CN108281960B - 一种快速含分布式电源的配电网系统可靠性计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速含分布式电源的配电网系统可靠性计算方法。从若干配电网系统中提取基本系统，并计算求出基本系统的可靠度；考虑配电网系统中的外部并联元件，基于基本系统的可靠度计算获得剩余系统的外部近似可靠度；判断是否存在内部并联元件，依据第二步直接获得的外部近似可靠度外部近似可靠度或者第三步获得的内部近似可靠度作为最终可靠性。本发明对基本配电网系统的可靠性进行计算，方法从时间上改进了传统算法，减少了计算时间。

Description

一种快速含分布式电源的配电网系统可靠性计算方法

技术领域

本发明属于含有分布式电源的配电网系统可靠性比较，具体涉及了一种快 速含分布式电源的配电网系统可靠性计算方法。

背景技术

可靠性技术是在第二次世界大战后首先从航天工业和电子工业发展起来 的，电力系统的任务是向用户提供源源不断、质量合格的电能。由于电力系统 各种设备，包括分布式电源、变压器、输电线路、断路器等一次设备及与之配 套的二次设备，都会发生不同类型的故障，从而影响电力系统正常运行和对用 户正常供电。电力系统故障，对电力企业、用户和国民经济某些环节，都会造 成不同程度的经济损失。随着社会现代化进程的加快，生产和生活对分布式电 源的依赖性也越来越大，而停电造成的损失也日益增大。因此，要求电力系统 应有很高的可靠性。

目前的可靠性分析算法主要集中于含有集中式分布式电源的电力系统可靠 性分析，但是随着分布式电源电的引入，原有的含有集中式分布式电源的电力 系统可靠性分析不在适用于含有分布式电源的电力系统可靠性分析，所以本发 明从含分布式电源的配电网入手，提出一种新的可靠性比较算法。

现有技术的缺点总结如下：

现有技术缺点1：传统的可靠性比较方法主要集中在发电系统侧，少有集中 在含分布式电源的配电网系统侧(分布式电源是不直接与集中的输电系统相连 的分布式电源，而分散在整个电力系统的用户侧，从而可以随时对电网进行电 能补充。主要集中在配电网处。配电网是指在电力网中起分配电能的网络，其 下一级电力网络就是用户侧。)

现有技术缺点2：现在的含有分布式电源的配电网可靠性计算方法中少有 考虑原元件之间共因失效现象(共因失效现象是指由于相同的原因，导致多个 元件同时失效，且共因失效现象一般发生在并联元件之间，一般以两个元件为 主。)

现有技术缺点3：现有的可靠性比较算法以遍历法为主，计算耗费时间较 长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种快速含分布式电源的配电网系统 可靠性计算方法，将共因失效和并联结构考虑入可靠性比较中，先从配电网系 统的可靠性入手，求出其中基本配电网系统的可靠性，再通过定义的并联和共 因失效可靠性修正公式，对剩余系统的可靠性进行计算，该算法从时间上改进 了传统算法，减少了计算时间。

本发明采用的技术方案包括如下步骤：

第一步：从若干配电网系统中提取基本系统，并计算求出基本系统的可靠 度；

第二步：考虑配电网系统中的外部并联元件，基于基本系统的可靠度计算 获得剩余系统的外部近似可靠度G；

第三步：判断是否存在内部并联元件：若存在内部并联元件，则考虑配电 网系统中内部并联元件以及共因失效关系，基于外部近似可靠度G计算获得剩 余系统的内部近似可靠度F，以内部近似可靠度F作为最终可靠性；

若不存在内部并联元件则不作处理，以外部近似可靠度G作为最终可靠 性；

第四步：依据第二步直接获得的外部近似可靠度外部近似可靠度G或者第 三步获得的内部近似可靠度F作为最终可靠性。

本发明中仅考虑剩余系统相比基本系统增设了并联元件，不考虑剩余系统 相比基本系统增设了串联元件，即剩余系统和基本系统中串联的基本元件数量 相同。

所述的外部并联元件是剩余系统相比基本系统增设了并联于在基本元件上 的元件，并且所有外部并联元件分别并联于不同的基本元件上；所述的内部并 联元件是剩余系统相比基本系统增设了并联于在基本元件上的元件，并且内部 并联元件并联于在外部并联元件上。

所述第一步具体为：

1.1)从需要比较的若干配电网系统中提取基本系统；

1.2)计算方法求出基本系统的可靠度。

后续再针对同一分类中除基本系统以外的其他系统进行处理，除基本系统 以外的其他系统的串并联元件与基本系统的区别都是在基本系统的基础上进行 了并联或者共因失效结构的改变。

具体实施中利用申请号为2017111052060、申请日为2017.11.10、发明名称 为《考虑线路故障率的含分布式电源的配电网可靠性分析算法》的中国专利申 请说明书发明内容中所记载的技术方案进行处理获得基本系统的可靠度。

所述的基本系统是指在同一分类中元件总数最少且各个元件之间无共因失 效关系的一个配电网系统，基本系统是由相串联的多个基本元件构成，基本系 统中相互串联的单个元件或者元件组作为基本元件，元件组为多个并联的元 件。

所述第二步是通过外部并联修正函数计算获得剩余系统的外部近似可靠 度，剩余系统是指除基本系统以外的其他配电网系统，具体采用以下方式进行 可靠度计算：

首先，进行外部并联元件的可靠度更新计算：

2.a)若剩余系统与基本系统相比，增加有一个外部并联元件，外部并联元 件并联在基本系统的基本元件上，则更新后可靠度计算公式为：

A’＝1-(1-A×L)(1-R’)

其中，A为考虑外部并联元件下的当前可靠度，R’为当前外部并联元件的 可靠度，A’为考虑外部并联元件下的更新后可靠度，L为从外部并联元件所并 联的基本元件至负荷端中间所经过的各个基本元件的可靠度乘积，负荷端是指 电网的用户端；

2.b)若剩余系统与基本系统相比，增加有二个以上外部并联元件，并且所 有外部并联元件为满足均并联于不同的基本元件上的并联元件，重复步骤2.a) 对所有增加的每一个外部并联元件以相同方式依次迭代计算；计算时，针对第 一个外部并联元件计算时当前可靠度A为基本系统的可靠度，针对第一个之后 的当前外部并联元件用前一个外部并联元件对应处理获得的更新后可靠度A’作 为当前外部并联元件对应处理时的当前可靠度A，从而获得剩余系统考虑外部 并联元件后的外部近似可靠度G。

所述的共因失效关系是指多个元件之间由于相同故障原因导致同时失效的 关系，且共因失效关系一般发生在内部并联元件之间，即若是存在共因失效关 系，则认为这两个并联元件就是内部并联元件。

所述第三步中，通过内部并联元件以及共因失效修正函数计算获得剩余系 统的内部近似可靠度，剩余系统是指除基本系统以外的其他配电网系统，具体 采用以下方式分为是否具有没有共因失效关系的两种情况进行可靠度计算：

3.1)若存在没有共因失效关系的内部并联元件，则采用以下方式进行可靠 度更新计算：

3.1.a)若剩余系统与基本系统相比除了增加有外部并联元件外，增加有一 个内部并联元件，且该内部并联元件与其他任何元件之间没有共因失效关系， 内部并联元件并联于外部并联元件上，则更新后可靠度计算公式为：

B’＝(1-(1-B)(1-R”×L))×R”

其中，B为考虑外部并联元件下的当前可靠度，R”为内部并联元件在没有 共因失效关系下的可靠度，B’为考虑内部并联元件下的更新后可靠度，L为从 外部并联元件所并联的基本元件至负荷端中间所经过的各个基本元件的可靠度 乘积，负荷端是指电网的用户端；

3.1.b)若剩余系统与基本系统相比除了增加有外部并联元件外，增加有多 个内部并联元件，且每个内部并联元件与其他任何元件之间没有共因失效关 系，重复步骤3.1.a)对所有增加的每一个内部并联元件以相同方式依次迭代计 算；计算时，针对第一个没有共因失效关系的内部并联元件计算时当前可靠度 B为外部近似可靠度G，针对第一个之后的没有共因失效关系的当前内部并联 元件用前一个内部并联元件对应处理获得的更新后可靠度B’作为当前内部并联 元件对应处理时的当前可靠度B，从而获得剩余系统考虑内部并联元件且无共 因失效关系下的外部近似可靠度F；

3.2)若存在内部并联元件且内部并联元件具有共因失效关系，则采用以下 方式进行可靠度更新计算：

3.2.a)若剩余系统与基本系统相比除了增加有外部并联元件外，增加有一 个内部并联元件，且该内部并联元件与其他元件之间具有共因失效关系，内部 并联元件并联于外部并联元件上，则更新后可靠度计算公式为：

B’＝(1-(1-B)(1-C×D×L))×R”

其中，B为考虑外部并联元件下的当前可靠度，B’为考虑内部并联元件下 的更新后可靠度；C为内部并联元件所具有的共因失效关系的共因失效可靠 度，D为内部并联元件所具有的共因失效关系中元件独立可靠度；

3.2.b)然后对于内部并联元件所具有的共因失效关系的各个其他元件，重 复步骤3.2.a)对每个其他元件以相同方式依次迭代计算；计算时，针对第一个 其他元件计算时当前可靠度B为内部并联元件对应计算获得的更新后可靠度 B’，针对第一个之后的其他元件用前一个其他元件对应处理获得的更新后可靠 度B’作为当前其他元件对应处理时的当前可靠度B，从而获得剩余系统考虑一 个内部并联元件且具有共因失效关系下的初步外部近似可靠度H；

具体实施中，一个内部并联元件最多具有一个共因失效关系，不具有两个 及以上共因失效关系。

3.2.c)若剩余系统与基本系统相比除了增加有外部并联元件外，增加有多 个内部并联元件，且每个内部并联元件与其他元件之间均具有共因失效关系， 重复步骤3.2.a)和3.2.b)对每个内部并联元件以相同方式依次迭代计算；计算 时，针对第一个之后的内部并联元件用前一个内部并联元件对应处理获得的初 步外部近似可靠度H作为当前内部并联元件对应处理时的当前可靠度B，从而 获得剩余系统考虑多个内部并联元件且具有共因失效关系下的外部近似可靠度 F。

本发明的第二步针对外部并联元件，本发明的第三步针对内部并联元件， 其中内部并联元件是依托于外部并联元件而存在，因此内部并联元件若存在， 则外部并联元件必然存在。

所述第四步在得到所有配电网系统的最终可靠性后，进行数值上的比较， 根据需求进行选择所需要的配电网系统。

本发明的三个可靠性修正方法不仅考虑了并联结构和共因失效现象的影 响，还考虑了内部并联以及外部并联结构的影响，最后得到的近似可靠性具有 精确性。

本发明以三个可靠性修正方法大大减少了可靠性比较的计算过程，减少了 时间。

本发明从含分布式电源的配电网系统入手，使提出的快速含分布式电源的 配电网系统可靠性比较算法具有很高的实用性。

本发明的有益效果是：

本发明先从配电网系统的可靠性入手，求出其中基本配电网系统的可靠性， 再通过定义的并联和共因失效可靠性修正公式，对剩余系统的可靠性进行计算， 便于可靠性的比较。

本发明通过定义的并联与共因失效之间的结构关系，定义相关可靠性修正 公式，最终通过求取的近似可靠性对配电网系统进行可靠性比较。

本发明的三个可靠性修正方法不仅考虑了并联结构和共因失效现象的影 响，还考虑了内部并联以及外部并联结构的影响，最后得到的近似可靠性具有 精确性，并且大大减少了可靠性比较的计算过程，减少了时间。

本发明适用于含分布式电源的配电网系统，提出的快速含分布式电源的配 电网系统可靠性比较算法具有很高的实用性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明实施例的结构类型编号为1的配电网系统。

图3是本发明实施例的结构类型编号为2的配电网系统。

图4是本发明实施例的结构类型编号为3的配电网系统。

图5是本发明实施例的结构类型编号为4的配电网系统。

图6是本发明实施例的结构类型编号为5的配电网系统。

其中的黑粗方块表示该元件之间存在共因失效现象。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例如下：

第一步：找出基本系统，并且运用考虑线路故障率的含有分布式电源的配 电网的可靠性计算公式求出基本系统的可靠度；

本实施例一共有5种系统结构，如图3～图6所示，假设所以元件参数一致， 没有共因失效现象的元件的可靠性为0.98，含有共因失效现象的元件的独立可 靠度为0.5，共因失效可靠度为0.6。

本实施例中，由于如图2所示的系统1的元件总数最少且各个元件之间无 共因失效关系，因此基本系统为如图2所示的系统1，计算可靠度为0.9224。

第二步：基于基本系统的可靠度，通过外部并联修正方法计算含有外部并 联元件的近似可靠度。

表1近似可靠度

系统	可靠度
		1	0.9224
2	无外部并联元件
		3	无外部并联元件
4	0.9793
		5	0.9925

第三步：基于基本系统的可靠度，通过内部并联且无共因失效现象修正方 法和内部并联且有共因失效现象修正方法计算含有内部并联元件的近似可靠 度。

表2近似可靠度

本实施例中，如图3所示的系统2，相比基本系统的区别在于：增设了一个 内部并联元件，该内部并联元件还具有共因失效关系。因此系统2采用步骤 3.2.a)方式进行处理。

如图4所示的系统3，相比基本系统的区别在于：增加了两个内部并联元 件，且这两个内部并联元件之间还具有共因失效关系，因此系统3采用步骤 3.2.a)和3.2.b)方式进行处理。

如图5所示的系统4，相比基本系统的区别在于：增加了一个外部并联元 件，因此系统4采用步骤2.a)方式进行处理。

如图6所示的系统5，相比基本系统的区别在于：增加了一个外部并联元 件，因此系统5采用步骤2.a)方式进行处理。

其中图6和图5所示的系统5和系统4所增加的外部并联元件位于配电网 的不同串联元件之上，所以公式中的L数值不同。

第四步：针对第三步得到的可靠性，进行可靠性比较。

可靠性最高的系统是系统5，最低的是系统1.

实施例验证：

a)可靠度准确性验证：采用蒙特卡洛算法加遍历法计算5个系统的可靠度 和成本，由表3可知，可靠性最高的系统是系统5，最低的是系统1.与本发明 提出的计算方法的计算结果相符合。

表3系统可靠度

b)与采用遍历算法的传统算法(蒙特卡洛法)相比的计算时间比较：由下 表可知，与采用遍历算法的传统算法相比，提出的新算法所用的计算时间可以 缩短十分之一。

表4计算时间对比

方法	计算时间秒
		传统算法	25
新算法	2.7

由此可见，本发明具有准确的精确度，方法可靠性高，而且求取所用的时 间大大缩减，更适用于现实的实际情况，其技术效果显著突出。

Claims (3)

1.一种快速含分布式电源的配电网系统可靠性计算方法，其特征在于：

第一步：从若干配电网系统中提取基本系统，并计算求出基本系统的可靠度；

所述的基本系统是指总数最少且各个元件之间无共因失效关系的一个配电网系统，基本系统是由相串联的多个基本元件构成；

第二步：考虑配电网系统中的外部并联元件，基于基本系统的可靠度计算获得剩余系统的外部近似可靠度G；

所述的外部并联元件是剩余系统相比基本系统增设了并联于在基本元件上的元件，并且所有外部并联元件分别并联于不同的基本元件上；

所述第二步是通过外部并联修正函数计算获得剩余系统的外部近似可靠度，剩余系统是指除基本系统以外的其他配电网系统，具体采用以下方式进行可靠度计算：

2.a)若剩余系统与基本系统相比，增加有一个外部并联元件，外部并联元件并联在基本系统的基本元件上，则更新后可靠度计算公式为：

A’＝1-(1-A×L)(1-R’)

其中，A为考虑外部并联元件下的当前可靠度，R’为当前外部并联元件的可靠度，A’为考虑外部并联元件下的更新后可靠度，L为从外部并联元件所并联的基本元件至负荷端中间所经过的各个基本元件的可靠度乘积；

2.b)若剩余系统与基本系统相比，增加有二个以上外部并联元件，重复步骤2.a)对所有增加的每一个外部并联元件以相同方式依次迭代计算；计算时，针对第一个外部并联元件计算时当前可靠度A为基本系统的可靠度，针对第一个之后的当前外部并联元件用前一个外部并联元件对应处理获得的更新后可靠度A’作为当前外部并联元件对应处理时的当前可靠度A，从而获得剩余系统考虑外部并联元件后的外部近似可靠度G；

第三步：判断是否存在内部并联元件：

若存在内部并联元件，则考虑配电网系统中内部并联元件以及共因失效关系，基于外部近似可靠度G计算获得剩余系统的内部近似可靠度F；

若不存在内部并联元件则不作处理；

所述的内部并联元件是剩余系统相比基本系统增设了并联于在基本元件上的元件，并且内部并联元件并联于在外部并联元件上；

所述第三步中，通过内部并联元件以及共因失效修正函数计算获得剩余系统的内部近似可靠度，剩余系统是指除基本系统以外的其他配电网系统，具体采用以下方式分为是否具有没有共因失效关系的两种情况进行可靠度计算：

3.1)若存在没有共因失效关系的内部并联元件，则采用以下方式进行可靠度更新计算：

3.1.a)若剩余系统与基本系统相比除了增加有外部并联元件外，增加有一个内部并联元件，且该内部并联元件与其他任何元件之间没有共因失效关系，内部并联元件并联于外部并联元件上，则更新后可靠度计算公式为：

B’＝(1-(1-B)(1-R”×L))×R”

其中，B为考虑外部并联元件下的当前可靠度，R”为内部并联元件在没有共因失效关系下的可靠度，B’为考虑内部并联元件下的更新后可靠度，L为从外部并联元件所并联的基本元件至负荷端中间所经过的各个基本元件的可靠度乘积；

3.1.b)若剩余系统与基本系统相比除了增加有外部并联元件外，增加有多个内部并联元件，且每个内部并联元件与其他任何元件之间没有共因失效关系，重复步骤3.1.a)对所有增加的每一个内部并联元件以相同方式依次迭代计算；计算时，针对第一个没有共因失效关系的内部并联元件计算时当前可靠度B为外部近似可靠度G，针对第一个之后的没有共因失效关系的当前内部并联元件用前一个内部并联元件对应处理获得的更新后可靠度B’作为当前内部并联元件对应处理时的当前可靠度B，从而获得剩余系统考虑内部并联元件且无共因失效关系下的外部近似可靠度F；

3.2)若存在内部并联元件且内部并联元件具有共因失效关系，则采用以下方式进行可靠度更新计算：

3.2.a)若剩余系统与基本系统相比除了增加有外部并联元件外，增加有一个内部并联元件，且该内部并联元件与其他元件之间具有共因失效关系，内部并联元件并联于外部并联元件上，则更新后可靠度计算公式为：

B’＝(1-(1-B)(1-C×D×L))×R”

其中，B为考虑外部并联元件下的当前可靠度，B’为考虑内部并联元件下的更新后可靠度；C为内部并联元件所具有的共因失效关系的共因失效可靠度，D为内部并联元件所具有的共因失效关系中元件独立可靠度；

3.2.b)然后对于内部并联元件所具有的共因失效关系的各个其他元件，重复步骤3.2.a)对每个其他元件以相同方式依次迭代计算；计算时，针对第一个其他元件计算时当前可靠度B为内部并联元件对应计算获得的更新后可靠度B’，针对第一个之后的其他元件用前一个其他元件对应处理获得的更新后可靠度B’作为当前其他元件对应处理时的当前可靠度B，从而获得剩余系统考虑一个内部并联元件且具有共因失效关系下的初步外部近似可靠度H；

3.2.c)若剩余系统与基本系统相比除了增加有外部并联元件外，增加有多个内部并联元件，且每个内部并联元件与其他元件之间均具有共因失效关系，重复步骤3.2.a)和3.2.b)对每个内部并联元件以相同方式依次迭代计算；计算时，针对第一个之后的内部并联元件用前一个内部并联元件对应处理获得的初步外部近似可靠度H作为当前内部并联元件对应处理时的当前可靠度B，从而获得剩余系统考虑多个内部并联元件且具有共因失效关系下的外部近似可靠度F；

第四步：依据第二步直接获得的外部近似可靠度G或者第三步获得的内部近似可靠度F作为最终可靠性。

2.根据权利要求1所述的一种快速含分布式电源的配电网系统可靠性计算方法，其特征在于：所述的共因失效关系是指多个元件之间由于相同故障原因导致同时失效的关系。

3.根据权利要求1所述的一种快速含分布式电源的配电网系统可靠性计算方法，其特征在于：所述第四步在得到所有配电网系统的最终可靠性后，进行数值上的比较，根据需求进行选择所需要的配电网系统。

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