发明内容
基于此,本发明实施例提供配电网脆弱性评估的方法、装置及相关,能够弥补现有评估指标无法评估配电网脆弱性的缺陷。
本发明一方面提供配电网脆弱性评估的方法,包括:
获取配电网的断面潮流数据,根据所述断面潮流数据在最大负载条件下采用k(n-1+1)准则对配电网进行可靠性评估,得到非故障停电区内负荷不能完全恢复供电的第一馈线段;
采用在线风险评估得出分布于警戒域和紧急域的第二馈线段;根据第一馈线段、第二馈线段构建预想事故集;
根据无法恢复供电的失电负荷和无法恢复供电的停电用户数确定所述预想事故集中各馈线段的脆弱度;
其中,k(n-1+1)准则中,n表示配电网的所有馈线段,-1表示某一馈线段发生故障停电,+1表示闭合联络线路实现供电恢复,k为恢复非故障停电区供电的转供恢复路径种数;
其中,在线风险评估为基于健康度指标和重要度指标评估馈线风险等级的方法;所述警戒域指的是风险等级在预设的第一范围内,所述紧急域指的是风险等级在预设的第二范围内,所述第二范围内的风险等级大于所述第一范围内的风险等级。
一种配电网脆弱性评估的装置,包括:
网络评估模块,用于获取配电网的断面潮流数据,根据所述断面潮流数据在最大负载条件下采用k(n-1+1)准则对配电网进行可靠性评估,得到非故障停电区内负荷不能完全恢复供电的第一馈线段;
事故集构建模块,用于采用在线风险评估得出分布于警戒域和紧急域的第二馈线段;根据第一馈线段、第二馈线段构建预想事故集;
脆弱度计算模块,用于根据无法恢复供电的失电负荷和无法恢复供电的停电用户数确定所述预想事故集中各馈线段的脆弱度;
其中,k(n-1+1)准则中,n表示配电网的所有馈线段,-1表示某一馈线段发生故障停电,+1表示闭合联络线路实现供电恢复,k为恢复非故障停电区供电的转供恢复路径种数;
其中,在线风险评估为基于健康度指标和重要度指标评估馈线风险等级的方法;所述警戒域指的是风险等级在预设的第一范围内,所述紧急域指的是风险等级在预设的第二范围内,所述第二范围内的风险等级大于所述第一范围内的风险等级。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的步骤。
上述技术方案,通过获取配电网的断面潮流数据,根据所述断面潮流数据在最大负载条件下采用k(n-1+1)准则对配电网进行可靠性评估,得到非故障停电区内负荷不能完全恢复供电的馈线段,结合在线风险评估结果构建预想事故集;根据无法恢复供电的失电负荷和无法恢复供电的停电用户数确定所述预想事故集中各馈线段的脆弱度。能够对配电网脆弱性进行有效评估,找出脆弱点的位置及其定量评估脆弱点的脆弱度,有利于电网运营者全面、深入的掌握配电网的安全状况,消除或缓和脆弱性引发的风险。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明中的步骤虽然用标号进行了排列,但并不用于限定步骤的先后次序,除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础,否则步骤的相对次序是可以调整的。
如图1所示,本实施例中的配电网脆弱性评估的方法包括步骤:
S11,获取配电网的断面潮流数据,根据所述断面潮流数据在最大负载条件下采用k(n-1+1)准则对配电网进行可靠性评估,得到非故障停电区内负荷不能完全恢复供电的第一馈线段。
其中,断面潮流数据指的是不同主体在同一时间点或同一时间段的数据。k(n-1+1)准则中,n表示配电网的所有馈线段,-1表示某一馈线段发生故障或者失效,+1表示闭合联络开关实现供电恢复,k为恢复非故障停电区供电的转供恢复路径种数。
S12,采用在线风险评估得出分布于警戒区域和紧急区域的第二馈线段,根据第一馈线段、第二馈线段构建预想事故集。
配电网的运行风险评估旨在针对配电网中潜在的不确定性因素,全面反映故障对配电系统的影响,为调度部门的决策提供正确导向。在线风险评估方法,其中,在线风险评估为基于健康度指标和重要度指标评估馈线风险等级的方法;所述警戒域指的是风险等级在预设的第一范围内,所述紧急域指的是风险等级在预设的第二范围内,所述第二范围内的风险等级大于所述第一范围内的风险等级。
在线风险评估是一种综合考虑系统运行状态和供电用户差异,定义了健康度指标和重要度指标2个概念,并将风险视为二者的函数。配电网的在线风险评估体系分为配电设备风险和配电系统风险2层,系统的运行风险建立在系统内,所包含的馈线、配电变压器、分布式电源等基本设备的运行风险基础上,是设备风险的集中体现。本发明实施例中,主要研究馈线的在线风险评估。
在一可选实施例中,馈线的在线风险评估,可将t时刻馈线的风险模型表述为:
R(t)=H(t)×I(t);
其中,R(t)为t时刻馈线风险等级;H(t)为t时刻馈线的健康度指标,I(t)为t时刻馈线的重要度指标,通过该风险模型表征综合考虑各影响因素的情况下,馈线的运行状态以及用户侧故障损失差异的量化结果。优选地,H(t)、I(t)两者取值范围均为[1,5]。
其中,健康度指标H(t)描述馈线的运行状态,其定义为:
其中,Gj(t)为t时刻第j个健康度影响因素中所确定的健康度等级,其值可通过实时断面下该因素的属性,依据预设的规则进行量化取值;ωj(t)为t时刻第j个健康度影响因素所对应的权重,通过设置权重凸显各因素的作用力度;M1为健康度影响因素总个数。
H(t)值越小,表明馈线的工作状态越理想。馈线的健康状况是内部影响因素和外部影响因素共同作用的结果,内部影响因素包括馈线的自身缺陷或过负荷运行等;外部影响因素主要指风雨、雷击等天气因素对馈线造成损坏,从而带来一定的故障停电概率。
通过重要度指标I(t)将用户负荷差异性纳入馈线风险评估的考虑范畴,其定义为:
其中,Fk(t)为t时刻第k个重要度影响因素所确定的重要度等级;ξk(t)为t时刻第k个重要度影响因素所对应的权重;M2为重要度影响因素的总个数。I(t)值越大,表征馈线越重要,即所面向的用户对当前供电可靠性要求越高。
基于上述所述馈线的健康度指标和重要度指标,可通过二维图形展示系统的实时风险,如图2所示,将馈线风险等级划分为3个等级,其中(1)区域为正常域,(2)区域为警戒域,(3)区域为紧急域。有图2可见,所述紧急域内的风险等级大于所述警戒域内的风险等级,所述警戒域内的风险等级大于所述正常域内的风险等级。
基于当前的评估结果,调度员可判别系统的实时风险并进行相关操作。若系统的运行点落在正常域内,则进行优化控制,在满足安全性和完整性的约束条件下减小网络损耗;若系统处于警戒域,则表明出现了节点电压或馈线负载率等参数越限,此时需要启动预防性重构或采取切负荷等措施,尽快调整系统的运行方式;若系统位于紧急域,则需要快速完成故障定位与隔离,通过网络重构或分布式电源孤岛运行保障供电等手段实现非故障区域内重要负荷的转供,减小故障损失。
S13,根据无法恢复供电的失电负荷和无法恢复供电的停电用户数确定所述预想事故集中各馈线段的脆弱度。
(n-1+1)准则是,当一条馈线段发生故障被切除时,需要闭合一个联络开关以恢复供电。参考图3所示的配电网,其中K1、K2、K3为联络开关。若支路4(节点3与节点4构成的线路)发生故障需要停电。但该线路被切去后,相应的节点4、5、6、7、8、9所带的非故障区域的负荷将同时遭遇停电,成为孤岛节点。因此需选择一个联络开关闭合,以消除这些孤岛节点。然而,尽管K1、K2、K3中任一都能保证非故障区域不失电,却不能保证这样的操作之后的网络结构是否合理。例如闭合K2对孤岛节点恢复供电,虽然给孤岛节点提供了电源供给,但增加了支路10和支路11所承担的负荷,容易造成这两条支路功率越界,同时也使线路长度增加,电压降增大,使末端电压过低,不能满足电压要求,此时的系统并不是运行在最佳状态下。
基于此,为了恢复非故障区域的供电,可选择同时闭合K1、K2、K3形成环网,并断开支路6和支路8恢复开环运行方式,形成如图4所示的网络结构。
这样的恢复供电路径使得负荷分配更平衡,恢复供电的路径更短,形成的系统可靠性更高。因此,某支路故障停电时,不仅可以选择闭合联络开关,还可选择断开某些支路,重构网络结构,有合有断,有k种选择方案,即所谓的k(n-1+1)准则。
通过获取配电网的断面潮流数据,根据所述断面潮流数据在最大负载条件下采用k(n-1+1)准则对配电网进行可靠性评估,得到非故障停电区内负荷不能完全恢复供电的馈线段,结合在线风险评估结果构建预想事故集;根据无法恢复供电的失电负荷和无法恢复供电的停电用户数确定所述预想事故集中各馈线段的脆弱度。能够对配电网脆弱性进行有效评估,找出脆弱点的位置及其定量评估脆弱点的脆弱度,有利于电网运营者全面、深入的掌握配电网的安全状况,消除或缓和脆弱性引发的风险。
在一可选实施例中,馈线的在线风险评估中,健康度影响因素和重要度影响因素可参考表1所示:
表1:
在一可选实施例中,根据无法恢复供电的失电负荷和无法恢复供电的停电用户数确定预想事故集中各馈线段的脆弱度的具体实现方式可为:
计算无法恢复供电的失电负荷占其所在馈线联络组总负荷的第一比值;并计算无法恢复供电的停电用户数占整个馈线联络组总用户数目的第二比值;然后根据所述第一比值、第二比值的加权平均值确定各馈线段的脆弱度。
例如:计算无法恢复供电的失电负荷占其所在馈线联络组总负荷的第一比值为:
计算无法恢复供电的停电用户数占整个馈线联络组总用户数目的第二比值为:
由此可到各馈线段的脆弱度为:
式中:N1为故障后失电的负荷(例如配变)数目;N2为系统总负荷数目;ω为负荷的等级(0<ω≤1),ωi表示系统中故障失电的第i个负荷的等级,ωj表示系统所有负荷中的第j个负荷的等级;为系统中故障失电的第i个负荷的容量,单位kW;为系统所有负荷中的第j个负荷的容量,单位kW;为系统中故障失电的第i个负荷的用户;为系统所有负荷中的第j个负荷的用户;ε1,ε2为权重系数,ε1+ε2=1。
在一可选实施例中,在确定各馈线段的脆弱度之后,还可根据脆弱度的大小判断预想事故集中的各馈线段是否为脆弱点,并根据脆弱度大小确定所述脆弱点的脆弱等级。例如,若馈线段的脆弱度大于预设的脆弱度阈值,则判断为所述馈线段为脆弱点,否则,判断为非脆弱点。
可以理解的,对实际的配电系统,可根据不同的馈线联络组,设置不同脆弱度阈值。
优选地,根据脆弱度大小确定所述脆弱点的脆弱等级的实现方式可为:计算馈线段(这里指被确定为脆弱点的馈线段)的脆弱度与预设的脆弱度阈值的差值,确定所述差值所属的数值区间;获取预设的与所述数值区间对应的脆弱等级,以此作为对应脆弱点的脆弱等级。
在一可选实施例中,所述的配电网脆弱性评估的方法还包括,预先设置至少两个数值区间,建立所述至少两个数值区间与脆弱等级一一对应的关联的步骤。所述至少两个数值区间为连续的数值区间,即相邻两个数值区间的数值是连续的,例如相邻两个数值区间为(a1,a2]、(a2,a3]。
为了更好的理解本发明的配电网脆弱性评估的方法,下面结合图5,通过一具体示例对上述实施例的配电网脆弱性评估的方法做进一步说明,包括如下步骤:
步骤S21、读取配电网的断面潮流数据。断面潮流数据指的是不同主体在同一时间点或同一时间段的数据。
步骤S22、生成预想事故集{EA}。
本实施例中,配电网脆弱性评估是通过预想事故集进行的。预想事故集{EA}由两部分组成:一部分为在最大负载条件下,采用k(n-1+1)准则评估得到的非故障停电区内负荷不能完全恢复供电的馈线段;另一部分为在线风险准则中分布于警戒域和紧急域的馈线段。可以理解为,预想事故集{EA}中的事故表示较大可能发生故障的馈线段。
k(n-1+1)准则下,若k>1,表示不仅可以闭合联络开关恢复供电,还可以同时选择断开支路中的某些分段开关,重新构造更合理的网络结构,即有合有断地选择供电路径,基本能够同时保证系统供电的可靠性(尽量做到不失负荷)、安全性(保证系统中无线路过载和电压水平过低情况)和经济性(使恢复供电后系统网损最小)。若k=1,表示一条线路发生故障而被切除时,系统可以通过投入一个联络开关避免节点失负荷及线路过载,从而能够保证故障后可靠供电。但是系统没有其他方案可以选择,因此只能保证系统可靠运行,不能保证这种供电方式是最经济、最优质的。k=1是保证系统可靠供电的基础。若k=0,表示故障发生时没有可恢复路径,意味着系统必须甩负荷,有部分线路会断电。此时无法满足系统运行可靠性要求。
最大负载条件下,对配电网所有馈线段分别进行k(n-1+1)评估,得到所有k=0的馈线段即为没有失电恢复路径的馈线段;与在线风险准则中分布于警戒域和紧急域的馈线段,共同组成预想事故集{EA}。
步骤S23、对预想事故集{EA}中各个事故进行编号。
例如,将{EA}中的事故依次编号1,2,…,M,用事故编号的参数用j表示,初始时取j=1。
步骤S24、计算预想事故集{EA}中第j个事故的脆弱度,并判断其是否为脆弱点。
优选地,针对断面数据对预想事故集中的事故进行脆弱度计算,若脆弱度大于预设的脆弱度阈值,则认为该馈线段为脆弱点;否则,判断为非脆弱点。
优选地,在脆弱点判定中,将通过无法恢复供电的失电负荷占其所在馈线联络组总负荷的比值与无法恢复供电的停电用户数占整个馈线联络组总用户数目的比值的加权平均值,称为馈线段的脆弱度。负荷以配变为例,脆弱度表示为δ:
式中:N1为故障后失电的配变数目;N2为系统总配变数目;ω为配变的等级(0<ω≤1),ωi表示系统中故障失电的第i个配变的等级,ωj表示系统所有配变中的第j个配变的等级;为系统中故障失电的第i个配变的容量,单位kW;为系统所有配变中的第j个配变的容量,单位kW;为系统中故障失电的第i个配变的用户;为系统所有配变中的第j个配变的用户;ε1,ε2为权重系数,ε1+ε2=1。
若δ大于预设的脆弱阈值δ0时,则认为该预想事故点为脆弱点,对实际的配电系统,δ0可根据不同的馈线联络组,设置不同阀值。
步骤S25、令j=j+1,判断j>M是否成立。若成立,转到步骤S26;若不成立,则转到步骤S24。
即检测预想事故集中的事故是否已经评估完毕,若是,转到步骤S26;若不成立,则转到步骤S24。
步骤S26、分等级展现脆弱点。
优选地,之前步骤已确定馈线联络组中脆弱点的数目以及各脆弱点的脆弱度大小。根据脆弱度的大小分等级展现脆弱点。然后可读取下一个断面潮流数据,转到步骤S22。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简便描述,将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。
基于与上述实施例中的配电网脆弱性评估的方法相同的思想,本发明还提供配电网脆弱性评估的装置,该装置可用于执行上述配电网脆弱性评估的方法。为了便于说明,配电网脆弱性评估的装置实施例的结构示意图中,仅仅示出了与本发明实施例相关的部分,本领域技术人员可以理解,图示结构并不构成对装置的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
图6为本发明一实施例的配电网脆弱性评估的装置的示意性结构图,如图6所示,本实施例的配电网脆弱性评估的装置包括:网络评估模块310、事故集构建模块320以及脆弱度计算模块330,各模块详述如下:
所述网络评估模块310,用于获取配电网的断面潮流数据,根据所述断面潮流数据在最大负载条件下采用k(n-1+1)准则对配电网进行可靠性评估,得到非故障停电区内负荷不能完全恢复供电的第一馈线段。
所述事故集构建模块320,用于采用在线风险评估得出分布于警戒域和紧急域的第二馈线段;根据第一馈线段、第二馈线段构建预想事故集;其中,在线风险评估为基于馈线健康度指标和重要度指标评估馈线风险等级的方法,并且紧急域的风险等级高于警戒域的风险等级。
所述脆弱度计算模块330,用于根据无法恢复供电的失电负荷和无法恢复供电的停电用户数确定所述预想事故集中各馈线段的脆弱度。
其中,k(n-1+1)准则中,n表示配电网的所有馈线段,-1表示某一馈线段发生故障或者失效停电,+1表示闭合联络线路实现供电恢复,k为恢复非故障停电区供电的转供恢复路径种数
在一可选实施例中,所述脆弱度计算模块330,用于计算无法恢复供电的失电负荷占其所在馈线联络组总负荷的第一比值;计算无法恢复供电的停电用户数占整个馈线联络组总用户数目的第二比值;以及根据所述第一比值、第二比值的加权平均值确定各馈线段的脆弱度。
在一可选实施例中,所述的配电网脆弱性评估的装置还包括:
脆弱等级确定模块340,用于根据脆弱度的大小判断预想事故集中的各馈线段是否为脆弱点,并根据脆弱度大小确定脆弱点的脆弱等级。可参考上述方法实施例所述。
需要说明的是,上述示例的配电网脆弱性评估的装置的实施方式中,各模块之间的信息交互、执行过程等内容,由于与本发明前述方法实施例基于同一构思,其带来的技术效果与本发明前述方法实施例相同,具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述,此处不再赘述。
此外,上述示例的配电网脆弱性评估的装置的实施方式中,各程序模块的逻辑划分仅是举例说明,实际应用中可以根据需要,例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑,将上述功能分配由不同的程序模块完成,即将所述配电网脆弱性评估的装置的内部结构划分成不同的程序模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。
本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时,可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。此外,所述存储介质还可设置与一种计算机设备中,所述计算机设备中还包括处理器,所述处理器执行所述存储介质中的程序时,能够实现上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。可以理解,其中所使用的术语“第一”、“第二”等在本文中用于区分对象,但这些对象不受这些术语限制。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。