一种含微网的复杂配电网可靠性评估算法
【专利摘要】本发明公开了一种含微网的复杂配电网可靠性评估算法，首先形成含微网配电网的分块网络图，计算各节点的等效可靠性参数；根据负荷点形成分类路径；然后结合含微网配电网负荷点停电影响类型，采用基于路径分割的负荷点故障激励集形成算法对分类路径进行分割和存储，形成故障激励集；负荷点处于微电源供电能力区域时，则采用基于时序Monte Carlo法的计算微电源对负荷点供电的概率和可靠性指标；本发明提出的路径分割算法，不仅考虑了考虑负荷点与电源间路径的连通性，还考虑了微电源发电随机特性对故障模式后果的影响，并提出面向负荷点的可靠性评估方法，由于负荷点的数量规模远小于配电网元件的数量规模，具有较小的计算复杂性。
【专利说明】
一种含微网的复杂配电网可靠性评估算法
技术领域
[0001] 本发明涉及配电网可靠性领域，特别是一种含微网的复杂配电网可靠性评估算 法。
【背景技术】
[0002] 微网作为集成了分布式电源、储能装置、负荷以及控制装置的单一可控网络系统， 其对新能源的有效利用及灵活、智能的控制特点，使其在解决电能质量、能源和环保等方面 出现的问题时表现出极大的潜能，正受到越来越广泛的关注。微网接入配电网后，改变了传 统配电网单电源辐射状结构，使之成为了含多电源的多端供电网络。微网作为集成了多种 不同特性的分布式电源和能量转换单元的复杂单元，其运行状态常常会发生变化，且与配 电网之间存在交互影响，这些都将直接影响整个配电系统运行特性和可靠性。因此，含微网 的配电系统可靠性评估与传统配电网可靠性评估相比将会发生重大变化。
[0003] 目前，国内外关于含分布式电源的配电网可靠性评估已有大量研究成果。对于含 微网配电网可靠性评估的研究成果则相对较少。首先建立DG和储能联合发电系统的可靠性 模型。然后在此基础上，基于蒙特卡罗时序模拟方法，提出了含微网配电网可靠性评估算 法，但该算法将孤岛考虑为确定性孤岛，且认为某次故障事件下，微网内所有负荷点的停运 时间均相同。针对配电网特点，在传统配电网故障模式后果分析(FMEA)过程中引入了馈线 容量束，以此为基础，结合微网的结构特征和功能特点，分别从故障位于微网外部和内部两 方面阐述了其FMEA过程，进而给出了模型的计算机评估流程，但并没有详细分析含微网配 电网与传统配电网可靠性评估的根本区别。通过研究基于故障影响遍历算法的可靠性评估 方法。通过建立区域网络图、节点邻接矩阵、故障影响矩阵，对含微网的复杂配电网进行了 可靠性评估，但评估过程未考虑微电源出力的随机特性，把微电源视为常规备用电源。这些 方法均只计及微网对其内部可靠性的影响而忽略对其外部配电网可靠性的影响，且均属于 面向元件的可靠性评估方法，即从以元件为研究对象，遍历其故障对各负荷点的停电影响 进而计算可靠性指标。
[0004] 传统配电网中，由于主电源和备用电源均为常规电源，通常认为其容量足够充裕， 因此仅需依据负荷点与各电源间路径的连通性即可确定故障对负荷点的停电影响，且同一 负荷点在故障事件下具有相同的停电类型，这可有效降低配电网可靠性评估的计算复杂 性;而对于含微网配电网，由于微电源多为间歇性分布式电源，发电具有随机特性，即使负 荷点与微电源之间保持连通，也不能保证对负荷完全可靠供电，因此需要综合考虑负荷点 与电源间路径的连通性以及微电源发电的充裕性，确定故障对负荷点的停电影响。另外，对 于同一含微网配电网的负荷点，其在故障事件下的停运模式会因微电源出力变化而变化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种用于含微网的复杂配电网（简称DNM)可靠性评估的路径 分割算法，它综合考虑了负荷点与电源间路径连通性、微电源发电充裕性以及微网与配网 间交互影响，可以较为快捷准确地实现对含微网的复杂配电网可靠性进行评估，具有较强 的实用性。该算法是从负荷点出发，基于故障模式后果分析，对含微网的配电网负荷点停电 影响类型进行划分，并引入负荷点故障激励集计算可靠性指标;依据负荷点与电源间的连 通性，将配电网元件归类到不同路径上形成负荷点的分类路径；以不同类型开关为分割开 关将负荷点分类路径分割为若干段，形成负荷点的故障激励集，进而计算负荷点及系统的 可靠性指标。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括以下内容：
[0007] 本发明提供的含微网的复杂配电网可靠性评估算法，包括以下步骤：
[0008] Stepl:形成含微网配电网的分块网络图，计算各节点的等效可靠性参数；
[0009] Step2:枚举一负荷点Lpi，形成分类路径Lii、L2i、L3i、L4i;
[0010] Step3:结合含微网配电网负荷点停电影响类型，采用基于路径分割的负荷点故障 激励集形成算法对负荷点Lp1的分类路径进行分割和存储，形成负荷点Lp1的故障激励集M、 Bi、Ci、Di、Ei;
[0011] Step4:当负荷点Lpi处于微电源供电能力区域时，基于时序Monte Carlo法的微电 源计算微电源对负荷点Lpi供电的概率；
[0012] Step5:计算负荷点Lp1的可靠性指标，并判断所有负荷点是否枚举完毕;若是，则计 算系统可靠性指标，否则，转步骤Step2。
[0013] 进一步，所述负荷点停电影响类型包括以下五种类型：
[0014] I类:在所述I类停电影响下，负荷点与主电源、微电源间的连通路径均被中断，若 故障被隔离后，主电源和微电源均不能对其恢复供电；在所述I类停电影响下负荷点的停电 时间为故障修复时间t rap;
[0015] Π 类:在所述Π 类停电影响下，负荷点到主电源、微电源间的路径均被中断，若故 障经隔离开关隔离后，负荷点由主电源对其供电，在所述Π 类停电影响下负荷点停电时间 为故障隔离时间tis。；
[0016] m类:在所述m类停电影响下，负荷点处于由隔离开关进行故障隔离而形成的微 电源供电能力区域内；若微电源对负荷点恢复供电，则停电时间为(t iscl+ta )，否则停电时间 为trap;在所述m类停电影响下负荷点停电时间按照以下公式来计算：
[0017] (tis〇+ta)q(1)+trep(l-q(1));
[0018] 其中，q(1)为m类停电影响下微电源对负荷点供电的概率，ta为微电源启动时间；
[0019] IV类:在所述IV类停电影响下，负荷点处于PCC点开断而形成的微电源供电能力区 域内，若负荷点能由微电源恢复供电，则其停电时间为t a;若负荷点不能由微电源恢复供 电，也不能由主电源恢复供电，则停电时间为tre3P;在所述IV类停电影响下负荷点停电时间 按照以下公式来计算：
[0020] taq(2)+trep(l-q⑵)；
[0021] 其中，q(2)为IV类停电影响下微电源对负荷点供电的概率；
[0022] V类:在所述V类停电影响下，负荷点处于PCC点开断而形成的微电源供电能力区 域内，若负荷点能由微电源恢复供电，则其停电时间为ta;若负荷点无法由微电源恢复供 电，若通过隔离开关隔离故障转由主电源能恢复供电，则停电时间Stlsci;在所述V类停电 影响下负荷点停电时间按照以下公式来计算：
[0023] taq(3)+tis〇(l-q(3));
[0024] 其中，q(3)为V类停电影响下微电源对负荷点供电的概率。
[0025] 进一步，所述分类路径Lu、L2i、L3i和L4i按照以下方式形成：
[0026] ①第一集合Sli = SPun SP2i:主最短路与微最短路公共路径上节点的集合；
[0027] ②第二集合S2i = SPli n (S-SP2i):在主最短路上但不在微最短路上的节点集合；
[0028] ③第三集合S3i= (S-SPli) n SP2i:不在主最短路上但在微最短路上的节点集合；
[0029] ④第四集合S4i= (S-SPli) n (S-SP2i):既不在主最短路上也不在微最短路上的节 点集合。
[0030] 其中，S为DNM网络空间图中所有节点构成的集合，S中节点按编号由小到大排列；
[0031] SPli为主电源和微电源到负荷点Lpi主最短路径；
[0032] SP2i为主电源和微电源到负荷点Lpi微最短路径。
[0033] 进一步，所述第四集合S41中节点包括处于分支馈线上的彼此不相连的孤立节点， 以及由多条路径1^组成的路径集。
[0034] 进一步，所述负荷点Lpi的故障激励集Ai、Bi、Ci、Di、Ei按照以下基于路径分割算法 形成：
[0035] S31:形成负荷点Lpi的分类路径Lu、L2i、L3i、L4i;
[0036] 332:选择不同类型开关作为分割开关分别对1^、1^、1^、1^进行分割，确定负荷点 Lpi的故障激励集：
[0037] S321:对于路径Lli，无需分割，直接存入Ai;
[0038] S322:对于路径L2i，采用如下的方法进行分割和存储：
[0039]若L2i上包含有PCC，则以PCC为分割开关将L2i分割为两段，接着将沿以主电源为起 点的潮流方向即从PCC到L21末端中以隔离开关为分割开关进行分割；
[0040] 若L2i上不包含PCC，则以隔呙开关为分隔将L2i进行分割；
[0041] 对分割得到的各段的末端按照以下方式进行判断：
[0042] S3221:若末端与隔离开关直接相连，则存入Ci;
[0043] S3222:若末端与PCC直接相连，则存入Di;
[0044] S3223:若末端既不与隔离开关也不与PCC直接相连，则存入A1;
[0045] S323:对于路径L3i，采用如下方法进行分割和存储：
[0046]若L31上含PCC或断路器，则以离L31末端最靠近的PCC或断路器为分割开关将其分 割为两段，接着以从分割开关到L3i末端之间的隔离开关为分割开关进行分割；
[0047] 若L31上不含PCC和断路器，则以隔离开关为分割开关将L31进行分割；
[0048] 对分割得到的末端按照以下方式进行判断：
[0049] S3231:若末端与隔离开关直接相连，则将该段存入Bi;
[0050] S3232:若末端与PCC或断路器直接相连，则该段不进行存储；
[0051] S3233:若末端与隔离开关、断路器、PCC均未直接相连，则将该段存入Ai;
[0052] S324:对于路径L4i，采用如下方法进行分割和存储：
[0053] S3241:对位于微网外部的部分，以离末端最靠近的隔离开关除外的开关为分割开 关进行分割，对每段的末端进行判断:若末端与隔离开关直接相连，则当1^为微网内部负荷 点时，存入E1;当Lp1为微网外部负荷点时，存入B1;若末端不与隔离开关直接相连，则不进行 存储；
[0054] S3242:对位于微网内部的部分，当LPi为微网内部负荷点时，以离其末端最靠近的 隔离开关除外的开关为分割开关进行分割，对每段的末端进行判断:若末端与隔离开关直 接相连，存入B1;若末端不与隔离开关直接相连，不进行存储；当Lp1为微网外部负荷点时，对 路径L 41不进行分割和存储；
[0055] S33:将路径!^、!^、!^、!^的各分段分类汇总力成负荷点匕的故障激励集仏几、 Ci、Di、Ei〇
[0056] 进一步，还包括对故障激励集Ai、Bi、Ci、Di、Ei按照以下方式进行可靠性指标的计 算：
[0057]
[0058]
[0059] 式中，Ii=Ai U Bi U Ci U Di U Ei ;Ak、tk分别为节点k的等效故障率和等效平均修复时 '沾"分别表示在节点k故障所引起的m、iv、v类停电影响下微电源对负荷点 Lp1供电的概率;,表示负荷点LPl的年停运率;t/h表示年平均停电时间;K表示第k个子块。
[0060] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0061] 本发明是在传统配电网的故障模式后果分析法(FMEA)基础上，考虑到:一方面，对 于含微网配电网，由于微电源(微网内部电源)多为间歇性分布式电源，发电具有随机特性， 若同传统配电网可靠性评估一样，仅考虑负荷点与各电源间点连通性，忽略微电源出力的 随机特性来确定故障对负荷点停电影响，会造成评估结果不准确;另一方面，传统FMEA法是 面向配电网元件，即以元件为研究对象，遍历其故障对各负荷点的停电影响进而计算可靠 性指标，对于大型复杂配电网而言，计算复杂性较大。因此，本发明提出了一种适用于含微 网配电网可靠性评估的路径分割算法，此方法不仅考虑了考虑负荷点与电源间路径的连通 性，还考虑了微电源发电随机特性对故障模式后果的影响，并创新提出面向负荷点的可靠 性评估方法，即以负荷点为遍历对象，基于负荷点停电影响类型，遍历出对各负荷点产生各 类停电影响的故障模式，进而计算可靠性指标。由于负荷点的数量规模远小于配电网元件 的数量规模，因此该方法与传统的面向元件的方法相比，具有较小的计算复杂性。
[0062] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和 获得。
【附图说明】
[0063] 本发明的【附图说明】如下：
[0064] 图1为含微网配电网分块网络图；
[0065]图2为含微网配电网网络空间图；
[0066]图3为负荷点分类路径示意图；
[0067]图4a负荷点故障激励集元素的^故障判别说明。
[0068]图4b负荷点故障激励集元素的^故障判别说明。
[0069]图4c负荷点故障激励集元素的r3故障判别说明。
[0070]图4d负荷点故障激励集元素的r4故障判别说明。
[0071]图5a路径L2i分割与存储说明。
[0072]图5b路径L3i分割与存储说明。
[0073] 图5c路径Lpi微网内部负荷点分割与存储说明。
[0074] 图5d路径L5i微网外部负荷点分割与存储说明。
[0075]图6为DNM可靠性评估的路径分割算法流程图；
[0076]图7为算例系统图；
[0077]图8a微网所在地区的风速数据。
[0078]图8b微网所在地区的辐照强度数据。
[0079]图8c微网所在地区的温度数据。
[0080]图8d微网所在地区的负荷数据。
[0081]图中，1表示微电网与配电网的公共连接点；2表示断路器;3表示熔断器;4表示手 动隔离开关;5表不自动切换开关;6表不微电源。
【具体实施方式】
[0082]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0083] 实施例1
[0084] 如图所示，根据本实施例提供的含微网配电网分块网络图和微网配电网网络空间 图可知DNM的网络空间图及其矩阵表示的具体内容如下：
[0085] 配电网中相邻开关间的区域所包含的元件在可靠性逻辑上可进行合并，称这些区 域为分块。以分块为节点，以开关为边，对DNM的网络拓扑结构进行描述，形成图:G= (V，E) 称为D匪的网络空间图。V中的元素 Vi称为节点，用以对应D匪中各分块;E中的元素 Ek称为边， 用以描述各相邻分块间所连接的开关，不同类型的开关对应的边具有不同的权值。
[0086]若图G中包含1条边，称矩阵A= (aij)3xlSG的三元组表形式存储的节点邻接矩阵 (以下简称节点邻接矩阵）。其中A第j列的三个元素 a小a2j、a幻分别用于存储G的第j条边的 首节点(父节点）编号、末节点(子节点）编号及权值，且中任一条边经断路器、隔离 开关、熔断器、PCC、自动切换开关相连时，其权值分别为1、2、3、4、5。
[0087] 按上述定义可形成图1所示DNM的网络空间图，图中，1表示微电网与配电网的公共 连接点；2表示断路器;3表示熔断器;4表示手动隔离开关;5表示自动切换开关;6表示微电 源；图中虚线框表示一个分块;如图2所示，其中IN 1Q分别为主电源节点和微电源节点，N3、 N4、N8、N9、N12、N14分别为负荷点L P1~LP6所在节点。图中数字表示网络空间图中的各边对应的 权值;用书占 NJi = H…」4)下标耒元I编号，则图2对应的节点邻接矩阵为：
[0088]
[0089]其中，最短路及其形成具体如下：
[0090] DNM网络空间图G中任意两节点化和化之间的最短路用该路径上所含节点的编号的 集合表示，记作集合SPij。以图2中主电源节点到节点N 6的最短路SPu= {1，2，5，6}为例，说 明G中任意两节点间最短路的形成过程:①从节点N6出发，搜索其父节点，方法如下:搜索矩 阵A第2行中的"6"元素，并记录其所在列号为5,然后从第1行中搜索第5列的元素为"5"，则 节点N6的父节点即为节点N5;②判断节点N5不为主电源节点，则按相同的方法搜索节点N5的 父节点为N 2;③判断犯不为主电源节点，则搜索节点N2的父节点为N1即主电源节点，搜索终 止。因此，主电源节点到节点N 6的最短路为{1，2，5，6}。
[0091 ] DNM可靠性评估的路径分割算法如下：
[0092] 如图1所示，以图1所示的含单一微网、单一微电源(微网内部电源，DG和储能组成 的联合发电单元）的配电网为例，本实施例提供的含微网配电网可靠性评估算法的计算条 件如下：
[0093] ①微网能实现孤岛和并网两种运行模式的有效转换，即孤岛失效的概率为0。
[0094] ②正常情况下，微网处于并网运行模式，由微电源和主网电源（简称主电源）共同 对负荷供电。
[0095] ③当故障导致主电源到PCC点最短路径发生中断时，PCC点可在控制器的控制下瞬 时自动开断，微网由并网运行模式切换到孤岛运行模式，由微电源对微网内部负荷供电以 尽量缩小停电范围。
[0096] ④当故障导致PCC点到微电源最短路径发生中断时，PCC点也可在控制器的控制下 瞬时自动开断，微网实现孤岛运行，以尽量减少微网内部故障对微网外部负荷点的停电影 响。
[0097]本实施例提供的DNM负荷点停电影响类型划分具体如下：
[0098] 对于传统配电网：①可根据停运时间类型将负荷点停电影响划分为A、B、C、D四类； ②由于主电源和备用电源均为常规电源，为了降低计算复杂性，通常不考虑其发电充裕性， 仅依据与电源间路径的连通性来确定负荷点停电影响类型;③同一负荷点在相同故障下具 有相同的停电影响类型。
[0099] 对于D匪:①由于微网电源(微电源)多为间歇性电源，其停电影响类型的确定除了 考虑供电路径的连通性外，还需考虑微电源发电的充裕性;②同一负荷点在相同故障下的 停电影响类型通常具有随机性。
[0100] 基于故障模式后果分析，综合考虑负荷点与电源间路径的连通性以及微电源发电 充裕性，定义以下5种D匪负荷点停电影响类型：
[0101] I类:该类停电影响下，负荷点与主电源、微电源间的连通路径均被中断，故障被隔 离后，主电源和微电源均不能对其恢复供电。因此，在I类停电影响下该负荷点的停电时间 为故障修复时间trap。
[0102] Π 类:该类停电影响下，负荷点到主电源、微电源间的路径均被中断，故障经隔离 开关隔离后，该负荷点可由主电源对其供电。因此，在Π 类停电影响下该负荷点停电时间为 故障隔离时间tis。。
[0103] m类:该类停电影响下，负荷点处于由隔离开关进行故障隔离而形成的微电源供 电能力区域内。若此时，微电源能对该负荷点恢复供电，则其停电时间为(t lscl+ta)，否则其停 电时间为tre3p。设该类停电响应下微电源对该负荷点供电的概率为q (1)，则该负荷点在该类 停电影响下的停电时间可表示为其中，ta为微电源启动时间。
[0104] IV类:该类停电影响下，负荷点处于PCC点开断而形成的微电源供电能力区域内。 若此时，该负荷点能由微电源恢复供电，则其停电时间为t a;若此时，该负荷点不能由微电 源恢复供电，也不能由主电源恢复供电，则其停电时间为tre3P。设该类停电响应下微电源对 该负荷点供电的概率为q (2)，则该类停电影响下，该负荷点的停电时间可表示为:taq(2)+t rep (卜q⑵)；
[0105] V类:该类停电影响下，负荷点处于PCC点开断而形成的微电源供电能力区域内。 若此时，该负荷点能由微电源恢复供电，则其停电时间为t a;若此时，该负荷点无法由微电 源恢复供电，但可以通过隔离开关隔离故障转由主电源能对其恢复供电，则其停电时间为 tls。。设该类停电响应下微电源对该负荷点供电的概率为q(3)，则该类停电影响下，该负荷点 的停电时间可表示为:t a q(3)+tis〇(l-q(3))。
[0106] 基于负荷点与电源间连通性的路径分类具体如下：
[0107] 在DMl中，主电源能否对负荷点供电仅需根据连通性判别就可以确定，而微电源则 不同，除了连通性判别还需考虑微电源发电的充裕性。因此，故障发生在负荷点到主电源的 供电路径上与发生在该负荷点到微电源的供电路径上对该负荷点造成的停电影响不同，这 种不同主要体现在故障发生后负荷点可由主电源还是微电源对其恢复供电。
[0108] 设S为EWM网络空间图中所有节点构成的集合（S中节点按编号由小到大排列）， SPu、SP2l分别为主电源和微电源到负荷点1^最短路径(分别称为主最短路和微最短路），可 根据节点所在位置定义以下4个集合:① S11 = SP11 n SP21:主最短路与微最短路公共路径上 节点的集合;(DS2i=SPli n (S-SP2i):在主最短路上但不在微最短路上的节点集合;③S3i = (S-SPli) n SP2i:不在主最短路上但在微最短路上的节点集合;④S4i =( S-SPli) n (S-SP2i): 既不在主最短路上也不在微最短路上的节点集合。
[0109] 将上述4个集合所形成的路径称为负荷点Lp1的分类路径，分别记作Lu、L2l、L3l、 L41。这里需要说明的是，由于集合S41中节点通常处于分支馈线上，可能存在彼此不相连的 孤立节点，因此路径L 41通常是由多条路径组成的路径集。例如，可得到图2中的负荷点Lp3的 分类路径分别为 :L13={7,8}、L23={1，2,5,6}、L33={9，10}、L43={{3}，{4}，{11，12}，{11， 13，14}}(如图3所示）。路径L 43的形成过程:求集合S43= {3，4,11，12,13,14}中每个节点的 父节点。节点N3、N4、Nll的父节点均不属于集合S43,可形成路径{3}、{4}和{11};节点Nl2和节 点N 13的父节点均为N11，且N11属于集合S43,则可形成路径Ul，12}和{11，13};节点N 14的父节 点N13属于集合S43,可形成路径{13,14}。其中路径{11，13}和{13,14}可以合并为路径{11， 13，14}。因此，集合54 3所形成的路径1^={{3}，{4}，{11，12}，{11，13，14}}。
[0110] 由上述定义可知，不同分类路径上节点故障对负荷点与电源间的连通性将会造成 不同影响，进而影响电源对该负荷点的供电。比如，当路径L 13上出现故障时，负荷点Lp3与主 电源和微电源的连通路径均被中断；当路径L23上出现故障时，负荷点与主电源的连通路径 被中断，但与微电源仍然保持连通。
[0111] 其中，负荷点故障激励集的定义具体如下：
[0112] 故障后对负荷点Lpi造成的停电影响类型为I、n、m、IV、V的节点集合称为负荷点 LPi的1、11、111、1￥、￥类故障激励集，分别记作用41几、(^^。集合41几、(^^冲元素 分别称为负荷点Lp i的I、π、m、iv、V类故障激励节点。
[0113] 负荷点故障激励集元素的判别机理如下：
[0114] 结合图4a_d，以负荷点Lp1为例，综合考虑负荷点与电源间路径的连通性以及微电 源发电的充裕性，给出其5类故障激励集节点的判别机理：
[0115] (1)如图4a所示，对V ITGZii故障，负荷点Lp1与主、微电源间的供电路径均被中断， 只有当ri被修复，负荷点Lpi才会恢复供电。因此，V 21 e為，即及。
[0116] (2)如图4b所示，对V r: G Z2,故障，主电源对负荷点Lpi的供电路径被中断，负荷点 Lpi仅可能由微电源供电。以La表示r2到负荷点Lpi的最短路与r 2到微电源的公共路径，分析 可知：
[0117]①若La上含PCCJljr2故障时，负荷点Lp1位于PCC开断而形成的微电源供电能力区 域内，则r2eDi;
[0118] ②若La上无 PCC:若有隔离开关，则r2故障时，该隔离开关动作对故障进行隔离，负 荷点Lp1处于由隔离开关进行故障隔离而形成的微电源供电能力区域内，则r 2ec1;若无隔 离开关，则r2eAi。
[0119] (3)如图4c所示，对V r G Z ,故障，微电源对负荷点LPi的供电路径被中断，负荷点 Lp1仅可能由主电源供电。以Lb表示r3到负荷点Lp1的最短路与r 3到主电源的最短路的公共路 径，分析可知：
[0120] ①若Lb上含PCC或断路器，则η故障时，故障会被瞬时隔离，负荷点Lpi不会停电；
[0121] ②若Lb上无 PCC、无断路器:若有隔离开关，故障会被隔离，则r3eB1;若无隔离开 关，则r 3eAi〇
[0122] (4)如图4d所示，对V 2?e Z4,故障：
[0123] ①当r4位于微网外部时，设N1Sr4到负荷点Lpi的最短路与主最短路的公共路径的 首端节点，U表示^到见的最短路:a.若LcJl只有隔离开关可隔离故障，则：当负荷点Lp 1位于 微网外部时，r4eBi;当负荷点Lpi位于微网内部时， r4eEi;b.若L。上还有其它开关可以隔离 故障，则Lpi不会停电；
[0124] ②当r4为位于微网内部时，设N2Sr4到Lpi的最短路与微最短路的公共路径的首端 节点，Ld表示r 4?N2的最短路:a.若Ld上只有隔离开关可隔离故障，则当负荷点LPlfe于微网 外部时，r 4故障其不会停电，当负荷点Lp1位于微网内部时，r4eB1;b.若L d上还有其它开关可 隔离故障，则Lp1不会停电。
[0125] 基于上述负荷点Lp1故障激励集元素的判别机理，可归纳得到其各类故障激励集 八^8^(^、〇131的形成步骤如下 ：
[0126] Stepl:形成负荷点Lpi的分类路径Lii、L2i、L3i、L4i。
[0127] St印2:选择不同类型开关作为分割开关分别对!^、!^、!^、!^进行分割^角定负荷 点Lpi的各类故障激励集：
[0128] ①对于路径Lu，无需分割，直接存入A1。
[0129] ②如图5a所示，对于路径L21，采用如下的方法进行分割和存储：图中，QS表示隔离 开关，QF断路器，FU表示熔断器；
[0130] 若L2i上含PCC，则以PCC为分割开关将L2i分割为两段，接着将其中PCC到L2i末端(顺 着主电源为起点的潮流方向看）的这一段以隔离开关为分割开关分割为若干段（当L 21上无 隔离开关时无需分割）；
[0131]若L21上不含PCC，则以隔离开关为分隔将L21分割为若干段（当L21上无隔离开关时 无需分割）。
[0132] 对按上述方法将分割得到的各段的末端进行判断：
[0133] 1)若末端与隔离开关直接相连，则将该段存入C1;
[0134] 2)若末端与PCC直接相连，则将该段存入Di;
[0135] 3)若末端既不与隔离开关也不与PCC直接相连，则将该段存入A113
[0136] 下面以负荷点Lp3的分类路径L23=U,2,5,6}为例进行说明：
[0137] 第一步：判断路径L23上是否含PCC，即判断L23上两两节点间的边权是否含元素 "4"。比如，节点NdPN 6之间是否含PCC可按如下方法判断:搜索矩阵A中第一行元素等于"5" 且第2行元素等于"6"的列向量，判断该向量第3行元素为"4"，即表明节点NdPN 6之间含PCC。
[0138] 第二步：由于路径L23上含PCC，因此以PCC为分割开关将其分割为2段:L23 (1 ) = { 1， 2,5}、L23(2) = {6}〇
[0139] 第三步:判断PCC到路径L23末端这一段，即路径L23⑵上是否含隔离开关，判断方 法可仿照第一步中路径L 23是否含PCC的判断。由于路径L23(2)上仅有一个节点，显然其不含 隔离开关，因此无需再对路径L 23(2)进行分割。这样之后，路径L23就只被分为2段:L23(I) = {l，2,5}、L23(2) = {6}〇
[0140] 第四步:对上述分割得到的各分段路径L23(1) = {1，2,5}、L23(2) = {6}的末端按如 下方法进行判断:①对于L23(1 )，求其末端节点N5到微电源节点的最短路为{5，6,7，9,10}， 由于{5，6}上含PCC，表明L 23 (1)的末端与PCC直接相连，因此将L23 (1)直接存入集合D3;②对 于L23(2)，求其末端节点N6到微电源节点的最短路为{6，7，9，10}，由于路径{6，7}上含隔离 开关，表明L 23 (2)的末端与隔离开关直接相连，因此将L23 (2)直接存入集合C3。
[0141] ③如图5b所示，对于路径L31，采用如下方法进行分割和存储：
[0142] 若L31上含PCC或断路器，则以离L31末端(顺着微电源为起点的潮流方向）最靠近的 PCC或断路器为分割开关将其分割为两段，接着将其中分割开关到L3i末端的这一段以隔离 开关为分割开关，分割为若干段，当L3i上不含隔尚开关时无需分割；
[0143]若L3i上不含PCC和断路器，则以隔尚开关为分割开关将L3i分割为若干段，当L3i上 不含隔离开关时无需分割。
[0144] 对按上述方法分割得到的各段的末端进行判断：
[0145] 1)若末端与隔离开关直接相连，则将该段存入Bi;
[0146] 2)若末端与PCC或断路器直接相连，则该段不进行存储；
[0147] 3)若末端与隔离开关、断路器、PCC均未直接相连，则将该段存入Ai;
[0148] ④对于路径L41，采用如下方法进行分割和存储：
[0149] 1)对其位于微网外部的部分，以离其末端(逆着主电源为起点的潮流方向看)最靠 近的隔离开关除外的开关为分割开关将其分割为两段，对每一段的末端进行判断:若末端 与隔离开关直接相连，则当Lp1为微网内部负荷点时(如图5c所示），将该段存入E1，当Lp 1为微 网外部负荷点时(如图5d所示），将该段存入B1;若末端不与隔离开关直接相连，该段不进行 存储；
[0150] 2)对其位于微网内部的部分，当Lp1为微网内部负荷点时（如图5c所示），以离其末 端(逆着微电源为起点的潮流方向看)最靠近的隔离开关除外的开关为分割开关将其分割 为两段，对每一段的末端进行判断:若末端与隔离开关直接相连，将该段存入B1;若末端不 与隔离开关直接相连，该段不进行存储；当Lp 1为微网外部负荷点时(如图5d所示），无需对路 径L4i进行分割和存储。
[0151] Step3:将路径!^、!^、!^、!^的各分段分类汇总力成负荷点匕的故障激励集仏、 Bi、Ci、Di、Ei〇
[0152] 可靠性指标的计算具体步骤如下：
[0153] 集合41几、(^几土形成后，负荷点1^的年停运率1、年平均停电时间￡^,的计算 模型如T·
[0154]
[0155]
[0163] 实施例2
[0164] 本实施例结合附图作进一步说明，具体如下：
[0165] 以IEEE-RBTS BUS 6主馈线F4为基础进行修改形成含微网的配电系统，并对其进 行可靠性评估。该系统的接线图如图7所示，系统中有23个负荷点，系统峰荷为10.9284MW， 总平均负荷4.8155MW，负荷曲线采用IEEE-RTS系统年度时序负荷曲线。图中编号1-37分别 表示该网络中各元件的编号;还包括设置系统的电气和可靠性参数。
[0166] 微网与配网的公共连接点PCC位于线路17的末端，微网内部峰荷为3.8096MW，总平 均负荷为1.6596MW。微电源为风机、光伏电池组、微型燃气轮机以及蓄电池组组成的发电系 统。其中，风机的切入风速、额定风速和切除风速分别为2.5m/s、12m/s、18m/s;光伏电池的 功率温度系数为〇. 0045;蓄电池组的最大充、放电功率均为4MW，充放电效率均为90%、最大 和最小储能容量分别为20MW · h和IMW · h。分布式电源和储能的故障率均取0.4次/a，平均 修复时间取20h/次。微电源自启动时间取0.5h。微网所在地区的风速、太阳辐照强度、光伏 电池板环境温度数据及负荷曲线如图8所示。
[0167] 采用可靠性评估算法对不同微电源容量配置方案下的上述算例系统进行可靠性 评估，评估结果见表1。其中，方案1对应无微网情况下的原始配电网；方案2~5对应的微网 总安装容量均为4MW。
[0168] 表1不同微电源容量配置方案下的系统可靠性评估结果
[0170]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种含微网的复杂配电网可靠性评估算法，其特征在于:包括以下步骤： Stepl:形成含微网配电网的分块网络图，计算各节点的等效可靠性参数； Step2:枚举一负荷点Lpi，形成分类路径Lii、L2i、L3i、L4i; Step3:结合含微网配电网负荷点停电影响类型，采用基于路径分割的负荷点故障激励 集形成算法对负荷点LPl的分类路径进行分割和存储，形成负荷点LPl的故障激励集AnBi、 Ci、Di、Ei; Step4:当负荷点Lpi处于微电源供电能力区域时，基于时序Monte Carlo法的微电源计 算微电源对负荷点Lpi供电的概率； Step5:计算负荷点LPl的可靠性指标，并判断所有负荷点是否枚举完毕;若是，则计算系 统可靠性指标，否则，转步骤Step2。2. 如权利要求1所述的含微网的复杂配电网可靠性评估算法，其特征在于:所述负荷点 停电影响类型包括以下五种类型： I类:在所述I类停电影响下，负荷点与主电源、微电源间的连通路径均被中断，若故障 被隔离后，主电源和微电源均不能对其恢复供电；在所述I类停电影响下负荷点的停电时间 为故障修复时间trap; Π 类:在所述Π 类停电影响下，负荷点到主电源、微电源间的路径均被中断，若故障经 隔离开关隔离后，负荷点由主电源对其供电，在所述Π 类停电影响下负荷点停电时间为故 障隔呙时间tis。； m类:在所述m类停电影响下，负荷点处于由隔离开关进行故障隔离而形成的微电源 供电能力区域内；若微电源对负荷点恢复供电，则停电时间为（t iscl+ta )，否则停电时间为 traP;在所述m类停电影响下负荷点停电时间按照以下公式来计算： (tiso+ta)q(1) + trep(l-q(1))； 其中，q(1)为m类停电影响下微电源对负荷点供电的概率，ta为微电源启动时间； IV类：在所述IV类停电影响下，负荷点处于PCC点开断而形成的微电源供电能力区域 内，若负荷点能由微电源恢复供电，则其停电时间为ta;若负荷点不能由微电源恢复供电， 也不能由主电源恢复供电，则停电时间为t re3P;在所述IV类停电影响下负荷点停电时间按照 以下公式来计算： taq(2)+trep(l-q(2)); 其中，q(2)为IV类停电影响下微电源对负荷点供电的概率； V类：在所述V类停电影响下，负荷点处于PCC点开断而形成的微电源供电能力区域 内，若负荷点能由微电源恢复供电，则其停电时间为ta;若负荷点无法由微电源恢复供电， 若通过隔离开关隔离故障转由主电源能恢复供电，则停电时间St ls。;在所述v类停电影响 下负荷点停电时间按照以下公式来计算： taq(3)+tis〇(l-q(3)); 其中，q(3)为V类停电影响下微电源对负荷点供电的概率。3. 如权利要求1所述的含微网的复杂配电网可靠性评估算法，其特征在于:所述分类路 径Lh、L2i、L3i和L4i按照以下方式形成： ① 第一集合Su = SPu n SP2i:主最短路与微最短路公共路径上节点的集合； ② 第二集合s2i=sPun(s-sp2i):在主最短路上但不在微最短路上的节点集合； ③ 第三集合S3i= (S-SPU) n sp2i:不在主最短路上但在微最短路上的节点集合； ④ 第四集合s4i = ( s-spu ) n (s-sp2i):既不在主最短路上也不在微最短路上的节点集 合； 其中，S为D匪网络空间图中所有节点构成的集合，S中节点按编号由小到大排列； SPu为主电源和微电源到负荷点Lpi主最短路径； SP2l为主电源和微电源到负荷点LPl微最短路径。4. 如权利要求3所述的含微网的复杂配电网可靠性评估算法，其特征在于:所述第四集 合S4l中节点包括处于分支馈线上的彼此不相连的孤立节点，以及由多条路径L 4l组成的路 径集。5. 如权利要求1所述的含微网的复杂配电网可靠性评估算法，其特征在于:所述负荷点 LPl的故障激励集仏几义几上按照以下基于路径分割算法形成： S31:形成负荷点Lpi的分类路径Lu、L2i、L3i、L4i; S32:选择不同类型开关作为分割开关分别对1^、1^、1^、1^进行分割，确定负荷点1^的 故障激励集： S321:对于路径Lu，无需分割，直接存入Ai; S322:对于路径L2l，采用如下的方法进行分割和存储： 若L2i上包含有PCC，则以PCC为分割开关将L2i分割为两段，接着将沿以主电源为起点的 潮流方向即从PCC到L2l末端中以隔离开关为分割开关进行分割； 若L2i上不包含PCC，则以隔呙开关为分隔将L2i进行分割； 对分割得到的各段的末端按照以下方式进行判断： S3221:若末端与隔离开关直接相连，则存入Ci; S3222:若末端与PCC直接相连，则存入Di; S3223:若末端既不与隔离开关也不与PCC直接相连，则存入仏； S323:对于路径L3l，采用如下方法进行分割和存储： 若L3l上含PCC或断路器，则以离L3l末端最靠近的PCC或断路器为分割开关将其分割为两 段，接着以从分割开关到L3l末端之间的隔离开关为分割开关进行分割； 若L3i上不含PCC和断路器，贝lj以隔尚开关为分割开关将L3i进行分割； 对分割得到的末端按照以下方式进行判断： S3231:若末端与隔离开关直接相连，则将该段存入Bi; S3232:若末端与PCC或断路器直接相连，则该段不进行存储； S3233:若末端与隔离开关、断路器、PCC均未直接相连，则将该段存入Ai; S324:对于路径L4l，采用如下方法进行分割和存储： S3241:对位于微网外部的部分，以离末端最靠近的隔离开关除外的开关为分割开关进 行分割，对每段的末端进行判断：若末端与隔离开关直接相连，则当LPl为微网内部负荷点 时，存入Ei;当L Pi为微网外部负荷点时，存入Bi;若末端不与隔离开关直接相连，则不进行存 储； S3242:对位于微网内部的部分，当LPl为微网内部负荷点时，以离其末端最靠近的隔离 开关除外的开关为分割开关进行分割，对每段的末端进行判断:若末端与隔离开关直接相 连，存入B1;若末端不与隔离开关直接相连，不进行存储；当L Pl为微网外部负荷点时，对路径 L4l不进行分割和存储； 333:将路径1^、1^、1^、1^的各分段分类汇总，形成负荷点1^的故障激励集41、1^、(^、 Di、Ei〇6.如权利要求1所述的含微网的复杂配电网可靠性评估算法，其特征在于:还包括对故 障激励集仏31、(：1、0131按照以下方式进行可靠性指标的计算 ：式中，Ii = Ai U Bi U Ci U Di U Ei ;Ak、tk分别为节点k的等效故障率和等效平均修复时间； ?2)' <3)分别表示在节点k故障所引起的m、iv、V类停电影响下微电源对负荷点LPi供 电的概率;4 P,.表示负荷点LPl的年停运率;，表示年平均停电时间;K表示第k个子块。
【文档编号】G06Q10/06GK106058859SQ201610518271
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】李登峰, 朱晟毅, 刘育明, 朱小军, 赵科, 文宇, 文一宇, 董光德, 蒋望, 王瑞妙, 刘玲
【申请人】国网重庆市电力公司电力科学研究院, 国家电网公司