考虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法与流程
本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及一种考虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法。
背景技术
配电网是系统与用户连接的最后一个环节，配电网的可靠性是供电企业考核网架结构和可靠性管理水平的重要指标之一。因此，提出一套准确有效的配电网可靠性评估方法，对于提高用户的用电体验、找出配电网薄弱环节、指导配电系统的优化建设改造都有重要的意义。
负荷特性对配电网可靠性指标有着重要的影响，但在传统的配电网可靠性评估中，为了降低计算难度，减少计算量，往往假设负荷是固定不变的，采用负荷的最大值或平均值进行评估，忽略负荷波动对评估结果的影响。实际电网中的负荷是变化的，而且多数情况下的负荷水平小于年最大负荷，这种只考虑负荷单一水平的配电网可靠性评估结果必然和电网实际可靠性水平存在较大的误差。此外，随着分布式电源的广泛应用，配电网的供电可靠性评估不得不考虑分布式电源接入对配电网负荷的故障支撑作用。接入适当容量的分布式电源，可以在电网发生故障时通过孤岛运行维持对部分负荷的供电，减少故障停电范围为了减少故障次数和年平均停电时间。为了使评估方法具有更广的使用场景，在配电网可靠性评估中除了需要考虑负荷特性以外，还需要考虑分布式电源的容量、孤岛运行方案等因素。
现有的配电网可靠性评估方法对负荷特征考虑不够全面，难以反映配电网实际运行状态的问题，存在局限性。为此，亟须提出一种考虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法，更准确有效地评估配电网的可靠性，指导配电网的建设和改造工作。
技术实现要素：
本发明提供一种准确有效的虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种考虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法，包括一下步骤：
s1：读入配电网系统中各元件的连接拓扑、元件参数和负荷数据；
s2：以4个季度的典型日负荷曲线来表征用户全年的负荷变化，采用聚类-分段法对典型日负荷曲线进行时序性简化，依次得出居民、商业、农业、工业四类用户在春夏秋冬四个季节的负荷时序特性曲线；
s3：把具有共同入口元件和相同故障影响的元件集合进行合并简化，形成配电网馈线分区，计算馈线区的可靠性参数，并根据故障率大小将已划分的馈线区进行分类，避免故障率低的馈线区元件在序贯蒙特卡洛仿真时难以被抽到的问题；
s4：根据配电网中分布式电源的出力大小和负荷情况，确定配电网孤岛运行方案；
s5：采用改进序贯蒙特卡洛法对每一类馈线区进行分层抽样仿真，并综合各类馈线区的影响求取每个负荷点的可靠性指标；
s6：根据配电网中各负荷点的可靠性指标，计算配电网系统的可靠性指标。
进一步地，所述步骤s1中的元件参数包括：各配电网元件的故障率、平均故障停电时间和平均故障修复时间。
进一步地，所述步骤s1中的负荷数据包括：各负荷点的用户负荷类型、负荷点的用户数和平均负荷，以及居民、商业、农业、工业四类用户在春夏秋冬四个季节的典型日负荷曲线。
进一步地，所述步骤s2中的采用聚类-分段法对典型日负荷曲线进行时序性简化的过程如下：
s201：以1h为间隔，在第p类用户在第q个季节的典型日负荷曲线fpq(x)上获取24个时刻的负荷数据，并以第p类用户的年最大负荷值为基准，对该类用户的所有负荷数据进行归一化处理，其中p＝1,2,3,4，q＝1,2,3,4；
s202：采用模糊c-均值聚类方法对24个负荷数据进行聚类，依次将负荷数据划分为2到10类，并计算各个聚类个数下的聚类中心，得到聚类个数m时的聚类中心集合hm；
s203：对原来的典型日负荷曲线fpq(x)进行分段直线拟合，将原来的典型负荷曲线简化为几段不同负荷等级的直线，得出第p类用户在第q个季节的拟合负荷时序特性曲线gpq(x)，其中，分段直线拟合以聚类数目和各段方差之和的乘积作为目标函数，具体拟合模型为：
式中，
进一步地，所述步骤s3中的配电网馈线分区，具体分区原则为：把具有共同入口元件，而且具有相同故障影响的元件集合划分为一个馈线区，其中，入口元件是指开关或保护装置，每一馈线区只包含一个开关或保护装置；相同故障影响是指同个馈线区域内的元件故障所造成的影响相同，即在同一馈线区内无论是哪个元件发生故障，在故障修复之前，被隔离的都是整个馈线区以及相应的负荷。
进一步地，所述步骤s3中的馈线区的可靠性参数，具体包括馈线区的等效故障率λieq和等效故障时间rieq，计算公式为：
式中，λij和rij分别表示馈线区i内元件j的故障率和平均故障停电时间；ni表示馈线区i内的元件数量。
进一步地，所述步骤s3中的馈线区分类，具体是指：将故障率在同个数量级的馈线区划分为同一类，使故障率低的馈线区元件在序贯蒙特卡洛仿真中不被忽略。
进一步地，所述步骤s5具体过程是：按照配电网馈线区分类结果，采用序蒙特卡洛方法对各类的馈线区进行分层抽样仿真，其中，对第n类馈线区进行序蒙特卡洛仿真具体包含以下内容：
s501：读取元件参数和负荷参数，初始化系统参数，设定仿真年数ny，并设开始仿真时间t＝0；
s502：计算各馈线区的正常工作时间ttf和元件修复时间ttr，具体计算公式为：
式中，ttfi和ttri分别为馈线区i的正常工作时间和元件修复时间，ξ为区间[0,1]上均匀分布的随机数，μieq为馈线区i的元件等效故障修复时间；
s503：找出正常工作时间ttfi最小的馈线区，则该馈线区最先发生故障，确定受该馈线区影响的负荷点范围，判断有无可以由分布式电源继续供电的负荷点；如果存在由分布式电源继续供电的负荷点，则在孤岛运行期间，每小时产生一个[0,1]上均匀分布的随机数，统计分布式电源的输出功率和此时的负荷水平，按照预设的孤岛运行方案形成孤岛，计算负荷点的停电次数和故障时间；如果没有，则直接统计负荷点的停电次数和故障停电时间；
s504：判断总模拟时间t是否小于仿真时间，如果是，则推进模拟时间，并重复步骤s502至s504，如果不是，则继续下一步骤；
s505：计算第n类馈线区故障时，负荷点k的可靠性指标，包括：故障率λkn、故障平均停电时间rkn、年平均停电时间ukn，具体计算公式为：
λkn＝nkn/t
rkn＝∑tkn/nkn
ukn＝λknrkn
式中，nkn、tkn分别表示第n类馈线区故障时，负荷点k的总故障次数、总故障停电时间，t表示统计年限；
s506：综合各类馈线区故障对负荷点可靠性指标的贡献，算出负荷点k的故障率λk、年平均停电时间uk、故障平均停电时间rk，计算公式为：
λk＝∑λkn
uk＝∑ukn
rk＝uk/λk。
进一步地，所述步骤s6中的配电网系统的可靠性指标，具体包括：系统平均停电频率saifi，系统平均停电持续时间saidi，系统平均有效度asai，期望缺供电量eens，具体计算公式为：
eens＝∑lakuk
式中：ck表示负荷点k的用户数，d表示可靠性计算中的统计年限，其中平年以8760计算，闰年用8764计算，lak是接入负荷点k的平均负荷。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
(1)本发明所设计的配电网可靠性评估方法充分考虑了不同用户类型，不同季节的时序负荷特征，使评估结果更加符合电网的实际运行状况；同时也考虑了分布式电源接入对配电网的孤岛支撑作用，使本评估方法的适用范围更广，能够应对更多样的配电场景。现有的配电网可靠性评估通常不考虑负荷的时序变化情况，采用峰值负荷进行仿真，必然会放大故障的影响，而本发明在可靠性评估中考虑负荷时序特征、用户类型等负荷特征，能够使负荷点和系统的可靠性指标预测结果得到改善，也更贴近实际值；
(2)本发明设计的方法采用聚类-分段法对典型日负荷曲线进行简化，将负荷曲线简化为几段不同负荷等级的直线，既能够降低仿真计算量和仿真时间，减少负荷数据所需的存储空间，又能够保证简化后的直线段能够最大程度地拟合出原负荷曲线，通过尽量少的分段数保留负荷的时序特性；
(3)本发明设计的方法预先对配电网进行馈线分区简化和分类，能够有效简化了系统结构，减小了仿真时间；
(4)本发明设计的方法通过馈线区分类，对每类馈线区采用改进序贯蒙特卡洛法进行分层抽样仿真，避免了传统的序贯蒙特卡洛法中故障率低的馈线区元件难以被抽到的问题，具有更快的收敛速度，缩短仿真时间，减小仿真误差。
附图说明
图1为本发明所述的考虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法流程图；
图2为本发明所述的改进序贯蒙特卡洛法的具体流程图。
图3为本发明实施例1中仿真配电网系统结示意图；
图4为本发明实施例1中四类用户在春夏秋冬四个季节的负荷时序特性曲线；
图5为本发明实施例1中居民负荷简化前后的春季负荷时序特性曲线。
图6为配电网供电可靠性指标对比图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，所述的考虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法流程图，包括如下步骤：1)读入配电网系统中各元件的连接拓扑、元件参数和负荷数据；2)以4个季度的典型日负荷曲线来表征用户全年的负荷变化，采用聚类-分段法对典型日负荷曲线进行时序性简化，依次得出居民、商业、农业、工业四类用户在春夏秋冬四个季节的负荷时序特性曲线；3)把具有共同入口元件和相同故障影响的元件集合进行合并简化，形成配电网馈线分区，计算馈线区的可靠性参数，并根据故障率大小将已划分的馈线区进行分类，避免故障率低的馈线区元件在序贯蒙特卡洛仿真时难以被抽到的问题；4)根据配电网中分布式电源的出力大小和负荷情况，确定配电网孤岛运行方案；5)采用改进序贯蒙特卡洛法对每一类馈线区进行分层抽样仿真，并综合各类馈线区的影响求取每个负荷点的可靠性指标；6)根据配电网中各负荷点的可靠性指标，计算配电网系统的可靠性指标。
如图2所示，所述的改进序贯蒙特卡洛法在具体实施中包括如下步骤：
1)获取连接拓扑、元件参数、负荷时序模型、馈线分区分类结果、配电网孤岛运行方案；
2)初始化仿真对象的类数，按照配电网馈线区分类结果，从第1类馈线区开始，采用序蒙特卡洛方法对每一类的馈线区进行分层抽样仿真；其中，对第n类馈线区进行序蒙特卡洛仿真具体包含以下内容：
设定仿真年数ny，并设开始仿真时间t＝0；
蒙特卡洛仿真生成系统状态，计算各馈线区的正常工作时间ttf和元件修复时间ttr；
分析故障结果，找出正常工作时间最小的馈线区，则该馈线区最先发生故障，确定受该馈线区影响的负荷点范围；
判断有无可以由分布式电源继续供电的负荷点，如果存在由分布式电源继续供电的负荷点，则在孤岛运行期间，每小时产生一个[0,1]上均匀分布的随机数，统计分布式电源的输出功率和此时的负荷水平，按照预设的孤岛运行方案形成孤岛，计算修正负荷点的停电次数和故障时间；如果没有，则直接统计负荷点的停电次数和故障停电时间；
判断总仿真模拟时间t是否小于仿真时间，如果是，则推进仿真模拟时间，并重复上述步骤，如果不是，则继续下一步骤；
计算第n类馈线区故障时，负荷点k的故障率λkn、故障平均停电时间rkn和年平均停电时间ukn，即为第n类馈线区对负荷点k的可靠性指标的贡献值；
3)综合各类馈线区故障对负荷点可靠性指标的贡献，算出负荷点k的故障率λk、年平均停电时间uk、故障平均停电时间rk。
下面结合具体应用实例阐述本发明提供的考虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法。
如图3所示，在本实施例中以ieee-rbtsbus6系统主馈线f4为实例仿真对象，在分支线19和25出分别加入容量为1mw的分布式电源，系统拓扑图如图3所示。本实施例中分布式电源采用燃料电池，其出力保持不变。当上游供电路径发生故障时，通过断路器操作，形成孤岛1和孤岛2继续给岛内负荷供电。
该系统共有23个负荷点，1个隔离开关，23台变压器，6台断路器，23个熔断器(装设在负荷线路首端)。线路和设备的参数均采用ieee-rbtsbus6测试系统的参数，各负荷点参数及负荷类型如表1所示。假设开关均100％可靠动作，隔离开关的操作时间为20分钟。
表1负荷参数
根据某地区实际负荷数据得到工业负荷、商业负荷、农业负荷、居民负荷等4类典型负荷在春夏秋冬四个季节的典型人负荷曲线，如图4所示。
读入仿真配电网的连接拓扑、元件参数和负荷数据后，采用聚类-分段法对典型日负荷曲线进行时序性简化，依次得出居民、商业、农业、工业四类用户在春夏秋冬四个季节的负荷时序特性曲线。负荷特性曲线简化效果示例如图5所示。
把具有共同入口元件和相同故障影响的元件集合进行合并简化，形成配电网馈线分区，计算馈线区的可靠性参数，并根据故障率大小将已划分的馈线区进行分类，避免故障率低的馈线区元件在序贯蒙特卡洛仿真时难以被抽到的问题。
根据配电网中分布式电源的出力大小和负荷情况，确定配电网孤岛运行方案。本实施例中的孤岛运行方案设置为：在孤岛运行期间，根据各负荷点的负荷属性及其负荷时序概率模型确定相应时刻的负荷值，判断分布式电源出力和孤岛内负荷的大小关系，如果分布式电源出力大于负荷值，则孤岛内的负荷都不停电；如果分布式电源出力小于负荷值，则需要削减负荷确保对其他负荷的供电。
采用改进序贯蒙特卡洛法对每一类馈线区进行分层抽样仿真。改进蒙特卡洛法的总仿真年份取100000年，每层的仿真年份按总年份等分。此外，由于系统多重故障的故障率非常低，对可靠性评估结果的影响不大，本文不计及多重故障的影响，即系统两个元件不会同时发生故障。综合各类馈线区的影响求取每个负荷点的故障率λ、故障平均停电时间r、年平均停电时间u，表2给出了部分负荷节点考虑负荷特性与采用峰值负荷进行仿真的可靠性指标计算结果对比。
表2部分负荷点可靠性指标计算结果对比
根据配电网中各负荷点的可靠性指标，计算配电网系统的可靠性指标。通过负荷点的可靠性指标可计算配电网系统的可靠性指标，如图6所示。其中，saifi为系统平均停电频率指标，次/(用户·a)；saidi为系统平均停电持续时间指标，h/(用户·a)；asai为系统平均有效度指标；eens为期望缺供电量指标，mw·h/a。
本实施例进一步表明了：本发明所述的考虑负荷特性与分布式电源接入的配电网可靠性评估方法采用简化的负荷特性曲线来表征负荷时序特性，能够充分考虑了负荷时序特性，使可靠性评估结果更接近实际运行情况；考虑分布式电源接入对配电网负荷的故障支撑作用，使本评估方法具有更广的适用范围；同时本发明所提出的改进序贯蒙特卡洛法可以通过分层抽样仿真，避免了传统的序贯蒙特卡洛法中故障率低的馈线区元件难以被抽到的问题，具有更快的收敛速度，缩短仿真时间，减小仿真误差。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！