CN104850962A - 一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，该方法用于评估配电网中各节点的可靠性，包括步骤：1)获取配电网中各变电设备及输电线路的故障概率；2)获取配电网中各变电设备及输电线路的预安排停电概率；3)根据步骤1)和步骤2)中获取的数据，得到各变电设备及输电线路的断电概率；4)根据各变电设备及输电线路的断电概率，结合各节点在配电网中的接入位置得到各节点的停电时间的数学期望。与现有技术相比，本发明将预安排停电概率和故障概率整合为变电设备或输电线路的断电概率，并基于此断电概率替代原来的故障概率进行各节点停电时间的数学期望。

Description

一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及一种配电网可靠性评估方法，尤其是涉及一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法。

背景技术

随着用户对供电质量要求的不断提高,配电系统可靠性评估越来越受到广泛重视。目前，配电网可靠性评估方法可分为模拟法和解析法两大类。模拟法可获得可靠性指标的概率分布，向用户提供大量信息，但计算时间长、准确度低，实际应用少；解析法计算简单、计算速度较快，主要包括故障模式影响分析法、网络等值法、最小路法和贝叶斯网络法等。

例如中国专利CN 104616214 A公开了一种配电网供电可靠性评估方法，属于配电网供电领域，本发明先读入原始数据，然后对于各电网设备，枚举相应的故障事件；对变压器进行搜索，得到由故障引起的停电区域，进行故障状态仿真，并区分可恢复和不可恢复供电区域；对于可恢复供电区域中的每个故障事件，通过负荷转移路径分析求取负荷转移路径；进行潮流计算，若潮流过载、负荷转移不成功则求取新的负荷转移路径；最后根据故障后的可恢复供电区域和不可恢复供电区域，计算各负荷点和整个配电网的可靠性指标。然而，上述可靠性评估方法仅考虑电力元件的故障停电，忽略了对供电可靠性影响更大的预安排停电，使计算得到的可靠性指标与实际偏差较大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，该方法用于评估配电网中各节点的可靠性，包括步骤：

1)获取配电网中各变电设备及输电线路的故障概率；

2)获取配电网中各变电设备及输电线路的预安排停电概率；

3)根据步骤1)和步骤2)中获取的数据，得到各变电设备及输电线路的断电概率；

4)根据各变电设备及输电线路的断电概率，结合各节点在配电网中的接入位置得到各节点的停电时间的数学期望。

所述预安排停电概率为：

p_if＝p_i1+p_i2

其中：p_if为输配电设备i的预安排停电概率，p_i1为输配电设备i的预安排检修率，p_i2为输配电设备i的预安排扩容率，输配电设备i为变电设备或输电线路。

所述输配电设备的预安排检修率为：

$\frac{1}{{\mathrm{tt}}_k}$

其中：tt_k为输配电设备相邻两次检修的时间间隔，其具体满足：

$H_{max}={\∫}_{T_{j+}}^{T_{j+}+{\mathrm{tt}}_k}\mathrm{\λ}\left(t\right)dt$

其中：H_max为输配电设备的最大允许风险值，T_j+为输配电设备上一次检修之后等效役龄，λ(t)为输配电设备的失效率函数。

所述输配电设备的预安排扩容率为：

c×[a×p_i21+(1-a)×p_i23]+(1-c)×[b×p_i22+(1-b)×p_i24]

其中：p_i21为关于负载率均值δ的扩容概率，p_i22为关于负载率峰值σ的扩展概率，p_i23为关于负载率均值增长绝对值Δδ的扩容概率，p_i24为关于负载率峰值增长绝对值Δσ的扩容概率，a,b,c均为(0,1)之间的权重系数。

所述a,b,c的取值具体为：

$\left\{\begin{array}{c}a\∈\left(0.95,1\right)\\ b\∈\left(0.95,1\right)\\ c\∈\left(0.45,0.55\right)\end{array}\right..$

所述断电概率为：

p_i＝p_if+p_ib-p_ifp_ib

其中：p_i为输配电设备i的断电概率，p_if为输配电设备i的预安排停电概率，为输配电设备i的故障概率，输配电设备i为变电设备或输电线路。

所述步骤4)具体包括步骤：

401)获取各节点在配电网中接入位置，并根据该接入位置，获得每一个节点关于各变电设备及输电线路的节点类型；

402)根据各变电设备及输电线路的断电概率，结合每一个节点关于各变电设备及输电线路的节点类型，得到各节点停电时间的数学期望。

所述节点类型包括：

A类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为0；

B类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该变电设备或输电线路的断电隔离时间；

C类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该节点的转供时间；

D类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该变电设备或输电线路的断电持续时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明将预安排停电概率和故障概率整合为变电设备或输电线路的断电概率，并基于此断电概率替代原来的故障概率进行各节点停电时间的数学期望。

2)输配电设备的预安排检修率的取值综合考虑了输配电设备的最大允许风险值，使预安排停电更加经济。

3)预安排扩容率的取值综合考虑了负载率均值δ、负载率峰值σ、负载率均值增长绝对值Δδ和负载率峰值增长绝对值Δσ，取值更加准确。

附图说明

图1为本发明方法的主要步骤流程示意图；

图2为风险函数的函数示意图像；

图3为本发明实施例中RBTS母线2系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，该方法用于评估配电网中各节点的可靠性，如图1所示，包括步骤：

1)获取配电网中各变电设备及输电线路的故障概率；

故障率指工作到某一时刻尚未发生故障元件，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，是一个介于0到100％的无量纲的量，对于一个变电设备或输电线路而言，其通常是一个关于其规格，做工，用料和用生产工艺的常数，可以采用其同类产品的统计值，例如采用如表1中统计值：

表1

2)获取配电网中各变电设备及输电线路的预安排停电概率；

预安排停电概率为：

p_if＝p_i1+p_i2

其中：p_if为输配电设备i的预安排停电概率，p_i1为输配电设备i的预安排检修率，p_i2为输配电设备i的预安排扩容率，输配电设备i为变电设备或输电线路。

输配电设备的预安排检修率为：

$\frac{1}{{\mathrm{tt}}_k}$

其中：tt_k为输配电设备相邻两次检修的时间间隔，其具体满足：

$H_{max}={\∫}_{T_{j+}}^{T_{j+}+{\mathrm{tt}}_k}\mathrm{\λ}\left(t\right)dt$

其中：H_max为输配电设备的最大允许风险值，T_j+为输配电设备上一次检修之后等效役龄，λ(t)为输配电设备的失效率函数。

具体的，在预安排检修率的确定上，为了确定变电设备的合理检修周期，必须考虑设备失效率。一般来讲，当设备失效率随着时间升高时，检修周期也应相应缩短。变电设备使用时间与失效率满足浴盆曲线，威布尔分布是当前工业界对设备寿命可靠性分析中应用最广且最有效的模型之一，能够较完整地体现浴盆曲线的特点。因而，变电设备失效分布函数满足如下威布尔分布：

$F\left(t\right)=1-\exp \[-{\left(\frac{t}{\mathrm{\α}}\right)}^{\mathrm{\β}}\]$

其中：α为尺度参数，β为形状参数，t为时间，

对威布尔分布函数而言，形状参数β表征电力设备所处的运行阶段：

a)β＜1时，设备运行于早期失效期，失效率呈现递减分布,设备风险函数为上凸曲线。

b)β＝1时，设备运行于偶然失效期，失效率基本保持稳定不变,设备风险函数为直线。

b)β＞1时，设备运行于耗损失效期，失效率呈现递增分布,设备风险函数为下凸曲线。

对于模型中威布尔分布的尺度参数与形状参数，可以根据原件失效历史数据，采用最小二乘法来确定,另外，根据可靠性相关定义，可得到可靠度函数R(t)、失效率函数λ(t)如下：

$R\left(t\right)=1-F\left(t\right)=\exp \[-{\left(\frac{t}{\mathrm{\α}}\right)}^{\mathrm{\β}}\]$

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\frac{R^{\′}\left(t\right)}{R\left(t\right)}=\frac{{\mathrm{\βt}}^{\mathrm{\β}-1}}{{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\β}}}$

进一步，可以求得[t₁,t₂]时间内设备风险函数H(t₁-t₂)为：

$H(t_1-t_2)={\∫}_{t_1}^{t_2}\mathrm{\λ}\left(t\right)dt$

显然，风险函数是一条由0开始单调递增函数，如图2所示。

为了考虑检修对设备性能改善的影响，给出以下设定条件：

a)、在预安排检修间隔期间，系统设备故障能立即被修复，即不会影响到下一次的预安排检修时间；

b)、每次预安排检修都能够使得输配电设备的性能得到一定的提升，输配电设备的故障率会有一定的下降，这里使用参数ε(0＜ε＜1)来表征检修的效果，即检修之后输配电设备的等效役龄变为原来的ε倍，假定每次检修效果相同，即ε为一定值；

c)、假定输配电设备在每个预安排检修间期内最大允许的风险值为H_max，则输配电设备预安排检修间期末时刻风险值达到最大值，故以此确定每次预安排检修之后下一次预安排检修的时间。

假设输配电设备第j次进行预安排检修时实际役龄为t_j(从设备投入运行开始计时)，检修之前等效役龄为T_j-，检修之后等效役龄为T_j+，从第j次预安排检修到第j+1次预安排检修经过时间tt_k，因此可得到以下关系：

T_j+＝T_j-×ε

$H_{max}={\∫}_{T_{j+}}^{T_{j+}+{\mathrm{tt}}_k}\mathrm{\λ}\left(t\right)dt$

t_j+1＝t_j+tt_k

通过多次计算直至达到设备的生命周期就可以给出设备的预安排检修计划；通过上述计算所得到的相邻两次预安排检修的时间间隔tt_k，而预安排检修率就是1/tt_k，一般以(次/年)作为单位。

具体的，在预安排扩容上，电力设备的扩容(不考虑输电线路和开关，主要为变电设备)最主要的原因是随着时间的推移，用户数量以及用户用电量不断增长，即变电设备的负载率过高。因此，变电设备负载率是评判变电设备是否需要扩容最为重要的依据，为此作如下设定：

a)、变电设备的负载率均值δ、负载率峰值σ以及负载率均值增长绝对值Δδ和负载率峰值增长绝对值Δσ这四个参数是影响变电设备扩容可能性的最主要因素；

b)、变电设备的负载率均值在不高于设定值时被认为完全不需要被扩容，在不低于设定值时被认为必须要被扩容；类似的，变电设备的负载率峰值在不高于设定值时被认为完全不需要被扩容，在不低于设定值时被认为必须要被扩容，并且假设

c)、变电设备的负载率在上述的上下界之间时，设备扩容可能性与负载率之间关系呈指数为e的幂次分布；

d)、变电设备的负载率将逐年增长，即不考虑负载率降低这一情形，并且认为在所考虑的时间范围内，变电设备的负荷增长较为稳定平缓，不计及负荷迅猛增长的情况，即在数学表达式上表现为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\≤{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{+}-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{-}\\ \mathrm{\Δ}\mathrm{\σ}\≤{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_{+}-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_{-}\end{array}\right.$

e)、变电设备的负载率的增长绝对值对设备扩容可能性的影响与变电设备的负载率紧密关联，且变电设备的负载率对设备扩容可能性的影响要远大于变电设备的负载率的增长绝对值对设备扩容可能性的影响；

f)、针对单个变电设备，每年最多只可能发生一次因扩容而停电的事件，故认为设备的扩容可能性就是该设备当年的预安排扩容率。

基于上述设定，仅考虑变电设备的负载率均值，关于负载率均值δ的扩容概率p_i21与负载率均值δ的函数关系如下：

$p_{i21}=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\&delta;}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}}_{-}\\ {\left(\frac{\mathrm{\&delta;}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}}_{-}}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}}_{+}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}}_{-}}\right)}^e,{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}}_{-}<\mathrm{\&delta;}<{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}}_{+}\\ 100\%,\mathrm{\&delta;}\&GreaterEqual;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}+\end{array}\right.$

b)、仅考虑变电设备的负载率峰值，关于负载率峰值σ的扩展概率p_i22与负载率峰值σ的函数关系如下：

$p_{i22}=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\&sigma;}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{-}\\ {\left(\frac{\mathrm{\&sigma;}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{-}}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{+}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{-}}\right)}^e,{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{-}<\mathrm{\&sigma;}<{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{+}\\ 100\%,\mathrm{\&sigma;}\&GreaterEqual;{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{+}\end{array}\right.$

c)、仅考虑变电设备的负载率均值的增加值，关于负载率均值增长绝对值Δδ的扩容概率p_i23与关于负载率峰值σ的函数关系如下：

$p_{i23}=\frac{1}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}}_{+}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&delta;}}}_{-}}{p}_{i21}\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&delta;}$

d)、仅考虑变电设备的负载率峰值的增加值时，关于负载率峰值增长绝对值Δσ的扩容概率p_i24如下：

$p_{i24}=\frac{1}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{+}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&sigma;}}}_{-}}{p}_{i22}\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&sigma;}$

因此，针对配电网设备元件的负载率均值、负载率峰值以及负载率均值的增长绝对值和负载率峰值的增长绝对值中的单一影响，本文建立了设备扩容预安排停电模型。通过综合考虑这四个因素，可以更真实准确地反应设备的扩容实际。将上述四个单一模型加权，得出扩容预安排停电模型的表达式：

c×[a×p_i21+(1-a)×p_i23]+(1-c)×[b×p_i22+(1-b)×p_i24]

其中：a,b,c均为(0,1)之间的权重系数，取值需要根据配电网的实际情况来决定。一般来说，可以把a和b均设定值接近于1的值，c接近于0.5的值。

a,b,c的取值具体为：

$\left\{\begin{array}{c}a\&Element;\left(0.95,1\right)\\ b\&Element;\left(0.95,1\right)\\ c\&Element;\left(0.45,0.55\right)\end{array}\right..$

3)根据步骤1)和步骤2)中获取的数据，得到各变电设备及输电线路的断电概率，断电概率为：

p_i＝p_if+p_ib-p_ifp_ib

其中：p_i为输配电设备i的断电概率，p_if为输配电设备i的预安排停电概率，为输配电设备i的故障概率，输配电设备i为变电设备或输电线路。

4)根据各变电设备及输电线路的断电概率，结合各节点在配电网中的接入位置得到各节点的停电时间的数学期望，具体包括步骤：

401)获取各节点在配电网中接入位置，并根据该接入位置，获得每一个节点关于各变电设备及输电线路的节点分类，节点类型包括：

A类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为0；

B类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该变电设备或输电线路的断电隔离时间；

C类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该节点的转供时间；

D类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该变电设备或输电线路的断电持续时间。

如图3所示，以RBTS母线2系统为例，假设在图中元件4上发生故障或预安排停电，则全系统的节点类型可划分为表2所示，假设所有负荷均能被转供。

表2

402)根据各变电设备及输电线路的断电概率，结合每一个节点关于各变电设备及输电线路的节点类型，得到各节点停电时间的数学期望。

在本实施例中，停电时间、隔离时间、转供时间如表3所示：

表3

计算所得变电设备预安排停电概率如表4所示：

表4

计算所得输电线路预安排停电概率如表5所示：

表5

根据这些数据，利用常规的概率计算便可以得到各节点停电时间的数学期望，为了简化计算过程，在进行各节点停电时间的期望，可以假定各输配电设备发生断电的事件为互斥事件，即假定同一时间只有一个输配电设备发生断电。

Claims (8)

1.一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，其特征在于，该方法用于评估配电网中各节点的可靠性，包括步骤：

1)获取配电网中各变电设备及输电线路的故障概率；

2)获取配电网中各变电设备及输电线路的预安排停电概率；

3)根据步骤1)和步骤2)中获取的数据，得到各变电设备及输电线路的断电概率；

4)根据各变电设备及输电线路的断电概率，结合各节点在配电网中的接入位置得到各节点的停电时间的数学期望。

2.根据权利要求1所述的一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述预安排停电概率为：

p_if＝p_i1+p_i2

其中：p_if为输配电设备i的预安排停电概率，p_i1为输配电设备i的预安排检修率，p_i2为输配电设备i的预安排扩容率，输配电设备i为变电设备或输电线路。

3.根据权利要求2所述的一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述输配电设备的预安排检修率为：

$\frac{1}{{\mathrm{tt}}_k}$

其中：tt_k为输配电设备相邻两次检修的时间间隔，其具体满足：

$H_{max}={\&Integral;}_{T_{j+}}^{T_{j+}+{\mathrm{tt}}_k}\mathrm{\&lambda;}\left(t\right)dt$

其中：H_max为输配电设备的最大允许风险值，T_j+为输配电设备上一次检修之后等效役龄，λ(t)为输配电设备的失效率函数。

4.根据权利要求2所述的一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述输配电设备的预安排扩容率为：

c×[a×p_i21+(1-a)×p_i23]+(1-c)×[b×p_i22+(1-b)×p_i24]

其中：p_i21为关于负载率均值δ的扩容概率，p_i22为关于负载率峰值σ的扩展概率，p_i23为关于负载率均值增长绝对值Δδ的扩容概率，p_i24为关于负载率峰值增长绝对值Δσ的扩容概率，a,b,c均为(0,1)之间的权重系数。

5.根据权利要求4所述的一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述权重系数a,b,c的取值具体为：

$\left\{\begin{array}{c}a\&Element;(0.95,1)\\ b\&Element;(0.95,1)\\ c\&Element;(0.45,0.55)\end{array}\right..$

6.根据权利要求1所述的一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述断电概率为：

p_i＝p_if+p_ib-p_ifp_ib

其中：p_i为输配电设备i的断电概率，p_if为输配电设备i的预安排停电概率，为输配电设备i的故障概率，输配电设备i为变电设备或输电线路。

7.根据权利要求1所述的一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括步骤：

401)获取各节点在配电网中接入位置，并根据该接入位置，获得每一个节点关于各变电设备及输电线路的节点类型；

402)根据各变电设备及输电线路的断电概率，结合每一个节点关于各变电设备及输电线路的节点类型，得到各节点停电时间的数学期望。

8.根据权利要求7所述的一种考虑预安排停电的配电网可靠性评估方法，其特征在于，所述节点类型包括：

A类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为0；

B类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该变电设备或输电线路的断电隔离时间；

C类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该节点的转供时间；

D类节点，当变电设备或输电线路断电时，节点的停电时间为该变电设备或输电线路的断电持续时间。