CN107992986B - 一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法，包括：建立规划方案系统拓扑结构，根据电网规模和结构确定割集评价指标；计算规划方案阶数最小的割集数，若阶数最小的割集阶数过低或数量越限则对电网结构进行调整，统计各最小割集中所包含的负荷节点数据，计算分区减供负荷比例；比较《电力安全事故应急处置和调查处理条例》规定的较大事故情况下分区减供负荷上限，若超过上限则对电网结构进行调整，反之则计算最小割集切负荷概率值；综合相关数据对规划方案进行评价，确定最优方案。本发明提供的技术方案考虑了网架结构和负荷分布等情况对系统稳定性的影响，可作为不同规划方案的评价指标，为电网规划决策提供有益的支撑。

Description

一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统的模拟与计算领域的判定方法，具体涉及一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法。
背景技术
电网的可靠性要从规划开始。世界各国都有适用于本国情况的电网规划标准，用以解决规划、设计中出现的问题。国务院于2011年7月7日出台了第599号令《电力安全应急处置和调查处理条例》(以下简称《条例》)，确定了以减供负荷比例为依据的电力安全事故评价体系，《条例》以法律规范的形式从供电可靠性角度对电网规划、系统运行与控制提出了严格要求。
《条例》对“电力安全事故”的定义为是指电力生产或者电网运行过程中发生的影响电力系统安全稳定运行或者影响电力正常供应的事故。将电力安全生产事故由三类三级调整为三类四级，划分为特别重大事故、重大事故、较大事故、一般事故四个等级。
利用电网拓扑结构求取系统最小割集是可靠性计算中常用的分析方法之一，可较为快速的评估系统可靠性水平，但由于不基于系统潮流和稳定计算，准确性相对较低，因此用于评价系统规划方案时比较适合较为远期的电网结构相对模糊的情况，特别是规划初期需要反复修改方案时，利用该方法结合《条例》相关的限制，可较为快捷的评价规划方案的可行性。
该方法中常用的概念分别解释如下：
(1)最小割集法：割集也叫做截集或截止集，它是导致顶上事件发生的基本事件的集合。也就是说事故树中一组基本事件的发生，能够造成顶上事件发生，这组基本事件就叫割集。引起顶上事件发生的基本事件的最低限度的集合叫最小割集。最小割集求解方法主要有：行列法、结构法、布尔代数化简法及行列法等等。
(2)减供负荷比例：减供负荷是指电力调度机构统一调度的电网在事故发生期间的实际负荷最大减少量；其中，事故发生期间是指从是故发生起始时刻至电网恢复电力正常供应截止。减供负荷比例是减供负荷量占分区总负荷量的百分比。
(3)电力安全事故：电力生产或者电网运行过程中发生的影响电力系统安全稳定运行或者影响电力正常供应的事故(包括热电厂发生的影响热力正常供应的事故)。
发明内容
为进一步提高远期电网规划方法，本发明的目的是提供一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法，该方法考虑了《条例》相关规定对系统规划方案的约束，可对电网规划方案进行快速综合评估，判定系统规划方案中的薄弱环节，为电网规划决策提供有益支撑。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
步骤1：确定规划方案中元件的可靠性参数；统计规划方案电网的负荷节点数据；
步骤2：建立电网规划方案中的电网拓扑结构，根据电网拓扑结构确定割集评价指标；
步骤3：利用最小割集法计算电网规划方案中的最小割集阶数和数量；计算规划方案阶数最小的割集数，若阶数最小的割集阶数过低或数量越限则对电网结构进行调整，直至计算结果符合评价指标要求，并记录调整情况作为方案评价的相关依据；
步骤4：判断最小割集阶数和数量是否超过割集评价指标；
步骤5：若最小割集计算满足评价指标要求则统计各最小割集中所包含的负荷节点数据，确定负荷损失量及所属分区，计算分区负荷损失比例；
Figure GDA0003205077010000021
其中：Kx为分区x的负荷损失比例，Pl,x为分区x中最小割集中包含的负荷量，Ptotal,x为分区x的总负荷量。
步骤6：判断分区负荷损失比例是否超过《电力安全事故应急处置和调查处理条例》规定的较大事故负荷损失比例，若满足规定则进行步骤7，反之则进一步调整规划方案并重新进行步骤1；
步骤7：结合元件可靠性参数计算最小割集切负荷概率：
Figure GDA0003205077010000022
其中：λ为切负荷概率，λi,j为最小割集i中元件j的故障率；
步骤8：综合步骤7的计算结果和方案调整次数，对电网规划方案进行评价。
进一步地，所述步骤1包括下述步骤：
步骤1-1：统计电网规划方案中所有节点的负荷水平和所属分区，将各分区中节点负荷数据相加，得到各分区负荷总量，结合《电力安全事故应急处置和调查处理条例》规定，判定分区规模；
步骤1-2：整理电网规划方案中各元件可靠性参数，包括：元件的故障率和故障平均修复时间。
进一步地，所述步骤2中，割集评价指标包括最小割集阶数和数量，最小割集阶数为2-4阶，最小割集数量为1-30。
进一步地，所述步骤4包括下述步骤：
步骤4-1：根据电网规划方案的电网规模，指定电网规划方案可接受的最小割集阶数和数量作为判定阈值，其中：若电网规划方案的电网规模为省级以上规模电网，则最小割集阶数定为3或4、数量不超过30，若电网规划的电网规模为省级以下规模电网，则最小割集阶数定为2-3，数量不超过10，根据实际情况调整上述阈值；
步骤4-2：结合步骤2的计算结果，若最小割集阶数和数量均小于阈值，则进行步骤5，若不满足，则调整电网规划方案后重新进行步骤1。
进一步地，所述步骤6中，《电力安全事故应急处置和调查处理条例》规定的较大事故标准内容如下：
区域性电网减供负荷7％以上10％以下；电网负荷20000兆瓦以上的省、自治区电网，减供负荷10％以上13％以下；电网负荷5000兆瓦以上20000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷12％以上16％以下；电网负荷1000兆瓦以上5000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷20％以上50％以下；电网负荷1000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷40％以上；直辖市电网减供负荷10％以上20％以下，或者15％以上30％以下供电用户停电；
省、自治区人民政府所在地城市电网减供负荷20％以上40％以下，或者30％以上50％以下供电用户停电；
电网负荷600兆瓦以上的其他设区的市电网减供负荷40％以上60％以下，或者50％以上70％以下供电用户停电；
电网负荷600兆瓦以下的其他设区的市电网减供负荷40％以上，或者50％以上供电用户停电；
电网负荷150兆瓦以上的县级市电网减供负荷60％以上，或者70％以上供电用户停电。
进一步地，所述步骤8中，根据步骤7的计算结果及步骤3、6中记录的方案调整次数，分区切负荷概率最小、调整次数少的方案即为最优电网规划方案。
为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
1.一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法考虑了网架结构和负荷分布等情况对系统稳定性的影响，主要分析所规划电网中的元件的连通性，是否存在较为明显的设计缺陷或薄弱环节，评估整体或局部可靠性是否满足相关要求，适用于针对远景年或网架边界条件较为模糊的方式，并综合了规划方案调整量，具有更好的适应性。
2.可根据系统情况给出判定指标，更直观衡量系统安全性。
3.可考虑《条例》相关规定对系统规划方案的约束。
4.本发明提供的基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法，具有很好的可计算性和广泛适应性，计算简单，速度快，通过评估不同电网规划方案的可靠性指标，推荐最优方案，减少不必要的分析。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法流程图；
图2是本发明提供的计算系统接线图一；
图3是本发明提供的计算系统接线图二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法，考虑了《条例》相关规定对系统规划方案的约束，可对电网规划方案进行快速综合评估，判定系统规划方案中的薄弱环节，为电网规划决策提供有益支撑。
本发明提供一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法，流程图如图1所示，主要包括以下步骤：
步骤1：统计规划电网方案中各节点的负荷水平数据，确定各分区负荷总量和各元件可靠性数据；
步骤2：建立规划电网系统拓扑结构，利用最小割集法计算规划方案中的最小割集阶数和数量；
步骤3：根据规划方案的实际情况，指定规划方案可接受的最小割集阶数(一般为2-4阶)和割集数量作为判定阈值，并与步骤2中的结算结果进行对比，判定规划方案是否满足风险评估要求；若满足要求则进行步骤4，反之则需要调整规划方案并重新进行步骤1；
步骤4：统计最小割集所包含的节点负荷水平，确定负荷损失量及所属分区，计算分区负荷损失比例；
步骤5：比较步骤4计算结果和《电力安全事故应急处置和调查处理条例》规定的较大事故负荷损失比例，若满足规定则进行步骤6，反之则进一步调整规划方案并重新进行步骤1；
步骤6：结合元件可靠性参数计算最小割集切负荷概率；
步骤7：综合步骤6计算结果和方案调整次数，对规划方案进行评价。
上述实施例中，步骤1包括：
步骤1-1：统计规划方案中所有节点的负荷水平和所属分区，将各分区中节点负荷数据相加，得到负荷总量，结合《电力安全事故应急处置和调查处理条例》规定，判定分区规模；
步骤1-2：整理规划方案中各元件可靠性参数，包括：元件的故障率、故障平均修复时间等；
上述实施例中，步骤2包括：建立规划方案的系统拓扑结构，利用最小割集法求取规划方案的最小割集数量，记录最小割集的阶数。
上述实施例中，步骤3包括：
步骤3-1：根据规划方案的电网规模，指定规划方案可接受的最小割集阶数和数量作为判定阈值，其中：若方案为省级以上规模电网，则阶数可定为3或4、数量不超过30，若为省级以下规模电网，则阶数可定为2-3，数量不超过10，可根据实际情况调整上述阈值。
步骤3-2：结合步骤2的计算结果，若最小割集阶数和数量均小于阈值，则进行步骤4，若不满足则调整规划方案后重新进行步骤1.
上述实施例中，步骤4包括：
统计最小割集中所有节点的负荷数据，包括负荷损失量和所属分区，计算各分区负荷损失比例：
Figure GDA0003205077010000061
其中：Ki为分区i的负荷损失比例，Pl,i为分区i中最小割集中包含的负荷量，Ptotal,i为分区i的总负荷量。。
上述实施例中，步骤5包括：
步骤5-1：《电力安全事故应急处置和调查处理条例》规定的较大事故标准内容如下：
区域性电网减供负荷7％以上10％以下；电网负荷20000兆瓦以上的省、自治区电网，减供负荷10％以上13％以下；电网负荷5000兆瓦以上20000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷12％以上16％以下；电网负荷1000兆瓦以上5000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷20％以上50％以下；电网负荷1000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷40％以上；直辖市电网减供负荷10％以上20％以下，或者15％以上30％以下供电用户停电；省、自治区人民政府所在地城市电网减供负荷20％以上40％以下，或者30％以上50％以下供电用户停电；电网负荷600兆瓦以上的其他设区的市电网减供负荷40％以上60％以下，或者50％以上70％以下供电用户停电；电网负荷600兆瓦以下的其他设区的市电网减供负荷40％以上，或者50％以上供电用户停电；电网负荷150兆瓦以上的县级市电网减供负荷60％以上，或者70％以上供电用户停电等等。
步骤5-2：结合步骤4的结果与《条例》规定内容比较，若不满足较大事故标准，则进行步骤6，反之则需调整规划方案重新进行步骤1.
上述实施例中，步骤6包括：
根据元件可靠性数据和步骤2的最小割集计算结果，分析分区切负荷概率。
上述实施例中，步骤7包括：
根据步骤6的计算结果及步骤3、5中记录的方案调整数，分区切负荷概率最小、调整次数少的方案即为最优规划方案。
实施例
以西北某省750kv网架电力安全事故风险评估为例，来验证前文提出方法的合理性和有效性。该省750kv网架共包括7座变电站，通过A-Y双回线，F-N双回线，G-M双回线与邻省电网相连，接入西北电网。全省负荷共计约14780MW，电源共计约7894MW。网架连接如图2所示。
各条线路的可靠性指标如下表1所示：
表1某省750kv线路可靠性参数
Figure GDA0003205077010000071
分析该网架的最小割集分比为：1.C-E单回线、D-E单回线2.Y-A双回线、B-C双回线；3.A-B双回线、B-C双回线；4.D-G单回线、G-M双回线。最小割集均为2-4阶，数量为4，最小割集阶数不满足标准，则需要调整网架。
基于以上分析，提出的优化方案，增加C-E单回线路，优化后网架连接关系如图3所示。
分析该网架的最小割集分比为：1.Y-A双回线、B-C双回线；2.A-B双回线、B-C双回线；3.D-G单回线、G-M双回线。最小割集均为3-4阶，数量为3，满足判定阈值。
根据减供负荷比例计算可知，以上三种故障切负荷比例均达到一般事故等级，均不超过重大事故标准，计算供电可靠性水平为0.99776963。
综上所述，该规划方案的调整量为1，供电可靠性水平为0.99776963。可依据该例子计算其他规划方案，对最终结果进行比较，即可得到最优方案。
一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法计算比较方便，概念清晰，在实际电网中得到了应用和验证。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电网拓扑结构可靠性指标的远期电网规划方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤1：确定规划方案中元件的可靠性参数；统计规划方案电网的负荷节点数据；
步骤2：建立电网规划方案中的电网拓扑结构，根据电网拓扑结构确定割集评价指标；利用最小割集法计算规划方案中的最小割集阶数和数量；
步骤3：计算规划方案阶数最小的割集数，若阶数最小的割集阶数过低或数量越限则对电网结构进行调整，直至计算结果符合评价指标要求，并记录调整情况作为方案评价的相关依据；
步骤4：判断最小割集阶数和数量是否超过割集评价指标；
步骤5：若最小割集计算满足评价指标要求则统计各最小割集中所包含的负荷节点数据，确定负荷损失量及所属分区，计算分区负荷损失比例；
Figure FDA0003216559640000011
其中：Kx为分区x的负荷损失比例，Pl,x为分区x中最小割集中包含的负荷量，Ptotal,x为分区x的总负荷量；
步骤6：判断分区负荷损失比例是否超过规定的较大事故标准内容的负荷损失比例，若满足规定则进行步骤7，反之则进一步调整规划方案并重新进行步骤1；
步骤7：结合元件可靠性参数计算最小割集切负荷概率：
Figure FDA0003216559640000021
其中：λ为切负荷概率，λi,j为最小割集i中元件j的故障率；
步骤8：综合步骤7的计算结果和方案调整次数，对电网规划方案进行评价；
所述步骤6中，规定的较大事故标准内容如下：
区域性电网减供负荷7％以上10％以下；电网负荷20000兆瓦以上的省、自治区电网，减供负荷10％以上13％以下；电网负荷5000兆瓦以上20000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷12％以上16％以下；电网负荷1000兆瓦以上5000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷20％以上50％以下；电网负荷1000兆瓦以下的省、自治区电网，减供负荷40％以上；直辖市电网减供负荷10％以上20％以下，或者15％以上30％以下供电用户停电；
省、自治区人民政府所在地城市电网减供负荷20％以上40％以下，或者30％以上50％以下供电用户停电；
电网负荷600兆瓦以上的其他设区的市电网减供负荷40％以上60％以下，或者50％以上70％以下供电用户停电；
电网负荷600兆瓦以下的其他设区的市电网减供负荷40％以上，或者50％以上供电用户停电；
电网负荷150兆瓦以上的县级市电网减供负荷60％以上，或者70％以上供电用户停电。
2.如权利要求1所述的远期电网规划方法，其特征在于，所述步骤2中，割集评价指标包括最小割集阶数和数量，最小割集阶数为2-4阶，最小割集数量为1-30。
3.如权利要求1所述的远期电网规划方法，其特征在于，所述步骤4包括下述步骤：
步骤4-1：根据电网规划方案的电网规模，指定电网规划方案可接受的最小割集阶数和数量作为判定阈值，其中：若电网规划方案的电网规模为省级以上规模电网，则最小割集阶数定为3或4、数量不超过30，若电网规划的电网规模为省级以下规模电网，则最小割集阶数定为2-3，数量不超过10，根据实际情况调整上述阈值；
步骤4-2：结合步骤3的计算结果，若最小割集阶数和数量均小于阈值，则进行步骤5，若不满足，则调整电网规划方案后重新进行步骤1。
4.如权利要求1所述的远期电网规划方法，其特征在于，所述步骤8中，根据步骤7的计算结果及步骤3、6中记录的方案调整次数，分区切负荷概率最小、调整次数少的方案即为最优电网规划方案。
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