[發(fā)明專(zhuān)利]一種模塊化配電網(wǎng)可靠性分析與綜合評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811149732.1
• 申請(qǐng)日: 2018-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109447416B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫若萱;王旭;黃河;蘇麟;吳在軍;袁簡(jiǎn);竇曉波;王沐凡;閆安心;蔣科;晏陽(yáng);姜華;羅宇超;王球;李妍;黃崢;王庭華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué);中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司;國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司;國(guó)網(wǎng)江蘇電力設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司;國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院;國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/06
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專(zhuān)利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種模塊化配電網(wǎng)可靠性分析與綜合評(píng)估方法，包括以下步驟，其特征在于：

(1)根據(jù)模塊化配電網(wǎng)思想，其中模塊化配電網(wǎng)思想是將配電網(wǎng)供電區(qū)域按地理位置和地塊的用電需求像網(wǎng)格般劃分成一個(gè)個(gè)面積相近的小單元，稱(chēng)為供電單元，然后每個(gè)單元根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)狀況及供電可靠性需求，選擇相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及模塊組織結(jié)構(gòu)，依托模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)原則，其中模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)原則為配電網(wǎng)的一次設(shè)備按元件、子模塊、模塊三個(gè)層次劃分，然后以站、室、線(xiàn)、纜為基礎(chǔ)的模塊劃分方式對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行劃分；

步驟(1)中的以站、室、線(xiàn)、纜為基礎(chǔ)的模塊劃分方式為元件模塊劃分包含母線(xiàn)、變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、上級(jí)電源；模塊按“站、室、線(xiàn)、纜”的原則劃分為配電模塊、架空線(xiàn)路模塊、電纜模塊，其中，配電模塊包括10kV開(kāi)關(guān)站、環(huán)網(wǎng)室、配電室、箱式變電站、環(huán)網(wǎng)箱相關(guān)設(shè)計(jì)方案，架空線(xiàn)路按照導(dǎo)線(xiàn)選型及桿頭布置分類(lèi)，電纜模塊按照電纜材料和敷設(shè)方式分類(lèi)；子模塊由模塊根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)的供電路徑拆分而成，包括進(jìn)線(xiàn)子模塊和饋線(xiàn)子模塊，線(xiàn)子模塊不包含母線(xiàn)，饋線(xiàn)子模塊包含母線(xiàn)，如若供電路徑上的基礎(chǔ)模塊之間有聯(lián)絡(luò)關(guān)系，則將連接部分記為聯(lián)絡(luò)子模塊；

(2)構(gòu)建一種模塊化配電網(wǎng)的三維評(píng)估指標(biāo)體系；所述三維評(píng)估體系分為三個(gè)維度的一級(jí)指標(biāo)；所述一級(jí)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化，將每個(gè)指標(biāo)分為多個(gè)具有代表性的二級(jí)指標(biāo)；進(jìn)而構(gòu)建一種模塊化配電網(wǎng)的綜合評(píng)估模型，模塊化配電網(wǎng)的綜合評(píng)估模型包括可靠性模型、經(jīng)濟(jì)性模型和適應(yīng)性模型；

一級(jí)指標(biāo)包括可靠性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和適應(yīng)性指標(biāo)，所述可靠性指標(biāo)包括的二級(jí)指標(biāo)為評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)的系統(tǒng)平均停電頻率和平均供電可用率；所述經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包括的二級(jí)指標(biāo)為評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)的單位負(fù)荷年平均費(fèi)用；所述適應(yīng)性指標(biāo)包括的二級(jí)指標(biāo)為評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)模塊出線(xiàn)間隔占用數(shù)、線(xiàn)路負(fù)載率、線(xiàn)損值和供電能力裕度；

所述可靠性評(píng)估模型的方法包括：根據(jù)所述模塊化配電網(wǎng)的三維評(píng)估體系，建立了一種計(jì)及配電網(wǎng)多重故障、精準(zhǔn)量化負(fù)荷轉(zhuǎn)供時(shí)間、適用于規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的可靠性計(jì)算模型；利用“元件-子模塊-模塊”層層遞進(jìn)的方法，依次計(jì)算元件停運(yùn)概率、子模塊失效概率、年平均停電次數(shù)、負(fù)荷點(diǎn)用電有效度，最終計(jì)算可靠性指標(biāo)；

所述可靠性評(píng)估模型的方法包括：“元件-子模塊-模塊”層層遞進(jìn)的方法包括：

首先計(jì)算各元件的停運(yùn)概率ρ_i，假設(shè)元件i的年平均停電次數(shù)即故障率為λ_i(次/a),平均停電時(shí)間為t_i(h/次)，則：

其次，按照功能分別將主供路徑上的元件劃分到進(jìn)線(xiàn)子模塊I，饋線(xiàn)子模塊O，聯(lián)絡(luò)子模塊T；

若子模塊由一組串聯(lián)元件i構(gòu)成集合φ，則：

式中，λ_φ、ρ_φ、t_φ分別表示φ的等效年平均停電次數(shù)、等效平均停電時(shí)間、等效停運(yùn)概率；

考慮多重停運(yùn)與負(fù)荷轉(zhuǎn)供，則各子模塊的失效概率按照如下公式計(jì)算：

式中，I₁、T₁、O₁分別表示進(jìn)線(xiàn)子模塊、聯(lián)絡(luò)子模塊、饋線(xiàn)子模塊的主用路徑上各串聯(lián)元件的集合；E[t_I]、E[t_T]、E[t_O]分別表示各子模塊等效失效時(shí)長(zhǎng)的期望值；分別表示各子模塊的失效概率；

若某子模塊存在N路備用路徑，則當(dāng)主用路徑發(fā)生停運(yùn)后，通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)供恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，考慮系統(tǒng)發(fā)生多重故障的情況，則在負(fù)荷轉(zhuǎn)供時(shí)，N路備用路徑需按優(yōu)先級(jí)順序依次投切；

E[t_I]＝(1-ρ_I2)T_I2+…+ρ_I2ρ_I3…ρ_I(N-1)(1-ρ_IN)T_IN+ρ_I2…ρ_INt_I1

式中，I₂,I₃,…,I_N分別表示進(jìn)線(xiàn)子模塊的N路備用路徑上各串聯(lián)元件的集合，ρ_I2,ρ_I3,…,ρ_IN分別表示I₂,I₃,…,I_N的等效停運(yùn)概率，T_I2,T_I3,…,T_IN分別表示投切至第N路備用路徑所需要的平均操作時(shí)間，t_I1表示I₁的等效平均停運(yùn)時(shí)間；

以此類(lèi)推，饋線(xiàn)子模塊和聯(lián)絡(luò)子模塊也滿(mǎn)足上述關(guān)系；

最后，對(duì)于模塊末端的負(fù)荷點(diǎn)，其年平均停電次數(shù)λ_L為：

λ_L＝λ_I1+λ_T1+λ_O1

當(dāng)主用供電路徑上的進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)、聯(lián)絡(luò)子模塊需同時(shí)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，模塊末端的負(fù)荷點(diǎn)供電可靠，則負(fù)荷點(diǎn)的用電有效度η_L表示為：

上述計(jì)算結(jié)果中，負(fù)荷點(diǎn)年平均停電次數(shù)的平均值λ_L即表示SAIFI指標(biāo)，負(fù)荷點(diǎn)用電有效度的平均值η_L即表示ASAI指標(biāo)；

建立所述經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型的方法包括：

針對(duì)配電網(wǎng)供電單元內(nèi)的多模塊組合方案，對(duì)相關(guān)模塊化設(shè)備的成本進(jìn)行核算；

供電單元內(nèi)的總費(fèi)用包括線(xiàn)路及配電模塊的投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本，投資成本需要按照等年值法進(jìn)行折算，計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)_l表示線(xiàn)路模塊的投資成本，F(xiàn)_p表示配電模塊及開(kāi)關(guān)站和配電室的投資成本，F(xiàn)_y表示單元內(nèi)所有模塊的年運(yùn)行成本總和包括檢修、維護(hù)、電能損耗，F(xiàn)_n表示該供電單元的年平均費(fèi)用；r₀為電力工業(yè)投資回報(bào)率，這里取10％，n表示線(xiàn)路模塊的經(jīng)濟(jì)使用年限，其中架空線(xiàn)路取30a，電纜線(xiàn)路取40a，m表示配電模塊的經(jīng)濟(jì)使用年限，取20a；

把單位負(fù)荷的年平均費(fèi)用F作為經(jīng)濟(jì)性的考核指標(biāo)，以統(tǒng)一比較具備不同供電能力的模塊及組合方案：

式中，P表示所考察模塊或組合方案的平均負(fù)荷水平，F(xiàn)表示單位負(fù)荷的年平均費(fèi)用；

建立所述適應(yīng)性評(píng)估模型的方法包括：適應(yīng)性表示模塊化后的配電網(wǎng)對(duì)于持續(xù)發(fā)展的適應(yīng)能力，其中，模塊出線(xiàn)間隔占用數(shù)是指規(guī)劃方案內(nèi)采用的模塊在正常運(yùn)行狀態(tài)下帶負(fù)載的出線(xiàn)間隔總數(shù)，線(xiàn)損值指主供進(jìn)線(xiàn)的功率損耗值，可根據(jù)最大負(fù)荷電流—最大負(fù)荷損耗時(shí)間法計(jì)算，供電能力裕度指每回饋線(xiàn)可承受的最大有功負(fù)荷；

(3)考慮評(píng)估指標(biāo)差距微小的情況，采用改進(jìn)熵權(quán)公式確定模塊化配電網(wǎng)二級(jí)指標(biāo)的綜合權(quán)重；

步驟(3)中采用改進(jìn)熵權(quán)公式確定模塊化配電網(wǎng)二級(jí)指標(biāo)的綜合權(quán)重方法，具體計(jì)算過(guò)程如下：

首先確定第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值：

式中，H_j為第j個(gè)指標(biāo)的熵值；

然后，基于傳統(tǒng)熵權(quán)法的熵權(quán)ω_0j按照下式計(jì)算：

改進(jìn)熵權(quán)法計(jì)算的熵權(quán)ω_j如下式；

下式中，ω_j為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，指不為1的熵值的平均值；

最后，計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重γ_j，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化配電網(wǎng)可靠性分析與綜合評(píng)估方法，其特征在于：步驟(3)中的綜合評(píng)估模型的綜合評(píng)估值的計(jì)算方法，包括

由綜合權(quán)重可得第i個(gè)模塊化配電網(wǎng)方案的可靠性評(píng)估值R_i、經(jīng)濟(jì)性評(píng)估值E_i、適應(yīng)性評(píng)估值S_i：

E_i＝γ₃X_i3

假設(shè)綜合評(píng)估值為G_i，則可表示為：

比較各模塊組合方案的綜合評(píng)估值，得分最高的即為性能最優(yōu)方案。