CN109728580A - 基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，包括如下步骤：S1，对所要研究的配网系统中各典型网架结构的数据进行采集汇总；S2，基于MATLAB平台搭建该配网系统各典型网架结构的模型；S3，采用深度双向搜索法对各典型网架结构的模型进行模拟计算，并通过仿真得到该配网系统检修方式下的可靠性计算结果。

Description

基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及于配电网安全性的可靠性研究领域，特别涉及一种基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法。

背景技术

电力系统的安全性指电力系统突然发生扰动后不间断的向用户提供电力和电量的能力，在不同安全准则下的电网供电能力是电网供电可靠性研究的重要能容。当前国内的城网可靠性研究通常都只考虑N-1准则，即所谓的单一故障安全准则，当正常运行方式下的电力系统中任一元件无故障或因故障断开，电力系统应能保证稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许值范围内的安全准则。但是对于电网中如设备停电检修等方面的各种情况具有一定的局限性。

目前对配电网的可靠性评估方法通常分为解析法和模拟法两大类。其中解析法是利用系统的结构和元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立配电网可靠性概率模型，通过递推或迭代等过程精确求解该模型，从而计算用户和系统可靠性指标。解析法物理概念清晰，模型精度高，逻辑概念明确，然而元件数目增多时，其运算量急速增加，当电网达到一定规模时，直接使用解析法有相当的难度。解析法主要包括概率分布法、故障模式与后果分析法、最小路法、网络等值法、故障扩散算法等方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，计算便捷，有效可行。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，包括如下步骤：

S1，对所要研究的配网系统中各典型网架结构的数据进行采集汇总；

S2，基于MATLAB平台搭建该配网系统各典型网架结构的模型；

S3，采用深度双向搜索法对各典型网架结构的模型进行模拟计算，并通过仿真得到该配网系统检修方式下的可靠性计算结果。

所述的步骤S1包括：

对每段线路的长度以及线路故障和计划检修状态下的故障率及修复时间的统计，并对变压器、断路器在线路故障和计划检修状态下修复时间及故障率的统计，对在出线上的负荷点位置以及用户数量与负荷大小数据统计。

所述的步骤S3包括：

步骤S3.1，读入系统结构、元件参数；

步骤S3.2，根据深度双向搜索法对系统的网架进行遍历，得到电源点至负荷点L_P-n的最小线路集合L_min-X，对其中负荷点L_P-n可靠性有影响的线路集合L_S-n和需修复线路集合L_X-n；

步骤S3.3，计算负荷点L_P-n的等效故障率λ_n、等效故障修复时间r_n；

步骤S3.4，得到配网系统检修方式下的可靠性系数。

所述的步骤S3.2中深度双向搜索法包括：

步骤S3.2.1，采用深度优先搜索算法对生成的树进行深度搜索，可以得到电源到每个负荷点之间经过的熔断器、断路器、隔离开关以及经过的全部支路的具体信息，并存入相应的集合之中；

步骤S3.2.2，通过遍历整个网架，得到各辐射结构单元中包含的全部节点，筛选所述节点的标志和变量，得到对负荷点L_P-n可靠性有影响的线路集合L_S-n；

步骤S3.2.3，从每一个负荷点逆向搜索，搜索其父节点和子节点，通过可靠性求取机理获得各负荷点故障需修复线路集合L_X-n。

所述的步骤S3.2.3还包括在搜索过程中，将搜索过的各条线路保存在同各个负荷点相互对应的集合L_X-n内，直到搜索到配网中电源点或搜索到标记的线路联络对应的节点并且该节点与其父节点的线路上装有隔离装置时，其中在不含备用电源时，则只需要搜索到常用电源，不再继续往上查找。

所述标记的线路联络对应的节点表示所述配网含有备用电源并且通过相互对应的子节点向节点提供备用电源。

所述的通过仿真得到该配网系统检修方式下的可靠性计算结果包括：

当第一个元件进行计划检修，而第二个元件发生故障时，或者第二个元件进行计划检修而第一个元件发生故障，负荷点将失效，导致负荷点失效的年停运率和停运时间运用公式计算后累加到负荷点的可靠性指标上：

λ_pm＝λ₁+λ₂

式中：λ₁和U₁为一般线路故障停运率和检修时间；λ₂和U₂为计划检修停运率和检修时间；λ_pm和U_pm分别为计划检修和永久性故障重叠停运引起负荷点的年停运率和停运时间。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，计算便捷，有效可行。

附图说明

图1为本发明一种基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法的流程图；

图2为复杂配电系统的结构图；

图3、4为配网系统中10kV典型网架结构的接线图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，包括如下步骤：

S1，对所要研究的配网系统中各典型网架结构的数据进行采集汇总；

S2，基于MATLAB平台搭建该配网系统各典型网架结构的模型；

S3，采用深度双向搜索法对各典型网架结构的模型进行模拟计算，并通过仿真得到该配网系统检修方式下的可靠性计算结果。

所述的步骤S1包括：

对每段线路的长度以及线路故障和计划检修状态下的故障率及修复时间的统计，并对变压器、断路器在线路故障和计划检修状态下修复时间及故障率的统计，对在出线上的负荷点位置以及用户数量与负荷大小数据统计。

所述的步骤S3包括：

步骤S3.1，读入系统结构、元件参数；

步骤S3.2，根据深度双向搜索法对系统的网架进行遍历，得到电源点至负荷点L_P-n的最小线路集合L_min-X，对其中负荷点L_P-n可靠性有影响的线路集合L_S-n和需修复线路集合L_X-n；

步骤S3.3，计算负荷点L_P-n的等效故障率λ_n、等效故障修复时间r_n；

步骤S3.4，得到配网系统检修方式下的可靠性系数。

所述的步骤S3.2中深度双向搜索法包括：

步骤S3.2.1，采用深度优先搜索算法对生成的树进行深度搜索，可以得到电源到每个负荷点之间经过的熔断器、断路器、隔离开关以及经过的全部支路的具体信息，并存入相应的集合之中；

步骤S3.2.2，通过遍历整个网架，得到各辐射结构单元中包含的全部节点，筛选所述节点的标志和变量，得到对负荷点L_P-n可靠性有影响的线路集合L_S-n；

步骤S3.2.3，从每一个负荷点逆向搜索，搜索其父节点和子节点，通过可靠性求取机理获得各负荷点故障需修复线路集合L_X-n。

具体地，深度双向搜索法包括正向搜索和逆向搜索。

正向搜索：

采用深度优先搜索算法对生成的树进行深度搜索，可以得到电源到每个负荷点之间经过的熔断器、断路器、隔离开关以及经过的全部支路的具体信息，并存入相应的集合之中。例如，电源到负荷点走过的支路就是电源点至各负荷点的最小路。以图2所示的复杂配电系统图为例，得到电源(0)至负荷节点L_P-4的最小路线路的集合为L_min-4＝{M₁,M₂,M₃,M₆,M₇,L₈}。

通过遍历整个网架，得到各辐射结构单元中包含的全部节点。筛选这些节点的标志和变量，得到对某负荷点L_P-n可靠性有影响的线路集合L_S-n，具体过程如下：

⑴在负荷点L_P-n对应的节点类型的标志，判断节点A是否属于在熔断器后；若是，则不进行任何操作，继续对下一个节点进行判断；否则转步骤⑵；

⑵对电源点至此A节点的最小路上所有的断路器进行判断，是否都属于电源点至负荷节点L_P-n最小路上的断路器集合；若是，则将A节点与其父节点之间的支路集合添至与负荷点L_P-n所对应的线路集合L_S-n中。L_S-n中的任一条线路故障都会影响负荷点L_P-n的可靠性。依次对每个节点进行判断，直到对该辐射结构单元内所有节点全部做出判断。

进行以上两步的判断的目的是因为本方法认为一旦发生故障就会立即切断熔断器及断路器之后的线路，而不影响其他负荷点的正常供电。

如图2中的所有节点都处于同一个辐射结构单元内，而因为该系统负荷节点{L_P-1,L_P-2,L_P-3,L_P-4,L_P-5,L_P-6,L_P-7}都在熔断器之后，另外馈线上节点{(8)}在断路器B₄之后，B₄不属于电源点至负荷节点L_P-4最小路上的断路器集合{B₁,B₂,B₃}，只有馈线上节点{(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(9)}与其各自父节点之间的线路被加入与负荷节点L_P-4对应的线路集合L_S-4内，得到L_S-4＝{M₁,M₂,M₃,M₄,M₅,M₆,M₇,M₈,M₉}。

逆向搜索：

若在配电网结构中含有备用电源，则可以从该辐射单元与其备用电源联络线的交点开始，然后可以从辐射单元开始，逐层的向上搜索父节点，直到搜索到常用电源点为止。并在搜索的过程中，对所搜索过的各个节点进行标记，即使每个节点上所对应的线路联络标志的值为“T”。如果配网结构不含备用电源，那就不必进行此步。

在实际运行的过程中，电力系统配电网结构中上的每个节点(非顶、末端节点)都包含一个父节点以及众多子节点。在配网结构中每个节点上的线路联络标记都和其子节点数目相同，并且同每个子节点相互对应。则在某节点(B)上的某个线路联络标记为“T”时则代表该配网含有备用电源并且可以通过相互对应的子节点向节点(B)提供备用电源。

如上所示，对配电网结构中的各个辐射单元的备用电源与常用电源之间的联络路径进行逐层搜索，然后再对所搜索到的联络路径中的各个节点给出相应的线路联络标记，这里选择标记为“T”。

⑵从配电网结构中的各个负荷点出发，然后开始逐层向上搜索每个父节点。在搜索过程中，将搜索过的各条线路保存在同各个负荷点相互对应的集合L_X-n内，直到搜索到配网中常用的电源点或搜索到上文中所标记的线路联络标记为“T”的节点并且该节点与其父节点的线路上装有隔离装置时，其中在不含备用电源时，则只需要搜索到常用电源即可，就不会再继续往上查找。

同时，在搜索过程中每向上搜索一层节点，就需要对该上层节点是否同其他不在最小路上的子节点之间的线路首端是否包含隔离装置进行检查区分，若包含有隔离装置，则可忽略并向上层继续搜索；但如果其中某线路M_X的首端没有隔离装置，则可将该线路M_X加入到需要修复的线路集合L_X-n中，同时再对线路M_X的末端有无隔离装置进行检查；如果线路末端设有隔离装置，则开始检查上层节点和下一子节点之间的线路，直到该层的节点和其他的子节点之间的线路都被检查过为止，然后再从该层节点出发，继续向上层节点搜索；如果线路M_X末端也没有设置隔离装置，则同上文所示步骤继续从该子节点开始向下查找有无隔离装置的线路，有的话则继续向上搜索，没有隔离装置则可将其加入需修复的线路集合L_X-n内，直到搜索中的末尾节点或者其中某各节点与子节点之间的线路上都设置有隔离装置停止搜索。逆向搜索的主要目的是为了将所有的上层节点按照顺序相互连接，其中需要将配网线路中包含有隔离装置的线路隔开，将没有隔离装置的线路找出并加入到需要修复的线路集合L_X-n中。

像这样逐层的向上搜索父节点，每当遇到有线路联络标记为“T”的节点，即说明配网结构中含有备用电源，就需要检查各个节点和其父节点之间的线路尾端有无隔离装置；如果有隔离装置，则停止搜索；如果没有隔离装置，则需要将所搜索的线路加入到集合L_X-n中，然后再检查该线路的首端有无隔离装置；如果有则停止搜索，如果没有就继续向上搜索，直到出现隔离装置为止。

例如：对图2负荷点L_P-4进行如上所示的操作，在有备用电源情况下的需修复线路集合为L_X-4＝{L₄,M₉,M₈,M₇,M₆,M₄,M₃,M₂}。

因为馈线上的节点(6)与线路M₉之间没有隔离装置，所以线路M₉虽然不在负荷点L_P-4的最小路上，但是如果M₉出现了故障，L_P-4仍然会受到停运状态的变化，其中停运的时间也就是发生故障的元件所需修复时间，故将线路M₉加入修复线路集合L_X-4中；在线路L₅与节点(7)之间有熔断器进行隔离，故不能将线路L₅加入到集合L_X-4中。同理，馈线段M₄也被加入到修复线路集合L_X-4中。同时虽然备用电源可以对节点(3)提供供电，但是因为线路M₂、M₃和节点(3)之间没有任何的隔离装置，故需将线路M₂、M₃也加入到修复线路集合L_X-4中。然后在搜索到线路M₂的首端设置有隔离开关，故停止搜索。该搜索方法的原理为：如果线路M₂上出现了设备故障，其中备用电源不能产生相应的作用，整个修复线路集合L_P-4的停运时间就是故障元件的修复时间。

所述的步骤S3.2.3还包括在搜索过程中，将搜索过的各条线路保存在同各个负荷点相互对应的集合L_X-n内，直到搜索到配网中电源点或搜索到标记的线路联络对应的节点并且该节点与其父节点的线路上装有隔离装置时，其中在不含备用电源时，则只需要搜索到常用电源，不再继续往上查找。

所述标记的线路联络对应的节点表示所述配网含有备用电源并且通过相互对应的子节点向节点提供备用电源。

所述的通过仿真得到该配网系统检修方式下的可靠性计算结果包括：

当第一个元件进行计划检修，而第二个元件发生故障时，或者第二个元件进行计划检修而第一个元件发生故障，负荷点将失效，导致负荷点失效的年停运率和停运时间运用公式计算后累加到负荷点的可靠性指标上：

λ_pm＝λ₁+λ₂

式中：λ₁和U₁为一般线路故障停运率和检修时间；λ₂和U₂为计划检修停运率和检修时间；λ_pm和U_pm分别为计划检修和永久性故障重叠停运引起负荷点的年停运率和停运时间。

以下结合图3、4和表格对本实施例再次阐述；

步骤1：

首先在MATLAB平台中输入配电网中各设备的一般故障参数以及计划检修参数。配电网的典型网架结构如图附图3、4所示，其中包含了10kV电压等级的两个典型网架结构。各个电压等级的设备参数如下表1所示。

表1各电压等级设备一般故障和计划检修参数

步骤2：

在MATLAB平台按照上述参数进行搭建该配电系统各典型网架的模型。

步骤3：

按照上述建模，采用前述介绍的深度双向搜索法，即可仿真附图3、4所示的配电网系统的可靠性指标。

采用深度双向搜索法对算例中的配网系统进行基于N-1-1安全准则下的可靠性评估，可得N-1-1下各电压等级的典型网架可靠性结果如表3所示。

表3附图3所示配网评估结果

表4附图4所示配网评估结果

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对所要研究的配网系统中各典型网架结构的数据进行采集汇总；

S2，基于MATLAB平台搭建该配网系统各典型网架结构的模型；

S3，采用深度双向搜索法对各典型网架结构的模型进行模拟计算，并通过仿真得到该配网系统检修方式下的可靠性计算结果。

2.如权利要求1所述的基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，其特征在于，所述的步骤S1包括：

对每段线路的长度以及线路故障和计划检修状态下的故障率及修复时间的统计，并对变压器、断路器在线路故障和计划检修状态下修复时间及故障率的统计，对在出线上的负荷点位置以及用户数量与负荷大小数据统计。

3.如权利要求1所述的基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，其特征在于，所述的步骤S3包括：

步骤S3.1，读入系统结构、元件参数；

步骤S3.2，根据深度双向搜索法对系统的网架进行遍历，得到电源点至负荷点L_P-n的最小线路集合L_min-X，对其中负荷点L_P-n可靠性有影响的线路集合L_S-n和需修复线路集合L_X-n；

步骤S3.3，计算负荷点L_P-n的等效故障率λ_n、等效故障修复时间r_n；

步骤S3.4，得到配网系统检修方式下的可靠性系数。

4.如权利要求1所述的基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，其特征在于，所述的步骤S3.2中深度双向搜索法包括：

步骤S3.2.1，采用深度优先搜索算法对生成的树进行深度搜索，可以得到电源到每个负荷点之间经过的熔断器、断路器、隔离开关以及经过的全部支路的具体信息，并存入相应的集合之中；

步骤S3.2.2，通过遍历整个网架，得到各辐射结构单元中包含的全部节点，筛选所述节点的标志和变量，得到对负荷点L_P-n可靠性有影响的线路集合L_S-n；

步骤S3.2.3，从每一个负荷点逆向搜索，搜索其父节点和子节点，通过可靠性求取机理获得各负荷点故障需修复线路集合L_X-n。

5.如权利要求4所述的基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，其特征在于，所述的步骤S3.2.3还包括在搜索过程中，将搜索过的各条线路保存在同各个负荷点相互对应的集合L_X-n内，直到搜索到配网中电源点或搜索到标记的线路联络对应的节点并且该节点与其父节点的线路上装有隔离装置时，其中在不含备用电源时，则只需要搜索到常用电源，不再继续往上查找。

6.如权利要求4所述的基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，其特征在于，所述标记的线路联络对应的节点表示所述配网含有备用电源并且通过相互对应的子节点向节点提供备用电源。

7.如权利要求1所述的基于深度双向搜索法的配电网检修方式下可靠性评估方法，其特征在于，所述的通过仿真得到该配网系统检修方式下的可靠性计算结果包括：

当第一个元件进行计划检修，而第二个元件发生故障时，或者第二个元件进行计划检修而第一个元件发生故障，负荷点将失效，导致负荷点失效的年停运率和停运时间运用公式计算后累加到负荷点的可靠性指标上：

λ_pm＝λ₁+λ₂

式中：λ₁和U₁为一般线路故障停运率和检修时间；λ₂和U₂为计划检修停运率和检修时间；λ_pm和U_pm分别为计划检修和永久性故障重叠停运引起负荷点的年停运率和停运时间。