CN103927691A - 一种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，并将发电系统、输电系统节点可靠性指标作为配电系统等效电源参数，建立变电站主接线等效模型，添加至配电系统中，采用最小割集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

一种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。第二层在第一层的基础上增加了输电系统可靠性评估；第三层在第二层的基础上又增加了发电厂变电站电气主接线、配电系统可靠性评估。受电网管理体制的约束，目前电力系统可靠性评估基本采用不同电压等级分别评估的办法，已经取得一定的研究成果，包括针对发输电系统可靠性评估的解析法、模拟法及其相应改进算法，针对配电系统可靠性评估的故障模式后果分析法、最小割集法、神经网络法等，针对变电站电气主接线的多状态模型评估算法等。

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，Roy Billinton等人提出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，形成了电力系统全电压等级可靠性评估理论。但测试系统相对简单，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。

因此，研究综合发电、输电、配电和主接线系统在内的电力系统全电压等级可靠性评估方法，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

针对上述现有技术，本发明解决的技术问题是提供一种全电压等级可靠性评估方法，能实现对全电压等级的可靠性评估，提高电力系统可靠性水平。

为解决上述问题，本发明的全电压等级可靠性评估方法包括如下步骤：

步骤1，分析电网拓扑，将电网分为发电系统、输电系统，变电站主接线及配电系统；

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划分的变电站主接线结构，分析进线停运、变电站内部网络停运、出线停运，建立变电站主接线等效模型，并确定变电站可靠性参数矩阵；

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，并将步骤3确定的变电站等效模型及其可靠性参数矩阵作为电气元件，添加至配电系统中，采用最小割集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。

本发明充分考虑全部负荷情况，并考虑变电站主接线线行为特征，能实现对全电压等级的可靠性评估，具够提高电力系统可靠性水平。

作为本发明的改进，步骤3分析变电站内部网络停运时，分析变电站一回出线停运、两回出线同时停运以及变电站全停的事故，枚举事故，作为预想事故集Ai，通过预想事故集Ai确定变电站内部网络一回出线停运、两回出线同时停运以及变电站全停的停运率和停运时间，将变电站进线可靠性参数、出线可靠性参数用线路两状态模型代替，然后利用两个上三角矩阵确定变电站出线可靠性参数矩阵，用于全电压等级可靠性指标分析，其中两个上三角矩阵的对角元素是对应一回出线停运的停运率与停运时间，两个上三角矩阵的对角元素分别对应一回出线停运的停运率与停运时间，两个上三角矩阵的非对角元素分别对应两回出线同时停运的停运率与停运时间。采用本方案的可靠性参数矩阵描述方法，能够较真实反映变电站主接线的可靠性，方便添加至配电系统中，开展全电压等级可靠性指标分析。

作为本发明的改进，步骤3确定变电站内部网络一回出线停运、两回出线同时停运以及变电站全停的停运率时，分析变电站内断路器、隔离开关的动作情况，采用最小割集法，从出线溯源，搜索出线的最小路集，确定最小路集元件停运率λindependent和共模停运率λcommon，将最小路集元件停运率λindependent与共模停运率λcommon之和作为变电站内部网络的停运率。由于充分考虑变压器、断路器、隔离开关、母联和进出线等设备的停运及共模停运特点，提高了可靠性评估水平。

作为本发明的改进，采用最小割集法对变电站主接线等效模型进行最小路搜索时，进线仅由变电站母线向外进行最小路搜索，出线只由外部向变电站母线进行最小路搜索。

附图说明

图1为变电站主接线示意图；

图2 为变电站等值结构示意图；

图3 为全电压等级可靠性评估方法流程。

具体实施方式

本发明提出的考虑变电站主接线等效模型的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，变电站主接线及配电系统，变电站主接线示意图如图1所示。

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划分的变电站主接线结构，分析进线停运、变电站内部网络停运、出线停运，建立变电站主接线等效模型，并确定变电站可靠性参数矩阵。

最小割集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，常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。

变电站主接线停运通常包含三类，即进线停运、变电站内部网络停运、出线停运，其中变电站进线停运、出线停运同一般的线路停运类型相同，可以用两状态模型代替，而变电站内部网络停运较为复杂。变电站由出线、进线与外部相连，变电站内部网络停运可以表现为出线的一回停运、两回停运及全部停运，变电站内部网络停运可以通过预想事故集分析。综合考虑三种类型的停运，可以用参数矩阵表示变电站主接线停运可靠性参数。

在考虑变电站内部网络停运时，分析变电站内断路器、隔离开关的动作情况。采用最小割集法，从出线溯源，搜索出线的最小路集，当路集中包含的元件故障停运时，将会直接导致出线停运，此部分停运率为最小路集元件停运率λindependent；同时，与路集中元件直接相连的断路器、线路等元件会造成线路共模停运，如断路器拒动导致的相邻断路器断开的情况，此部分停运率为共模停运率λcommon。因此，变电站内部网络出线的停运率包含最小路集元件停运率及共模停运率，为λindependent与λcommon之和。由于充分考虑变压器、断路器、隔离开关、母联和进出线等设备的停运及共模停运特点，能够提高可靠性评估水平。

在变电站内部网络可靠性评估中，分析变电站一回出线停运、两回出线同时停运以及变电站全停的事故，可以枚举这类事故，作为预想事故集Ai，预想事故集Ai中的元素就是造成这类事故发生的所有最小割集。需要说明的是，这里指的停运，并不包含线路自身的停运，而是指变电站内部网络内部元件停运造成的线路停运。

假设一变电站一共有4回出线（编号分别为1,2,3,4），那么该变电站的一共有11个预想事故集：{1}、{2}、{3}、{4}、{1,2}、{1,3}、{1,4}、{2,3}、{2,4}、{3,4}、{1,2,3,4}。其中，{2}表示2号出线停运，{1,3}表示1号和3号出线同时停运。可知，如果变电站共有n回出线，那么预想事故集的个数可以用                                                确定。

通过预想事故集Ai可以得到变电站内部网络一回出线停运、两回出线同时停运以及变电站全停的停运率和停运时间，这就是将变电站主接线可靠性特点反映到出线可靠性指标中，所以可以将变电站主接线等效为图2所示模型。变电站进线可靠性参数、出线可靠性参数与一般线路参数相同，可用线路两状态模型代替；变电站内部网络可靠性参数可由预想事故集Ai生成。因此，变电站主接线可靠性参数可用两个上三角矩阵表示，上三角矩阵的对角元素是对应一回出线停运的停运率与停运时间，上三角矩阵的非对角元素是对应两回出线同时停运的停运率与停运时间。这两个上三角矩阵就是变电站可靠性参数矩阵。这里的可靠性参数综合考虑了变电站进线、出线的可靠性参数，对于矩阵中任意元素，均是几类停运的综合表征值。

以一个4出线的变电站为例，出线停运率矩阵和出线停运时间矩阵可以分别用下式确定。

上式中，λ1为进线停运、变电站内部网络停运、出线停运三者共同作用的结果。采用本方案的可靠性参数矩阵描述方法，能够较真实反映变电站主接线的可靠性，方便添加至配电系统中，开展全电压等级可靠性指标分析。

在变电站主接线等效模型中，进线和出线都是单向元件，进线仅由变电站母线向外进行最小路搜索，出线仅由外部向变电站母线进行最小路搜索。此外变电站母线、出线与进线与电网其他设备相互独立。

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，并将步骤3确定的变电站等效模型可靠性及其参数矩阵作为电气元件，添加至配电系统中，采用最小割集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。

Claims (4)

1.一种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，变电站主接线及配电系统；

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划分的变电站主接线结构，分析进线停运、变电站内部网络停运、出线停运，建立变电站主接线等效模型，并确定变电站可靠性参数矩阵；

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，并将步骤3确定的变电站等效模型及其可靠性参数矩阵作为电气元件，添加至配电系统中，采用最小割集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所述的全电压等级可靠性评估方法，其特征在于步骤3分析变电站内部网络停运时，分析变电站一回出线停运、两回出线同时停运以及变电站全停的事故，枚举事故，作为预想事故集Ai，通过预想事故集Ai确定变电站内部网络一回出线停运、两回出线同时停运以及变电站全停的停运率和停运时间，将变电站进线可靠性参数、出线可靠性参数用线路两状态模型代替，然后利用两个上三角矩阵确定变电站出线可靠性参数矩阵，用于全电压等级可靠性指标分析，其中两个上三角矩阵的对角元素是对应一回出线停运的停运率与停运时间，两个上三角矩阵的对角元素分别对应一回出线停运的停运率与停运时间，两个上三角矩阵的非对角元素分别对应两回出线同时停运的停运率与停运时间。

3.根据权利要求2所述的全电压等级可靠性评估方法，其特征在于，步骤3确定变电站内部网络一回出线停运、两回出线同时停运以及变电站全停的停运率时，分析变电站内断路器、隔离开关的动作情况，采用最小割集法，从出线溯源，搜索出线的最小路集，确定最小路集元件停运率λindependent和共模停运率λcommon，将最小路集元件停运率λindependent与共模停运率λcommon之和作为变电站内部网络的停运率。

4.根据权利要求2或3所述的全电压等级可靠性评估方法，其特征在于，采用最小割集法对变电站主接线等效模型进行最小路搜索时，进线仅由变电站母线向外进行最小路搜索，出线只由外部向变电站母线进行最小路搜索。