CN105117970B - 一种并列供电系统连环故障概率计算方法 - Google Patents

Abstract

一种并列供电系统连环故障概率计算方法，包括以下步骤：S1从电网能量管理系统EMS获取线路运行数据,包括线路过负荷次数、时间及其发生的条件，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条线路过负荷概率的泊松分布函数，确定参数S2从电网能量管理系统EMS获取变压器运行数据,包括变压器过负荷次数、时间及其发生的条件，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条台变压器过负荷概率的泊松分布函数，确定参数S3计算并列供电系统n次线路连环故障概率，计算公式为：1≤n≤N_L；S4计算并列供电系统n次变压器连环故障概率，计算公式为：1≤n≤N_T；S5计算并列供电系统连环故障的概率，计算公式为：本发明可为电网调度运行提供必要的技术支撑。

Description

一种并列供电系统连环故障概率计算方法

技术领域

本发明涉及一种并列供电系统连环故障概率计算方法。

背景技术

图1中，由N_L条线路并列运行和N_T台变压器 并列运行组成供电系统，假设负荷功率为S_D(S_D＝P_D+jQ_D)。这是在输电网和配电网中常见的电网结构。

线路接于同一或多个电源，在不同的电源发电功率下其负荷率呈现不同的水平。一旦接于某一电源的线路出现过负荷并退出运行，那么因过负荷而停送的功率将转移到其他线路上。如果停送功率很大，那么转移功率也很大，往往会在其他线路产生连环过负荷，导致进一步的连环故障事故。并列的变压器高压侧连接线路，低压侧连接负荷。在不同负荷需求水平下，变压器有不同的负荷率水平。一旦某一台变压器出现过负荷并退出运行，那么负荷功率将转移到其他变压器上。如果转移功率很大，也将导致其他变压器产生连环过负荷，发生进一步的故障事故。可见，并列运行线路和变压器过负荷或连环过负荷都是由于负荷波动过大以及线路和变压器运行方式改变的不确定性和随机性所导致的。

如果并列运行的多条线路或多台变压器发生接地或短路故障而退出运行，那么也会导致输送功率转移到其他线路或变压器上。一旦转移功率过大，同样也会发生连环过负荷事故，导致电网事故的扩大，造成更大影响和损失。而因故障产生的连环过负荷是由于线路和变压器健康状态及负荷功率的不确定性和随机性所导致的。

针对电力系统连环过负荷和连环故障，以往通常采用潮流计算的方法来加以判断和确认，但是这种计算方法无法确定电网发生连环过负荷或连环故障的概率，更不能确定发生连环过负荷或连环故障的次数及损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提出一种并列供电系统连环故障概率的计算方法，为确定连环故障发生次数、损失和风险提供技术方案，其基本原理是同时考虑电网运行方式和负荷的不确定性和随机性，通过电网能量管理系统EMS获取电网运行的数据，在考虑电网运行方式的不确定性时主要是引入变压器、线路等设备的不确定性运行状态，在考 虑负荷的不确定性时主要引入负荷的不确定性状态，假设电网运行方式变化和负荷的波动均服从正态分布，在概率分析的基础上计算电网有功功率和无功功率损耗的平均值，为电网调度运行提供必要的技术支撑。

研究表明：并列供电系统连环故障概率与下列因素有关：1)一定运行周期内线路和变压器故障概率；2)一定运行周期内线路和变压器过负荷概率；3)负荷水平。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种并列供电系统连环故障概率计算方法，所述的并列供电系统由N_L条线路 并列运行和N_T台变压器并列运行组成，假设负荷功率为S_D(S_D＝P_D+jQ_D)；其特征是：所述的方法包括以下步骤：

S1从电网能量管理系统EMS获取线路运行数据(包括线路故障次数、时间及其发生的条件)，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条线路L_i故障概率的泊松分布函数，确定参数从电网能量管理系统EMS获取线路运行数据(包括线路过负荷次数、时间及其发生的条件)，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条线路L_i过负荷概率的泊松分布函数，确定参数

S2从电网能量管理系统EMS获取变压器运行数据(包括变压器故障次数、时间及其发生的条件)，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条台变压器T_i故障概率的泊松分布函数，确定参数从电网能量管理系统EMS获取变压器运行数据(包括变压器过负荷次数、时间及其发生的条件)，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条台变压器T_i过负荷概率的泊松分布函数，确定参数

S3计算并列供电系统n次线路连环故障概率，计算公式为：

式中p_DLi为因第i条线路发生过负荷并使这些线路退出运行时负荷功率S_D大于其他台线路允许最大输送功率之和的概率；

S4计算并列供电系统n次变压器连环故障概率，计算公式为：

式中p_DTi为因第i台变压器发生过负荷并使这些变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他台变压器允许最大输送功率之和的概率；

S5计算并列供电系统连环故障的概率，计算公式为：

所述步骤S3中，并列供电系统N_L次线路连环故障概率计算的步骤为:

S3.1从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，包括视在功率、有功功率、无功功率，采用蒙特卡罗模拟方法确定一条线路发生故障并使该条线路退出运行时，负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL1,其计算公式为：

式中L_OUT1为N_L条线路中因一次线路连环故障而退出运行的线路的集合；

计算并列供电系统一次线路连环故障概率，其计算公式为：

S3.2从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，包括视在功率、有功功率、无功功率，采用蒙特卡罗模拟方法确定两条线路发生故障并使该两条线路退出运行时负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL2,其计算公式为：

式中L_OUT2为N_L条线路中因两次线路连环故障而退出运行的线路的集合；

计算并列供电系统二次线路连环故障概率，其计算公式为：

S3.3从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定三条线路发生故障并使该三条线路退出运行时负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL3,其计算公式为：

式中L_OUT3为N_L条线路中因三次线路连环故障而退出运行的线路的集合；

计算并列供电系统三次线路连环故障概率，其计算公式为：

S3.4重复计算N_L次，直到计算并确定了并列供电系统N_L次线路连环故障概率。

所述步骤S4中，并列供电系统N_T次变压器连环故障概率计算的计算步骤为:

S4.1从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定一台变压器发生故障并且该台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他台变压器允许最大输送功率之和的概率p_DL1,其计算公式为：

式中T_OUT1为N_T台变压器中因一次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合；

计算并列供电系统一次变压器连环故障概率，其计算公式为：

S4.2从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定两台变压器发生故障并且该两台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他变压器允许最大输送功率之和的概率p_DPF2,其计算公式为：

式中T_OUT2为N_T台变压器中因二次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合；

计算并列供电系统二次变压器连环故障概率，其计算公式为：

S4.3从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定三台变压器发生故障并且该三台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他变压器允许最大输送功率之和的概率p_DT3,其计算公式为：

式中T_OUT3为N_T台变压器中因三次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合；

计算并列供电系统三次变压器连环故障概率，其计算公式为：

S4.4重复计算N_T次，直到计算并确定了并列供电系统N_T次变压器连环故障概率。

本发明的技术效果是：利用本发明所提出的并列供电系统连环故障概率计算方法，可以计算出在一定运行周期(1小时、1天、1月、1年、5年、10年等)内并列供电系统因线路或变压器故障或过负荷而发生连环故障的概率，为确定线路和变压器最优运行方式提供基础数据，为电网运行、维修维护、设备更新等计划提供技术方法，为电网调度运行控制提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明所针对的并列供电系统组成和连接关系示意图；

图2是本发明所提出的并列供电系统连环故障概率计算方法的流程框图。

图1中的附图标记表示如下：1-并列运行的第一条线路，2-并列运行的第N_L条线路，3-变压器高压母线，4-并列运行的第一台变压器，5-并列运行的第N_T台变压器，6-变压器低压母线，7-负荷。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。

本发明的并列供电系统连环故障概率计算方法实施例子，参见图1，所述的并列供电系统由N_L条线路并列运行和N_T台变压器并列运行组成，假设负荷功率为S_D(S_D＝P_D+jQ_D)。

参见图2，本方法包括以下公式及步骤：

图2中的步骤1描述线路故障概率的泊松分布函数确定及其参数计算的过程和方法

从电网能量管理系统EMS获取并列运行线路的运行数据，按照抽取10年(15分钟或30分钟、1小时作为每一个时段)的数据规模进行处理、计算和分析。重点抽取线路故障次数、时间及其发生的条件等数据，采用概率分析方法验证这些数据是否具备泊松分布特征，并确定其概率分布函数。

具体来说，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条线路故障概率的泊松分布函数，确定参 数

图2中的步骤2描述线路过负荷概率的泊松分布函数确定及其参数计算的过程和方法

从电网能量管理系统EMS获取并列运行线路的运行数据(包括线路过负荷次数、时间及其发生的条件)，按照抽取10年(15分钟或30分钟、1小时作为每一个时段)的数据规模进行处理、计算和分析。重点抽取线路过负荷次数、时间及其发生的条件等数据，采用概率分析方法验证这些数据是否具备泊松分布特征，并确定其概率分布函数。

具体来说，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条线路过负荷概率的泊松分布函数，确定参数

图2中的步骤3描述变压器故障概率的泊松分布函数确定及其参数计算的过程和方法

从电网能量管理系统EMS获取并列运行变压器的运行数据，按照抽取10年(15分钟或30分钟、1小时作为每一个时段)的数据规模进行处理、计算和分析。重点抽取变压器故障次数、时间及其发生的条件等数据，采用概率分析方法验证这些数据是否具备泊松分布特征，并确定其概率分布函数。具体来说，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条台变压器故障概率的泊松分布函数，确定参数

图2中步骤4描述变压器过负荷概率的泊松分布函数确定及其参数计算的过程和方法

从电网能量管理系统EMS获取并列运行变压器的运行数据(包括变压器过负荷次数、时间及其发生的条件)，按照抽取10年(15分钟或30分钟、1小时作为每一个时段)的数据规模进行处理、计算和分析。重点抽取变压器过负荷次数、时间及其发生的条件等数据，采用概率分析方法验证这些数据是否具备泊松分布特征，并确定其概率分布函数。具体来说，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条台变压器过负荷概率的泊松分布函数，确定参数

图2中的步骤5描述线路连环故障概率计算的过程和方法

具体步骤如下：

1)从电网能量管理系统EMS获取潮流数据(视在功率、有功功率、无功功率)，采用蒙特卡罗模拟方法确定一条线路发生故障并使该条线路退出运行时负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL1,其计算公式为：

式中L_OUT1为N_L条线路中因一次线路连环故障而退出运行的线路的集合。

计算并列供电系统一次线路连环故障概率，其计算公式为：

2)从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定两条线路发生故障并使该两条线路退出运行时负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL2,其计算公式为：

式中L_OUT2为N_L条线路中因两次线路连环故障而退出运行的线路的集合。

计算并列供电系统二次线路连环故障概率，其计算公式为：

3)从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定三条线路发生故障并使三条线路退出运行时负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL3,其计算公式为：

式中L_OUT3为N_L条线路中因三次线路连环故障而退出运行的线路的集合。

计算并列供电系统三次线路连环故障概率，其计算公式为：

4)重复计算N_L次，直到计算并确定了并列供电系统N_L次线路连环故障概率。

5)计算并列供电系统n次线路连环故障概率，计算公式为：

式中p_DLi为第i条线路发生过负荷并使这些线路退出运行时负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率。

图2中的步骤6描述变压器连环故障概率计算的过程和方法。具体步骤如下：

1)从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定一台变压器发生故障并且该台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他台变压器允许最大输送功率之 和的概率p_DT1,其计算公式为：

式中T_OUT1为N_T台变压器中因一次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合。

计算并列供电系统一次变压器连环故障概率，其计算公式为：

2)从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定两台变压器发生故障并且该两台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他变压器允许最大输送功率之和的概率p_DT2,其计算公式为：

式中T_OUT2为N_T台变压器中因二次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合。

计算并列供电系统二次变压器连环故障概率，其计算公式为：

3)从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定三台变压器发生故障并且该三台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他变压器允许最大输送功率之和的概率p_DT3,其计算公式为：

式中T_OUT3为N_T台变压器中因三次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合。

计算并列供电系统三次变压器连环故障概率，其计算公式为：

4)重复计算N_T次，直到计算并确定了并列供电系统N_T次变压器连环故障概率。

5)计算并列供电系统n次变压器连环故障概率，计算公式为：

图2中的步骤7描述并列供电系统连环故障的联合概率计算的过程和方法。并列供电系统连环故障联合概率的计算公式为：

Claims (3)

1.一种并列供电系统连环故障概率计算方法，所述的并列供电系统由N_L条线路L₁、并列运行和N_T台变压器并列运行组成，假设负荷功率为S_D＝P_D+jQ_D；其特征是：所述的方法包括以下步骤：

S1从电网能量管理系统EMS获取线路运行数据，包括线路故障次数和时间，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条线路L_i故障概率的泊松分布函数，确定参数从电网能量管理系统EMS获取线路运行数据，包括线路过负荷次数和时间，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i条线路L_i过负荷概率的泊松分布函数，确定参数

S2从电网能量管理系统EMS获取变压器运行数据，包括变压器故障次数和时间，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i台变压器T_i故障概率的泊松分布函数，确定参数从电网能量管理系统EMS获取变压器运行数据，包括变压器过负荷次数和时间，采用蒙特卡罗模拟方法确定第i台变压器T_i过负荷概率的泊松分布函数，确定参数

S3计算并列供电系统n次线路连环故障概率，计算公式为：

式中p_DLi为因第i条线路发生过负荷并使这些线路退出运行时负荷功率S_D大于其他台线路允许最大输送功率之和的概率；

S4计算并列供电系统n次变压器连环故障概率，计算公式为：

式中p_DTi为因第i台变压器发生过负荷并使这些变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他台变压器允许最大输送功率之和的概率；

S5计算并列供电系统连环故障的概率，计算公式为：

文中：为线路L_i的故障率；

为变压器T_i的故障率；

为第i条线路L_i过负荷概率；

为第i台变压器T_i过负荷概率。

2.根据权利要求1所述的并列供电系统连环故障概率计算方法，其特征是：所述步骤S3中，并列供电系统N_L次线路连环故障概率计算的步骤为:

S3.1从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，包括视在功率、有功功率、无功功率，采用蒙特卡罗模拟方法确定一条线路发生故障并使该条线路退出运行时，负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL1,其计算公式为：

式中L_OUT1为N_L条线路中因一次线路连环故障而退出运行的线路的集合；

计算并列供电系统一次线路连环故障概率，其计算公式为：

S3.2从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，包括视在功率、有功功率、无功功率，采用蒙特卡罗模拟方法确定两条线路发生故障并使该两条线路退出运行时负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL2,其计算公式为：

式中L_OUT2为N_L条线路中因两次线路连环故障而退出运行的线路的集合；

计算并列供电系统二次线路连环故障概率，其计算公式为：

S3.3从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定三条线路发生故障并使该三条线路退出运行时负荷功率S_D大于其他线路允许最大输送功率之和的概率p_DL3,其计算公式为：

式中L_OUT3为N_L条线路中因三次线路连环故障而退出运行的线路的集合；

计算并列供电系统三次线路连环故障概率，其计算公式为：

S3.4重复计算N_L次，直到计算并确定了并列供电系统N_L次线路连环故障概率；

文中：为列供电系统n次线路连环故障概率；

为列供电系统n-1次线路连环故障概率；

为列供电系统n次变压器连环故障概率；

为列供电系统n-1次变压器连环故障概率；

为列供电系统i次线路连环故障概率；

为列供电系统i次变压器连环故障概率。

3.根据权利要求2所述的并列供电系统连环故障概率计算方法，其特征是：所述步骤S4中，并列供电系统N_T次变压器连环故障概率计算的计算步骤为:

S4.1从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定一台变压器发生故障并且该台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他台变压器允许最大输送功率之和的概率p_DL1,其计算公式为：

式中T_OUT1为N_T台变压器中因一次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合；

计算并列供电系统一次变压器连环故障概率，其计算公式为：

S4.2从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定两台变压器发生故障并且该两台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他变压器允许最大输送功率之和的概率p_DPF2,其计算公式为：

式中T_OUT2为N_T台变压器中因二次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合；

计算并列供电系统二次变压器连环故障概率，其计算公式为：

S4.3从电网能量管理系统EMS获取潮流数据，采用蒙特卡罗模拟方法确定三台变压器发生故障并且该三台变压器退出运行时负荷功率S_D大于其他变压器允许最大输送功率之和的概率p_DT3,其计算公式为：

式中T_OUT3为N_T台变压器中因三次变压器连环故障而退出运行的变压器的集合；

计算并列供电系统三次变压器连环故障概率，其计算公式为：

S4.4重复计算N_T次，直到计算并确定了并列供电系统N_T次变压器连环故障概率。