CN107748956A - 一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统配电网规划设计的可靠性评估技术领域，具体涉及一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法。具体步骤包括：输入配电网的可靠性参数；（2）选择配电网的接线模式；（3）输入配电网的网架参数；（4）确定所选接线模式下基于最优可靠性指标的线路配置组合方案；（5）计算对应接线模式下的可靠性指标；（6）计算多种接线模式下的区域综合可靠性指标，本发明解决了传统配电网典型接线非整数分段可靠性评估测算需要建立大量不同参数网架模型造成计算非常繁琐复杂的问题，从而提升了配电网规划设计的效率，为供电局可靠性规划措施提升潜力测算工作提供技术支撑。

Description

一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法
技术领域
本发明涉及电力系统配电网规划设计的可靠性评估技术领域，具体涉及一种配电网典型 接线非整数分段可靠性的评估方法。
背景技术
供电可靠性是电力企业的综合管理水平的体现，各供电局在对不同规划年的不同网架和 技术改进措施下的可靠性提升潜力进行测算时缺乏可靠性评估专业人员，可靠性提升潜力仅 凭个人经验确定，缺乏有力依据。而且，规划设计过程中存在无法给出明确线路接线图，每 条线路确切的分段数及分段数为非整数的问题，造成传统的配电网可靠性提升潜力评估测算 方式非常繁琐复杂，需在ETAP等软件中分别建立大量整数分段网架模型，并通过调整网架参 数实现可靠性指标的求取，工作量非常大，致使非可靠性专业人员无法顺利完成工作任务。 针对上述存在的问题，急需解决配电网典型接线非整数分段可靠性评估的技术问题，为供电 局可靠性规划措施提升潜力测算工作提供技术支撑。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法， 具体技术方案如下：
一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法包括以下步骤：
(1)输入配电网的可靠性参数，配电网的可靠性参数包括线路的故障率和故障修复时间、开 关的故障率和故障修复时间、隔离开关操作时间、联络开关操作时间。
(2)选择配电网的接线模式，配电网的接线模式包括单电源辐射接线模式、“2-1”接线模 式、“3-1”接线模式。
(3)输入配电网的网架参数，配电网的网架参数包括线路的数量、长度、分段数、负荷数以 及线路各段的负荷分配数。
(4)确定所选配电网的接线模式下基于最优可靠性指标的线路配置组合方案，具体包括以下 步骤：
1)令Sc avg表示线路平均分段数，Uc表示总负荷数，Lc表示总线路数，Uc avg表示线路平均负 荷数。其中，Sc avg,Uc,Lc均为已知量，Uc avg可表示为：
2)当Sc avg、Uc avg不为整数时，若仅考虑线路的分段数及负荷数为相邻整数的组合，则线路 的分段数及负荷数分配有以下4种情况，如表1所示，其中，为向上取整符号，为向 下取整符号，x,y,z,w分别为线路配置A、线路配置B、线路配置C、线路配置D的线路数量；
表1线路的分段数及负荷数分配情况
根据已知条件列写方程组，如下：
对上式进行简单变换，用x分别表示y,z,w，得到：
其中，Cy,Cz,Cw为常数项，且Cz恒为正整数；
其中：
x,y,z,w为非负整数，N表示自然数集合，则：
x,y,z,w∈N； ⑤
3)确定使得目标偏差ΔSc avg最小的线路数组合x',y',z',w'，其中：
ΔSc avg＝|Sc avg-Sc avg'|； ⑥
其中，x',y',z',w'分别为修正后的线路配置A、线路配置B、线路配置C、线路配置D的线路 数量，Sc avg'为修正后的线路平均分段数；
将公式③中的常数项Cy,Cw取整，得到新方程组：
式中，[·]为取整符号，式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'能够使目标偏差ΔSc avg最小；
4)令S表示式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'的解的集合，则：
S＝[S1,S2,…,Sn]； ⑨
Si＝[xi',yi',zi',wi']T,i∈[1,2,…,n]； ⑩
式中，n为式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'的解的数量；
5)求取每一Si下配电网可靠性指标Ii:
式中，Ii为每一Si下对应的平均停电可用率指标ASAI；IA,IB,IC,ID分别为线路配置A、线路 配置B、线路配置C、线路配置D下的平均停电可用率指标ASAI，通过配电系统故障模式影 响分析法求取，aA,i,aB,i,aC,i,aD,i分别为第i中线路组合下的线路配置A、线路配置B、线路配 置C、线路配置D的权重系数，由以下公式获得：
以上所有平均停电可用率指标ASAI Ii中的最大值max{Ii}对应的解Si即为最优解S*，即所 求最优可靠性指标的线路配置组合方案，即S*＝Si＝[xi',yi',zi',wi']T,i∈[1,2,…,n]，S*对应 的平均停电可用率指标ASAI为I*。
(5)基于步骤(4)确定的线路配置组合方案，计算对应接线模式下的可靠性指标；所述可 靠性指标包括平均停电可用率指标ASAI；
(6)判断配电网的所有接线模式是否选择完毕，若是，则计算多种接线模式下的区域综合可 靠性指标，则完成配电网的可靠性评估，若否，则返回步骤(2)选择配电网的另一接线模式。
进一步，所述步骤(3)中进一步，所述步骤(4)具体包括以下步骤：
进一步，所述步骤(5)中对应接线模式下的可靠性指标还包括系统平均停电频率指标 SAIFI、系统平均停电持续时间指标SAIDI。
进一步，所述系统平均停电频率指标SAIFI、系统平均停电持续时间指标SAIDI通过配 电系统故障模式影响分析法求取。
进一步，所述步骤(6)中的区域综合可靠性指标Iarea的计算方法为：
式中，m为配电网的接线模式的种数；Uc,i为对应接线模式的负荷数；Ii*为对应接线模式下 在最优可靠性指标的线路配置组合方案下的平均停电可用率指标ASAI。
本发明提供了一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，解决了传统配电网典 型接线非整数分段可靠性评估测算需要建立大量不同参数网架模型造成计算非常繁琐复杂的 问题，从而提升了配电网规划设计的效率，为供电局可靠性规划措施提升潜力测算工作提供 技术支撑。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为单电源辐射接线模式的线路图；
图3为“2-1”接线模式的线路图；
图4为“3-1”接线模式的线路图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法包括以下步骤：
(1)输入配电网的可靠性参数，配电网的可靠性参数包括线路的故障率和故障修复时间、开 关的故障率和故障修复时间、隔离开关操作时间、联络开关操作时间。
(2)选择配电网的接线模式，配电网的接线模式包括单电源辐射接线模式、“2-1”接线模 式、“3-1”接线模式。单电源辐射接线模式是指1条线路由单电源供电，且线路不与其他线 路相连，若线路发生故障，则故障段及其后端的非故障段的负荷都将失电；“2-1”接线模式 是指2条线路通过联络开关连成环网，一般情况下需要每条线路预留1/2的线路容量裕度， 若其中某条线路出现故障，则可以通过线路切换操作使其余线路转供故障线路的负荷； “3-1”接线模式是指3条线路通过联络开关连成环网，一般情况下需要每条线路预留1/3的 线路容量裕度，若其中某条线路出现故障，则可以通过线路切换操作使其余线路转供故障线 路的负荷。
(3)输入配电网的网架参数，配电网的网架参数包括线路的数量、长度、分段数、负荷数以 及线路各段的负荷分配数。
(4)在计算某种接线模式下的可靠性指标时，若输入的线路分段数和线路平均负荷数不为整 数，则会出现多种可能的线路配置情况，则需要确定所选配电网的接线模式下基于最优可靠 性指标的线路配置组合方案；具体包括以下步骤：
1)令Sc avg表示线路平均分段数，Uc表示总负荷数，Lc表示总线路数，Uc avg表示线路平均负 荷数。其中，Sc avg,Uc,Lc均为已知量，Uc avg可表示为：
2)当Sc avg、Uc avg不为整数时，若仅考虑线路的分段数及负荷数为相邻整数的组合，则线路 的分段数及负荷数分配有以下4种情况，如表1所示，其中，为向上取整符号，为向 下取整符号，x,y,z,w分别为线路配置A、线路配置B、线路配置C、线路配置D的线路数量；
表1线路的分段数及负荷数分配情况
根据已知条件列写方程组，如下：
对上式进行简单变换，用x分别表示y,z,w，得到：
其中，Cy,Cz,Cw为常数项，且Cz恒为正整数；
其中：
x,y,z,w为非负整数，N表示自然数集合，则：
x,y,z,w∈N； ⑤
3)由于Cy,Cw存在非整值，因此不一定存在某组x,y,z,w能够同时满足式③和⑤。换言之， 可能不存在任何一种线路配置组合情况能够满足输入的Sc avg值。然而，存在某组x',y',z',w'使 得目标偏差最小。则确定使得目标偏差ΔSc avg最小的线路数组合x',y',z',w'的计算过程 如下：
ΔSc avg＝|Sc avg-Sc avg'|； ⑥
其中，x',y',z',w'分别为修正后的线路配置A、线路配置B、线路配置C、线路配置D的线路 数量，Sc avg'为修正后的线路平均分段数；
将公式③中的常数项Cy,Cw取整，得到新方程组：
式中，[·]为取整符号，式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'能够使目标偏差ΔSc avg最小；
4)令S表示式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'的解的集合，则：
S＝[S1,S2,…,Sn]； ⑨
Si＝[xi',yi',zi',wi']T,i∈[1,2,…,n]； ⑩
式中，n为式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'的解的数量；
5)求取每一Si下配电网可靠性指标Ii:
式中，Ii为每一Si下对应的平均停电可用率指标ASAI；IA,IB,IC,ID分别为线路配置A、线路 配置B、线路配置C、线路配置D下的平均停电可用率指标ASAI，通过配电系统故障模式影 响分析法求取，aA,i,aB,i,aC,i,aD,i分别为第i中线路组合下的线路配置A、线路配置B、线路配 置C、线路配置D的权重系数，由以下公式获得：
以上所有平均停电可用率指标ASAI Ii中的最大值max{Ii}对应的解Si即为最优解S*，即所 求最优可靠性指标的线路配置组合方案，即S*＝Si＝[xi',yi',zi',wi']T,i∈[1,2,…,n]，S*对应 的平均停电可用率指标ASAI为I*。
(5)基于步骤(4)确定的线路配置组合方案，计算对应接线模式下的可靠性指标；所述可 靠性指标包括平均停电可用率指标ASAI、系统平均停电频率指标SAIFI、系统平均停电持续 时间指标SAIDI；在获得最优解S*后通过配电系统故障模式影响分析法求取系统平均停电频 率指标SAIFI、系统平均停电持续时间指标SAIDI。
(6)判断配电网的所有接线模式是否选择完毕，若是，则计算多种接线模式下的区域综合可 靠性指标，则完成配电网的可靠性评估，若否，则返回步骤(2)选择配电网的另一接线模式。 其中区域综合可靠性指标Iarea的计算方法为：
式中，m为配电网的接线模式的种数；Uc,i为对应接线模式的负荷数；Ii*为对应接线模式下 在最优可靠性指标的线路配置组合方案下的平均停电可用率指标ASAI。在本实施例中，m＝3， 则：
其中，Uc,1为单电源辐射接线模式的负荷数，I1*为对单电源辐射接线模式下在最优可靠性指 标的线路配置组合方案下的平均停电可用率指标ASAI；Uc,2为“2-1”接线模式的负荷数，I2* 为对“2-1”接线模式下在最优可靠性指标的线路配置组合方案下的平均停电可用率指标 ASAI；Uc,3为“3-1”接线模式的负荷数，I3*为对“3-1”接线模式下在最优可靠性指标的线 路配置组合方案下的平均停电可用率指标ASAI；
单电源辐射接线模式的线路图如图2所示，其可靠性参数如表2所示，网架参数如表3 所示：
表2单电源辐射接线模式线路可靠性参数
线路故障率(次/公里·年) 线路故障修复时间(小时) 隔离开关操作时间(小时)
0.1 3 0.5
开关故障率(次/公里·年) 开关故障修复时间(小时) 联络开关操作时间(小时)
0.05 1 0.5
表3单电源辐射接线模式线路网架参数
线路平均长度(公里) 线路平均分段数 总负荷数 总线路数
15 3.7 537 50
求取单电源辐射接线模式线路配置组合情况如表4所示，单电源辐射接线模式下可靠性 指标：平均停电可用率指标ASAI、系统平均停电频率指标SAIFI、系统平均停电持续时间指 标SAIDI如表5所示：
表4单电源辐射接线模式线路的分段数与负荷数配置情况
配置 分段数 负荷数 线路数
A 3 10 0
B 3 11 15
C 4 10 13
D 4 11 22
表5单电源辐射接线模式线路的可靠性指标
ASAI SAIFI SAIDI
0.999651 1.564 3.062
“2-1”接线模式的线路图如图3所示，其可靠性参数如表2所示，网架参数如表6所示：
表6“2-1”接线模式线路网架参数
线路平均长度(公里) 线路平均分段数 总负荷数 总线路数
10 3.3 337 30
求取“2-1”接线模式线路配置组合情况如表7所示，“2-1”接线模式下可靠性指标：平均停电可用率指标ASAI、系统平均停电频率指标SAIFI、系统平均停电持续时间指标SAIDI 如表8所示：
表7“2-1”接线模式线路的分段数与负荷数配置情况
配置 分段数 负荷数 线路数
A 3 11 21
B 3 12 0
C 4 11 2
D 4 12 7
表8“2-1”接线模式线路的可靠性指标
ASAI SAIFI SAIDI
0.999839 1.059 1.458
“3-1”接线模式的线路图如图4所示，其可靠性参数如表2所示，网架参数如表9所示：
表9“3-1”接线模式线路网架参数
线路平均长度(公里) 线路平均分段数 总负荷数 总线路数
20 3.5 737 70
求取“3-1”接线模式线路配置组合情况如表10所示，“3-1”接线模式下可靠性指标： 平均停电可用率指标ASAI、系统平均停电频率指标SAIFI、系统平均停电持续时间指标SAIDI 如表11所示：
表10“3-1”接线模式线路的分段数与负荷数配置情况
配置 分段数 负荷数 线路数
A 3 10 33
B 3 11 2
C 4 10 0
D 4 11 35
表11“3-1”接线模式线路的可靠性指标
ASAI SAIFI SAIDI
0.999680 2.060 2.797
求取多种接线模式混合的区域综合可靠性指标，如表12所示：
表12区域综合可靠性指标
ASAI SAIFI SAIDI
0.999703 1.685 2.605
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)输入配电网的可靠性参数；
(2)选择配电网的接线模式；
(3)输入配电网的网架参数；
(4)确定所选配电网的接线模式下基于最优可靠性指标的线路配置组合方案；
(5)基于步骤(4)确定的线路配置组合方案，计算对应接线模式下的可靠性指标；所述可靠性指标包括平均停电可用率指标ASAI；
(6)判断配电网的所有接线模式是否选择完毕，若是，则计算多种接线模式下的区域综合可靠性指标，则完成配电网的可靠性评估，若否，则返回步骤(2)选择配电网的另一接线模式。
2.根据权利要求1所述的一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，其特征在于：所述步骤(1)中配电网的可靠性参数包括线路的故障率和故障修复时间、开关的故障率和故障修复时间、隔离开关操作时间、联络开关操作时间。
3.根据权利要求1所述的一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，其特征在于：所述步骤(2)配电网的接线模式包括单电源辐射接线模式、“2-1”接线模式、“3-1”接线模式。
4.根据权利要求1所述的一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，其特征在于：所述步骤(3)中配电网的网架参数包括线路的数量、长度、分段数、负荷数以及线路各段的负荷分配数。
5.根据权利要求1所述的一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括以下步骤：
1)令Sc avg表示线路平均分段数，Uc表示总负荷数，Lc表示总线路数，Uc avg表示线路平均负荷数。其中，Sc avg,Uc,Lc均为已知量，Uc avg可表示为：
2)当Sc avg、Uc avg不为整数时，若仅考虑线路的分段数及负荷数为相邻整数的组合，则线路的分段数及负荷数分配有以下4种情况，如表1所示，其中，为向上取整符号，为向下取整符号，x,y,z,w分别为线路配置A、线路配置B、线路配置C、线路配置D的线路数量；
表1线路的分段数及负荷数分配情况
根据已知条件列写方程组，如下：
对上式进行简单变换，用x分别表示y,z,w，得到：
其中，Cy,Cz,Cw为常数项，且Cz恒为正整数；
其中：
x,y,z,w为非负整数，N表示自然数集合，则：
x,y,z,w∈N；⑤
3)确定使得目标偏差ΔSc avg最小的线路数组合x',y',z',w'，其中：
ΔSc avg＝|Sc avg-Sc avg'|；⑥
其中，x',y',z',w'分别为修正后的线路配置A、线路配置B、线路配置C、线路配置D的线路数量，Sc avg'为修正后的线路平均分段数；
将公式③中的常数项Cy,Cw取整，得到新方程组：
式中，[·]为取整符号，式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'能够使目标偏差ΔSc avg最小；
4)令S表示式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'的解的集合，则：
S＝[S1,S2,…,Sn]；⑨
Si＝[xi',yi',zi',wi']T,i∈[1,2,…,n]；⑩
式中，n为式⑤和式⑧解出的线路数组合x',y',z',w'的解的数量；
5)求取每一Si下配电网可靠性指标Ii:
式中，Ii为每一Si下对应的平均停电可用率指标ASAI；IA,IB,IC,ID分别为线路配置A、线路配置B、线路配置C、线路配置D下的平均停电可用率指标ASAI，通过配电系统故障模式影响分析法求取，aA,i,aB,i,aC,i,aD,i分别为第i中线路组合下的线路配置A、线路配置B、线路配置C、线路配置D的权重系数，由以下公式获得：
以上所有平均停电可用率指标ASAI Ii中的最大值max{Ii}对应的解Si即为最优解S*，即所求最优可靠性指标的线路配置组合方案，即S*＝Si＝[xi',yi',zi',wi']T,i∈[1,2,…,n]，S*对应的平均停电可用率指标ASAI为I*。
6.根据权利要求1所述的一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，其特征在于：所述步骤(5)中对应接线模式下的可靠性指标还包括系统平均停电频率指标SAIFI、系统平均停电持续时间指标SAIDI。
7.根据权利要求6所述的一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，其特征在于：所述系统平均停电频率指标SAIFI、系统平均停电持续时间指标SAIDI通过配电系统故障模式影响分析法求取。
8.根据权利要求1所述的一种配电网典型接线非整数分段可靠性的评估方法，其特征在于：所述步骤(6)中的区域综合可靠性指标Iarea的计算方法为：
式中，m为配电网的接线模式的种数；Uc,i为对应接线模式的负荷数；Ii*为对应接线模式下在最优可靠性指标的线路配置组合方案下的平均停电可用率指标ASAI。
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