[發明專利]基于蒙特卡洛模擬的電力系統可靠性評估系統及方法

在審

• 申請號: 201710551925.9
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107358352A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 李娜;王曉亮;朱振華;李明;韓建強;徐冉;王亞楠;張鵬
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司電力科學研究院;國網山東省電力公司檢修公司;山東中實易通集團有限公司;國家電網公司
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司37105
• 代理人: 劉乃東

1.一種基于蒙特卡洛模擬的電力系統可靠性評估系統，其特征是，包括集群服務器硬件系統，所述集群服務器硬件系統包括一臺主服務器即主站、多個子服務器即子站，多個子服務器分別與主服務器連接，其中主服務器作為管理節點，負責進行蒙特卡洛模擬、讀寫數據庫、分發計算任務以及統計計算結果；子服務器作為并行計算節點，負責讀取主服務器下發的采樣狀態實現并行計算，并將計算結果上傳至主服務器的數據庫。

2.一種基于蒙特卡洛模擬的電力系統可靠性評估方法，其特征是，包括以下步驟：

1)集群服務器硬件系統搭建

將一臺主服務器與多個子服務器電連接；集群服務器軟件采用windows操作系統，應用SQL server 2008數據庫實現主服務器與子服務器之間數據傳輸和存儲；

2)原始數據獲取及處理

從電網實時監測系統、設備管理信息系統、PMS系統等外部系統獲取系統及設備的基礎數據、歷史運行數據以及實時運行數據，建立系統實時運行的網絡結構圖；分析輸變電設備對象模型，通過相關接口設計與配置、從外部系統或裝置中有效獲取反映設備健康狀態指標的各類設備基礎數據，為進一步的評價判斷提供數據資源；

3)主服務器利用狀態采樣法實現蒙特卡洛模擬采樣

主服務器根據設備狀態評價結果計算系統各設備的故障率，負責進行固定循環次數的蒙特卡洛模擬，獲取采樣樣本，為進行并行計算任務分配及并行可靠性評估計算取得大量計算數據樣本；

4)并行計算任務分配

初始化工作完成后，主服務器把采樣表寫入數據庫，并啟動子服務器進行并行計算，各子服務器根據設定的并行分配任務獲取各自計算數據；

5)完成并行可靠性評估計算

各子服務器接受任務并獲取系統狀態后進行系統分析，通過潮流計算、最優切負荷等完成可靠性指標評估計算，并將計算結果返回主服務器，主服務器進行收斂控制，若未達到計算精度繼續等待，若計算精度已經達到，發送結束命令，并完成綜合可靠性指標的匯總及輸出。

3.如權利要求2所述的一種基于蒙特卡洛模擬的電力系統可靠性評估方法，其特征是，所述步驟3)包括：將一個系統中的每一個元件設定為只有故障狀態和運行狀態并且元件故障彼此獨立，S_i代表第i個元件的狀態，P_Fi表示其故障概率，抽取一個位于[0,1]間的均勻分布隨機數U_i，若U_i≥P_Fi，則i元件處于正常狀態，S_i＝0，反之，i元件處于故障狀態，S_i＝1，包含m個元件的系統狀態表示為S＝(S₁，S₂，……，S_m)，該系統狀態為正常狀態或者是故障狀態，當得到足夠數目的系統狀態樣本后，對同類故障狀態的樣本進行系統分析，然后更新可靠性指標，并計算樣本的方差系數，當方差系數小于預設的容許值時，則認為達到計算精度，可停止仿真；如未達到計算精度，還需采樣更多數目的系統狀態樣本，并重復上述計算直至收斂。

4.如權利要求2所述的一種基于蒙特卡洛模擬的電力系統可靠性評估方法，其特征是，所述步驟4)包括以下步驟：

(1)在并行模擬過程中假設：p設為被安排執行任務的并行服務器個數；每個服務器都有一個唯一的服務器編號(P_ID)i，范圍從0到(p-1)，P_ID＝0的服務器設為主服務器，其它的服務器為子服務器；I代表初始化工作，T代表一個Monte-Carlo模擬任務，C表示收斂控制，S代表仿真終止，F代表計算可靠性指標和輸出最終結果，下標表示服務器編號；

(2)在初始化工作I₀完成后，主服務器將n個狀態的Monte-Carlo模擬任務分配給各子服務器，這些任務被表示為T₁，T₂…T_p-1，各子服務器接受任務后，通過Monte-Carlo模擬獲取n個系統狀態，并對各同類故障狀態完成系統分析，以形成n個系統狀態下的可靠性指標。

5.如權利要求2所述的一種基于蒙特卡洛模擬的電力系統可靠性評估方法，其特征是，所述步驟5)包括：對整個電力系統進行基于蒙特卡洛模擬的可靠性并行評估計算，步驟為：

(1)各子服務器作為計算節點彼此獨立，各自按照從采樣表中取得的系統狀態，逐一進行潮流計算和切負荷模擬，得到變電站缺供電量等可靠性指標，并將結果寫入數據庫，完成模擬任務后，子服務器立即將結果傳給主服務器，并繼續進行下一次n個狀態的Monte-Carlo模擬任務；

(2)主服務器讀取各子服務器計算結果，并根據方差系數判斷是否收斂，若計算尚未結束則繼續等待子服務器傳回新的結果；反之，向子服務器發出停止模擬的命令S₀，所有子服務器將停止正在處理的任務，并將該次模擬的殘余結果發送給主服務器，主服務器執行F₀，完成可靠性指標計算,得到變電站期望缺供電量等綜合的可靠性指標并完成結果輸出。