；CiSi+la为线路 i的额定传输功率大小。
6. -种基于模糊数学的运行风险评估系统，其特征在于，包括： 确定单元，用于确定配电网中的故障状态集合； 第一计算单元，根据预设的故障概率赋值规则，计算所述故障状态集合中每个故障发 生的概率； 第二计算单元，根据预设的计算规则，计算所述故障状态集合中每个故障时对应的评 估指标值，用所述每个故障对应的评估指标值和所述每个故障发生的概率，得到所述每个 故障的风险评估指标值，其中，所述评估指标值包括整体运行指标值和单项运行指标值，其 中，所述整体运行指标值包括节点电压均值指标值，所述单项运行指标值包括节点电压过 高越线指标值、节点电压过低越线指标值、线路传输过载指标值和设备运行过载指标值； 第三计算单元，根据所述每个故障的风险评估指标值确定所述配电网的运行风险评估 指标值。
7. 根据权利要求6所述的基于模糊数学的运行风险评估系统，其特征在于，所述第一 计算单元具体用于： 将所述故障状态集合分为线路故障集和其他故障集，将所述线路故障集发生的概率设 置为第一概率，将所述其他故障集发生的概率设置为第二概率，其中，所述第一概率与所述 第二概率之和为1 ; 根据所述线路故障集对应的第一概率，以及所述线路故障集中任一线路故障对应的任 一线路的长度和所述线路故障集对应的所有线路的总长度之间的第一比值，计算所述任一 线路故障发生的概率；以及 根据所述其他故障集对应的第二概率，以及所述其他故障集中任一其他故障对应的长 期运行统计概率与所述其他故障集对应的所有其他故障的总长期运行统计概率之间的第 二比值，计算所述任一其他故障发生的概率。
8. 根据权利要求6所述的基于模糊数学的运行风险评估系统，其特征在于，还包括： 第二设置单元，为所述评估指标值设置重要等级，以及 第三设置单元，依据所述重要等级为所述评估指标值设置对应的权重值。
9. 根据权利要求8所述的基于模糊数学的运行风险评估系统，其特征在于，还包括： 临界数值处理单元，通过预设处理方法处理所述配电网中各项运行风险指标的权重 值； 所述预设处理方法包括：根据第一预设公式和第二预设公式对所述各项运行风险指标 的权重值进行拟合，其中：第一预设公式为：
第二预设公式为：
其中，当运行风险指标为节点电压均值指标时，amax为所述节点电压的上临界值、amin为 所述节点电压的下临界值，q (X) #、q (X) g为所述节点电压的权重值，X为节点电压值，k为调 整系数4#、4#、8#、8#均为设定值，其中4#、4#用于放大函数值，使函数值在[0.005，1] 区间内，BpB#用于设定容差大小； 当运行风险指标为节点电压过高越线指标时，amax为所述节点电压的上临界值，q(x) # 为所述节点电压的权重值，X为节点电压值，k为调整系数，A#、均为设定值，其中，A#用 于放大函数值，使函数值在[〇. 005, 1]区间内，用于设定容差大小； 当运行风险指标为节点电压过低越线指标时，amin为所述节点电压的下临界值，q(x) # 为所述节点电压的权重值，x为节点电压值，k为调整系数，A均为设定值，其中，A#用 于放大函数值，使函数值在[0. 005, 1]区间内，用于设定容差大小； 当运行风险指标为线路传输过载指标时，amax为线路传输功率的上临界值、amin为所述 线路传输功率的下临界值，q(x) #、q(x) g为所述线路传输功率的权重值，X为线路传输功率 值，k为调整系数，4#、六#、8#、8#均为设定值，其中3#、六#用于放大函数值，使函数值在 [0. 005, 1]区间内，B#、B#用于设定容差大小； 当运行风险指标为设备运行过载指标时，amax为设备运行功率的上临界值、amin为所述 设备运行功率的下临界值，q(x) #、q(x) g为所述设备运行功率的权重值，X为设备运行功率 值，k为调整系数，4#、六#、8#、8#均为设定值，其中3#、六#用于放大函数值，使函数值在 [0.005, 1]区间内，用于设定容差大小； 当运行风险指标为失负荷指标时，amax为线路传输功率的上临界值，q(x) #为所述线路 传输功率的权重值，X为线路传输功率值，k为调整系数，A#、B#均为设定值，其中，A#用于 放大函数值，使函数值在[0.005,1]区间内，用于设定容差大小。
10.根据权利要求9所述的基于模糊数学的运行风险评估系统，其特征在于， 所述节点电压均值指标值的计算公式为：
所述节点电压过低越线指标值的计算公式为：
所述节点电压过高越线指标值的计算公式为：
其中，Uavg为所述节点电压的平均值，队_为所述节点电压高于所述临界值时的电压， Ulower为所述节点电压低于所述临界值时的电压，q(x)升e、q(x)降e为所述节点电压的所述 权重值， Pi为所述故障状态集合中任一线路或设备i发生故障的概率，Wi为所述任一线路 或设备i的重要等级，Θ为在所述任一线路或设备i故障状态下所有所述节点对应的编号， U过电压节a 0 i十算值为所有所述节点电压中高于电压标准值的电压值，U低电压节a e计算值为所有所述 节点电压中低于电压标准值的电压值，为预设的电压过高临界值， 设的电压过低临界值， 所述线路传输过载指标值的计算公式为：
其中，为线路传输过程中超过传输功率额定值的传输功率，q(x) # θ为线路传输功 率的权重值，Pi为所述故障状态集合中所述任一线路或设备i发生故障的概率，Wi为所述任 一线路或设备i的重要等级，Θ为在所述任一线路或设备i故障状态下所有所述线路对应 的编号， θ 为传输功率大于所述线路的所述传输功率额定值的线路的传输功率； 1线路θ有效限额为所述线路的所述传输功率额定值， 所述设备运行过载指标值的计算公式为：
其中，EOT"为设备运行过程中超过运行功率额定值的运行功率，q(X) # e为设备运行功 率的权重值，Pi为所述故障状态集合中任一线路或设备i发生故障的概率，Wi为所述任一 线路或设备i的重要等级，Θ为在所述任一线路或设备i故障状态下所有所述设备对应的 编号，θ 为运行功率大于所述设备的所述运行功率额定值的设备的运行功率； 备e有效限额指所述设备的所述运行功率额定值； 所述失负荷指标值的计算公式为：
其中，Θ代表所指定的停运线路，通过假定所述停运线路线路故障停运，评估所对应的 失电区域能否在保证各线路不发生超载的情况下转供负荷、恢复供电，L1()SS为所述停运线 路Θ退出时配电系统损失的负荷大小，i表示提供负荷转供的线路编号％为提供负荷转 供的线路i的重要等级；C iSlila为线路i提供所述负荷转供后传输的功率；CiSi+la为线路 i的额定传输功率大小。
【文档编号】G06F19/00GK104112076SQ201410341631
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】施慎行, 尚宇炜, 董新洲, 刘健 申请人:清华大学, 国家电网公司, 国网陕西省电力公司电力科学研究院