CN110009207A - 一种高受电比的城市电网风险评估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高受电比的城市电网风险评估方法及装置，所述方法包括获取电网中每一元件故障率、每个第一时间单位内每一元件的故障时间段、每个第一时间单位内各个负荷点的停电次数、停电继续时间和故障时间段；根据电网中每一元件故障率，计算每一元件的TTF；根据故障时间段，获取TTF最小的元件对应的各个负荷第一时间单位内的停电次数和停电持续时间；重复M次抽样，直到所有第一时间单位加和达到预设第二时间单位，对各个负荷的停电次数和停电持续时间进行求和；根据各个负荷的停电次数和停电持续时间，计算各个负荷平均故障率、年平均停电时间和平均停电持续时间。本发明通过抽样计算，解决了高受电比电网缺乏科学评估的问题。

Description

一种高受电比的城市电网风险评估方法及装置

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种高受电比的城市电网风险评估方法及装置。

背景技术

高受电比例的城市电网主要通过大量接受外部电源输入的有功功率来实现供需平衡。当外部电源受限、功率供给紧缺时，由于高受电比例的城市电网中本地电源占比过小，此时城市电网缺乏足够的电源支撑，将难以保证负荷的持续供电和系统的安全稳定运行；对高受电比的城市电网进行改造或者进行优化设计，必须要有评估做为依据，但是现在缺乏科学有效评估作为依据。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高受电比的城市电网风险评估方法及装置。

本发明提供的一种高受电比的城市电网风险评估方法，所述方法包括：

步骤S11、获取所述电网中每一元件故障率、每个第一时间单位内每一元件的故障时间段、每个第一时间单位内各个负荷点的停电次数、停电继续时间和故障时间段、系统的失负荷次数、容许失负荷的概率界限、故障导致的负荷损失电量和、容许电量不足界限、重要负荷损失和、重要负荷总数、重要负荷的权重和有功功率；

步骤S12、根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间(Time to Failure，TTF)；

步骤S13、根据故障时间段，获取TTF最小的元件对应的所述各个负荷第一时间单位内的停电次数和停电持续时间；

步骤S14、重复M次抽样，交替执行步骤S12、S13，直到所有第一时间单位加和达到预设第二时间单位，对所述各个负荷的停电次数和停电持续时间进行求和；

步骤S15、根据所述各个负荷的停电次数和停电持续时间，计算各个负荷平均故障率、年平均停电时间和平均停电持续时间；

步骤S16、根据所述各个负荷平均故障率、年平均停电时间和平均停电持续时间，计算系统平均停电频率、系统年停电继续时间和平均供电可用率。

进一步地，所述步骤S11之后还包括：

根据系统的失负荷次数、抽样总次数和容许失负荷的概率界限，计算失负荷次数严重度S(POFF)的公式具体为所述J为系统的失负荷次数，所述POFFb为容许失负荷的概率界限，所述M为抽样总次数。

进一步地，所述步骤S11之后还包括：

根据所述故障导致的负荷损失电量和、所述抽样总次数和所述容许电量不足界限，计算电量不足严重度S(EOFF)的公式具体为所述COFFb是所述故障导致的负荷损失电量和，所述EOFFb是所述容许的电量不足界限，所述M为抽样总次数。

进一步地，所述步骤S11之后还包括：

根据重要负荷损失和、抽样总次数、重要负荷的权重和有功功率，计算重要负荷损失严重度S(P1)的公式具体为所述P1为重要负荷损失和，所述M为抽样总次数，所述Pi是重要负荷i的权重，所述ωi是重要负荷i的有功功率。

进一步地，根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF的公式具体为TTF＝-lnδ/λ，所述λ为每一元件的故障率，所述δ为(0,1)之间的随机数。

进一步地，所述步骤S11之前还包括：

建立用户用电需求模型约束条件为其中所述pn为用户n一天的电费，所述N为用户总数，所述En,d为电器d一天的总用电需求，所述Qn,d为该电器完成任务所必需的电量，所述et n,d为电器d在第t个小时的用电需求，t∈T＝{1,2,…,24}，所述In,d为电器的用电量范围；

其中，γmin n,a为电器在第t个小时的用电下限，γmax n,a为用电上限。

进一步地，所述方法还包括：

根据任意小时t内电力系统中所有用户的总用电需求以及发电相关的三个预设参数，计算成本函数Ct(Lt)的公式具体为所述at、所述bt、所述ct为所述发电相关的三个预设参数，所述Lt为任意小时t内电力系统中所有用户的总用电需求；

计算系统中用户缴纳的电费总和的公式具体为所述p’为所述系统中用户缴纳的电费总和，所述pn为用户n一天的电费；

计算生产电能所需要的总成本的公式具体为

建立电力策略模型min w'＝min p'-c'，约束条件为其中所述w’为电力公司的净收益，所述Gt∈G＝{G1,G2,…,G24}为电力公司向所有用户提供的电力，Gmax＝{G1 max,G2 max,…,G24 max}为发电设备每小时发电量的上限值，所述为每小时电价的上限值。

本发明提供的一种高受电比的城市电网风险评估装置，所述装置包括：

第一获取单元，用于获取所述电网中每一元件故障率、每个第一时间单位内每一元件的故障时间段、每个第一时间单位内各个负荷点的停电次数、停电继续时间和故障时间段、系统的失负荷次数、容许失负荷的概率界限、故障导致的负荷损失电量和、容许电量不足界限、重要负荷损失和、重要负荷总数、重要负荷的权重和有功功率；

第一计算单元，用于根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF；

第二获取单元，用于根据故障时间段，获取TTF最小的元件对应的所述各个负荷的停电次数和停电持续时间；

第二计算单元，用于重复M次抽样，交替调用第一计算单元和第二获取单元执行，直到所有第一时间单位加和达到预设第二时间单位，对所述各个负荷的停电次数和停电持续时间进行求和；

第三计算单元，用于根据所述各个负荷的停电次数和停电持续时间，计算各个负荷平均故障率、年停电总时间和平均停电持续时间；

第四计算单元，用于根据所述各个负荷平均故障率、年停电总时间和平均停电持续时间，计算系统平均停电频率、系统年停电继续时间和平均供电可用率。

进一步地，所述装置还包括：

第五计算单元，用于根据系统的失负荷次数、抽样总次数和容许失负荷的概率界限，计算失负荷次数严重度S(POFF)的公式具体为所述J为系统的失负荷次数，所述POFFb为容许失负荷的概率界限，所述M为抽样总次数。

进一步地，所述装置还包括：

第六计算单元，用于根据所述故障导致的负荷损失电量和、所述抽样总次数和所述容许电量不足界限，计算电量不足严重度S(EOFF)的公式具体为所述COFFb是所述故障导致的负荷损失电量和，所述EOFFb是所述容许的电量不足界限，所述M为抽样总次数。

实施本发明，具有如下有益效果：

通过本发明，获取数据并进行计算得到高受电比城市电网的相关数据，据此可以对上述电网进行科学、有效地进行评估，解决了现有高受电比城市电网无法评估，无法据此提出安全风险规避的方案的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的高受电比的城市电网风险评估方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的高受电比的城市电网风险评估装置的结构图。

具体实施方式

本专利核心内容为获取数据经过计算获取高受电比电网负荷和系统指标，以下结合附图和实施例对该方法及装置具体实施方式做进一步说明。

下面将详细描述本发明提供的高受电比的城市电网风险评估方法及装置的实施例。

如图1所示，本发明提供一种高受电比的城市电网风险评估方法，所述方法包括：

步骤S11、获取所述电网中每一元件故障率、每个第一时间单位内每一元件的故障时间段、每个第一时间单位内各个负荷点的停电次数、停电继续时间和故障时间段、系统的失负荷次数、容许失负荷的概率界限、故障导致的负荷损失电量和、容许电量不足界限、重要负荷损失和、重要负荷总数、重要负荷的权重和有功功率。

需要说明的是，上述数据从历史数据中采集或者通过预设获取。

步骤S12、根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF。

需要说明的是，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF的公式具体为TTF＝-lnδ/λ，所述λ为每一元件的故障率，所述δ为(0,1)之间的随机数。

步骤S13、根据故障时间段，获取TTF最小的元件对应的所述各个负荷第一时间单位内的停电次数和停电持续时间。

需要说明的是，通过各个元件的TTF比较大小，可以选出TTF最小的元件，与元件对应的负荷是指元件与负荷故障时间段一致，得到与TTF最小的元件对应的所述各个负荷第一时间单位内的停电次数和停电持续时间。

步骤S14、重复M次抽样，交替执行步骤S12、S13，直到所有第一时间单位加和达到预设第二时间单位，对所述各个负荷的停电次数和停电持续时间进行求和。

需要说明的是，第一时间单位一般以年计算，预设第二时间单位是第一时间单位的整数倍，各个负荷的停电次数和停电持续时间为M个第一时间单位的各个负荷的停电次数和停电持续时间加和。

步骤S15、根据所述各个负荷的停电次数和停电持续时间，计算各个负荷平均故障率、年平均停电时间和平均停电持续时间。

需要说明的是，各个负荷平均故障率是指各个负荷年平均故障次数，根据各个负荷的停电次数以及预设第二时间单位相除，就可以计算出各个负荷平均故障率，年平均停电时间是将M次抽样得到的各个负荷第一时间单位停电持续时间加和，然后除以预设第二时间单位；各个负荷的停电持续时间除以各个负荷的停电次数，就可以得到平均停电持续时间。

步骤S16、根据所述各个负荷平均故障率、年平均停电时间和平均停电持续时间，计算系统平均停电频率、系统年停电持续时间和平均供电可用率。

需要说明的是，系统平均停电频率使用各个负荷平均故障率加和，然后除以负荷的个数，就可以计算得到系统平均停电频率；系统年平均停电持续时间取各个负荷的停电持续时间最大值；用系统年平均停电持续时间除以年，得到平均供电不可用率，用1减去平均供电不可用率，即可以得到平均供电可用率。

进一步地，所述步骤S11之后还包括：

根据系统的失负荷次数、抽样总次数和容许失负荷的概率界限，计算失负荷次数严重度S(POFF)的公式具体为所述J为系统的失负荷次数，所述POFFb为容许失负荷的概率界限，所述M为抽样总次数。

进一步地，所述步骤S11之后还包括：

根据所述故障导致的负荷损失电量和、所述抽样总次数和所述容许电量不足界限，计算电量不足严重度S(EOFF)的公式具体为所述COFFb是所述故障导致的负荷损失电量和，所述EOFFb是所述容许的电量不足界限，所述M为抽样总次数。

进一步地，所述步骤S11之后还包括：

根据重要负荷损失和、抽样总次数、重要负荷的权重和有功功率，计算重要负荷损失严重度S(P1)的公式具体为所述P1为重要负荷损失和，所述M为抽样总次数，所述Pi是重要负荷i的权重，所述ωi是重要负荷i的有功功率。

进一步地，根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF的公式具体为TTF＝-lnδ/λ，所述λ为每一元件的故障率，所述δ为(0,1)之间的随机数。

进一步地，所述步骤S11之前还包括：

建立用户用电需求模型约束条件为其中所述pn为用户n一天的电费，所述N为用户总数，所述En,d为电器d一天的总用电需求，所述Qn,d为该电器完成任务所必需的电量，所述et n,d为电器d在第t个小时的用电需求，t∈T＝{1,2,…,24}，所述In,d为电器的用电量范围；其中，γmin n,a为电器在第t个小时的用电下限，γmax n,a为用电上限。

需要说明的，上述方法是为了建立用电需求模型，使得用户用电量合理，已达到减轻电网压力的目的。

进一步地，所述方法还包括：

根据任意小时t内电力系统中所有用户的总用电需求以及发电相关的三个预设参数，计算成本函数Ct(Lt)的公式具体为所述at、所述bt、所述ct为所述发电相关的三个预设参数，所述Lt为任意小时t内电力系统中所有用户的总用电需求；

计算系统中用户缴纳的电费总和的公式具体为所述p’为所述系统中用户缴纳的电费总和，所述pn为用户n一天的电费；

计算生产电能所需要的总成本的公式具体为

建立电力策略模型min w'＝min p'-c'，约束条件为其中所述w’为电力公司的净收益，所述Gt∈G＝{G1,G2,…,G24}为电力公司向所有用户提供的电力，Gmax＝{G1 max,G2 max,…,G24 max}为发电设备每小时发电量的上限值，所述为每小时电价的上限值。

如图2所示，本发明提供一种高受电比的城市电网风险评估装置，所述装置包括：

第一获取单元21，用于获取所述电网中每一元件故障率、每个第一时间单位内每一元件的故障时间段、每个第一时间单位内各个负荷点的停电次数、停电继续时间和故障时间段、系统的失负荷次数、容许失负荷的概率界限、故障导致的负荷损失电量和、容许电量不足界限、重要负荷损失和、重要负荷总数、重要负荷的权重和有功功率；

第一计算单元22，用于根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF；

第二获取单元23，用于根据故障时间段，获取TTF最小的元件对应的所述各个负荷的停电次数和停电持续时间；

第二计算单元24，用于重复M次抽样，交替调用第一计算单元和第二获取单元执行，直到所有第一时间单位加和达到预设第二时间单位，对所述各个负荷的停电次数和停电持续时间进行求和；

第三计算单元25，用于根据所述各个负荷的停电次数和停电持续时间，计算各个负荷平均故障率、年停电总时间和平均停电持续时间；

第四计算单元26，用于根据所述各个负荷平均故障率、年停电总时间和平均停电持续时间，计算系统平均停电频率、系统年停电继续时间和平均供电可用率。

进一步地，所述装置还包括：

第五计算单元，用于根据系统的失负荷次数、抽样总次数和容许失负荷的概率界限，计算失负荷次数严重度S(POFF)的公式具体为所述J为系统的失负荷次数，所述POFFb为容许失负荷的概率界限，所述M为抽样总次数。

进一步地，所述装置还包括：

第六计算单元，用于根据所述故障导致的负荷损失电量和、所述抽样总次数和所述容许电量不足界限，计算电量不足严重度S(EOFF)的公式具体为所述COFFb是所述故障导致的负荷损失电量和，所述EOFFb是所述容许的电量不足界限，所述M为抽样总次数。

实施本发明，具有如下有益效果：

通过本发明，获取数据并进行计算得到高受电比城市电网的相关数据，据此可以对上述电网进行科学、有效地进行评估，解决了现有高受电比城市电网无法评估，无法据此提出安全风险规避的方案的问题。

普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高受电比的城市电网风险评估方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S11、获取所述电网中每一元件故障率、每个第一时间单位内每一元件的故障时间段、每个第一时间单位内各个负荷点的停电次数、停电继续时间和故障时间段、系统的失负荷次数、容许失负荷的概率界限、故障导致的负荷损失电量和、容许电量不足界限、重要负荷损失和、重要负荷总数、重要负荷的权重和有功功率；

步骤S12、根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF；

步骤S13、根据故障时间段，获取TTF最小的元件对应的所述各个负荷第一时间单位内的停电次数和停电持续时间；

步骤S14、重复M次抽样，交替执行步骤S12、S13，直到所有第一时间单位加和达到预设第二时间单位，对所述各个负荷的停电次数和停电持续时间进行求和；

步骤S15、根据所述各个负荷的停电次数和停电持续时间，计算各个负荷平均故障率、年平均停电时间和平均停电持续时间；

步骤S16、根据所述各个负荷平均故障率、年平均停电时间和平均停电持续时间，计算系统平均停电频率、系统年停电继续时间和平均供电可用率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11之后还包括：

根据系统的失负荷次数、抽样总次数和容许失负荷的概率界限，计算失负荷次数严重度S(POFF)的公式具体为所述J为系统的失负荷次数，所述POFFb为容许失负荷的概率界限，所述M为抽样总次数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11还包括：

根据所述故障导致的负荷损失电量和、所述抽样总次数和所述容许电量不足界限，计算电量不足严重度S(EOFF)的公式具体为所述COFFb是所述故障导致的负荷损失电量和，所述EOFFb是所述容许的电量不足界限，所述M为抽样总次数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11之后还包括：

根据重要负荷损失和、抽样总次数、重要负荷的权重和有功功率，计算重要负荷损失严重度S(P1)的公式具体为所述P1为重要负荷损失和，所述M为抽样总次数，所述Pi是重要负荷i的权重，所述ωi是重要负荷i的有功功率。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF的公式具体为TTF＝-lnδ/λ，所述λ为每一元件的故障率，所述δ为(0,1)之间的随机数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11之前还包括：

建立用户用电需求模型约束条件为其中所述pn为用户n一天的电费，所述N为用户总数，所述En,d为电器d一天的总用电需求，所述Qn,d为该电器完成任务所必需的电量，所述et n,d为电器d在第t个小时的用电需求，t∈T＝{1,2,…,24}，所述In,d为电器的用电量范围；

其中，γmin n,a为电器在第t个小时的用电下限，γmax n,a为用电上限。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据任意小时t内电力系统中所有用户的总用电需求以及发电相关的三个预设参数，计算成本函数Ct(Lt)的公式具体为所述at、所述bt、所述ct为所述发电相关的三个预设参数，所述Lt为任意小时t内电力系统中所有用户的总用电需求；

计算系统中用户缴纳的电费总和的公式具体为所述p’为所述系统中用户缴纳的电费总和，所述pn为用户n一天的电费；

计算生产电能所需要的总成本的公式具体为

建立电力策略模型min w'＝min p'-c'，约束条件为其中所述w’为电力公司的净收益，所述Gt∈G＝{G1,G2,…,G24}为电力公司向所有用户提供的电力，Gmax＝{G1 max,G2 max,…,G24 max}为发电设备每小时发电量的上限值，所述为每小时电价的上限值。

8.一种高受电比的城市电网风险评估，其特征在于，所述装置包括：

第一获取单元，用于获取所述电网中每一元件故障率、每个第一时间单位内每一元件的故障时间段、每个第一时间单位内各个负荷点的停电次数、停电继续时间和故障时间段、系统的失负荷次数、容许失负荷的概率界限、故障导致的负荷损失电量和、容许电量不足界限、重要负荷损失和、重要负荷总数、重要负荷的权重和有功功率；

第一计算单元，用于根据所述电网中每一元件故障率，计算所述每一元件的平均持续工作时间TTF；

第二获取单元，用于根据故障时间段，获取TTF最小的元件对应的所述各个负荷的停电次数和停电持续时间；

第二计算单元，用于重复M次抽样，交替调用第一计算单元和第二获取单元执行，直到所有第一时间单位加和达到预设第二时间单位，对所述各个负荷的停电次数和停电持续时间进行求和；

第三计算单元，用于根据所述各个负荷的停电次数和停电持续时间，计算各个负荷平均故障率、年停电总时间和平均停电持续时间；

第四计算单元，用于根据所述各个负荷平均故障率、年停电总时间和平均停电持续时间，计算系统平均停电频率、系统年停电继续时间和平均供电可用率。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第五计算单元，用于根据系统的失负荷次数、抽样总次数和容许失负荷的概率界限，计算失负荷次数严重度S(POFF)的公式具体为所述J为系统的失负荷次数，所述POFFb为容许失负荷的概率界限，所述M为抽样总次数。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第六计算单元，用于根据所述故障导致的负荷损失电量和、所述抽样总次数和所述容许电量不足界限，计算电量不足严重度S(EOFF)的公式具体为所述COFFb是所述故障导致的负荷损失电量和，所述EOFFb是所述容许的电量不足界限，所述M为抽样总次数。