[發(fā)明專利]一種配電網(wǎng)可靠性評估方法

有效

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• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107292502B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王朝明;馬春生
• 申請（專利權(quán)）人: 南京軟核科技有限公司
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
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1.一種配電網(wǎng)可靠性評估方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)元件可靠性建模：輸入元件的初始可靠性參數(shù)，在構(gòu)建參數(shù)矩陣的基礎(chǔ)上，采用基于頻率和持續(xù)時間法建立元件的等效模型，得到由元件構(gòu)成的子系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)；所述元件可靠性建模具體包括：

輸入可靠性參數(shù)，輸入的可靠性參數(shù)包括：容量矩陣C＝[c_i]_1×m、容量概率矩陣P＝[p_i]_1×m和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣R＝[λ_i]_1×m；

利用頻率和持續(xù)時間法，按照組合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對源系統(tǒng)等效模型組合得到可靠性模型，其中串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)組合，串聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：

并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：

其中，系統(tǒng)容量概率矩陣求解如下：

其中，p_i為元件處在狀態(tài)i的穩(wěn)態(tài)概率，即元件容量概率矩陣P的第i個元素，從而求得系統(tǒng)處于不同狀態(tài)下的頻率f_i及持續(xù)時間T_i：

2)負(fù)荷建模：采用基于二分法的聚類方法建立負(fù)荷模型，通過負(fù)荷的顯著性分析確定模型的最佳分級數(shù)，在此基礎(chǔ)上，利用快速排序和聚類分析方法建立對應(yīng)的負(fù)荷模型；所述負(fù)荷建模具體包括：

通過輸入的負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)集合，使用快速排序/聚類和分級計算的方法，建立負(fù)荷模型，具體如下：

(1)首先對負(fù)荷的N小時歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行快速排序，按照從小到大的順序形成排列數(shù)組L，將相同的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)歸并為一個，并對每個負(fù)荷數(shù)值對應(yīng)的原負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行計數(shù)，負(fù)荷形成數(shù)組L[i]對應(yīng)的負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目Num[i]；

(2)然后按照以下步驟通過聚類計算確定模型的顯著性水平：

步驟一，選取負(fù)荷級數(shù)N_c并計算每級負(fù)荷的平均初始值A(chǔ)_vi；

步驟二，計算length個負(fù)荷點(diǎn)L[k](k＝1,2,…,length)到各負(fù)荷級的距離D_k＝|A_vi-L[k]|；

步驟三，把離負(fù)荷級最近的負(fù)荷點(diǎn)歸并到該負(fù)荷級，然后計算各負(fù)荷級新的負(fù)荷值；

其中N_Ldi是第i負(fù)荷級的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)目，I_c是屬于該負(fù)荷級的負(fù)荷點(diǎn)集合；

步驟四，重復(fù)步驟二和步驟三，直到各負(fù)荷級的負(fù)荷值都在相鄰兩次迭代中保持不變，表明聚類已經(jīng)達(dá)到最優(yōu)，停止迭代計算；

步驟五，根據(jù)公式計算模型的顯著性水平；

其中，U表示模型的顯著性水平，d₀為負(fù)荷級間距離的最小值，σ_I為級內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差，所述級內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差是指同一負(fù)荷級內(nèi)各個負(fù)荷點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差的最大值；

(3)分級計算確定基于二分法的聚類負(fù)荷模型：

步驟一，取N_L＝1，N_H＝length；

步驟二，令N_Z＝[N_L+N_H/2]，分別取N_C＝N_Z-1、N_Z、N_Z+1，進(jìn)行聚類分析并存儲響應(yīng)的分析結(jié)果，同時得到模型的顯著性水平U₁、U₂、U₃；

步驟三，若U₂≥U₁且U₂≥U₃，則轉(zhuǎn)至步驟四；若U₁≤U₂≤U₃，則取U_L＝U_Z；若U₃≤U₂≤U₁，則取U_L＝U_H，如果U_L＝U_H，則轉(zhuǎn)至步驟四，否則轉(zhuǎn)至步驟二；

步驟四，分級計算結(jié)束，U₂對應(yīng)的分級、聚類方案最好，作為最終的負(fù)荷模型，對應(yīng)的最佳分級數(shù)位N_Z，最后得到的A_vi和N_Ldi即為第i負(fù)荷級的負(fù)荷值和負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目；則第i負(fù)荷級的概率為P_Li＝N_Ldi/N；

所建立的基于二分法的聚類負(fù)荷模型用上述求出的最佳分級數(shù)N_Z、各個負(fù)荷級的負(fù)荷值A(chǔ)_vi和負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目N_Ldi或概率P_Li來表示；

3)系統(tǒng)狀態(tài)選擇：采用狀態(tài)持續(xù)時間抽樣法確定元件或子系統(tǒng)在給定時間內(nèi)的元件狀態(tài)和狀態(tài)持續(xù)時間，從而組合得到系統(tǒng)的狀態(tài)和持續(xù)時間；所述系統(tǒng)狀態(tài)選擇具體包括：采用基于狀態(tài)持續(xù)時間抽樣法確定元件或子系統(tǒng)在給定時間內(nèi)的元件狀態(tài)和狀態(tài)持續(xù)時間，從而組合得到系統(tǒng)的狀態(tài)和持續(xù)時間；

基于狀態(tài)持續(xù)時間抽樣法所需要計算的充裕性指標(biāo)有：

切負(fù)荷概率PLC：

式中，n(s)是抽樣中s狀態(tài)的發(fā)生數(shù)；N_i是抽樣總數(shù)；F_i是多級負(fù)荷模型中第i級負(fù)荷水平下系統(tǒng)失效狀態(tài)的集合；T_i是第i負(fù)荷水平的時間長度，單位：小時；T是負(fù)荷曲線的總時間期間，單位：小時；NL是負(fù)荷水平分級數(shù)；

期望切負(fù)荷頻率EFLC：

式中，λ_j是元件離開狀態(tài)s的第j個轉(zhuǎn)移率；m(s)是離開狀態(tài)s的轉(zhuǎn)移率總數(shù)；

平均每次切負(fù)荷持續(xù)時間ADLC：

式中，C(s)是狀態(tài)s的負(fù)荷削減量，單位：MW；

期望缺供電量EENS：

缺電功率期望值EPNS：

4)系統(tǒng)狀態(tài)分析：采用基于直流潮流的最優(yōu)切負(fù)荷模型，在元件停運(yùn)導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)不滿足約束條件時，盡可能少的切除負(fù)荷，優(yōu)化變量為各負(fù)荷母線的切負(fù)荷量；所述系統(tǒng)狀態(tài)分析具體包括：采用基于直流潮流的最優(yōu)切負(fù)荷模型，目標(biāo)函數(shù)為切除負(fù)荷產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失最小，約束條件包括潮流方程、有功平衡方程、發(fā)電機(jī)出力約束、切負(fù)荷約束和線路潮流約束，目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：

約束條件方程式為：

T(S^k)＝A(S^k)(PG-PD(S^k)+C)

PG^min(S^k)≤PG≤PG^max(S^k)

0≤C≤PD(S^k)

|T(S^k)|≤T^max(S^k)

式中：S^k表示第k個強(qiáng)迫失效事件引起的系統(tǒng)狀態(tài)；T(S^k)為系統(tǒng)狀態(tài)S^k下的線路有功潮流矢量；A(S^k)為系統(tǒng)狀態(tài)S^k下線路有功潮流和母線注入功率之間的關(guān)系矩陣；PG為發(fā)電機(jī)輸出矢量，PG_i是它的元素；PD(S^k)為母線的負(fù)荷矢量，PD_i(S^k)是它的元素；C為母線負(fù)荷削減矢量，C_i是它的元素；PG^max(S^k)和PG^min(S^k)分別表示發(fā)電變量的上下限矢量；T^max(S^k)為線路額定有功功率矢量；W_i為反映母線重要性的權(quán)重因子；NG為發(fā)電機(jī)母線集合；

5)可靠性指標(biāo)綜合評估：根據(jù)上述步驟的結(jié)果，綜合配電網(wǎng)的各可靠性指標(biāo)，包括切負(fù)荷概率、切負(fù)荷頻率、平均每次切負(fù)荷持續(xù)時間、負(fù)荷切除期望值和電量不足期望值；通過參數(shù)攝動法確定對系統(tǒng)影響較大的元件，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)；所述可靠性指標(biāo)綜合評估具體包括：

系統(tǒng)嚴(yán)重程度指標(biāo)SI作為可靠性靈敏度分析的可靠性指標(biāo)代表，進(jìn)行可靠性靈敏度分析；

定義元件參數(shù)靈敏度為系統(tǒng)嚴(yán)重程度指標(biāo)SI增量和原件強(qiáng)迫停運(yùn)增量比值，其中，系統(tǒng)嚴(yán)重程度指標(biāo)SI和系統(tǒng)削減電量指標(biāo)BPECI為：

SI＝BPECI×60

BPECI＝EENS/L

L為系統(tǒng)年負(fù)荷最大值，單位MW；

統(tǒng)計各個節(jié)點(diǎn)的評估結(jié)果，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的次數(shù)和持續(xù)時間、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷值、系統(tǒng)切負(fù)荷值，計算相應(yīng)的可靠性指標(biāo)并進(jìn)行評價；通過參數(shù)攝動法，即改變某一元件的參數(shù)，所述參數(shù)包括如強(qiáng)迫停運(yùn)率或額定容量，其他條件完全相同下進(jìn)行系統(tǒng)可靠性評估；按照大小順序排序，確定對系統(tǒng)影響較大的元件，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)。