CN108681800A - 一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法：首先建立了层式风险评价体系，建立评判对象的因素集和评语集，计算由各项目分解而得的每个方面细分风险的发生概率和严重程度，并对其进行综合评估，得到一个评价指数；建立基于模糊综合评判的各层次模糊评判矩阵来评价配电网的实时风险水平，并通过客观熵权等方法确定各细分风险权重，通过模糊算子和评判指标处理得到最终的评判结果。本发明能实时计算的分布式新能源规模接入配网的风险评估模型，更好的适应新型有源配电网特点，能反映出各风险的详细信息。

Description

一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法

技术领域

本发明涉及一种分布式新能源规模接入配电网的运检风险评估方法，能实时计算的分布式新能源规模接入配网的风险评估模型，更好的适应新型有源配电网特点，能反映出各风险的详细信息。

背景技术

目前，电力系统风险评估的研究在风险评估基本概念和重要性、风险评估模型和计算方法、风险评估指标体系等方面已经有一定的成果。配电系统的风险评估的研究落后于输电网。规模分布式新能源接入下的有源配电网，其运检过程中的风险相较于常规配电网，不确定性更强，发生概率更高，危害更严重。

发明内容

本申请的目的在于提出一种能实时计算的分布式新能源规模接入配网的风险评估模型，更好的适应新型有源配电网特点，能反映出各风险的详细信息的一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法。

本申请的技术方案是这样实现的：一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法，包括如下步骤：

步骤1、建立评判对象的因素集和评语集

把配电网中的细分风险作为评判因素，建立配电网运检风险评估结构图，构建三层结构的层次型风险评估体系，也即三层次的风险评估体系，目标层配电网的风险可分解3类风险：U＝(U_x1,U_x2,U_x3)。然后再继续把各项目分解为每个方面细分风险；按上文所述，将评估结果分为5个等级，即评语集V＝{v₁,v₂,v₃,v₄,v₅}；

步骤2、细分风险辨识和评估

计算由各项目分解而得的每个方面细分风险的发生概率和严重程度，并对其进行综合评估，得到一个评价指数；

步骤3、建立各层次模糊评判矩阵

对于第i个细分风险，将其评价指数输入到隶属度函数中，得到对评语集的状态v_j的隶属度为r_ij，则可用隶属度集R_i＝{r_i1,r_i2,r_i3,r_i4,r_i5}表示评估结果；于是同一类风险U_xi的所有风险的评估结果构成了模糊评判矩阵，共3个；

步骤4、确定各级风险指标的权重

建立指标体系后，据步骤1-3确定每个细分权重，然后对于需要变权的风险，采集实时运行数据，利用熵权法获得可辨识性决定的权重，保持这些风险指标的总权重不变，进行重新分配，最终得到每类风险权重A_i(i＝1,2,3)和每类风险间的权重W；

步骤5、模糊算子和评判指标处理

模糊综合评判表达式为B＝A&R，得到评估值B_j(j＝1,2,3,4,5)后，对其进行处理，以得到最终的评判结果。

步骤(4)中确定每个细分权重是指采用专家打分法或层次分析法确定风险严重程度作为基本权重。

模糊综合评判表达式中&是广义模糊算子，本申请选择加权平均型，即式中：a_i为权重。

步骤(5)中对评估值B_j可采用最大隶属度法，取与最大评估值B_max＝max{B_j|j＝1,2,3,4,5}相对应的评语集元素v_k作为评估结果。

步骤(5)中对评估值B_j可采用模糊分布法，直接把B_j看做配电网风险评估结果，让评价者对配电网的风险状态有一个全面的了解。

步骤(5)中对评估值B_j可采用模糊指数法，得到一个综合评价的模糊指数。

由于实施上述技术方案，本申请首先建立了层式风险评价体系，利用概率潮流等方法辨识细分风险的发生概率；建立基于模糊综合评判的运检风险动态综合评估模型，来评价配电网的实时风险水平，并通过客观熵权等方法确定各细分风险权重。能实时计算的分布式新能源规模接入配网的风险评估模型，更好的适应新型有源配电网特点，能反映出各风险的详细信息。

附图说明：本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为配电网运检风险层式评价体系；

图3为33节点测试配电系统图；

图4为17节点电压的累积分布函数；

图5为32号节点三相不平衡度累积分布函数。

具体实施方式：

本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

实施例：(1)配电网的运检风险，参照国网公司配电网运维规程，结合分布式新能源接入对运检的影响，可被分为配电网的可靠运行风险、设备的安全风险和运检人员的人身安全风险3大类，然后可对每类进行细分。分层的风险结构和内容如图2所示。

配电网中的风险在不同的时间尺度上反映出不同的性质，因此需要确定风险辨识的时间范围。本专利采用动态辨识方式，计算提供出每一时段的配电系统面临风险的发生概率和发生后果严重程度，可以提供实时信息给配调值班人员。本专利考虑的时段长度为1h，即计算每小时内风险发生概率。

(2)配网运检风险的发生概率和严重程度

为了计算与配电网运行状态相关风险的发生概率，首先应获取实时传输的配电网运行数据，并计算分布式新能源设备功率和负荷的概率特性，进而利用概率潮流技术得到风险有关变量(电压、三相不平衡度等)的概率特性。

利用核密度估计方法计算得到负荷和分布式新能源发电设备功率的概率密度函数：

式中：为表示t时段某一待估计功率的随机变量，n_S为可用于估计的新能源设备功率或负荷数据，p_i为n_S个数据中的第i个，h＝0.025为带宽，K为核函数。本专利采用高斯核函数。

1)电压电流越限概率计算

针对电压电流可能存在的越限风险，利用基于三点估计法的概率估计方法，计算配电网三相电压电流越限概率。

点估计的概率评估方法，其原理为建立如下式的函数：

Z＝h(X₁,X₂,...,X_N)

式中：Z为待估计的随机变量，X₁,X₂,...,X_N为与之有关的随机变量。通过对X₁,X₂,...,X_N的按规律取样，计算Z的对应响应，用以估计Z的各阶矩，进而利用Gram-Charlier级数等估计Z的概率密度函数，进而积分得到累计分布函数(cumulative distributionfunction,CDF)。

以配电网中的随机变量为输入，以节点电压、支路电流为输出的函数，利用上述点估计方法，按相关规程要求设置分位点，即得到三相电压电流越限概率。具体方法如下：

输入实时系统负荷水平、分布式电源功率、网架结构，考虑节点注入功率和电流电压为随机变量并估计出其分布，计算基于点估计的三相不对称配网概率潮流，分别的得到三相电压和电流的CDF。然后根据电流电压约束，分别计算各个节点每相的电流电压越上限和越下限的概率，选取越限可能最大的节点的三相中越上限和下限可能最大的一相的概率，作为系统该时刻电压、电流越限的概率。

2)三相不平衡度超标概率评估

我国目前执行的国标规定了电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，以保证继电保护和自动装置正确动作。

针对分布式新能源规模接入配电网的三相不平衡风险，进行基于点估计的概率三相不平衡度计算，得到三相不平衡度高于限定值的概率。此时点估计分析方法中的函数式表示为配电系统节点的三相不平衡度的计算函数，从而估计每个节点三相不平衡度的CDF。选出其中配电系统中三相不平衡度最大的一个节点，以2％为不平衡度允许值，依据所得CDF给出大于允许界限的概率。

3)设备故障停运的概率和程度评估

据统计《2015年全国供电可靠性分析》统计，2015年10千伏配网四种主要设施，即架空线路、电缆线路、变压器、断路器的故障率分别为11.29次/100公里·年、2.38次/100公里·年、0.32次/100台·年、1.10次/100台·年。因此，对于配电网中的主要设备中变压器、断路器的一种，可计算得到每小时内的故障率约为10^-6次/台，架空线路的故障概率为0.0013/100公里，认为分布式新能源设备的发生概率高于主要设备，设为10^-5/台。

假设各台设备发生故障的事件相互独立，设备集合为Ω，则配电网发生单一设备(包括主要设备和分布式新能源设备)故障的概率P_f为

式中：P_i为某一种的某台设备发生故障的概率，不同的设备设置不同。而由于停运的概率都很小，且不用计及多设备停运情况，可以简写为每种设备停运概率之和，即

多重设备故障可能性过小，故不计入。

4)分布式新能源导致短路电流增大

分布式新能源会送出短路电流。当配网发生短路故障时，增大的短路电流会对设备造成损坏的风险。发生概率依据配网短路概率统计确定，渗透率将影响该风险的严重程度。

5)主要设备和分布式电源设备故障损坏

配电网中设备损坏的概率应低于设备故障概率，且配电网发生单一设备损坏的概率P_f表达形式与式(4)类似。

6)继电保护设备误动

继电保护存在误动的可能性，有源配电网的可能会导致双向潮流，从而增大了误动的可能性。但总体来说故障的可能性较小。

7)安装和检修风险

在设备的安装和检修过程中，检修人员可能存在误操作，导致设备的损坏，但概率往往很小。

8)常规配网的人身安全风险

配电网常规运检中可能存在的人身安全风险一般包括：触电、高空坠落、物体打击、机械伤害、误操作、交通事故、火灾、中毒、灼伤、动物伤害等。

9)含分布式新能源配网的人身安全风险

配电网分布式新能源规模接入后，运检中可能存在的人身安全风险。其中主要是反孤岛失败，导致故障跳闸后电网仍可能带电。

以上两点的概率往往较低，但是一旦发生将产生非常严重的后果。

10)配电网运检风险的严重程度

对于每种风险发生的严重程度，可根据每种风险的物理含义、对系统的实际影响，然后结合专家打分法、层次分析法等进行量化，相关文献有详细介绍，本专利不作赘述。

多数风险的严重程度评估是固定的，但是分布式新能源提供的短路电流风险，其严重程度会随着配电网新能源渗透率变化而变化。以光伏发电系统为例，逆变器在短路时送出的短路电流相较于额定电流，一般不超过的1.5倍。所以，配电网的渗透率将决定短路电流增大风险的严重程度。

(3)分布式新能源配电网运检风险的动态评估

1)PR法动态风险评估

因为本专利所设计的风险评估方法是实时的，所以每个细分风险的评估都应采用动态评估方式。本专利的动态风险评估采用PR法。按照事故的发生率将发生的可能性(即P值)分为5个等级，并将其量化，见下表1：

表1风险发生概率的等级和指数

级别	可能性	含义	指数
				一级	大于10％	较有可能发生	0.9
二级	1％～10％	有可能发生	0.7
				三级	0.1％～1％	较小可能发生	0.5
四级	0.01％～0.1％	略有可能发生	0.3
				五级	小于0.01％	几乎不会发生	0.1

R值表示风险发生的严重性。

参照相关规程，本专利将严重性分为特大、重大、一般、轻微四个等级，见下表2。

表2风险严重程度的等级和指数

2)配电网运检细分风险的综合评价指数

将上述所得的每个细分风险的发生概率和严重程度按照上表进行评级，可得到每个风险的两个无量纲指数，然后按照如下公式计算该风险的评价

L＝(1-μ)L_P+μL_S

式中：L_P为发生概率等级对应的数值，L_S为严重程度等级对应的数值，μ为一个0到1的权重系数，用于调整评估模型倾向于风险发生的可能还是后果影响。这样计算得到的L为该细分风险实时的综合风险水平指数，为一个0到1间的无量纲数。

(4)运检风险动态综合评估

1)模糊综合评判

考虑到各种评估因素对风险评估的模糊性，本专利模糊综合评判动态评估实时的配电网综合运检风险水平。

本专利将每个细分风的实时风险水平作为输入，得到评价矩阵，然后依据大量数据和资料，将各风险的严重程度确定为每种风险的基础权重。充分利用实时传输的系统运行数据，修正权重，反映出系统最新的变化，建立基于客观熵权的变权模糊综合评判模型。

2)基于客观熵权法的算法权重计算

权重会决定模糊综合评判的最终效果。确定权重的主要依据为该风险的重要程度和实时可辨识性。显然本专利中的风险可分为两类：长时间固定的和实时变化的。对于实时变化的风险，如三相电压电流越限和三相不平衡度超标，一段时间内其指标的数值波动性、信息丰富程度，也就是该风险的可辨识性，在实时变化。因此实时变化的风险应考虑变权。

对于根据配电网运行状态实时变化风险指标，为了保证权重的客观性，本专利引入信息熵权的概念构建客观熵权赋权值计算方法，表述如下：

对于n个待评价指标，每个指标有m个样本(指标变量的一段时间内的运行状态数据)，每个样本的数值为x_kl(k＝1,...,n；l＝1,...,m)。定义第k个评价指标的第l个样本的比重P_kl为：

定义第k个指标的熵值e_k为：

定义第k个指标的数据变异程度量化模型为：

g_k＝1-e_k

各待评价指标的客观熵权为

3)评语集和隶属度函数

将分布式新能源接入配电网的风险评估结果设立为五个等级，由一到五风险危急程度逐渐降低，建立评语集。

对于前述中获得的每个细分风险的风险水平数值，利用三角形隶属度函数，参考相关资料，风险的边界如表所示

表3风险评价等级和边界

等级	一级	二级	三级	四级	五级
						边界	1	0.7	0.5	0.3	0

4)确定各级风险指标的权重

建立指标体系后，据上文所述方法确定每个细分权重。本专利采用专家打分法、层次分析法等方法确定风险严重程度作为基本权重。然后对于需要变权的风险，采集实时运行数据，利用熵权法获得可辨识性决定的权重，保持这些风险指标的总权重不变，进行重新分配，最终得到每类风险权重A_i(i＝1,2,3)和每类风险间的权重W。

5)模糊算子和评判指标处理

模糊综合评判表达式为B＝A&R，其中&是广义模糊算子，本专利选择加权平均型，即

式中：a_i为权重。本专利首先计算每类风险的b_i(i＝1,2,3)，最后计算整体评价B。

得到评估值B_j(j＝1,2,3,4,5)后，需要对其进行处理，以得到最终的评判结果。可采用最大隶属度法，取与最大评估值B_max＝max{B_j|j＝1,2,3,4,5}相对应的评判集元素v_k作为评估结果；模糊分布法，直接把B_j看做配电网风险评估结果，让评价者对配电网的风险状态有一个全面的了解；模糊指数法，得到一个综合评价的模糊指数。

(5)下面介绍本发明的一个实施例：

如图3所示的三相不平衡的33节点配电系统，在10、17、24、32接入分布式光伏发电系统。光伏逆变器最大容量S_max为300kVA，每相100kVA，功率因数0.95，即每台有功285kW，无功93.66kvar。首端电压1.05pu，电压约束为0.95到1.05。

考虑光伏功率的不确定性，获取光伏功率和负荷的样本点1000个作为实时传递的配电网运行数据。利用核密度估计得到概率密度函数。本算例中，利用服从正态分布、均值为光伏功率、标准差20％均值的随机变量，生成样本模拟光伏系统功率的运行数据；利用10％的均值作为标准差的随机变量生成样本模拟配电网负荷运行数据。

1)细分风险的评估

利用所提风险辨识模型对其进行实时的辨识。首先辨识每种细分风险的发生概率：

1.配电网的可靠运行方面：

本算例中，电压电流越限指标选为节点电压超过1.05或低于0.95的概率；三相不平衡度为超过2％的概率。

分析配电网电压越限情况。经计算，节点电压高于1.05的概率均为0，而存在低于0.95的情况，其中17节点电压最低，A、B、C三相的电压CDF如图4，其中A相低于0.95的概率为0.59％，B相低于0.95的概率为2.55％，C相低于0.95的概率为1.54％。

计算系统每个节点的概率三相不平衡度，计算得到32节点的不平衡度最大，画出该节点的三相不平衡度的累积分布函数如图5所示。可看出三相不平衡度基本上没有可能超过0.24％，远低于国标要求。

对于设备出现故障停运的情况：配网中有1套断路器、1台变压器、60公里架空线、4个光伏发电系统，按上文所述可得到不同设备实时发生故障的概率，可计算得到1h内主要设备故障的概率P_f1为7.92×10^-4，光伏设备故障停运的概率P_f2为4×10^-5。

2.对于设备损坏的风险方面：

分布式新能源导致的短路电流增大为光伏渗透率影响，本算例的总负荷为3.635MW，而分布式光伏的总功率为1.114MW，渗透率为30.65％。架空线出现短路故障的概率7.8×10^-4。对于设备损坏，认为某一时刻的损坏概率低于故障的概率。

3.对于人身安全风险方面：运检人员的人身安全风险的概率难以评估，但当配电网正常运行时，其人身安全风险概率是低于出现故障检修过程中的。

各个细分风险的严重程度由专家打分法、层次分析法和其他资料参考确定，其中分布式光伏的按渗透率确定光伏并网导致短路电流增大风险的严重性，低于33％为四级，高于33％低于67％为三级，高于67％低于100％为二级，高于100％(向上级电网送电)为一级。

综合以上各风险的发生概率和严重程度，同时使用PR法动态评价方法，μ取0.6，可计算出每个风险的评价指数，结果如下表4所示

表4细分风险的实时辨识和评价

风险	发生概率	严重程度	评价指数
				电压越限	二级	四级	0.4
三相不平衡	五级	三级	0.28
				主要设备故障	四级	二级	0.48
新能源故障	五级	三级	0.28
				继保设备误动	五级	二级	0.4
短路电流增大	四级	三级	0.36
				主要设备损坏	五级	一级	0.52
新能源损坏	五级	二级	0.4
				安装和检修	五级	二级	0.4
常规人员安全	五级	三级	0.28
				反孤岛失败	五级	二级	0.4

2)配电网运检风险水平综合评估

确定基础权重，表4中严重程度的确定，基础权重如下：电网可靠运行风险，设备安全风险，人员人身安全风险的权重：0.25，0.3125，0.4375；可靠运行风险内的细分风险权重：0.0909，0.1818，0.2727，0.1818，0.2727；设备安全风险内的细分风险权重：0.1667，0.3333，0.25，0.25；运检人员人身安全风险内的细分风险的权重：0.4，0.6。

接下来根据客观熵权法，对于三相电压电流越限和三相不对称度超标两个风险，需要根据实时运行数据进行评估，重新分配在可靠运行风险中这两项之和为0.2727的权重。输入1000个光伏功率和负荷的样本点，将其带入三相潮流计算程序，得到三相电压偏差最大的节点的偏差最大的一相的数据，以及三相不平衡度最大的一个节点的数据。17号节点的B相电压偏差最大，32号节点的三相不平衡度偏差最大，利用这两个数据得到熵值e₁＝2.6187、e₂＝6.3918，说明三相不平衡度风险指标信息含量更多，可辨识性更强，计算得到权值为0.2309、0.7691。对原有权值进行分配，每个指标的权值0.0630，0.2097。

进行模糊综合评判。将表4中数据带入隶属度函数，按照表3中的边界，得到隶属度矩阵。然后应用算法，计算得到最后的风险评价等级对配电网的实时评估结果为：

表5配电网风险评估结果的评语集隶属度

按最大隶属度确定模糊变量的评语，可以确定此时的配电网运检风险评估为四级。按照表3中的量化数值，最终得到模糊指数为0.3831，为偏低风险水平。

以上技术特征构成了本申请的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。

Claims (6)

1.一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、建立评判对象的因素集和评语集

把配电网中的细分风险作为评判因素，建立配电网运检风险评估结构图，构建三层结构的层次型风险评估体系，也即三层次的风险评估体系，目标层配电网的风险可分解3类风险：U＝(U_x1,U_x2,U_x3)；然后再继续把各项目分解为每个方面细分风险；按上文所述，将评估结果分为5个等级，即评语集V＝{v₁,v₂,v₃,v₄,v₅}；

步骤2、细分风险辨识和评估

计算由各项目分解而得的每个方面细分风险的发生概率和严重程度，并对其进行综合评估，得到一个评价指数；

步骤3、建立各层次模糊评判矩阵

对于第i个细分风险，将其评价指数输入到隶属度函数中，得到对评语集的状态v_j的隶属度为r_ij，则可用隶属度集R_i＝{r_i1,r_i2,r_i3,r_i4,r_i5}表示评估结果；于是同一类风险U_xi的所有风险的评估结果构成了模糊评判矩阵，共3个；

步骤4、确定各级风险指标的权重

建立指标体系后，据步骤1-3确定每个细分权重，然后对于需要变权的风险，采集实时运行数据，利用熵权法获得可辨识性决定的权重，保持这些风险指标的总权重不变，进行重新分配，最终得到每类风险权重A_i(i＝1,2,3)和每类风险间的权重W；

步骤5、模糊算子和评判指标处理

模糊综合评判表达式为B＝A&R，得到评估值B_j(j＝1,2,3,4,5)后，对其进行处理，以得到最终的评判结果。

2.如权利要求1所述的一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法，其特征在于，步骤(4)中确定每个细分权重是指采用专家打分法或层次分析法确定风险严重程度作为基本权重。

3.如权利要求1所述的一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法，其特征在于，模糊综合评判表达式中&是广义模糊算子，本申请选择加权平均型，即式中：a_i为权重。

4.如权利要求1所述的一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法，其特征在于，步骤(5)中对评估值B_j可采用最大隶属度法，取与最大评估值B_max＝max{B_j|j＝1,2,3,4,5}相对应的评语集元素v_k作为评估结果。

5.如权利要求1所述的一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法，其特征在于，步骤(5)中对评估值B_j可采用模糊分布法，直接把B_j看做配电网风险评估结果，让评价者对配电网的风险状态有一个全面的了解。

6.如权利要求1所述的一种分布式新能源接入配电网的运检风险评估方法，其特征在于，步骤(5)中对评估值B_j可采用模糊指数法，得到一个综合评价的模糊指数。