基于线段模型的配电网可靠性评估方法与流程

本发明主要研究配电网的可靠性评估，并设计和研发一套具有电网拓扑特性的数学模型和分析组件，为配电网网架的可靠性评估提供支撑。
背景技术：
：传统的电网可靠性评估工作一般包含数据收集、数据分析、数据录入、指标计算、指标发布等环节。计算模型未能自动化，参数模型样本较小，单项评估工作就数据收集、录入、数据过滤工作冗长，效率低下。同时因电网网架结构是一个不规则的树、图结构，电网可靠性并不代表简单的数值累加，还包含复杂的模型抽象，参数归集原理的制定，因此以往的可靠性评估工作无法真实反映配网的可靠性指标。开展配电网可靠性评估线段模型自动分段研究的研究工作，利用线段模型为配网用户可靠性及系统可靠性分析提供技术支撑工作有着极其重要的意义，是可靠性评估工作迫切需要解决的难题。借助对电网运行数据的分析，生成电网可靠性参数模型，和电网拓扑自动分段技术，将极大的提供配电网评估的工作效率，实现电网公司、电力重要用户的可靠性评估工作降本增效。传统的配电网可靠性评估技术采用人工方式利用数据库中国设备台帐的所属关系对线路进行分段，根据分段进行可靠性评估。这种从数据端对线路进行分段的分析技术在分析过程中数据量巨大，准确性较低，系统响应时间过长，不能满足准确性和实用性需求，并且忽略了电网拓扑的特性，如开关状态、带电状态、电源点等。以上现有技术未使用符合电网结构特点的模型进行拓扑数据的管理，使得内存加载过程耗时长，分段结果准确率低，最终导致由此技术得到的可靠性评估不准确，不能指导电网配电网线路的可靠性提示。技术实现要素：针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于线段模型的配电网可靠性评估方法，本发明的方法根据电网gis系统的电网拓扑结构特点，设计特有的线段数据分析模型，更符合实际网架情况、更加科学，基于线段模型的配电网可靠性评估结果能够更好的指导配电网的规划设计、建设改造与检修工作。本发明的技术方案如下：基于线段模型的配电网可靠性评估方法，包括如下步骤：步骤1：基于国家电网公司空间信息服务平台，提取满足iec-cim标准的电网单条线路拓扑文件；步骤2：结合分析电网网架模型得到的设备模型、连接节点模型、边界模型、网络模型，设计线段模型，并且将线段模型进行分类；步骤3：设计线段计算分析组件，提供由cim文件中的设备元素得到节点、边界等模型，由节点、边界得到网状模型，最终再由这些基础模型数据计算得到不同类型线段模型的一整套计算服务，给基于线段模型配电网可靠性评估提供数据支持；步骤4：融合线段模型分析组件的分析结果，结合大数据分析的可靠性指标给出基础算例，再利用故障模式后果分析法进行配电网可靠性评估。进一步，所述步骤1，对现有电网网架模型进行分析归类，形成设备模型、连接节点模型、边界模型、网络模型，以支撑线段模型的计算分析。进一步，所述步骤2，所述分类包括开断线段、联络分段、电缆分段、架空分段。进一步，所述步骤4，通过分析所有可能的故障事件及其对系统造成的后果，建立故障模式后果分析表，通过该表计算负荷点和系统可靠性指标；具体步骤如下：步骤4-1：枚举单个设施故障，计入设施故障后断路器跳闸、故障隔离、恢复供电过程，确定故障对各负荷点的停电影响，进一步确定各负荷点的故障停电率和故障停电时间；步骤4-2：将所有设施单独故障后各负荷点的故障停电率和故障停电时间列表，形成故障模式后果分析表；记故障后会造成负荷点lp停电的设施集为n，设施集中第i个设施的故障停运率和故障修复时间分别为λi、ri；该负荷点的故障停电率和故障停电时间期望值分别为λlp-f、ulp-f；则有：步骤4-3：根据负荷点故障停电率期望值和故障停电时间期望值计算该负荷点的其他可靠性指标；步骤4-4：依次计算每个负荷点的可靠性指标，并在此基础上计算系统可靠性指标。本发明的有益效果如下：1、评估模型自动生成根据gis抽取单条线路拓扑，生成符合ie-cim标准的拓扑模型。构建拓扑分析组件，实现复杂线段的自动拆分和识别，生成基于故障后果分析算法的可靠性统计算例数据，从而实现负荷点可靠性指标的快速统计。2、科学的数据分析单条配电线路设备量大，各段型号规则不完全统一。平台提供对拓扑分段的识别是基于拓扑的自动分段技术，减少了通过人眼识别分段的带来的重复定义，遗漏分段等现象。3、极大的提升工作效率按照目前的可靠性分析过程，数据收集，数据准备，分解，统计计算等实施过程来看。单条线路完成可靠性评估工作往往需要一天之久。采用基于gis的可靠性分析平台来辅助该项工作，极大的减少了数据人工收集和分解的时间。基于统一的数据接口，单条线路可靠性计算分析约需要时间3分钟。附图说明图1是满足iec-cim标准的电网单条线路拓扑结构图；图2是cim文件结构示意图；图3是由图1转换成的带有拓扑特性的特殊网状结构模型图；图4是线段模型组件图；图5是由多组线段组成的网架结构图。具体实施方式本发明基于线段模型的配电网可靠性评估方法总体包括以下步骤：1、基于国家电网公司空间信息服务平台(以下简称电网gis平台)，提取满足iec-cim标准的电网单条线路拓扑文件，对现有电网网架模型进行分析归类，形成:设备模型、连接节点模型、边界模型、网络模型，以支撑线段模型的计算分析。2、结合分析电网网架模型得到的设备模型、连接节点模型、边界模型、网络模型，设计线段模型，并且将线段模型分类为开断线段、联络分段、电缆分段、架空分段等。3、设计一套科学的线段计算分析组件，提供由cim文件中的设备元素得到节点、边界等模型，由节点、边界得到网状模型，最终再由这些基础模型数据计算得到不同类型线段模型的一整套计算服务，给基于线段模型配电网可靠性评估提供数据支持。线段分析组件提供了一整套由cim文件中的设备元素得到节点、边界，根据解析得到的节点、边界计算生成拓扑关系网模型，再由网状模型计算生成不同类型线段模型的可部署服务，分析组件服务通过配置数据库地址后即可启动。线段分析组件提供远程调用服务的使用方式，可实现电网单线图cim文件导入服务和分析结果展示。电网单线图cim文件导入服务可以实现对电网拓扑分析功能，自动计算分段线路功能的调用。使用者将电网gis中的单线图导出成cim格式的文件，并导入至组件，再使用自动生成分段线路功能即可将电网网架结构分析计算成线段模型以支撑配电网可靠性评估工作。4、设计了一套基于线段模型的可靠性评估方法，融合线段模型分析组件的分析结果，结合大数据分析的可靠性指标给出基础算例，再利用故障模式后果分析法进行配电网可靠性评估。计算分析得到线段网架后，调用可靠性评估服务，即可对指定的配电网线路进行可靠性评估，并可以查看分析结果。整个计算分析过程不超过5分钟，大大便捷可靠性评估工作，且得到的结果更具体科学性。组件部署完成后，只需要根据服务调用规范文档中的说明，通过http方式访问电网拓扑分析服务，即可使用电网拓扑分析技术。下面结合附图对本发明作进一步详细说明。一、具有拓扑关系的特殊模型设计本发明以gis全网供电拓扑为基础，提取满足iec-cim标准的电网单条线路拓扑(见图1)，构建基于馈线的分段分析模型。完整的描述用户所处节点，联络开关位置、等信息。通过gis图形节点描述，构建电网拓扑分析计算服务，实现馈线基于评估规则的线段自动拆分构建“开断”“负荷”“线段-导线”“线段-电缆”模型，提取计算模型。结合参数模型的数值分析统计依靠可靠性计算规则完成用户及线路的可靠性评估。单线图cim文件的构成cim文件由文件头、元素类型定义、元素表达、拓扑表达构成，cim文件结构如图2所示。cim的形式化描述利用xml实现，字符编码使用utf-8格式。基于cim模型实现的cim/xml文档数据由文件头和根元素内的主体构成。电网设备资源及拓扑元素按设备类型采用并列结构，在cim数据容器标签中定义。所有元素间的逻辑结构，层次关系都由元素的引用属性来实现。由cim元素主要的属性以及属性反映的连接关系构成cim模型的基本结构。cim文件的元素类型定义描述了该cim文件中出现的元素类型，并对每一元素类型进行了简要描述，包括元素类型的名称、id等。对于每个cim文件，其包含的元素类型个数不相同。元素类型定义是cim文件中不可缺少的部分，对于电网模型中的拓扑类设备和非拓扑类设备都需要进行元素类型定义。cim元素表达部分是cim文件中不可缺少的部分，对于电网模型中的拓扑类设备和非拓扑类设备都需要进行cim元素表达。连接接点和设备端子的关系一个连接节点可以连接多个设备端子，但一个设备端子有且只有一个连接节点。连接节点与设备端子之间是一对多的关系，一个连接节点可以连接多个设备端子；设备端子与连接节点之间是一对一的关系，一个设备端子只能连到一个连接节点上。电力设备通过设备端子和连接节点相互连接起来，形成一张大的电网图形。本发明中对cim文件中包含的设备元素、节点元素、拓扑关系设计了一系列符合本发明独有的拓扑数据模型，区别原有gis平台复杂的拓扑关系模型，以支撑线段数据的计算，最后支撑可靠性评估。统一设备模型：二、依据拓扑模型的组件设计为了计算生成线段模型，本发明提出将电网网架结构转换成：1、将点状设备转换为数学模型中的“点”；2、将拓扑关系和线性设备转换成数学模型中的“边”；3、将多组“点-边”的数学模型组成一张网状数学模型。由此可以将图1中的电网网架结构转换成一张带有拓扑特性的特殊网状结构模型，如图3。依据带有拓扑关系的特殊网状结构图，设计一套计算线段模型的组件(组件结构如图4)，组件设计包括设备类型、节点类型、边界类型、网状类型、线段类型，并提供一系列服务得到由源头cim文件生成设备，由cim文件中的设备元素得到节点、边界，由节点、边界得到网，最终再依据电网中不同设备类型有不同的评估准则，计算得到线段并将线段分为相应的类型以支撑可靠性评估。组件中涉及到的数据模型：节点模型名称类型注释nextnodesstring下级节点集nodeidstring节点标识prenodestring上级节点xystring节点坐标边界模型名称类型注释edgerectstring图形边界endnodestring终止节点hweightstring宽vweightstring高prenodestring起始节点网状模型名称类型注释fnodestring起始节点layoutmodestring布局模式originstring起始设备outboundsstring走向netregionstring网络范围线段模型名称类型注释endnodestring终止节点fhdeviecstring起始设备startnodestring起始节点swdevicestring终止设备tnodetypestring线段类型设计符合本发明的线段数据类型名称类型注释switchstring开关linkswitchstring联络开关feedercondoctstring导线feedercablestring电缆根据单线图cim文件获取device方法根据device获取gedge服务根据device获取gnode服务根据gedge、gnode获取gnet服务获取开关类线段获取导线类线段获取电缆类线段三、基于线段模型的可靠性评估方法本发明设计的线段主要由电网设备参数与电网线路拓扑计算模型组成，在结合运行可靠性参数模型。依靠大数据分析，实现提取断路器、熔断设备、导线、电缆、变压器厂家型号的基础模型，获取电网运行记录信息，提取故障修复时长、恢复供电时长、设备故障次数、台数等信息，建立可靠性参数模型。本发明采用了故障模式后果分析法进行可靠性评估，故障模式后果分析法是中压配电网可靠性评估的基本方法，适用于开环运行和闭环运行的配电网。故障模式后果分析法通过分析所有可能的故障事件及其对系统造成的后果，建立故障模式后果分析表，通过该表计算负荷点和系统可靠性指标。其具体步骤如下：a)枚举单个设施故障，计入设施故障后断路器跳闸、故障隔离、恢复供电过程，确定故障对各负荷点的停电影响，进一步确定各负荷点的故障停电率和故障停电时间；b)将所有设施单独故障后各负荷点的故障停电率和故障停电时间列表，形成故障模式后果分析表。记故障后会造成负荷点lp停电的设施集为n，设施集中第i个设施的故障停运率和故障修复时间分别为λi、ri。该负荷点的故障停电率和故障停电时间期望值分别为λlp-f、ulp-f。则有：c)根据负荷点故障停电率期望值和故障停电时间期望值计算该负荷点的其他可靠性指标；d)依次计算每个负荷点的可靠性指标，并在此基础上计算系统可靠性指标。注1：当负荷点可通过开关切换恢复供电时，负荷点停电时间由设施故障修复时间减少为故障停电转供时间或故障点上游恢复供电时间。注2：在计算预安排停电的影响时，计算原理和过程与故障停电类似。可靠性分析评估结合本发明中设计的线段计算组件，通过组件提供的服务计算可以将图1中的配网网架结构分解成一张由多组线段组成的网架结构(如图5)，根据线段模型结构，和依靠大数据分析得到的各设备类型运行信息可以给出龚配网可靠性评估的基础算例。基于分析组件实现电网结构自动拆分：大数据分析得到不同设备类型的可靠性指标：每一条配电线路都是一个复杂的网络拓扑模型，基于gis的电网拓扑信息构建完整的单线拓扑网络，采用拓扑组件自动分析负荷可靠性参数模型的分段结构，从而代入根据线段模型计算得到的基础算例参数以及评估算法实现负荷点及整个网络拓扑计算。系统指标指标值系统平均停电频率期望值saifi(次/户·年)0.795系统平均停电时间期望值saidi(h/户·年)1.88382平均供电可靠率期望值asai99.978％系统缺供电量期望值ens(kwh)1765.81系统平均缺供电量期望值aens(kwh/户·年)353.162综上所述，本发明深入分析传统的电网拓扑结构和电网运行的特性，开展配电网可靠性评估线段模型自动分段研究的研究工作，设计了一套基于线段模型的分析组件，提供可靠性评估计算模型的自动化服务，设计生成了可靠性评估参数模型，结合大数据分析的可靠性指标给出基础算例，融合线段模型理念，实现了配电网可靠性评估的自动化、分析的科学化。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12