CN105512834A - 一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，通过将升压站电气系统的电气主接线转化为可靠性逻辑框图；根据可靠性逻辑框图，求得关于所有出线端的由全部最小路径组成的最小路集；根据最小路集，建立升压站电气系统的最小路矩阵；根据最小路矩阵和各设备的故障形式，求得升压站电气系统中的设备发生故障导致各出线端失电的最小割集，并基于所述最小割集，对所述升压站点电气系统的进行可靠性评估。本发明实施例将最小路/割集理论应用于风电场电气系统可靠性评估中，优化了故障状态的选取和节省了计算工作量，同时对各种故障割集模式进行可靠性指标分析，并基于这些计算指标的分析，对风电场升压站主接线的可靠性进行评估。

Description

一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及风电场可靠性评估技术领域，特别是涉及一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法。

背景技术

风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和发展前景的发电方式之一，而凭借风能稳定、丰富的资源优势，风电的发展及商业运营前景更加广阔。鉴于风电大容量远距离的发展趋势，结合可靠性评估对升压站进行合理规划设计，对于降低远距离输送电的能量损耗，提高风电场的发电效率和经济效益，有非常深远的意义。

现有技术中，电力系统的可靠性评估方法可分为解析法和模拟法。其中，解析法在系统规模较大时，可能会出现“维数灾”的计算难题。一种可行的方法是，将风电场建模成一个类似于多降额状态的常规机组，形成系统停运容量概率表来分析系统可靠性。该方法在系统规模较大时仍能有效评估。以蒙特卡洛法为代表的模拟法在风电场的可靠性评估中的应用较为广泛。

然而由于蒙特卡洛方法计算精度和计算时间的矛盾，要取得令人满意的计算精度，往往耗费大量的计算时间。

发明内容

本发明实施例中提供了一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，以解决现有技术中的蒙特卡洛方法抽样容量大、效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法,包括：

将升压站电气系统的电气主接线转化为可靠性逻辑框图；

根据所述可靠性逻辑框图，求得关于所有出线端的由全部最小路径组成的最小路集；

根据所述最小路集，建立所述升压站电气系统的最小路矩阵；

根据所述最小路矩阵以及各设备发生故障的故障形式，求得所述升压站电气系统中的设备发生故障导致各出线端失电的最小割集；

基于所述最小割集，对所述升压站点电气系统的进行可靠性评估；

其中，所述最小路矩阵是以最小路L_i为行，以所述可靠性逻辑框图中的全部设备x_j为列的一种矩阵形式，矩阵中的元素g_ij表示设备x_j是否为最小路L_i中的设备 $g_{ij}=\left\{\begin{array}{cc}1& x_j\∈L_i\\ 0& x_j\∉L_i\end{array}\right..$

优选地，所述设备发生故障的故障形式包括非扩大型故障、扩大型故障和计划检修停运。

优选地，所述最小割集包括非扩大型故障割集和扩大型故障割集。

优选地，求所述非扩大性故障割集的方法包括：

将所述最小路矩阵中只能发生扩大型故障的设备所对应列中的全部元素置零，得到所述升压站电气系统的非扩大型故障矩阵；

根据所述非扩大型故障矩阵求得各出线端失电的一阶非扩大型故障割集R’，其中，所述R’割集由所述非扩大型故障矩阵中元素全为1的各列所对应的设备构成。

优选地，求所述扩大性故障割集的方法包括：

建立各出线端对应的路接矩阵LC；

将各出线端的最小路矩阵与相应的最小路矩阵相或，得到各出现端的扩大型故障矩阵；

根据所述扩大型故障矩阵求得各出线端失电的扩大型故障割集S’，其中，所述S’割集由所述非扩大型故障矩阵中元素全为1的各列所对应的设备构成。

优选地，对所述升压站点电气系统的进行可靠性评估包括供电连续性评估和供电充裕性评估。

优选地，对所升压站点电气系统的供电连续性评估的方法包括：

根据所述最小割集，计算每个最小割集中的具体设备故障造成某一出线端或整体升压站点电气系统停运的概率、频率和时间。

优选地，对所升压站点电气系统的供电充裕性评估的方法包括：

根据所述最小割集，计算一年时间内由于最小割集中设备故障的发生所导致的传输受阻总电量EENS，其中，所述传输受阻总电量EENS为每个所述最小割集的受阻功率与对应的年平均故障持续乘积的总和。

优选地，所述可靠性逻辑框图中的设备包括母线、电缆、断路器和变压器。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法,通过将升压站电气系统的电气主接线转化为可靠性逻辑框图；根据所述可靠性逻辑框图，求得关于所有出线端的由全部最小路径组成的最小路集；根据所述最小路集，建立所述升压站电气系统的最小路矩阵；根据所述最小路矩阵，求得所述升压站电气系统中的设备发生故障导致各出线端失电的最小割集；最终根据所述最小割集，对所述升压站点电气系统的进行可靠性评估。本发明实施例将最小路/割集理论应用于风电场电气系统可靠性评估中，从而优化了故障状态的选取和节省了计算工作量。给出了最小路割集的故障模式，就升压站主接线的最小路集和主接线故障割集进行研究，并对各种故障割集模式进行可靠性指标分析。基于这些计算指标的分析，结合风电场发电指标，对风电场升压站主接线的可靠性进行评估。因此，本发明实施例的研究方法和思路对于风电场电气系统的规划和设计具有一定的参考价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种由节点和弧组成的网络图；

图2为本发明实施例提供的一种在可靠性工程中的系统可靠性逻辑框图；

图3为本发明实施例提供的一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种风电场升压站电气系统的单母线接线图；

图5为由图4演变形成的可靠性逻辑框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明基于最小路矩阵与最小路/割集原理，对升压站主接线的最小路集和主接线故障割集研究，并对各种故障割集模式进行可靠性指标分析。

在具体介绍本发明实施例的具体实施方式之前，首先对最小路/割集进行介绍。

如图1所示的网络图由节点和弧组成，其中，0、1、2、3、4、5、6是节点，X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7是弧。

网络图中，连接任意两节点间由有向弧或无向弧组成的弧集合，称为这两个节点间的一条路。由输入点到输出点的所有路的集合成为路集。如果一条路中移去任一条弧后，就不再构成路，则称这条路为最小路。由最小路构成的集合称为最小路集。

某一最小路中的弧都是串联关系，只要任一弧断开，本最小路便会失效，割集同样由弧构成。若割集中的弧断开，则导致网络由输入点到输出点的所有路径都失效。如果从一个割集中移去一条弧后，这个集合便不再是一个割集，则称此集合为一个最小割集。与最小路集相反，最小割集中的弧是并联关系，而所有最小割集却是串联关系，只要有一个最小割集故障发生，系统便无法正常工作。

在可靠性工程中，逻辑框图对于分析系统结构、系统连通性及设备关系起着重要的作用，如图2所示，是一个典型的在可靠性工程中的系统可靠性逻辑框图。

其中，三角形框表示进线端，菱形框表示出线端。设备由矩形框表示，并将各设备按一定顺序标注序号。可以看出，上图可以很容易的变成图论意义的网络图。设备的故障可以抽象为图论中弧失效、断开的概念，系统停运也就相当与网络图中输入点与输出点失去连通，无法联系起来。所以系统的可靠性分析可以运用图论理论及工具、如最小路集、最小割集来进行。

下面将结合某一升压站电气系统对本发明实施进行具体的说明。

参见图1，为本发明实施例提供的一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法的流程示意图。

步骤S101：将升压站电气系统的电气主接线转化为可靠性逻辑框图。

如图4所示，为本发明实施例提供的一种风电场升压站电气系统的单母线接线图，图5则是由图4演变形成的可靠性逻辑框图，其中B代表母线，C代表电缆，CB代表断路器，TF代表变压器。电缆只包括进线、出线电缆，而忽略升压站中设备间连接的电缆，原因是升压站中设备布置比较紧凑，连接电缆很短，并处于室内环境，保护完善，故在在本实施例中进行可靠性分析时不给与考虑。

步骤S102：根据所述可靠性逻辑框图，求得关于所有出线端的由全部最小路径组成的最小路集。

图5中，进线端集合IN及出线端集合ON分别为：

IN＝[(1),(2)]

ON＝[(3),(4),(5)]

通过可靠性框图可以寻找图中的最小路径，构成最小路集和最小路矩阵，具体方法是：从输入点1出发，寻找与输入点相连的具体设备，再进一步搜索与此设备相连的下一个设备，将每一步搜索到的设备与同一路径中之前已确认的设备进行比较，如发现相同，则舍弃刚搜索到的这一设备。以上述按顺序搜索的方法一直搜寻至输出点，便形成了一条最小路。

利用上述方法，可以求得由全部最小路经组成的集合便是最小路集：

L＝(L1,L2,L3,L4,L5,L6)

其中，L1，L2是对于出线端(3)的最小路，其最小路集可表示为L(3)＝(L1,L2)。同样，对于出线端(4)、(5)的最小路集分别为L(4)＝(L3,L4)，L(5)＝(L5,L6)。

步骤S103：根据所述最小路集，建立所述升压站电气系统的最小路矩阵。

其中，所述最小路矩阵是以最小路L_i为行，以所述可靠性逻辑框图中的全部设备x_j为列的一种矩阵形式，矩阵中的元素g_ij表示设备x_j是否为最小路L_i中的设备

$g_{ij}=\left\{\begin{array}{cc}1& x_j\∈L_i\\ 0& x_j\∉L_i\end{array}\right.$

因此，整个所述升压站电气系统的最小路矩阵为：

$L=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(1\right)$

各出线端的最小路矩阵为：

$L_{\left(3\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(2\right)$

$L_{\left(4\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(3\right)$

$L_{\left(5\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(4\right)$

在上述最小路矩阵中，每行描述的是不同设备与某一通路的关系。每行中元素1数量越多，说明这一通路由越多设备构成，受设备故障的影响越大，越容易丧失输电功能，可靠运行的要求也越高。每列表明的是某一设备在系统中的作用。列中元素1的数量说明此设备处于多少个最小路中。一旦设备故障，这些最小路的功能都将受影响。因此，某列中1的数量越多，设备对于此主接线系统可靠运行的影响越大，是系统中的关键设备。

步骤S104：根据所述最小路矩阵以及各设备发生故障的故障形式，求得所述升压站电气系统中的设备发生故障导致各出线端失电的最小割集。

割集的阶数是指割集中设备的个数。当一个最小割集由一个故障设备组成，这样的割集称为一阶最小割集，表明系统故障由单一设备故障引起。N阶割集便是系统故障由N个故障设备组合形成的割集引发。一般，升压站点电气系统中发生三阶及其以上故障的概率极低。

故障模式是指每个割集的具体组成方式。设备故障最多有非扩大型故障、扩大型故障及计划检修停运等三种形式。故障模式便是单一设备或不同设备故障形式的组合。具体有以下几种：

第一类为一阶故障：

设备非扩大型(R型)故障，组成一阶R型故障割集R’；

设备扩大型(S型)故障，组成一阶S型故障割集S’；

设备计划检修(M型)故障，组成一阶M型故障割集M’；

第二类为二阶故障：

两个设备均发生R型故障，组成二阶R型故障割集RR’；

两个设备均发生S型故障，组成二阶S型故障割集SS’；

一个设备发生R型故障，另一个设备发生S型故障，组成二阶SR型故障割集SR’；

一个设备发生R型故障，另一个设备发生M型故障，组成二阶RM型故障割集RM’；

一个设备发生S型故障，另一个设备发生M型故障，组成二阶SM型故障割集SM’；

本实施例中不考虑二阶MM型故障，因为其不合理性。计划检修所造成的系统停运是人为的。当MM’割集中的一个设备进行计划检修时，就不应该对另一个设备也采取检修措施，人为造成系统停运。

本实施例分析中可以定义系统中各设备故障均是相互独立的，不考虑连带故障。因为现今电气设备的保护措施比较完善，故障发生的切除一般都能控制在本设备或者相邻设备的保护范围内，难以出现扩大性的连带故障情况。

将最小路矩阵中所有只能发生S型故障的设备所对应列中的全部元素置零，便可以获得升压站主接线的R型故障矩阵。电缆、母线和变压器等设备发生的故障都是S型故障。如图5所示，设备1、7、9、11、15为电缆，设备3、13是变压器，设备5是母线，因此，式(2)-(4)中以上设备各对应列中所有元素都应置零。

即，各出线端的R型故障矩阵为：

$R_{\left(3\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}0& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0\end{array}\right]---\left(5\right)$

$R_{\left(4\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}0& 1& 0& 1& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0\end{array}\right]---\left(6\right)$

$R_{\left(5\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}0& 1& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0\end{array}\right]---\left(7\right)$

由R型故障矩阵可以求得主接线的一阶非扩大型故障割集R’、二阶非扩大型故障割集RR’。其中，R’割集由R型故障矩阵中元素全为1的各列所对应的设备构成。

即各出线端的R’割集为：

R’₍₃₎＝(6)；R’₍₄₎＝(8)；R’₍₅₎＝(10)

一阶R’割集表示当割集中的任一设备出现非扩大型故障，其对应的出线端就会失电。因为R’₍₃₎、R’₍₄₎、R’₍₅₎中没有相同的元素，所以本系统中没有一个设备发生非扩大型故障能导致两个出线端或整个系统失去输电能力。

在求取系统的一阶扩大型故障割集S’时需要引入一个新的矩阵形式，称之为路接矩阵LC。

所述路接矩阵与最小路矩阵相同，以最小路L_i为行，以设备x_j为列，但矩阵中元素g_ij的含义与最小路矩阵不同，其代表设备x_j是否与最小路L_i有直接关系，也就是x_j是否与L_i中某一设备相连，但

则对于本实施例的升压站的电气系统，各出线端的路接矩阵为：

${\mathrm{LC}}_{\left(3\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]---\left(8\right)$

${\mathrm{LC}}_{\left(4\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]---\left(9\right)$

${\mathrm{LC}}_{\left(5\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]---\left(10\right)$

将某一出线端的路接矩阵与相对应的最小路矩阵相或，得到的矩阵便是系统的S型故障矩阵。则各出线端的S型故障矩阵为：

$S_{\left(3\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 0& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(11\right)$

$S_{\left(4\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(12\right)$

$S_{\left(5\right)}=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 0& 1& 1& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0& 1& 0& 1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(13\right)$

S型故障矩阵表明，扩大型故障不仅有可能由某一最小路中的设备产生，也有可能由与这一通路相连的设备形成。因为当此设备与最小路中的设备相连时，其必然需通过母线形成连接关系，而当其发生扩大型故障的时候，也必然会影响到此最小路中与之相连的设备。

S’割集由S型故障矩阵中元素全为1的各列所对应的设备构成。即各出线端的S’割集组为：

S’₍₃₎＝(4,5,6,7,8,10,12)；S’₍₄₎＝(4,5,6,8,9,10,12)；S’₍₅₎＝(4,5,6,8,10,11,12)

一阶S’割集表示当割集中的任一设备出现扩大型故障，其对应的出线端就会失电。其中，设备4、5、6、8、10、12中任一设备出现S型故障，会导致整个系统故障。

M’割集组为：

M’₍₃₎＝(4,5,6,7)；M’₍₄₎＝(4,5,8,9)；M’₍₅₎＝(5,10,11,12)

步骤S105：基于所述最小割集，对所述升压站点电气系统的进行可靠性评估。

本实施例中，对于所述升压站电气系统的的可靠性评估可分为供电连续性和供电充裕性两个方面。其中，供电连续性考察的是升压站的某一出线端或整体的供输电功能是否会受到某一故障形式的影响，通过计算具体故障造成出线端或系统停运的概率、频率、时间等指标进行量化和评估。供电充裕性则通过计算故障发生及持续对电能传送的阻碍，评估单位时间内(通常为一年)，由于各种故障造成的受阻电量、停运损失等指标。

本实施例同样是以图5描述的系统为例，基于最小割集方法，具体计算每个最小割集的发生概率、频率和持续时间，以对所述升压站电气系统的供电连续性评估。

对于整个所述升压站电气系统，P_all-up表示系统中全部设备完好，整个系统正常的概率；P_i-up便是设备i正常工作的概率。

$P_{aii-up}=\underset{i-1}{\overset{15}{\Π}}{P}_{i-up}---\left(14\right)$

对于出线端(3)的R型故障：

$P_{\left(3\right)6R}=\frac{P_{aii-up}}{P_{6-up}}{P}_{6R}---\left(15a\right)$

f_(3)6R＝P_(3)6Rμ_6R(15b)

U_(3)6R＝f_(3)6Rt_6R(15c)

其中，P_(3)6R、f_(3)6R分别表示设备6发生R型故障，造成出线端(3)失电的状态概率和频率；P_6R是设备6发生R型故障的概率；μ_6R是设备6发生R型故障的修复率；t_6R是设备6发生R型故障的持续时间；U_(3)6R是设备6发生R型故障在一年内总的持续时间，也是出线端(3)因为设备6发生R型故障在一年内遭遇的停运时间总和。

那么对于系统中的各个R’割集元素，有：

$P_{\left(i\right)jR}=\frac{P_{aii-up}}{P_{j-up}}{P}_{jR}---\left(16a\right)$

f_(i)jR＝P_(i)jRμ_jR(16b)

U_(i)jR＝f_(i)jRt_jR(16c)

其中，i∈ON，j∈R’_(i)。

同理，对于R’割集和M’割集有：

$P_{\left(i\right)jS}=\frac{P_{aii-up}}{P_{j-up}}{P}_{jS}---\left(17a\right)$

f_(i)jS＝P_(i)jSμ_jS(17b)

U_(i)jS＝f_(i)jSt_jS(17c)

其中，i∈ON，j∈S’_(i)。

$P_{\left(i\right)jM}=\frac{P_{aii-up}}{P_{j-up}}{P}_{jM}---\left(18a\right)$

f_(i)jM＝P_(i)jMμ_jM(18b)

U_(i)jM＝f_(i)jMt_jM(18c)

其中，i∈ON，j∈M’_(i)

上述的，各设备状态概率表达式如下：

当设备j为断路器时，有：

$P_{j-up}=1/(1+\frac{{\mathrm{\λ}}_{SCBj}}{{\mathrm{\μ}}_{SCBj}}+\frac{{\mathrm{\λ}}_{RCBj}}{{\mathrm{\μ}}_{RCBj}}+\frac{{\mathrm{\λ}}_{MCBj}}{{\mathrm{\μ}}_{MCBj}})---\left(19a\right)$

$P_{jS}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{SCBj}}{{\mathrm{\μ}}_{SCBj}}{P}_{j-up}---\left(19b\right)$

$P_{jR}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{RCBj}}{{\mathrm{\μ}}_{RCBj}}{P}_{j-up}---\left(19c\right)$

$P_{jM}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{MCBj}}{{\mathrm{\μ}}_{MCBj}}{P}_{j-up}---\left(19d\right)$

当设备j为变压器或母线时，有

$P_{j-up}=/(1+\frac{{\mathrm{\λ}}_{STFj}}{{\mathrm{\μ}}_{STFj}}+\frac{{\mathrm{\λ}}_{MTFj}}{{\mathrm{\μ}}_{MTFj}})---\left(20a\right)$

$P_{j-up}=1/(1+\frac{{\mathrm{\λ}}_{SBj}}{{\mathrm{\μ}}_{SBj}}+\frac{{\mathrm{\λ}}_{MBj}}{{\mathrm{\μ}}_{MBj}})---\left(20b\right)$

$P_{jS}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{STFj}}{{\mathrm{\μ}}_{STFj}}{P}_{j-up}---\left(20c\right)$

$P_{jS}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{SBj}}{{\mathrm{\μ}}_{SBj}}{P}_{j-up}---\left(20d\right)$

$P_{jM}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{MTFj}}{{\mathrm{\μ}}_{MTFj}}{P}_{j-up}---\left(20f\right)$

$P_{jM}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{MBj}}{{\mathrm{\μ}}_{MBj}}{P}_{j-up}---\left(20g\right)$

当设备j为电缆时，有：

$P_{j-up}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{SCj}}{{\mathrm{\μ}}_{SCj}+{\mathrm{\λ}}_{SCj}}---\left(21a\right)$

$P_{jS}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{SCj}}{{\mathrm{\μ}}_{SCj}+{\mathrm{\λ}}_{SCj}}---\left(21b\right)$

式(19a)-(21b)中，λ为某一设备发生S、R或M形式故障的故障率。

上述公式只是计算了一阶故障割集中的设备对各出线端的供电连续性评估,对于二阶故障割集，下面以SM’割集为例进行介绍：

$P_{\left(z\right)xS-yM}=\frac{P_{all-up}}{P_{x-up}{P}_{y-up}}{P}_{xS-yM}---\left(22a\right)$

f_(z)xS-yM＝P_(z)xS-yMμ_xS-yM(22b)

U_(z)xS-yM＝f_(z)xS-yMt_xS-yM(22c)

其中，P_(z)xS-yM、f_(z)xS-yM分别表示发生SM型故障，造成出线端(z)失电的状态概率、频率；P_xS-yM是设备x与设备y发生SM型故障的概率；μ_xS-yM是设备x和设备y分别发生SM型故障的联合修复率；t_xS-yM是设备x与设备y发生SM型故障的持续时间；U_(z)xS-yM是设备x与设备y发生SM型故障在一年内总的持续时间，也是出线端(z)因为设备x与设备y发生SM型故障在一年内遭遇的停运时间总和。

某一出线端的供电连续性评估可以清晰反映每个最小割集故障对此出线端正常运行的影响。假如某一割集发生概率大、频率高，持续时间长，则这一割集便是造成对应出线端停运的主要原因，割集中的设备是系统中的薄弱环节，需要重点改善其可靠性。

对于所述升压站电气系统整体的供电连续性评估，则需要先确定适用的可靠性判定，所谓可靠性判定便是系统失效的定义。评价变电站供电可靠性判定主要有两种，分别是：变电站全部出线停运才判定为系统失效和变电站只要任一出线停运便判定为系统失效，显然后者比前者严苛很多，所以本实施例采用第一类判定。当然，在具体实施中还可以采用中间形式判定，即出线停运达到指定数量则判定为系统失效。

因此，对于图5中的系统：

P_S-down＝P₍₃₎+P₍₄₎+P₍₅₎-P_(3，4)-P_(4，5)-P_(3，5)+P_(3，4,5)+(P_(3)-(4)-P_(3，4))+(P_(3)-(5)-P_(3，5))+(P_(4)-(5)-P_(4，5))

对上式整理，可得：

P_S-down＝P₍₃₎+P₍₄₎+P₍₅₎-2P_(3，4)-2P_(4，5)-2P_(3，5)+P_(3，4,5)+P_(3)-(4)+P_(3)-(5)+P_(4)-(5)

同理可得：

f_S-down＝f₍₃₎+f₍₄₎+f₍₅₎-2f_(3，4)-2f_(4，5)-2f_(3，5)+f_(3，4,5)+f_(3)-(4)+f_(3)-(5)+f_(4)-(5)

U_S-down＝U₍₃₎+U₍₄₎+U₍₅₎-2U_(3，4)-2U_(4，5)-2U_(3，5)+U_(3，4,5)+U_(3)-(4)+U_(3)-(5)+U_(4)-(5)

其中，P(X,Y)、f(X,Y)、U(X,Y)分别为出线端(X)、(Y)共有割集的发生概率、频率和年平均持续时间；P(X)-(Y)、f(X)-(Y)、U(X)-(Y)分别为使得出线端(X)、(Y)均故障的所有割集的发生概率、频率和年平均持续时间。P(X,Y,Z)、f(X,Y,Z)、U(X,Y,Z)则表示出线端(X)、(Y)、(Z)共有割集的发生概率、频率和年平均持续时间。

供电充裕性评估所关心的是发生某一故障割集并在其修复前，会导致多少电能无法通过出线传输，以及在一年时间内由于各最小割集的发生而传输受阻的电能总量EENS。因此，本实施例根据最小割集法，计算一年时间内由于最小割集中设备故障的发生所导致的传输受阻总电量EENS，其中：所述传输受阻总电量EENS为每个所述最小割集的受阻功率与对应的年平均故障持续乘积的总和。其中，在进行供电充裕性计算前，需要求得风电场中全部机组输出至升压站进线端平均功率值EGWP及全年发电总量EGWE。

进一步，需要根据具体主接线形式，计算每一最小割集的受阻电量。同样以图5系统为例进行分析。会导致电能传输受阻的故障割集如下，其中，割集中设备5出故障了，整个回路受阻，受阻功率为1倍EGWP，其余设备为0.5倍EGWP，那么可以得出，

R’割集(6,8,10)，受阻功率为0.5EGWP；

S’割集(4,5,6,8,10,12)，受阻功率为EGWP；

M’割集(5)，受阻功率为EGWP。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种风电场升压站电气系统的可靠性评估方法,其特征在于,包括：

将升压站电气系统的电气主接线转化为可靠性逻辑框图；

根据所述可靠性逻辑框图，求得关于所有出线端的由全部最小路径组成的最小路集；

根据所述最小路集，建立所述升压站电气系统的最小路矩阵；

根据所述最小路矩阵以及各设备发生故障的故障形式，求得所述升压站电气系统中的设备发生故障导致各出线端失电的最小割集；

基于所述最小割集，对所述升压站点电气系统的进行可靠性评估；

其中，所述最小路矩阵是以最小路L_i为行，以所述可靠性逻辑框图中的全部设备x_j为列的一种矩阵形式，矩阵中的元素g_ij表示设备x_j是否为最小路L_i中的设备 $g_{ij}=\left\{\begin{array}{cc}1& x_j\∈L_i\\ 0& x_j\∉L_i\end{array}\right..$

2.根据权利要求1所述的风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述设备发生故障的故障形式包括非扩大型故障、扩大型故障和计划检修停运。

3.根据权利要求1所述的风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述最小割集包括非扩大型故障割集、扩大型故障割集和计划检修停运故障割集。

4.根据权利要求3所述的风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，其特征在于，求所述非扩大性故障割集的方法包括：

将所述最小路矩阵中只能发生扩大型故障的设备所对应列中的全部元素置零，得到所述升压站电气系统的非扩大型故障矩阵；

根据所述非扩大型故障矩阵求得各出线端失电的一阶非扩大型故障割集R’，其中，所述R’割集由所述非扩大型故障矩阵中元素全为1的各列所对应的设备构成。

5.根据权利要求3所述的风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，其特征在于，求所述扩大性故障割集的方法包括：

建立各出线端对应的路接矩阵LC；

将各出线端的最小路矩阵与相应的最小路矩阵相或，得到各出现端的扩大型故障矩阵；

根据所述扩大型故障矩阵求得各出线端失电的扩大型故障割集S’，其中，所述S’割集由所述非扩大型故障矩阵中元素全为1的各列所对应的设备构成。

6.根据权利要求1所述的风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，其特征在于，对所述升压站点电气系统的进行可靠性评估包括供电连续性评估和供电充裕性评估。

7.根据权利要求6所述的风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，其特征在于，对所升压站点电气系统的供电连续性评估的方法包括：

根据所述最小割集，计算每个最小割集中的具体设备故障造成某一出线端或整体升压站点电气系统停运的概率、频率和时间。

8.根据权利要求6所述的风电场升压站电气系统的可靠性评估方法，其特征在于，对所升压站点电气系统的供电充裕性评估的方法包括：

根据所述最小割集，计算一年时间内由于最小割集中设备故障的发生所导致的传输受阻总电量EENS，其中：

所述传输受阻总电量EENS为每个所述最小割集的受阻功率与对应的年平均故障持续乘积的总和。

9.根据权利要求1所述的风电场升压站电气系统的可靠性评估方法,其特征在于,所述可靠性逻辑框图中的设备包括母线、电缆、断路器和变压器。