CN104063757B - 一种适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法，属于输配电运行与分析技术领域。本发明结合电网发展的不同阶段，研究在电网规划建设中如何选取变电站主接线的方法：在传统变电站可靠性评估的基础上，考虑经济性因素，将变电站年投资费用函数与基于元件状态空间的最小割集法建立的可靠性模型相结合，在统一的框架结构下进行定量分析评估，针对110kV电网和220kV电网发展的不同阶段，对电气主接线进行分阶段建模，并进行大量考察调研，量化变电站的可靠性与经济性水平，在保证变电站电气主接线可靠性的前提下，使变电站达到最佳的经济效益，为运行规划人员在决策分析过程中提供有益的帮助。

Description

一种适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法

技术领域

本发明属于配电网运行与分析技术领域，具体涉及一种适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法。

背景技术

变电站主接线是发电、输电和配电设备中最重要的能量传输点，对变电站主接线进行可靠性和经济性评估具有重要的工程应用意义。

电气主接线是电力系统网络结构的关键组成部分，定量分析其可靠性是电力系统可靠性研究的一个重要领域。目前应用于电力系统可靠性计算的常用方法一般有两种：一种是模拟法即蒙特卡罗法(Monte Carlo)、另一种是解析法。其中解析法又可分为以求解逻辑网络为基础的网络法和以解状态空间模型为基础的状态空间法两种。解析法的主要优点是：物理概念清楚、模型精度高。它的主要不足之处在于：计算量随着系统规模增大而急剧增加。模拟法的主要优点是：采样次数与系统规模无关、该方法易于处理系统按时间顺序进行的操作。它的主要不足之处在于计算时间与计算精度的紧密相关性，也就是说，为了获得精度较高的可靠性指标，往往需要很长的计算时间，而且不适合于分析元件可靠性高、相互之间联系紧密的系统。因此需要研究新的变电站主接线可靠性分析方法，综合两种方法的优点，对变电站主接线的可靠性进行科学评估。

在保证变电站电气主接线可靠性的前提下，工程应用中还希望变电站的经济效益最好，因此有必要分析变电站电气主接线的经济效益，以此来综合选择最优的主接线方案。

同时，在电网投资建设中的不同阶段，用户对电网的经济性和可靠性的要求也不同，专利提出的方法可以直观地分析比较各变电站主接线的可靠性与经济性水平，用以选择能体现综合社会效益的主接线方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法，结合电网发展的不同阶段，研究在电网规划建设中如何选取变电站主接线的方法：在传统变电站可靠性评估的基础上，考虑经济性因素，将变电站年投资费用函数与基于元件状态空间的最小割集法建立的可靠性模型相结合，在统一的框架结构下进行定量分析评估，针对110kV电网和220kV电网发展的不同阶段，对电气主接线进行分阶段建模，并进行大量考察调研，量化变电站的可靠性与经济性水平，在保证变电站电气主接线可靠性的前提下，使变电站达到最佳的经济效益，为运行规划人员在决策分析过程中提供有益的帮助。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：电网不同发展阶段的划分；

步骤2：对变电站电气主接线的可靠性进行评估；

步骤3：对变电站电气主接线的经济性进行评估。

所述步骤1中，电网不同发展阶段可用如下判定函数进行界定，有：

f＝k₁k₂T (1)

其中，f表示判定函数；T为电网中电气设备的最大负载率；k₁是指由于重要电力用户对电网供电可靠性有特殊要求，考虑该情况时对电网建设影响程度的调整系数；k₂是电气设备的过载能力使相应变压器负载率延后情况对电网建设影响程度的调整系数；

电网建设不同发展阶段划分为以下三个阶段：

(1)f＜25％时，处于电网建设初期；

(2)25％＜f＜50％时，处于电网建设过渡期；

(3)f＞50％时，处于电网建设完善期。

所述步骤2中，将状态空间法与网络法相结合，通过分析元件状态或状态组合对系统最小路径的影响对变电站电气主接线的可靠性进行评估，即采用基于元件状态空间的最小割集法进行变电站电气主接线可靠性的分析计算。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2‐1：建立电网结构，定义系统范围，列出系统所包括的元件，读入系统拓扑信息和元件可靠性参数；

步骤2‐2：利用最小割集法搜索系统故障事件，定义系统故障判据，故障判据为停电为故障，不停电为正常；

步骤2‐3：计算系统故障概率和故障频率，累积计算结果并输出计算结果。

所述步骤2‐2中，建立元件四状态模型，模型中元件四状态包括元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R；

运用状态空间法，设元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R概率分别为P_N、P_M、P_A和P_R，因元件处于任一状态的事件是互斥的，则有：

P_N+P_M+P_A+P_R＝1 (2)

在稳态情况下，元件的马尔可夫状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}-({\mathrm{\λ}}_R+{\mathrm{\λ}}_A+{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′})P_N+{\mathrm{\μ}}_M{P}_M+{\mathrm{\μ}}_R{P}_R=0\\ -{\mathrm{\μ}}_R{P}_R+{\mathrm{\λ}}_R{P}_N+{\mathrm{\λ}}_A^{\′}{P}_A=0\\ -{\mathrm{\λ}}_A{P}_N+({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})P_A=0\\ -{\mathrm{\μ}}_M{P}_M+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}{P}_A+{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}{P}_N=0\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，λ_A为元件从正常状态转变为异常状态的概率；λ'_M为元件从异常状态转为检修状态的状态检修概率；λ″_M为元件的检修率；λ_R为元件的故障率；λ'_A为元件从异常状态转为故障状态的概率；μ_R为元件修复率；μ_M为检修修复率；

综合式(2)和(3)可得在稳态情况下在元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R下的概率，具体有：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_N=1/(1+\frac{{\mathrm{\λ}}_R}{{\mathrm{\μ}}_R}+\frac{{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}}{{\mathrm{\μ}}_M}+\frac{{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\μ}}_M{\mathrm{\λ}}_A+{\mathrm{\μ}}_M{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_M^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\μ}}_M({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})})\\ P_R=\frac{{\mathrm{\λ}}_R{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_R{\mathrm{\λ}}_M^{\′}+{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_A^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_R({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})}{P}_N\\ P_M=\frac{{\mathrm{\λ}}_A^{\′}{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}+{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}}{{\mathrm{\μ}}_M({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})}{P}_N\\ P_A=\frac{{\mathrm{\λ}}_A}{{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}}{P}_N\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，由于隔离开关、电流互感器、电压互感器等元件无计划检修，将上述无计划检修的元件按照可靠性逻辑合并到其端部的母线或断路器中，第i个元件连接有m个元件时，其故障率和修复率分别为λ_jR和μ_jR，j＝1,2,3,…,m，则合并时该元件的等效故障率λ_eqR和等效修复率μ_eqR分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_{eqR}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{jR}\\ {\mathrm{\μ}}_{eqR}={\mathrm{\λ}}_{eqR}/\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\λ}}_{jR}/{\mathrm{\μ}}_{jR})\end{array}\right.---\left(5\right).$

所述步骤2‐3中，系统的故障状态由元件的故障状态或元件状态组合所确定的，假设系统的状态空间为Ω，系统的状态域由工作状态域W和故障状态域F组成，故障状态域F中的状态C，经每次修复都转移到工作状态域W中，则状态C称为最小割集状态；

系统故障概率和故障频率表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_F\≈\underset{i\∈F}{\Σ}P\left(C_i\right)\\ f_F=\underset{i\∈F}{\Σ}P\left(C_i\right)M_i\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，P_F为系统故障概率，f_F为系统故障频率，C_i为最小割集状态，P(C_i)为最小割集状态下系统的故障概率，M_i为系统最小割集状态向正常状态转移的转移率。

所述步骤3中，将变电站建设运行年费用作为变电站电气主接线的经济性评估指标，变电站建设运行总成本包括变电站投资成本、变电站运行成本和风险损失费用；

变电站建设运行总成本的目标函数为：

min C＝C_I+C_O+C_R (7)

其中，C为变电站建设运行总成本，C_I为变电站投资成本，C_O为变电站运行成本，C_R为风险损失费用；

根据现值转年值的方法，变电站建设运行年费用表示为：

$C=C_I\[\frac{r{(1+r)}^n}{{(1+r)}^n-1}\]+C_O+C_R---\left(8\right)$

其中，n为变电站经济使用年限，r为变电站投资回收率；

变电站运行成本包括变电站运行维护基本成本和变压器线损，变压器线损与变电站损失电量有关，于是变电站运行成本可表示为：

C_O＝C_OM+8760αPk_price (9)

其中，C_OM为变电站运行维护基本成本，α为变电站线损系数，P为变电站所带平均负荷，单位为kW，k_price为单位电价，单位为元/kWh；

利用期望缺供电量指标乘以单位停电损失可得风险损失费用；在考虑社会效益时，按照单位电量产生的GDP计算，风险停电损失费用计算如下：

C_R＝8760P(1-P_S)(k_price+k_GDP) (10)

其中，k_GDP为单位电量的经济效益，其单位为元/kWh；P_S为系统工作可靠率。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)结合电网发展的不同阶段，体现电网发展的差异性，符合配电网建设的整体架构和思路。

(2)对变电站电气主接线进行可靠性评估，基于将状态空间法与网络法结合，综合两种方法的优点，既能使计算过程快捷方便，同时又能保证计算结果的准确性。

(3)同时考虑了经济性因素，在保证变电站电气主接线可靠性的前提下，使变电站达到最佳的经济效益，为运行规划人员在决策分析过程中提供有益的帮助。

附图说明

图1是现有技术中元件四状态模型图；

图2是现有技术中元件四状态对应的电气设备曲线图；

图3是本发明实施例中四状态模型图；

图4是本发明实施例中电气主接线可靠性评估流程图；

图5是本发明实施例中高压电气主接线网络拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：电网不同发展阶段的划分；

步骤2：对变电站电气主接线的可靠性进行评估；

步骤3：对变电站电气主接线的经济性进行评估。

所述步骤1中，电网不同发展阶段可用如下判定函数进行界定，有：

f＝k₁k₂T (1)

其中，f表示判定函数；T为电网中电气设备的最大负载率；k₁是指由于重要电力用户对电网供电可靠性有特殊要求，考虑该情况时对电网建设影响程度的调整系数；k₂是电气设备的过载能力使相应变压器负载率延后情况对电网建设影响程度的调整系数；其中，重要电力用户是指在国家或者一个地区(城市)的社会、政治、经济生活中占有重要地位，对其中断供电将可能造成人身伤亡、较大环境污染、较大政治影响、较大经济损失、社会公共秩序严重混乱的用电单位或对供电可靠性有特殊要求的用电场所。

电网建设不同发展阶段划分为以下三个阶段：

(1)f＜25％时，处于电网建设初期；

(2)25％＜f＜50％时，处于电网建设过渡期；

(3)f＞50％时，处于电网建设完善期。

所述步骤2中，将状态空间法与网络法相结合，通过分析元件状态或状态组合对系统最小路径的影响对变电站电气主接线的可靠性进行评估，即采用基于元件状态空间的最小割集法进行变电站电气主接线可靠性的分析计算。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2‐1：建立电网结构，定义系统范围，列出系统所包括的元件，读入系统拓扑信息和元件可靠性参数；

步骤2‐2：利用最小割集法搜索系统故障事件，定义系统故障判据，故障判据为停电为故障，不停电为正常；

步骤2‐3：计算系统故障概率和故障频率，累积计算结果并输出计算结果。

所述步骤2‐2中，建立元件四状态模型，模型中元件四状态包括元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R；

运用状态空间法，设元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R概率分别为P_N、P_M、P_A和P_R，因元件处于任一状态的事件是互斥的，则有：

P_N+P_M+P_A+P_R＝1 (2)

在稳态情况下，元件的马尔可夫状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}-({\mathrm{\λ}}_R+{\mathrm{\λ}}_A+{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′})P_N+{\mathrm{\μ}}_M{P}_M+{\mathrm{\μ}}_R{P}_R=0\\ -{\mathrm{\μ}}_R{P}_R+{\mathrm{\λ}}_R{P}_N+{\mathrm{\λ}}_A^{\′}{P}_A=0\\ -{\mathrm{\λ}}_A{P}_N+({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})P_A=0\\ -{\mathrm{\μ}}_M{P}_M+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}{P}_A+{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}{P}_N=0\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，λ_A为元件从正常状态转变为异常状态的概率；λ'_M为元件从异常状态转为检修状态的状态检修概率；λ″_M为元件的检修率；λ_R为元件的故障率；λ'_A为元件从异常状态转为故障状态的概率；μ_R为元件修复率；μ_M为检修修复率；

综合式(2)和(3)可得在稳态情况下在元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R下的概率，具体有：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_N=1/(1+\frac{{\mathrm{\λ}}_R}{{\mathrm{\μ}}_R}+\frac{{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}}{{\mathrm{\μ}}_M}+\frac{{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\μ}}_M{\mathrm{\λ}}_A+{\mathrm{\μ}}_M{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_M^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\μ}}_M({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})})\\ P_R=\frac{{\mathrm{\λ}}_R{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_R{\mathrm{\λ}}_M^{\′}+{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_A^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_R({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})}{P}_N\\ P_M=\frac{{\mathrm{\λ}}_A^{\′}{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}+{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}}{{\mathrm{\μ}}_M({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})}{P}_N\\ P_A=\frac{{\mathrm{\λ}}_A}{{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}}{P}_N\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，由于隔离开关、电流互感器、电压互感器等元件无计划检修，将上述无计划检修的元件按照可靠性逻辑合并到其端部的母线或断路器中，第i个元件连接有m个元件时，其故障率和修复率分别为λ_jR和μ_jR，j＝1,2,3,…,m，则合并时该元件的等效故障率λ_eqR和等效修复率μ_eqR分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_{eqR}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{jR}\\ {\mathrm{\μ}}_{eqR}={\mathrm{\λ}}_{eqR}/\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\λ}}_{jR}/{\mathrm{\μ}}_{jR})\end{array}\right.---\left(5\right).$

所述步骤2‐3中，系统的故障状态由元件的故障状态或元件状态组合所确定的，假设系统的状态空间为Ω，系统的状态域由工作状态域W和故障状态域F组成，故障状态域F中的状态C，经每次修复都转移到工作状态域W中，则状态C称为最小割集状态；

系统故障概率和故障频率表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_F\≈\underset{i\∈F}{\Σ}P\left(C_i\right)\\ f_F=\underset{i\∈F}{\Σ}P\left(C_i\right)M_i\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，P_F为系统故障概率，f_F为系统故障频率，C_i为最小割集状态，P(C_i)为最小割集状态下系统的故障概率，M_i为系统最小割集状态向正常状态转移的转移率。

所述步骤3中，将变电站建设运行年费用作为变电站电气主接线的经济性评估指标，变电站建设运行总成本包括变电站投资成本、变电站运行成本和风险损失费用；

变电站建设运行总成本的目标函数为：

min C＝C_I+C_O+C_R (7)

其中，C为变电站建设运行总成本，C_I为变电站投资成本，C_O为变电站运行成本，C_R为风险损失费用；

根据现值转年值的方法，变电站建设运行年费用表示为：

$C=C_I\[\frac{r{(1+r)}^n}{{(1+r)}^n-1}\]+C_O+C_R---\left(8\right)$

其中，n为变电站经济使用年限，r为变电站投资回收率；

变电站运行成本包括变电站运行维护基本成本和变压器线损，变压器线损与变电站损失电量有关，于是变电站运行成本可表示为：

C_O＝C_OM+8760αPk_price (9)

其中，C_OM为变电站运行维护基本成本，α为变电站线损系数，P为变电站所带平均负荷，单位为kW，k_price为单位电价，单位为元/kWh；

利用期望缺供电量指标乘以单位停电损失可得风险损失费用；在考虑社会效益时，按照单位电量产生的GDP计算，风险停电损失费用计算如下：

C_R＝8760P(1-P_S)(k_price+k_GDP) (10)

其中，k_GDP为单位电量的经济效益，其单位为元/kWh；P_S为系统工作可靠率。

实施例

(1)可靠性评估方案及评估结果

就四种典型方案的高压电气主接线进行可靠性评估，其网络拓扑结构如图5所示。

对主接线网络拓扑结构图进行可靠性分析，首先依据将主接线元件进行等效处理，在等效元件界限内，任一元件发生故障均将引起所在支路的供电中断，因此无论界限内元件是串联还是并联关系，在等效元件界限内均看作串联关系。各等效元件的可靠性指标如表1所示；

表1

表中：λ_eqR为等效故障率；μ_eqR为等效修复率；MTTR_eq为等效故障修复时间；MTTR_eq＝8760/μ_eqR；λ″_eqM为等效检修修复率；T_eqM为等效检修持续时间；μ_eqM为等效元件修复率；λ′_eqM为等效的元件从异常状态转为检修状态的状态检修概率；λ_eqA为等效的元件从正常状态转变为异常状态的概率；λ′_eqA为等效的元件从异常状态转为故障状态的概率。

根据主接线元件各状态概率的计算公式，可得元件各状态概率值，如表2所示。

表2

根据前面章节所述，在对变电所主接线可靠性分析计算时，首先应对主接线网络结构的最小路径集和反映系统故障状态进行分析，如表3所示。

表3

求出变电站主接线网络各等效元件的概率值，最小路集和反映系统故障状态的最小割集状态表达式以后，即可计算各典型主接线方案的可靠性指标，具体计算结果如表4所示。

表4

表中：λ_s＝f_s/P_s；MTBF＝8760/λ_s。

(2)经济性评估方案及评估结果

考虑未来负荷发展需求，本专利研究对象为在不同负荷水平下(10％～80％)110kV和220kV等级的不同主接线方式的变电站，通过数据分析可选取出特定负荷范围内不同变电站符合经济性和可靠性要求的主接线方式。

在本研究中以下面3种方案为例说明高压变电站主接线方式的经济性评估结果。

方案一：电压等级为110kV的变电站，变电站负载水平为10％～25％的区间时，分别对单元接线和单母线分段两种接线方式进行比较，其中选取15％、20％、25％的负载水平，变压器容量分别选用31.5MVA、40MVA、50MVA进行举例说明，对于单母线分段来说变压器容量为2*31.5MVA、2*40MVA、2*50MVA。

方案二：电压等级为110kV的变电站，变电站负载水平为25％～75％区间时，分别对单母线分段和双母线分段两种接线方式进行比较，其中选取25％、50％、75％的负载水平，变压器容量分别选用2*31.5MVA、2*40MVA、2*50MVA进行举例说明。

方案三：电压等级为220kV的变电站，变电站负载水平为25％～75％的区间，分别对单母线分段和双母线分段两种接线方式进行比较，其中选取25％、50％、75％的负载水平，分别对单母线分段和双母线分段两种接线方式进行比较，变压器容量分别选用2*120MVA、2*180MVA、2*240MVA进行举例说明。

在这三种方案中，设备经济使用年限取为25年，变电站投资回收率取为10％，单位电价为0.5元/kWh，单位电量的经济效益为10元/kWh。

方案一的经济性评估结果，即110kV变电站负载率水平为25％以下时两种主接线方式的投资效益对比如表5所示。

表5

方案二的经济性评估结果，即110kV变电站负载率水平为25‐75％时两种主接线方式的投资效益对比如表6所示。

表6

方案三的经济性评估结果，即220kV变电站负载率水平为25‐75％时两种主接线方式的投资效益对比如表7所示。

表7

由以上计算结果可得出以下结论：

①110kV变电站负载率水平为25％以下时，即电网发展的初期，宜至少选用单元接线方式；

②110kV变电站负载率水平为25％‐75％时，即电网发展的过渡期，宜至少选用单母线分段接线方式；

③220kV变电站负载率水平为25％‐75％时，即电网发展的完善期，宜至少选用双母线分段接线方式。通过现场实际调研，证明了以上分析结果符合工程实际需求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：电网不同发展阶段的划分；

步骤2：对变电站电气主接线的可靠性进行评估；

步骤3：对变电站电气主接线的经济性进行评估；

所述步骤1中，电网不同发展阶段可用如下判定函数进行界定，有：

f＝k₁k₂T (1)

其中，f表示判定函数；T为电网中电气设备的最大负载率；k₁是指由于重要电力用户对电网供电可靠性有特殊要求，考虑该情况时对电网建设影响程度的调整系数；k₂是电气设备的过载能力使相应变压器负载率延后情况对电网建设影响程度的调整系数；

电网建设不同发展阶段划分为以下三个阶段：

(1)f＜25％时，处于电网建设初期；

(2)25％＜f＜50％时，处于电网建设过渡期；

(3)f＞50％时，处于电网建设完善期；

所述步骤2中，将状态空间法与网络法相结合，通过分析元件状态或状态组合对系统最小路径的影响对变电站电气主接线的可靠性进行评估，即采用基于元件状态空间的最小割集法进行变电站电气主接线可靠性的分析计算；

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1：建立电网结构，定义系统范围，列出系统所包括的元件，读入系统拓扑信息和元件可靠性参数；

步骤2-2：利用最小割集法搜索系统故障事件，定义系统故障判据，故障判据为停电为故障，不停电为正常；

步骤2-3：计算系统故障概率和故障频率，累积计算结果并输出计算结果；

所述步骤2-2中，建立元件四状态模型，模型中元件四状态包括元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R；

运用状态空间法，设元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R概率分别为P_N、P_M、P_A和P_R，因元件处于任一状态的事件是互斥的，则有：

P_N+P_M+P_A+P_R＝1 (2)

在稳态情况下，元件的马尔可夫状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}-({\mathrm{\λ}}_R+{\mathrm{\λ}}_A+{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′})P_N+{\mathrm{\μ}}_M{P}_M+{\mathrm{\μ}}_R{P}_R=0\\ -{\mathrm{\μ}}_R{P}_R+{\mathrm{\λ}}_R{P}_N+{\mathrm{\λ}}_A^{\′}{P}_A=0\\ -{\mathrm{\λ}}_A{P}_N+({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})P_A=0\\ -{\mathrm{\μ}}_M{P}_M+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}{P}_A+{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}{P}_N=0\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，λ_A为元件从正常状态转变为异常状态的概率；λ'_M为元件从异常状态转为检修状态的状态检修概率；λ”_M为元件的检修率；λ_R为元件的故障率；λ'_A为元件从异常状态转为故障状态的概率；μ_R为元件修复率；μ_M为检修修复率；

综合式(2)和(3)可得在稳态情况下在元件正常状态N、元件检修状态M、元件异常状态A和元件故障状态R下的概率，具体有：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_N=1/(1+\frac{{\mathrm{\λ}}_R}{{\mathrm{\μ}}_R}+\frac{{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}}{{\mathrm{\μ}}_M}+\frac{{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\μ}}_M{\mathrm{\λ}}_A+{\mathrm{\μ}}_M{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_M^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_R{\mathrm{\μ}}_M({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})})\\ P_R=\frac{{\mathrm{\λ}}_R{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_R{\mathrm{\λ}}_M^{\′}+{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_A^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_R({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})}{P}_N\\ P_M=\frac{{\mathrm{\λ}}_A^{\′}{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}{\mathrm{\λ}}_M^{\′\′}+{\mathrm{\λ}}_A{\mathrm{\λ}}_M^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_M({\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′})}{P}_N\\ P_A=\frac{{\mathrm{\λ}}_A}{{\mathrm{\λ}}_A^{\′}+{\mathrm{\λ}}_M^{\′}}{P}_N\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，由于隔离开关、电流互感器、电压互感器元件无计划检修，将无计划检修的元件按照可靠性逻辑合并到其端部的母线或断路器中，第i个元件连接有m个元件时，其故障率和修复率分别为λ_jR和μ_jR，j＝1,2,3,…,m，则合并时该元件的等效故障率λ_eqR和等效修复率μ_eqR分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_{eqR}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{jR}\\ {\mathrm{\μ}}_{eqR}={\mathrm{\λ}}_{eqR}/\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\λ}}_{jR}/{\mathrm{\μ}}_{jR})\end{array}\right.---\left(5\right).$

2.根据权利要求1所述的适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法，其特征在于：所述步骤2-3中，系统的故障状态是由元件的故障状态或元件状态组合所确定的，假设系统的状态空间为Ω，系统的状态域由工作状态域W和故障状态域F组成，故障状态域F中的状态C，经每次修复都转移到工作状态域W中，则状态C称为最小割集状态；

系统故障概率和故障频率表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_F\≈\underset{i\∈F}{\Σ}P\left(C_i\right)\\ f_F=\underset{i\∈F}{\Σ}P\left(C_i\right)M_i\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，P_F为系统故障概率，f_F为系统故障频率，C_i为最小割集状态，P(C_i)为最小割集状态下系统的故障概率，M_i为系统最小割集状态向正常状态转移的转移率。

3.根据权利要求1所述的适应电网不同发展阶段的变电站电气主接线评估方法，其特征在于：所述步骤3中，将变电站建设运行年费用作为变电站电气主接线的经济性评估指标，变电站建设运行总成本包括变电站投资成本、变电站运行成本和风险损失费用；

变电站建设运行总成本的目标函数为：

minC＝C_I+C_O+C_R (7)

其中，C为变电站建设运行总成本，C_I为变电站投资成本，C_O为变电站运行成本，C_R为风险损失费用；

根据现值转年值的方法，变电站建设运行年费用表示为：

$C=C_I\[\frac{r{(1+r)}^n}{{(1+r)}^n-1}\]+C_O+C_R---\left(8\right)$

其中，n为变电站经济使用年限，r为变电站投资回收率；

变电站运行成本包括变电站运行维护基本成本和变压器线损，变压器线损与变电站损失电量有关，于是变电站运行成本可表示为：

C_O＝C_OM+8760αPk_price (9)

其中，C_OM为变电站运行维护基本成本，α为变电站线损系数，P为变电站所带平均负荷，单位为kW，k_price为单位电价，单位为元/kWh；

利用期望缺供电量指标乘以单位停电损失可得风险损失费用；在考虑社会效益时，按照单位电量产生的GDP计算，风险停电损失费用计算如下：

C_R＝8760P(1-P_S)(k_price+k_GDP) (10)

其中，k_GDP为单位电量的经济效益，其单位为元/kWh；P_S为系统工作可靠率。