一种基于概率性连通准则的配电网可靠性评估方法

本发明属于配电网可靠性评估领域，具体涉及一种基于概率性连通准则的配电网可靠性评估方法。

背景技术：

1、电力系统向用户供电经过发电、输电和配电三个环节。其中，配电网处于电力系统末端，直接与用户相连，是支撑用户电能供应的重要环节，与用户供电质量关系密切。为了更好地掌握配电设备故障影响，挖掘配电网薄弱环节，科学评估配电网供电可靠性意义重大。

2、分布式电源的引入使得配电网的运行更加复杂，因为分布式电源的输出受到天气等自然因素的影响，其不确定性较大。当前研究尚未考虑负荷需求及响应等多重不确定性及其与分布式电源的复杂耦合影响，如何合理建立净负荷的概率特征模型还有待进一步深入研究。当前研究已初步形成综合考虑故障后转供容量裕度和节点电压安全的转供分析方法。然而，源荷不确定性引入将导致配电网潮流存在概率特征，大大增加转供分析的复杂性。如何将线路容量越限和节点电压越限的概率风险纳入可靠性评估过程中，还有待进一步深入研究。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供基于概率性连通准则的配电网可靠性评估方法，本发明的技术方案如下：

2、一种基于概率性连通准则的配电网可靠性评估方法，所述配电网中设有分布式电源，包括：

3、步骤1，采用正态分布拟合与拉丁超立方抽样法建立了分布式电源与负荷需求及其响应的不确定性模型，针对不确定性模型中的偏差值，采用正态分布拟合的方式，求得净负荷的矩估计值；采用拉丁超立方抽样对拟合后的净负荷矩估计值进行抽样，获得的抽样点覆盖配电网的整个分布空间；

4、步骤2，根据配电网络化简与供电路径分析，推导出考虑故障后容量和电压概率越限风险的故障关联矩阵，步骤包括：设置关联矩阵，并对得关联矩阵进行求逆，得到配电网中电源点到每个负荷节点的供电关联矩阵，结合故障后联络线转供得到故障关联矩阵；

5、步骤3，提出了基于正态分布概率特征的机会约束处理方法和非线性潮流转化方法，并以解析法为基础，结合故障关联矩阵，将所有抽样点的在各个场景下的可靠性指标叠加，得到系统的可靠性指标。

6、进一步的，步骤1所述的分布式电源与负荷需求及其响应的不确定性，建立模型如下所示：

7、

8、

9、

10、式中，是t时刻i节点分布式电源的实际出力，是分布式光伏的预测出力，是预测误差；是t时刻i节点负荷的实际需求，是负荷的预测需求，是预测误差；是t时刻i节点负荷需求响应的实际值，是负荷需求响应的预测值，是预测误差；

11、针对上述公式中的偏差值，采用正态分布拟合的方式获得其服从的概率分布，具体流程如下：

12、根据同一时刻的分布式电源出力偏差值、负荷需求偏差值和负荷响应偏差值生成样本集；基于矩估计特性，总体1阶矩等于样本1阶矩，总体2阶矩等于样本2阶矩；

13、

14、式中，y为相互独立源荷偏差历史数据样本，e(y)为1阶矩估计，e(y2)为2阶矩估计，μ为相互独立源荷偏差历史数据的均值，σ2为源荷偏差历史数据的方差，n为样本数，yl为第l个样本；

15、求解得到每一类不确定参数的偏差均值μ和方差σ2的点估计量和为：

16、

17、依据上述求解流程，求得聚类后分布式电源出力、负荷需求及其响应偏差值的矩估计量，并叠加得到净负荷矩估计值；

18、采用拉丁超立方抽样对拟合后的净负荷矩估计值进行抽样，进而形成净负荷序列；lhs属于分层抽样方法，它通过将概率分布模型的划分为n个区间，并分别对各子区间的变量进行抽样，进而使得抽样点覆盖整个分布空间。

19、进一步的，步骤2中所述考虑故障后容量和电压概率越限风险的故障关联矩阵推导方法，流程如下：

20、遍历配电网中所有的节点与支路并对其进行编号，并且按照如下规则设置关联矩阵ε，每个元素的可能取值为1，-1，0；

21、

22、式中，erx代表节点r和支路x的关联关系；

23、对得到的矩阵ε进行求逆，得到该网络中电源点到每个负荷节点的供电关联矩阵r1，r1中取值为1的含义是该支路在负荷的供电路径上，如果发生故障会导致负荷节点失去电能；

24、r1＝e-1

25、取r1与ry的交集，取值为1的元素为各个电源的供电路径的交集，该节点发生故障后无法通过任何一个电源恢复供电，该部分节点的停电时间为故障修复时间；

26、a＝r1∩ry

27、式中，a为故障修复时间矩阵，r1为根节点为电源的供电路径矩阵，ry是以联络y为电源的供电路径矩阵，与ry“∩”表示矩阵元素的按位与运算；

28、故障后一部分负荷通过联络线转供支撑，用供电路径矩阵减去故障修复时间矩阵，所得到的就是可由联络线转供的联络线转供时间矩阵c，按下式计算：

29、c＝r1-a

30、式中，c为转供时间矩阵。

31、由于考虑了联络线容量限制以及潮流约束，使得负荷恢复更符合实际情况，相比于不考虑概率性部分连通准则的故障后恢复结果，体现在矩阵中，就是一部分取值为1的元素，变为变量，根据约束条件取值；

32、

33、转供时间矩阵cb的取值计算方法，以负荷恢复量最大为目标，建立如式所示的故障后恢复模型；

34、

35、式中，px为负荷j的有功功率；为变量取值，可以取0或1；nb为负荷节点的总数量；

36、对于负荷节点j和支路ij的t时刻，有以下约束，其中nt为一年中每一天的小时数；

37、

38、

39、

40、式中，pij,t、qij,t、lij,t＝(iij,t)2为第t个时段流过支路ij的功率、电流幅值的平方；pjk,t、qjk,t为第t个时段流过支路jk的功率。pj,t、qj,t为节点j注入有功、无功功率，pl,j,t和ql,j,t分别为节点j处负荷注入的有功功率和无功功率；pdg,j,t为节点j处分布式电源注入的有功功率；pdr,j,t为节点j处需求响应负荷注入的有功功率；ω为所有节点集合,ωl为所有支路集合；vi,t、vj,t分别为第t个时段节点i、j电压幅值的平方，rij为支路ij的电阻，xij为支路ij的电抗。

41、进一步的，步骤3所述基于正态分布概率特征的机会约束处理方法和非线性潮流转化方法，将模型中的非线性项进行处理，具体如下：

42、

43、在一个给定的运行点对上式进行泰勒级数展开，如下式所示；

44、

45、为了将机会约束重写为确定性约束，需要找到与置信水平相对应的随机变量的分位点，并利用该分位点将其转化为确定性约束，将节点电压机会约束进一步改写为如式所示的线性不等式约束；

46、

47、下式是一个圆形约束的机会约束，需要对其进行线性化，以便于随后的公式推导，通过圆形线性化方法，使用几个线性约束来近似圆形约束，其对于工程应用足够精确，

48、约束改写为如下：

49、

50、式中，p和q分别为配电网中各个节点的有功、无功的矩阵表达；

51、利用置信水平和分位点将上述的潮流机会约束改写为确定约束，改写后的约束条件如下：

52、

53、基于上述转换方法，结合故障关联矩阵，直接利用解析法获得可靠性指标saifi、saidi、ens的评估结果，针对抽样场景i经过上述基于故障关联矩阵的分析与处理过程，得到该场景的负荷停电频率λ、停电时间μ以及缺供电量ensi可靠性指标，具体计算公式如下所示；

54、

55、式中，λ1为负荷点停电频率，λeq为等效负荷点停电频率；a、b、c分别表示三个故障时间对应的故障时间矩阵；aeq、beq、ceq分别表示等效负荷节点的故障时间对应的故障时间矩阵，

56、

57、式中，tsw代表支路的分段开关隔离故障的操作时间；top代表联络开关操作时间；运算符号“o”表示矩阵运算中的hadamard积，运算规则为矩阵或向量对应位置元素相乘；

58、

59、式中，故障率为向量λ、故障修复时间为向量μ、节点的负荷数值矩阵为l；

60、将所有负荷节点的在各个场景下的可靠性指标叠加，得到系统的可靠性指标。

61、进一步的，所述系统的可靠性指标表达式如下：

62、saifi系统的可靠性指标，

63、

64、式中，m为场景的总个数，λs为抽样场景s的故障率计算结果；ps为场景s对应的概率；saidi系统的可靠性指标；

65、

66、式中，μs为抽样场景s的可靠性计算结果；ps为场景s对应的概率；

67、ens系统的缺供电量可靠性指标：

68、

69、式中，enss为抽样场景s的可靠性计算结果；ps为拉丁超立方抽样后的场景s对应的概率。

70、一种基于概率性连通准则的配电网可靠性评估装置，所述配电网中设有分布式电源，包括典型场景生成模块、故障关联矩阵生成模块和可靠性指标计算模块，其中，

71、所述典型场景生成模块，用于获取配电系统的相关于分布式电源出力、负荷需求和负荷响应的历史运行数据，结合拉丁超立方抽样方法，形成s个抽样场景及其概率；

72、所述故障关联矩阵生成模块，用于获取配电网的故障修复时间矩阵、故障转供时间矩阵、以及故障隔离时间矩阵；

73、所述可靠性指标计算模块，用于根据各个场景下的故障关联矩阵，计算配电网的可靠性评估结果。

74、一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序执行如上任一项所述的方法。

75、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的任一项所述方法的步骤。

76、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

77、1、本发明提出了一种基于概率性连通准则的配电网可靠性评估方法，该评估方法采用拉丁超立方抽样法建立了分布式电源与负荷需求及其响应的不确定性模型；提出了考虑故障后容量和电压概率越限风险的故障关联矩阵推导方法；提出了基于正态分布概率特征的机会约束处理方法和非线性潮流转化方法进而计算可靠性指标。能够有效解决考虑源荷多重不确定性导致故障后配电网转供裕度难以准确度量的问题。

78、2、本发明在综合考虑容量和电压约束情况下，能够更加真实地反映故障转供后配电线路的安全约束，进而获得更准确的可靠性评估结果。此外，考虑容量和电压约束概率越限风险又避免极小概率的恶劣场景，使得可靠性评估结果更为合理。本发明所使用的故障关联矩阵方法在计算速度与可扩展性方面，与传统解析法和蒙特卡洛模拟方法相比，具有一定的优越性，便于计算机处理与实际的应用。