CN103903190B - 考虑隔离装置动作的全电压等级可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统中一种全电压等级可靠性评估方法，分析电网拓扑，将电网分为发电系统、输电系统，变电站主接线及配电系统，对发电系统、输电系统开展全负荷情况的可靠性评估，结合配电系统具体拓扑结构，搜索隔离装置共模关联设备，形成隔离装置的共模失效表，评估隔离装置的共模关联设备的可靠性指标，将发电系统、输电系统节点可靠性指标作为配电系统等效电源参数，并考虑步骤3确定的隔离装置的共模关联设备的可靠性指标，确定配电系统可靠性指标，最终确定全电压等级可靠性指标。本发明能够实现对全电压等级的可靠性评估，能提高电力系统可靠性评估水平。

Description

考虑隔离装置动作的全电压等级可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统中的一种全电压等级可靠性评估方法，属于电力系统可靠性分析技术领域。

背景技术

电力系统可靠性是可靠性理论在电力系统中的应用，是电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量能力的度量。根据电力系统可靠性评估的内容将电力系统可靠性理论研究分成了三个层次：第一层为发电系统可靠性评估，第二层为发输电合成系统可靠性评估，第三层为包括发电系统、输电系统和配电系统在内的电力系统可靠性评估。电力系统最终用户侧供电可靠性水平是由发电、输电、配电系统各个环节的可靠性水平共同构成的，包括配电网中每个电压等级电网的可靠性水平，任何一个电压等级电网发生事故都有可能导致最终用户停电。在全电压等级可靠性评估方面，现有方法将发输电系统可靠性评估结果作为配电系统可靠性评估的电源参数的方法，能够有效降低统一评估的难度，但算法基于测试系统展开，结构相对简单，不能反映真实电网包含多电压等级、多类电气设备等复杂性问题。

辐射电网的供电可靠性相对较差，因为大部分设备之间是串联关系，尤其是处于电网末端的负荷，电网大多数设备故障都会导致末端负荷点停电。在设备两端加装断路器、隔离开关等隔离装置能够有效提高提高辐射电网的供电可靠性，而且这类隔离装置的自动化水平越高可靠性提升效果越明显。在进行可靠性计算时，我们必须区分有无隔离装置以及隔离装置的自动化水平。

因此，研究综合发电、输电、配电系统在内的电力系统全电压等级可靠性评估方法，并重点分析辐射电网中隔离装置动作特性，对提高电力系统可靠性水平，提出电力系统可靠性优化措施及建议非常必要。

发明内容

本发明的目的是提出一种电力系统全电压等级可靠性评估方法，以便能够从电力系统发电、输电、配电等环节出发，进行跨电压等级可靠性评估，全面了解电力系统特性并分析系统薄弱环节，为提出电力系统优化及规划方案设计提出决策指导。

本发明提出的电力系统全电压等级可靠性评估方法，包括以下步骤：

步骤1，分析电网拓扑，将电网分为发电系统、输电系统及配电系统；

步骤2，对步骤1划分的发电系统、输电系统开展可靠性评估，在确定节点可靠性指标时，为了区分不同切负荷方式导致可靠性确定结果的不同，在进行切负荷操作时，记录切负荷大小占负荷节点总负荷比例，并统计负荷节点全部负荷切除的情况，将节点全部负荷切除的概率及平均切除时间作为配电系统等效电源参数；

步骤3，对步骤1划分的配电系统，结合具体拓扑结构，分析辐射网中隔离装置动作特性，并搜索隔离装置共模关联设备，将所有隔离装置共模关联设备及其参数记录下来，形成隔离装置的共模失效表，评估隔离装置的共模关联设备的可靠性指标；

步骤4，将步骤2确定的发电系统、输电系统节点可靠性指标作为配电系统等效电源参数，并考虑步骤3确定的隔离装置的共模关联设备的可靠性指标，确定配电系统可靠性指标，最终确定全电压等级可靠性指标。

本发明充分考虑全部负荷情况，并考虑辐射网隔离装置行为特征，能实现对全电压等级的可靠性评估，能够提高电力系统可靠性水平。

本发明的步骤3中，隔离装置可以是断路器这类具有故障电流切除功能的隔离装置。

作为本发明的改进，步骤4中，步骤3中，采用扩展的最小割集算法，评估隔离装置的共模关联设备的可靠性指标。

作为本发明的改进，步骤4中，采用扩展的最小割集算法，确定配电系统可靠性指标，最终确定全电压等级可靠性指标。

本发明结合复杂城市电网的具体特点，提出全电压等级可靠性评估方法。其中，考虑变压器、断路器、隔离开关等设备的停运及共模停运特点。并在此基础之上，结合扩展的最小割集算法，提出包含共模关联设备的可靠性评估算法。随后，将发、输电系统可靠性评估结果作为配电系统等效电源参数，采用扩展最小割集算法进行配电系统可靠性评估，最终实现电力系统全电压等级可靠性评估，该方法可更真实反映“用户”可靠性水平。

附图说明

图1全电压等级可靠性评估方法流程

图2辐射电网示意图

图3辐射电网拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，

本发明提出的考虑隔离装置动作的电力系统全电压等级可靠性评估方法流程如图1所示，具体实施方式步骤如下：

步骤1，分析电网拓扑，将电网分为发电系统、输电系统及配电系统。

步骤2，对步骤1划分的发电系统、输电系统开展可靠性评估，在确定节点可靠性指标时，为了区分不同切负荷方式导致可靠性确定结果的不同，在进行切负荷操作时，记录切负荷大小占负荷节点总负荷比例，并统计负荷节点全部负荷切除的情况，将节点全部负荷切除的概率及平均切除时间作为配电系统等效电源参数。

步骤3，对步骤1划分的配电系统，结合具体拓扑结构，分析辐射网中隔离装置动作特性，并搜索隔离装置共模关联设备，将所有隔离装置的共模关联设备及其参数记录下来，形成隔离装置的共模失效表，评估隔离装置的共模关联设备的可靠性指标。

对于断路器这类具有故障电流切除功能的隔离装置而言，造成其停运的原因有两种：一是断路器本身故障或检修，二是在断路器保护范围内其他设备故障导致其跳闸。前者就是一般意义的停运，后者定义为“共模停运”或“共模失效”，能够造成断路器跳闸的设备则为“共模关联设备”，将断路器所有共模关联设备及其参数记录下来，形成断路器共模失效表。

共模关联设备其实就是断路器保护范围内的所有设备。在辐射电网中，从断路器出发，沿着潮流方向搜索连通的设备，搜索到全部与之相邻的断路器、熔断器和断开的开关，中间经过的所有设备，也包括相邻断路器、熔断器和断开的开关，都是其保护范围，作为共模关联设备。为了计算机算法方便，断路器共模关联设备包含断路器本身，可靠性参数就是断路器本身的可靠性参数。

以图2为例，此示意系统中的设备有7条母线（Bus1、Bus2、Bus3、Bus4、Bus5、Bus6、Bus7），5条线路（L1、L2、L3、L4、L5），5个断路器（B1、B2、B3、B4、B5），以及隔离开关、常开开关、熔断器各一个（S1、D1、F1），其中电源点在Bus1。根据上一段描述的判断依据，示意系统中五个断路器各自保护范围所包含的设备如表1所示。

表1 示意系统各断路器保护范围内的设备

步骤4，将步骤2确定的发电系统、输电系统节点可靠性指标作为配电系统等效电源参数，并考虑步骤3确定的隔离装置的共模关联设备的可靠性指标，确定配电系统可靠性指标，最终确定全电压等级可靠性指标。

最小割集算法是在电力系统可靠性评估中引入图论的基本思想后形成的，多用于配电网可靠性评估。最小割集法就是通过拓扑搜索找到电源到负荷的所有最小路集（Minimal Path Set），再由最小路集生成最小割集（Minimal Cut Set），通过分析每一个割集的状态就可以得到此负荷点的可靠性指标，统计每一个负荷的可靠性指标，就可以得到系统的可靠性指标。扩展的最小割集算法是在按照常规方法完成一条最小路搜索后，对最小路所包含的设备再做一遍连通性搜索，搜索出没有任何开关隔开的设备（包括开关设备），将这些设备也加入到这条最小路中。随后再基于此扩展最小路，生成最小割集，并通过添加最小割集中隔离装置的共模关联设备生成扩展最小割集，进行可靠性评估。

在步骤3中评估隔离装置的共模关联设备的可靠性指标时，可采用扩展的最小割集算法进行评估；在步骤4中确定配电系统可靠性指标时，也可采用扩展的最小割集算法确定配电系统可靠性指标。

以图3简单辐射电网为例，图3中包含一个电源点母线Bus1，三个负荷点A、B、C，一个断路器B1，两个隔离开关S1、S2，三个熔断器F1、F2、F3，六条线路L1、L2、L3、L4、L5、L6。

根据考虑隔离装置的辐射电网可靠性算法的总体流程，首先确定断路器保护范围，建立断路器共模停运表。根据扩展最小割集算法可知，断路器的共模关联设备有L1、L2、L3、S1、S2、F1、F2、F3。对于负荷点A，负荷点A到电源的最小路有一条：L4-F1-B1-Bus1。其中，与F1直接连接而没有开关隔离的设备有L1，因此负荷点A到电源的扩展最小路为：L4-F1-B1-Bus1-L1。有一阶最小割集{L4}、{F1}、{B1}、{Bus1}、{L1}，其中有一阶断路器最小割集{Bus1}，得到共模最小割集有{L2}、{L3}、{S1}、{S2}。

Claims (2)

1.一种考虑隔离装置动作的全电压等级可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，分析电网拓扑，将电网分为发电系统、输电系统及配电系统；

步骤2，对步骤1划分的发电系统、输电系统开展可靠性评估，在确定节点可靠性指标时，为了区分不同切负荷方式导致可靠性确定结果的不同，在进行切负荷操作时，记录切负荷大小占负荷节点总负荷比例，并统计负荷节点全部负荷切除的情况，将节点全部负荷切除的概率及平均切除时间作为配电系统等效电源参数；

步骤3，对步骤1划分的配电系统，结合具体拓扑结构，分析辐射网中隔离装置动作特性，并搜索隔离装置共模关联设备，将所有隔离装置的共模关联设备及其参数记录下来，形成隔离装置的共模失效表，采用扩展的最小割集算法，评估隔离装置的共模关联设备的可靠性指标，所述扩展的最小割集算法是指用最小割集算法完成一条最小路搜索后，对最小路所包含的设备再做一遍连通性搜索，搜索出没有任何开关隔开的设备，所述没有任何开关隔开的设备包括开关设备，将这些设备也加入到这条最小路中，随后再基于此扩展最小路，生成最小割集，并通过添加最小割集中隔离装置的共模关联设备生成扩展最小割集，进行可靠性评估；

步骤4，将步骤2确定的发电系统、输电系统节点可靠性指标作为配电系统等效电源参数，并考虑步骤3确定的隔离装置的共模关联设备的可靠性指标，采用扩展的最小割集算法，确定配电系统可靠性指标，最终确定全电压等级可靠性指标。

2.根据权利要求1所述的考虑隔离装置动作的全电压等级可靠性评估方法，其特征在于，步骤3中所述的隔离装置为断路器。