一种配电网风险检测方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统风险检测技术领域，更具体地，涉及一种配电网风险检测方法及系统。


背景技术：

2.近年来各地发生的重大停电事故，使人们意识到进行系统安全评估分析的重要性。确保配电系统安全可靠运行依赖于高效、准确的评估方法，而现有的系统安全评估主要是针对输电网来进行的，对配电网进行专门的安全评估还很少。现有的配电网风险评估的计算和分析都是建立在元件可靠性原始参数的基础上，在实际计算中，一般采用统计的方法获得元件可靠性参数。由于统计资料的不足或统计误差等原因可能造成原始参数的不确定性。
3.因此，需要研究一种配电网风险检测方法及系统。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种配电网风险检测方法及系统，基于配电网区间潮流计算结果对配电网风险进行检测，以提高检测结果的准确性和可靠性。
5.本发明采用如下的技术方案。
6.本发明一方面提出一种配电网风险检测方法，包括：
7.步骤1，根据配电网中的开关装置，对配电网进行馈线分区得到多个隔离区间；其中，每个隔离区间内包括多个串联的电气设备，每个隔离区间两端为开关装置；
8.步骤2，基于串联系统可靠性计算方法，根据各隔离区间内电气设备的可靠性区间值，计算各隔离区间的可靠性区间值；
9.步骤3，利用各隔离区间的可靠性区间值分别计算隔离区间的风险值及隔离区间两端开关装置的风险值；
10.步骤4，利用出线支路参数，基于潮流前推回推区间算法，通过迭代计算以获得各隔离区间的电压矢量和电流矢量；
11.步骤5，构建配电网故障下的网络拓扑，根据网络拓扑和各隔离区间的电压矢量和电流矢量，以馈线传输容量和节点电压构造潮流约束条件，以停电损失费用和网损费用最小为目标函数，进行负荷转移；
12.步骤6，根据负荷转移结果，获取馈线中的各隔离区间风险值及隔离区间两端开关装置的风险值之和，作为馈线的风险值；以配电网内全部馈线风险值之和作为配电网风险值。
13.优选地，步骤1中，开关装置包括：自动隔离装置、联络开关、手动隔离装置；
14.对配电网进行馈线分区包括：
15.步骤1.1，根据自动隔离装置和/或联络开关的位置，将配电网中的馈线划分为多
个自动隔离区，每个自动隔离区均以自动隔离装置和/或联络开关为边界；
16.步骤1.2，在一个自动隔离区中，根据手动隔离装置的位置，将自动隔离区划分为多个手动隔离区，每个手动隔离区均以手动隔离装置为边界。
17.优选地，步骤2中，电气设备的可靠性区间值包括故障率区间值和修复时间区间值；
18.隔离区间的可靠性区间值满足如下关系式：
[0019][0020]
式中，
[0021]
为隔离区间的故障率区间值，
[0022]
为隔离区间的平均停运时间区间值，
[0023]
为隔离区间的年停运时间区间值，
[0024]
为隔离区间内第i个电气设备的故障率区间值，
[0025]
为隔离区间内第i个电气设备的修复时间区间值，
[0026]
n为隔离区间内电气设备的总数。
[0027]
优选地，步骤3中，隔离区间的风险值满足如下关系式：
[0028][0029]
式中，
[0030]rk
为第k个隔离区间的风险值，
[0031]
为第k个隔离区间的故障率区间值，
[0032]skj
为第k个隔离区间发生故障产生的停电经济损失，包括工业用户经济损失，商业用户经济损失和居民用户经济损失；
[0033]
隔离区间两端开关装置的风险值满足如下关系式：
[0034][0035]
式中，
[0036]rsg
为隔离区间内第g个开关装置的风险值，
[0037]
为隔离区间内第g个开关装置的故障率区间值，
[0038]ssgj
为隔离区间内第g个开关装置发生故障产生的停电经济损失，包括工业用户经
济损失，商业用户经济损失和居民用户经济损失。
[0039]
优选地，步骤4中，前推回推潮流区间算法包括反复进行的潮流回推过程和潮流前推过程；
[0040]
潮流回推过程满足如下关系式：
[0041]wp-1
＝g
p
(w
p
)
[0042]
潮流前推过程满足如下关系式：
[0043]wp
＝f
p
(w
p-1
)
[0044]
式中，
[0045]
是节点p的潮流矢量，为节点p的区间电压矢量，为节点p流向出线支路的区间电流矢量；
[0046]
其中，g
p
，f
p
为互逆的两个函数；
[0047]
前推回推潮流区间算法中，当各节点的区间电压矢量的上下界相对于上一次的数值偏差小于容许值时，停止迭代计算。
[0048]
优选地，步骤5中，潮流约束条件满足如下关系式：
[0049][0050]
式中，为线路电流区间值，i
max
为线路最大允许传输电流，为节点电压区间值；
[0051]
以停电损失费用和网损费用最小为目标函数，满足如下关系式：
[0052][0053]
式中，
[0054]
为负荷点q停电损失费用区间值，
[0055]
ln为故障馈线上待转移负荷点的集合，
[0056]
l
l
为潮流计算时运行线路的集合，
[0057]
分别为线路l的电阻区间值和电流区间值，
[0058]cav
是平均电价，
[0059]
t为网络损耗最大运行小时数。
[0060]
优选地，采用启发式算法求解目标函数，可确定被切除的负荷区域。
[0061]
启发式算法包括：
[0062]
1)搜索主通路过程是以某一故障区域为起始节点，沿区域网络图逆向搜索前向区域节点，直至主电源区域，搜索结束；搜索过程中记录受故障影响的负荷区域；
[0063]
2)搜索备用通路过程是以备用电源为起始节点，向前向区域搜索，搜索备用通路，直至搜索到主通路上的区域或者故障区域，记录可能转移到备用电源的负荷区域；
[0064]
3)负荷转移限制分析过程结束后即确定了可转移负荷区域和转移受限负荷区域
的故障型；再从主电源区域开始，进行宽度搜索，确定未判断区域的故障类型，直至所有区域均被访问。
[0065]
优选地，步骤6中，馈线的风险值满足如下关系式：
[0066][0067]
式中，
[0068]
k为馈线中隔离区间的总数，
[0069]
g为馈线中开关装置的总数。
[0070]
本发明另一方面提出了一种配电网风险检测系统，实现了一种配电网风险检测方法，系统包括：隔离分区模块，可靠性模块，潮流分析模块，负荷转移模块和风险检测模块；
[0071]
隔离分区模块，用于根据配电网中的开关装置，对配电网进行馈线分区得到多个隔离区间；其中，每个隔离区间内包括多个串联的电气设备，每个隔离区间两端为开关装置；
[0072]
可靠性模块，用于基于串联系统可靠性计算方法，根据各隔离区间内电气设备的可靠性区间值，计算各隔离区间的可靠性区间值；还用于利用各隔离区间的可靠性区间值分别计算隔离区间的风险值及隔离区间两端开关装置的风险值；
[0073]
潮流分析模块，用于利用出线支路参数，基于潮流前推回推区间算法，通过迭代计算以获得各隔离区间的电压矢量和电流矢量；
[0074]
负荷转移模块，用于构建配电网故障下的网络拓扑，根据网络拓扑和各隔离区间的电压矢量和电流矢量，以馈线传输容量和节点电压构造潮流约束条件，以停电损失费用和网损费用最小为目标函数，进行负荷转移；
[0075]
风险检测模块，用于根据负荷转移模块输出的负荷转移结果，获取馈线中的隔离区间风险值及隔离区间两端开关装置的风险值之和，作为该馈线的风险值；以配电网内全部馈线风险值之和作为配电网风险值。
[0076]
负荷转移模块包括主通路搜索单元，备用通路搜索单元，负荷转移分析单元；
[0077]
当主通路搜索单元搜索到有备用电源，且备用通路搜索单元有搜索到可能转移到备用电源的负荷区域的自动隔离区间和手动隔离区间时，由负荷转移分析单元进行宽度搜索，确定未判断区域的故障类型，直至所有区域均被访问。
[0078]
本发明的有益效果是：通过引入区间潮流计算方法负荷转移，建立系统结构简洁的馈线分区模型，确定每次故障所能转移的负荷区域以及停运的负荷区域，进而实现整个配电系统的风险评估。结合利用据故障扩散范围和恢复停电范围以开关装置为边界的特点，在做到配电网风险评估的同时，可提供有效可行的故障恢复方案，使其更具有实用性。
附图说明
[0079]
图1是本发明的一种配电网风险检测方法的步骤框图。
具体实施方式
[0080]
下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明
的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0081]
如图1，本发明提出了一种配电网风险检测方法，包括：
[0082]
步骤1，根据配电网中的开关装置，对配电网进行馈线分区得到多个隔离区间；其中，每个隔离区间内包括多个串联的电气设备，每个隔离区间两端为开关装置。
[0083]
具体地，步骤1中，开关装置包括：自动隔离装置、联络开关、手动隔离装置；
[0084]
对配电网进行馈线分区包括：
[0085]
步骤1.1，根据自动隔离装置和/或联络开关的位置，将配电网中的馈线划分为多个自动隔离区，每个自动隔离区均以自动隔离装置和/或联络开关为边界；
[0086]
步骤1.2，在一个自动隔离区中，根据手动隔离装置的位置，将自动隔离区划分为多个手动隔离区，每个手动隔离区均以手动隔离装置为边界。
[0087]
本发明优选实施例中，根据故障扩散范围和恢复停电范围以开关装置为边界的特点，对配电系统进行了馈线分区。分区原则：以自动隔离装置或联络开关为边界将馈线分为多个自动隔离区；以手动隔离装置为边界将自动隔离区再分为若干个手动隔离区，区域模型建立。
[0088]
步骤2，基于串联系统可靠性计算方法，根据各隔离区间内电气设备的可靠性区间值，计算各隔离区间的可靠性区间值。
[0089]
具体地，步骤2中，电气设备的可靠性区间值包括故障率区间值和修复时间区间值；
[0090]
隔离区间的可靠性区间值满足如下关系式：
[0091][0092]
式中，
[0093]
为隔离区间的故障率区间值，
[0094]
为隔离区间的平均停运时间区间值，
[0095]
为隔离区间的年停运时间区间值，
[0096]
为隔离区间内第i个电气设备的故障率区间值，
[0097]
为隔离区间内第i个电气设备的修复时间区间值，
[0098]
n为隔离区间内电气设备的总数。
[0099]
本发明优选实施例中，使用了区间定义，包括：
[0100]
1)定义1
[0101]
对于给定数对，x，r为实数域，若满足条件则区间数可表示成闭有界数集合：
[0102]
[0103]
其中，x和分别称为区间数的下端点和上端点，如果此时称区间数退化。
[0104]
2)定义2
[0105]
设二区间数当x＝y，时，称与相等并记为如果大于的可能度大于0，则称区间数大于区间数记为如果大于的可能度小于0，则称区间数小于区间数记为
[0106]
步骤3，利用各隔离区间的可靠性区间值分别计算隔离区间的风险值及隔离区间两端开关装置的风险值。
[0107]
具体地，步骤3中，隔离区间的风险值满足如下关系式：
[0108][0109]
式中，
[0110]rk
为第k个隔离区间的风险值，
[0111]
为第k个隔离区间的故障率区间值，
[0112]skj
为第k个隔离区间发生故障产生的停电经济损失，包括包括工业用户经济损失，商业用户经济损失和居民用户经济损失；
[0113]
隔离区间两端开关装置的风险值满足如下关系式：
[0114][0115]
式中，
[0116]rsg
为隔离区间内第g个开关装置的风险值，
[0117]
为隔离区间内第g个开关装置的故障率区间值，
[0118]ssgj
为隔离区间内第g个开关装置发生故障产生的停电经济损失，包括包括工业用户经济损失，商业用户经济损失和居民用户经济损失。
[0119]
步骤4，利用出线支路参数，基于潮流前推回推区间算法，通过迭代计算以获得各隔离区间的电压矢量和电流矢量。
[0120]
具体地，步骤4中，前推回推潮流区间算法包括反复进行的潮流回推过程和潮流前推过程；
[0121]
潮流回推过程满足如下关系式：
[0122]wp-1
＝g
p
(w
p
)
[0123]
潮流前推过程满足如下关系式：
[0124]wp
＝f
p
(w
p-1
)
[0125]
式中，
[0126]
是节点p的潮流矢量，为节点p的区间电压矢量，为节点p流向
出线支路的区间电流矢量；
[0127]
其中，g
p
，f
p
为互逆的两个函数；
[0128]
前推回推潮流区间算法中，当各节点的区间电压矢量的上下界相对于上一次的数值偏差小于容许值时，停止迭代计算。
[0129]
潮流计算最终都归结为求解非线性方程组的问题。对具有区间参数的系统，可在区间算术基础上采用各种区间迭代法来求解。、结合配电系统特点，采用了潮流前推回推区间算法。该方法直接取用支路参数，无需求解雅可比矩阵，编程简单，占内存小，稳定性好，收敛好。
[0130]
步骤5，构建配电网故障下的网络拓扑，根据网络拓扑和各隔离区间的电压矢量和电流矢量，以馈线传输容量和节点电压构造潮流约束条件，以停电损失费用和网损费用最小为目标函数，进行负荷转移。
[0131]
优选地，步骤5中，潮流约束条件满足如下关系式：
[0132][0133]
式中，为线路电流区间值，i
max
为线路最大允许传输电流，为节点电压区间值；
[0134]
以停电损失费用和网损费用最小为目标函数，满足如下关系式：
[0135][0136]
式中，
[0137]
为负荷点q停电损失费用区间值，
[0138]
ln为故障馈线上待转移负荷点的集合，
[0139]
l
l
为潮流计算时运行线路的集合，
[0140]
分别为线路l的电阻区间值和电流区间值，
[0141]cav
是平均电价，
[0142]
t为网络损耗最大运行小时数。
[0143]
在故障恢复过程中，如果非故障停电区的负荷切换到备用电源，将使备用馈线上负荷增加，由于系统中存在传输容量和电压水平的限制，可能会违反网络约束使负荷转移受限。本文通过计算区间潮流，分析了负荷转移限制对配电系统可靠性的影响。负荷转移限制分析的主要过程是：先对故障后的重构系统进行网络拓扑分析，根据网络拓扑所得到的网络结构和数据，计算区间潮流，检验线路传输容量、节点电压是否满足约束。如果网络约束条件不满足，则要根据切负荷原则切除网络中的某些负荷，重新进行潮流计算，直到满足约束条件为止。
[0144]
采用启发式算法求解目标函数，可确定被切除的负荷区域。
[0145]
优选地，启发式算法包括：
[0146]
1)搜索主通路过程是以某一故障区域为起始节点，沿区域网络图逆向搜索前向区域节点，直至主电源区域，搜索结束；搜索过程中记录受故障影响的负荷区域；
[0147]
2)搜索备用通路过程是以备用电源为起始节点，向前向区域搜索，搜索备用通路，直至搜索到主通路上的区域或者故障区域，记录可能转移到备用电源的负荷区域；
[0148]
3)负荷转移限制分析过程结束后即确定了可转移负荷区域和转移受限负荷区域的故障型；再从主电源区域开始，进行宽度搜索，确定未判断区域的故障类型，直至所有区域均被访问。
[0149]
步骤6，根据负荷转移结果，获取馈线中的隔离区间风险值及隔离区间两端开关装置的风险值之和，作为该馈线的风险值；以配电网内全部馈线风险值之和作为配电网风险值。
[0150]
具体地，步骤6中，馈线的风险值满足如下关系式：
[0151][0152]
式中，
[0153]
k为馈线中隔离区间的总数，
[0154]
g为馈线中开关装置的总数。
[0155]
本发明另一方面提出了一种配电网风险检测系统，包括：隔离分区模块，可靠性模块，潮流分析模块，负荷转移模块和风险检测模块；
[0156]
隔离分区模块，用于根据配电网中的开关装置，对配电网进行馈线分区得到多个隔离区间；其中，每个隔离区间内包括多个串联的电气设备；
[0157]
可靠性模块，用于基于串联系统可靠性计算方法，根据各隔离区间内电气设备的可靠性区间值，计算各隔离区间的可靠性区间值；还用于利用各隔离区间的可靠性区间值分别计算隔离区间的风险值及隔离区间两端开关装置的风险值；
[0158]
潮流分析模块，用于利用出线支路参数，基于潮流前推回推区间算法，通过迭代计算以获得各隔离区间的电压矢量和电流矢量；
[0159]
负荷转移模块，用于构建配电网故障下的网络拓扑，根据网络拓扑和各隔离区间的电压矢量和电流矢量，以馈线传输容量和节点电压构造潮流约束条件，以停电损失费用和网损费用最小为目标函数，进行负荷转移；
[0160]
风险检测模块，用于根据负荷转移模块输出的负荷转移结果，获取馈线中的隔离区间风险值及隔离区间两端开关装置的风险值之和，作为该馈线的风险值；以配电网内全部馈线风险值之和是配电网风险值。
[0161]
负荷转移模块包括主通路搜索单元，备用通路搜索单元，负荷转移分析单元；
[0162]
当主通路搜索单元搜索到有备用电源，且备用通路搜索单元有搜索到可能转移到备用电源的负荷区域的自动隔离区间和手动隔离区间时，由负荷转移分析单元进行宽度搜索，确定未判断区域的故障类型，直至所有区域均被访问。
[0163]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。