CN107679689A - 利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法，包括以下步骤：（一）根据配电网络拓扑建立节点‑支路矩阵；（二）根据节点‑支路矩阵建立断路器分区矩阵MCB；（三）根据节点‑支路矩阵建立隔离开关分区矩阵MGL；（四）根据断路器分区矩阵MCB以及隔离开关分区矩阵MGL和故障后保护装置的动作顺序，得出系统中各个节点处负荷的停电情况。本发明能够实现多电源配电系统的故障后果分析，保证铺设的多电源配电系统的稳定性。本发明适用于含各类分布式电源的多电源配电系统的可靠性评估，评估结果用于系统的规划设计。

Description

利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法
技术领域
本发明属于配电网故障分析领域，具体地说是一种利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法。
背景技术
随着我国电力事业的不断发展，配电网也在不断改进和发展。然而在配电网络铺设之前，供电公司需要对铺设配电网络的区域进行整体规划，提出至少一个配电网络的铺设方案，并且需要对所有的方案进行预先的估计，以保证铺设后配电网运行的稳定性。
由于之前的配电网均为单电源配电网，因此现有技术中存在的是对单电源配电网铺设方案的停电情况的分析方法，而随着分布式电源的接入，单电源配电系统变为多电源配电系统，传统的单电源配电的停电情况分析方法不再适用，因此，无法验证配电网的铺设方案是否能够满足要求，进而无法设定最佳的电网铺设方案，也无法预估该铺设方案实施后线路发生故障对整个配电网的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题，是提供一种利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法，通过对不同铺设方案的分析找到最适合的铺设方案，并能预估按照该铺设方案铺设的配电网络的故障影响。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法, 包括以下步骤：
（一）根据配电网络拓扑建立节点-支路矩阵，该矩阵的各个节点均设置有负荷，其中Zij表示节点i和节点j之间的连接方式，当i<j且两节点并不直接相连，则Zij=0，当i<j且仅以支路直接相连，则Zij =1，当i<j且不仅以支路直接相连还配有隔离开关，则Zij=2，当i<j且不仅以支路直接相连还配有断路器，则Zij =3，当i≥j，则Zij=NaN；N表示系统的节点数；
（二）根据节点-支路矩阵建立断路器分区矩阵MCB，所述断路器分区矩阵是将节点-支路矩阵中以Zij =1和Zij=2的方式相连的节点合并，形成多个子系统构成的第一集合；
（三）根据节点-支路矩阵建立隔离开关分区矩阵MGL，所述隔离开关分区矩阵是将节点-支路矩阵中以Zij =1的方式连接的节点合并，形成多个子系统构成的第二集合；
（四）根据断路器分区矩阵MCB以及隔离开关分区矩阵MGL和故障后保护装置的动作顺序，得出系统中各个节点处负荷的停电情况。
作为对本发明的限定：所述步骤（四）包括以下步骤：
1）确定故障点所属的第一集合的具体子系统，以及第二集合的具体子系统，则故障点所位于的第一集合的子系统与第二集合的子系统中的所有负荷均停电；
2）其他子系统进行连通性判断：如果某个子系统独立，则进行最优潮流计算，得到停电负荷，并对其进行停电处理；如果某个子系统非独立，则对这些连通的子系统整体进行最优潮流计算，得到停电负荷，并进行停电处理；
3）统计各个节点的停电情况，得到整个系统的可靠性指标。
作为对本发明的进一步限定：所述步骤2）中对于非故障的独立的子系统，停电时间为故障隔离时间，而对于非故障的非独立子系统，停电时间为故障隔离时间与修复隔离时间之和。
作为对本发明的更进一步限定：所述步骤3）中各个节点的停电情况包括各个节点负荷的停电时间和停电次数；得到的可靠性指标包括系统平均停电频率指标、系统平均停电持续时间指标、平均供电可用度指标、系统平均用电量不足指标。
由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
本发明利用建立的节点-支路矩阵分别建立了断路器分区矩阵与隔离开关分区矩阵，一旦发生故障，断路器分区矩阵与隔离开关分区矩阵分别生成若干个子系统，若子系统中包含电源和负荷，本发明在保证功率平衡的前提下，能够保证未发生故障的负荷继续运行，进而可以获得该多电源配电网络的性能，为后续铺设做准备。
综上所述，本发明能够实现多电源配电系统的故障后果分析，保证铺设的多电源配电系统的稳定性。
本发明适用于含各类分布式电源的多电源配电系统的可靠性评估，评估结果用于系统的规划设计，以及电网的升级改造。
本发明下面将结合具体实施例作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2本发明实施例的多电源配电网的原理图；
图3为图2中节点3与节点4之间发生故障时的原理图。
具体实施方式
实施例 利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法
本实施例如图1所示，包括依次进行的以下步骤：（一）根据配电网络拓扑建立节点-支路矩阵，该矩阵的各个节点均设置有负荷，其中Zij表示节点i和节点j之间的连接方式，当i<j且两节点并不直接相连，则Zij=0，当i<j且仅以支路直接相连，则Zij =1，当i<j且不仅以支路直接相连还配有隔离开关，则Zij=2，当i<j且不仅以支路直接相连还配有断路器，则Zij =3，当i≥j，则Zij =NaN；N表示系统的节点数。
如图2所示，本实施例给出的电网具有9个节点1至9（每个节点均接有负荷）、两个断路器CB1至CB2、三个隔离开关S1至S3，其中节点1处为主电源，节点3、5、7、9分别接有分布式电源，即电源DG1至DG4，因此，按照本实施例中的多电源配电系统建立的节点支路矩阵为
（二）根据节点-支路矩阵建立断路器分区矩阵MCB，该分区矩阵是将节点-支路矩阵中以Zij =1和Zij=2的方式相连的节点合并，形成多个子系统构成的第一集合，本实施例中的第一集合的矩阵。
本实施例中的第一集合是以断路器为分隔点形成具有3个子系统的集合，其中子系统1包括节点1；子系统2包括节点2至7、电源DG1至DG3；子系统3包括节点8、9、电源DG4。
（三）根据节点-支路矩阵建立隔离开关分区矩阵MGL，该分区矩阵是将节点-支路矩阵中以Zij =1的方式连接的节点合并，形成多个子系统构成的第二集合，本实施例中的第二集合的矩阵。
本实施例中的第二集合是以隔离开关为分隔点形成具有6个子系统的集合，其中子系统1包括节点1；子系统2包括节点2至4、电源DG1；子系统3包括节点5至6、电源DG2；子系统4包括节点7、电源DG3；子系统5包括节点8；子系统6包括节点9，电源DG4。
（四）根据断路器分区矩阵MCB以及隔离开关分区矩阵MGL和故障后保护装置的动作顺序，得出系统中各个节点处负荷的停电情况。
该步骤又包括以下步骤：
1）确定故障点所属的第一集合的具体子系统，以及第二集合的具体子系统，则故障点所位于的第一集合的子系统与第二集合的子系统中的所有负荷将停电。
2）其他子系统进行连通性判断：如果某个子系统独立，则进行最优潮流计算，得到停电负荷，并对其进行停电处理，停电时间为故障隔离时间；如果某个子系统非独立，则对这些连通的子系统整体进行最优潮流计算，得到停电负荷，并进行停电处理，停电时间为故障隔离时间与修复隔离时间之和。
3）统计各个节点的停电情况，本实施例中统计的为各个节点负荷的停电时间和停电次数，得到各负荷点的可靠性指标，包括系统平均停电频率指标、系统平均停电持续时间指标、平均供电可用度指标、系统平均用电量不足指标。
如图3所示，假设节点3与节点4之间的支路发生了故障，且假设隔离故障时间为0.5小时（即发生故障后，工作人员能够到达故障点的时间为0.5小时），故障修复时间假设为3小时（即，工作人员到达故障点后对故障进行维修的时间为3小时），按照步骤（四），则本实施例的配电网应该按照如下的步骤进行：
a）首先断路器动作：由于故障点为节点3与节点4之间的支路，因此故障点确定属于第一集合的子系统2，则属于第一集合的系统2中的负荷2～7均首先故障隔离停电0.5小时，且停电次数为1次；而子系统1与子系统3均独立非连通，则对子系统1与子系统3分别进行最优潮流计算，在保证功率平衡的前提下得到节点9处的负荷停电，停电时间为故障隔离时间0.5小时，停电次数为1次。
b）隔离开关动作：由于故障点为节点3与节点4之间的支路，因此故障点确定为第二集合的子系统2，则属于第二集合的子系统2中的复合2～4均停电，停电时间为故障修复时间3小时，停电次数为1次；子系统1独立，经过最优潮流计算得出无负荷停电；子系统3和子系统4连通，经过最优潮流计算得出6节点处的负荷停电，停电时间为故障修复时间3小时，停电次数1次；子系统5和子系统6连通，经过最优潮流计算得出无负荷停电。
c）数据统计：统计本次故障导致的复合停电时间，每个节点的停电时间是将a）、b）步骤中得到的所有停电时间相加得到的，则得到表1所示的停电情况。
表1
根据表1中的记载可知节点1～9的负荷总的停电时间与停电次数，进而通过现有技术中利用停电时间与停电次数计算个负荷点可靠性指标的计算方法得到各负荷点的可靠性指标：年平均停电时间和年平均停电次数，最终利用系统可靠性指标计算公式得到整个系统的可靠性指标：如系统平均停电频率指标SAIFI（system average interruptionfrequency index）
（1-1）
式中，为负荷点i的平均故障率，为负荷点i的用户数，SAIFI的单位为次/户·年
系统平均停电持续时间指标SAIDI（system average interruption duration index）
（1-2）
式中，为负荷点i的年平均停电时间，SAIDI 的单位为 h/户·年。
平均供电可用度指标ASAI（average service availability index）
（1-3）
系统平均电量不足指标AENS（average energy not supplied）。
（1-4）
式中，为接入负荷点i的平均负荷，AENS的单位为 kWh/户·年或MWh/户·年。

Claims (4)

1.一种利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法，其特征在于包括以下步骤：（一）根据配电网络拓扑建立节点-支路矩阵，该矩阵的各个节点均设置有负荷，其中Zij表示节点i和节点j之间的连接方式，当i<j且两节点并不直接相连，则Zij=0，当i<j且仅以支路直接相连，则Zij =1，当i<j且不仅以支路直接相连还配有隔离开关，则Zij=2，当i<j且不仅以支路直接相连还配有断路器，则Zij =3，当i≥j，则Zij=NaN；N表示系统的节点数；
（二）根据节点-支路矩阵建立断路器分区矩阵MCB，所述断路器分区矩阵是将节点-支路矩阵中以Zij =1和Zij=2的方式相连的节点合并，形成多个子系统构成的第一集合；
（三）根据节点-支路矩阵建立隔离开关分区矩阵MGL，所述隔离开关分区矩阵是将节点-支路矩阵中以Zij =1的方式连接的节点合并，形成多个子系统构成的第二集合；
（四）根据断路器分区矩阵MCB以及隔离开关分区矩阵MGL和故障后保护装置的动作顺序，得出系统中各个节点处负荷的停电情况。
2.根据权利要求1所述的利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法，其特征在于：所述步骤（四）包括以下步骤：
1）确定故障点所属第一集合的具体子系统，以及第二集合的具体子系统，则故障点所位于的第一集合的子系统与第二集合的子系统中的所有负荷均停电；
2）其他子系统进行连通性判断：如果某个子系统独立，则进行最优潮流计算，得到停电负荷，并对其进行停电处理；如果某个子系统非独立，则对这些连通的子系统整体进行最优潮流计算，得到停电负荷，并进行停电处理；
3）统计各个节点的停电情况，得到整个系统的可靠性指标。
3.根据权利要求2所述的利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法，其特征在于：所述步骤2）中对于第一集合中非故障的独立的子系统，停电时间为故障隔离时间，而对于非故障的非独立子系统，停电时间为故障隔离时间与修复隔离时间之和。
4.根据权利要求3所述的利用分区矩阵技术分析多源配电网故障后果的方法，其特征在于：所述步骤3）中各个节点的停电情况包括各个节点负荷的停电时间和停电次数；得到的可靠性指标包括系统平均停电频率指标、系统平均停电持续时间指标、平均供电可用度指标、系统平均用电量不足指标。
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