CN110829413A - 基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法 - Google Patents
基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,包括:根据配网结构,获取配网元件的拓扑关系,基于配网元件的拓扑关系形成道路矩阵;基于道路矩阵获取故障元件所在的节点,并获得该节点到根节点道路上所有分段开关的集合;对集合进行赋初值并计算分段开关到根节点道路上的支路数,根据支路数与最大值的比较获取距离故障元件支路数最少的上游分段开关;根据分段开关计算需要枚举的故障元件正常工作概率乘积,计算电力不足期望和和电力不足时间概率。能够适合配电网只有部分馈线段上含有分段开关的特点,快速、准确实现配电网的可靠性评估,提高配电网的安全运行水平,具有较强的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于配网技术领域,尤其涉及基于道路矩阵的配电网可靠性评估方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
提高配电网可靠性水平能够有效改善用户供电质量,而且配电网可靠性评估数据可以为配电网络设计、运行、维护和改造提供参考。相对于国外配电网每个馈线段都有分段开关,我国配电网整条馈线一般只有3-4个分段开关,只有部分元件上有分段开关。因此,开发一种适合我国配电网结构的配电网可靠性评估算法具有重要的理论和实际意义。
目前,配电网可靠性评估主要采用基于拓扑分析结合可靠性指标计算的算法,其步骤为:
1)确定需要枚举故障元件馈线段、配变数量,给出各元件的故障概率和正常工作概率,令电力不足期望ELOL(Expected Loss of Load)和电力不足时间概率LOLP(Lost ofLoad Probability)初始值均为零;
2)令需要枚举的故障元件个数为K,令编号k=1
3)当第k个需要枚举的故障元件故障后,断开故障元件的开关,拓扑分析计算,根据形成的孤岛计算电力不足缺额Pk和电力不足时间概率nk;
4)令k=k+1,若k≤K,转向步骤3);否则,转向步骤5);
但是,该算法的问题是:假定每个元件都有一个分段开关,而我国配电网的并不是每个元件都有一个分段开关,通常一天馈线上有3-4个分段开关,也就是说只有部分元件上有分段开关,基于拓扑分析计算的方法不能在我国配电网可靠性评估中应用。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本发明提供了基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,能够适用只有部分元件上有分段开关的配网可靠性评估。
为实现上述目的,本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案:
基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,包括:
根据配网结构,获取配网元件的拓扑关系,基于配网元件的拓扑关系形成道路矩阵;
基于道路矩阵获取故障元件所在的节点,并获得该节点到根节点道路上所有分段开关的集合;
对集合进行赋初值并计算分段开关到根节点道路上的支路数,根据支路数与最大值的比较获取距离故障元件支路数最少的上游分段开关;
根据分段开关计算需要枚举的故障元件正常工作概率乘积,计算电力不足期望和和电力不足时间概率。
进一步的技术方案,配网结构中分段开关和馈线段均为支路,支路之间的连接点为节点;
获取各节点有功功率,节点的有功功率等于负荷的有功功率减去相同节点的分布式电源发出的有功功率;
需要枚举的故障元件包括馈线段和负荷,获取所有需要枚举的故障元件的故障概率和正常工作概率。
进一步的技术方案,形成辐射状配网节点支路关联矩阵,计算该矩阵的逆阵并转置形成道路矩阵。
进一步的技术方案,获取故障元件的节点时,若故障元件是配变,取配变相连的节点,若故障元件是馈线段,取馈线段任意一个节点,若故障元件是负荷,取负荷连接的节点。
进一步的技术方案,获取第k个故障元件的节点nk到根节点道路上所有分段开关构成的集合Ωk:在道路矩阵Tij上,对第nk-1行的所有的列,若该值不为零且标记为分段开关,将该列对应的分段开关放入第k个故障元件到根节点道路上的分段开关集合Ωk中,集合Ωk分段开关的个数为Numk。
进一步的技术方案,赋初值步骤:令集合Ωk中分段开关编号s=1,集合Ωk中所有分段开关到根节点的支路数中的最大值BraNummax=0,第k个故障元件故障后实际断开的分段开关编号为Swik=0。
进一步的技术方案,步骤S6:计算集合Ωk中第s,s∈[1,SwiNumk]个分段开关到根节点道路上的支路数BraNums步骤:对集合Ωk中第s个分段开关的首节点FstNds,在道路矩阵Tij上,对FstNds-1行的所有列,累加数值不为零的列数,该列数为第s个分段开关到根节点道路上的支路数BraNums;
步骤S7:判断步骤:若BraNums>BraNummax,是,转向步骤S8,,否则,转向步骤S9;
步骤S8:赋值步骤:BraNummax=BraNums,Swik=s;
步骤S9:判断步骤:s=s+1,若s≤SwiNumk,转向步骤S6,否则,转向步骤S10:
步骤S10:获取Ωk中距离第k个故障元件支路数最少的上游分段开关步骤:Swik对应的分段开关就是Ωk中距离第k个故障元件支路数最少的上游分段开关,即第k个故障元件故障后实际断开的开关。
进一步的技术方案,步骤S11:赋初值步骤,令分段开关Swik下游的有功功率缺额Pk=0,令节点编号n=2;
步骤S12:判断步骤,若第n个节点是分段开关Swik下游的节点,即在道路矩阵节点Tij中,若n-1对应的行的所有列中包含分段开关Swik对应的列;
步骤S13:赋值步骤,Pk=Pk+Pn,Pn为节点n的有功功率;
步骤S14:判断步骤:n=n+1,若n≤N,转向步骤S12,否则转向步骤S15;
步骤S15:计算分段开关Swik下游的电力不足时间值nk步骤,若Pk≥0,则nk=1,否则,nk=0。
步骤S17:判断步骤:若kk≠k,转向步骤S18,否则,转向步骤S20;
步骤S18:判断步骤:在元件k故障后,判断元件kk是否正常工作,即取出其任意一个节点Nkk,在道路矩阵Tij中,若Nkk-1对应行的列中分段开关Sk所在的列等于0,转向步骤S19,否则转向步骤S20;
步骤S20:判断步骤:kk=kk+1,若kk≤K,转向步骤S17,否则,转向步骤S21;
步骤S21:判断步骤:令k=k+1,若k>K,转向步骤S22,否则,重新获取第k个故障元件的节点nk。
本发明提供了基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估系统,包括服务器,所述服务器被配置为执行以下步骤:
根据配网结构,获取配网元件的拓扑关系,基于配网元件的拓扑关系形成道路矩阵;
基于道路矩阵获取故障元件所在的节点,并获得该节点到根节点道路上所有分段开关的集合;
对集合进行赋初值并计算分段开关到根节点道路上的支路数,根据支路数与最大值的比较获取距离故障元件支路数最少的上游分段开关;
根据分段开关计算需要枚举的故障元件正常工作概率乘积,计算电力不足期望和和电力不足时间概率。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:
本发明的基于道路矩阵的配电网可靠性评估算法,能够适合配电网只有部分馈线段上含有分段开关的特点,快速、准确实现配电网的可靠性评估,提高配电网的安全运行水平,具有较强的实用价值。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的流程图;
图2为实验案例配网结构图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提出的总体思路:
根据配网结构,获取配网元件的拓扑关系,基于配网元件之间的拓扑关系形成道路矩阵;
获取第k个故障元件所在的节点,基于道路矩阵,获得该节点到根节点道路上所有分段开关的集合;
计算集合内每个分段开关到根节点道路上的支路数,支路数最大的开关就是距离故障元件k支路数最少的上游分段开关;
令k=1,2,...,K,重复以上过程;
根据如下公式计算电力不足期望ELOL和电力不足时间概率LOLP
实施例一
本实施例公开了基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法。
参见附图1所示,为了更清楚的阐述本实施例,行级安全访问控制实现过程可具体描述如下:
步骤S1:获取步骤,根据配网结构,获取配网元件的拓扑关系,这里分段开关和馈线段都认为是支路,支路之间的连接点为节点,获取各节点有功功率(计算功率缺额),这里节点的有功功率等于负荷的有功功率减去相同节点的分布式电源发出的有功功率,需要枚举的故障元件(就是每个需要枚举的故障元件故障一次)包括馈线段和负荷,总个数等于K,获取所有需要枚举的第k,k=1,2,...,K个故障元件的故障概率pk和正常工作概率1-pk,令k=1;
步骤S2:形成道路矩阵Tij步骤,根据节点和支路之间的连接关系可直接生成辐射状配网节点支路关联矩阵,计算该矩阵的逆阵并转置形成道路矩阵Tij,行为节点i=1,2,...N-1,N为节点数,列为支路j=1,2,...B,B为支路数,若矩阵中第i行第j列元素不为零表示支路j在节点i到根节点的道路(路径)上;若该元素为零,表示表示支路j不在节点i到根节点的道路(路径)上;
步骤S3:获取第k个故障元件的节点nk步骤,若故障元件是配变,取配变相连的节点,若故障元件是馈线段,取馈线段任意一个节点,若故障元件是负荷,取负荷连接的节点;
步骤S4:获取第k个故障元件的节点nk到根节点道路上所有分段开关构成的集合Ωk步骤,在道路矩阵Tij上,对第nk-1行的所有的列,若该值不为零且标记为分段开关,将该列对应的分段开关放入第k个故障元件到根节点道路上的分段开关集合Ωk中,集合Ωk分段开关的个数为Numk;
步骤S5:赋初值步骤:令集合Ωk中分段开关编号s=1,集合Ωk中所有分段开关到根节点的支路数中的最大值BraNummax=0,第k个故障元件故障后实际断开的分段开关编号为Swik=0;
步骤S6:计算集合Ωk中第s,s∈[1,SwiNumk]个分段开关到根节点道路上的支路数BraNums步骤:对集合Ωk中第s个分段开关的首节点FstNds,在道路矩阵Tij上,对FstNds-1行的所有列,累加数值不为零的列数,该列数为第s个分段开关到根节点道路上的支路数BraNums;
步骤S7:判断步骤:若BraNums>BraNummax,是,转向步骤S8,否则,转向步骤S9;每个开关s在根节点之间的道路上都有一个支路数,此处就是找到s,s∈[1,SwiNumk],个开关中,找到支路数最大的开关。
步骤S8:赋值步骤:BraNummax=BraNums,Swik=s;
步骤S9:判断步骤:s=s+1,若s≤SwiNumk,转向步骤S6,否则,转向步骤S10:
步骤S10:获取Ωk中距离第k个故障元件支路数最少的上游分段开关步骤:Swik对应的分段开关就是Ωk中距离第k个故障元件支路数最少的上游分段开关,即第k个故障元件故障后实际断开的开关;
步骤S11:赋初值步骤,令分段开关Swik下游的有功功率缺额Pk=0,令节点编号n=2;
步骤S12:判断步骤,若第n个节点是分段开关Swik下游的节点,即在道路矩阵节点Tij中,若n-1对应的行的所有列中包含分段开关Swik对应的列;
步骤S13:赋值步骤,Pk=Pk+Pn,Pn为节点n的有功功率;
步骤S14:判断步骤:n=n+1,若n≤N,转向步骤S12,否则转向步骤S15;
步骤S15:计算分段开关Swik下游的电力不足时间值nk步骤,若Pk≥0,则nk=1,否则,nk=0;
步骤S17:判断步骤:若kk≠k,转向步骤S18,否则,转向步骤S20;
步骤S18:判断步骤:在元件k故障后,判断元件kk是否正常工作,即取出其任意一个节点Nkk,在道路矩阵Tij中,若Nkk-1对应行的列中分段开关Sk所在的列等于0,转向步骤S19,否则转向步骤S20;
步骤S20:判断步骤:kk=kk+1,若kk≤K,转向步骤S17,否则,转向步骤S21;
步骤S21:判断步骤:令k=k+1,若k>K,转向步骤S22,否则,转向步骤S3;
在上述算法中,步骤S1中若无法统计出元件的故障概率,馈线段的概率等于应先给出单位长度故障概率乘以馈线段的长度,配电变压器故障概率通常可取0.0005;馈线段单位长度的故障概率可取0.001。
作为优选方式,步骤S11到S14计算分段开关Sk下游的有功功率缺额Pk和电力不足时间值nk,可以采用分段开关Sk断开后,拓扑计算可以得到一个孤岛,计算孤岛的有功功率缺额,即是分段开关Sk下游的有功功率缺额Pk和电力不足时间值nk。
作为优选方式,步骤S16到步骤S20计算分段开关Sk断开后,正常工作的需要枚举的故障元件正常工作概率乘积,可以采用分段开关Sk断开后,利用拓扑分析获得所有正常工作的需要枚举的故障元件,再将它们相乘得到分段开关Sk断开后,正常工作的需要枚举的故障元件正常工作概率乘积。
实施例
以附图2所示的拉萨地区12节点配电网为例验证提出方法的有效性。
如附图2所示的12节点配网,根据步骤S1,开关和馈线段都属于支路,每千米线路故障概率是0.001,需要枚举的故障元件包括所有馈线段和负荷,节点支路连接关系及馈线段故障概率如下:
馈线段的长度和故障概率如下表1:
表1
负荷的有功功率和故障概率如下表2:
表2
负荷编号 | 所属节点编号 | 负荷有功功率(kW) | 故障概率 |
1 | 3 | 1012 | 0.0005 |
2 | 6 | 564 | 0.0005 |
3 | 7 | 327 | 0.0005 |
4 | 8 | 810 | 0.0005 |
5 | 11 | 624 | 0.0005 |
6 | 12 | 271 | 0.0005 |
支路的参数如下表3:
表3
根据步骤S2,得到的道路阵如下表4:
表4
节点/支路 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
2 | 1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 |
3 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 |
4 | -1 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 |
5 | -1 | -1 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 |
6 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 |
7 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 |
8 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 |
9 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -0 | -1 | -0 | -0 | -0 |
10 | -1 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -1 | -0 | -0 |
11 | -1 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -1 | -1 | -0 |
12 | -1 | -1 | -1 | -0 | -0 | -0 | -0 | -0 | -1 | -1 | -1 |
步骤S3:需要枚举的故障元件编号k=1,2,...,14,为了不失一般性,以令需要枚举的故障元件k=4为例,取出它的一个节点6;
步骤S4:节点6到根节点1的道路上,分段开关包括1和2,分段开关个数为2个;
步骤S5~步骤S10:获取故障元件k=4故障后实际断开的开关为分段开关2;
步骤S11~步骤S14:计算故障元件k=4故障后,即分段开关2断开后,其下游的有功功率缺额P4=1701kW;
步骤S15:因为P4=1701kW≥0,n4=1;
步骤S21:重复执行步骤S3到步骤S20;
步骤S22:计算得到电力不足期望ELOL=27.8077kW,电力不足时间概率LOLP=0.0111121。
实施例二
本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现实施例子一中的步骤。
实施例三
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时执行实施例子一中的步骤。
实施例四
本实施例提供了基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估系统,包括服务器,所述服务器被配置为执行以下步骤:
根据配网结构,获取配网元件的拓扑关系,基于配网元件的拓扑关系形成道路矩阵;
基于道路矩阵获取故障元件所在的节点,并获得该节点到根节点道路上所有分段开关的集合;
对集合进行赋初值并计算分段开关到根节点道路上的支路数,根据支路数与最大值的比较获取距离故障元件支路数最少的上游分段开关;
根据分段开关计算需要枚举的故障元件正常工作概率乘积,计算电力不足期望和和电力不足时间概率。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应,具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质;还应当被理解为包括任何介质,所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白,上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,其特征是,包括:
根据配网结构,获取配网元件的拓扑关系,基于配网元件的拓扑关系形成道路矩阵;
基于道路矩阵获取故障元件所在的节点,并获得该节点到根节点道路上所有分段开关的集合;
对集合进行赋初值并计算分段开关到根节点道路上的支路数,根据支路数与最大值的比较获取距离故障元件支路数最少的上游分段开关;
根据分段开关计算需要枚举的故障元件正常工作概率乘积,计算电力不足期望和和电力不足时间概率。
2.如权利要求1所述的基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,其特征是,配网结构中分段开关和馈线段均为支路,支路之间的连接点为节点;
获取各节点有功功率,节点的有功功率等于负荷的有功功率减去相同节点的分布式电源发出的有功功率;
需要枚举的故障元件包括馈线段和负荷,获取所有需要枚举的故障元件的故障概率和正常工作概率。
3.如权利要求1所述的基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,其特征是,形成辐射状配网节点支路关联矩阵,计算该矩阵的逆阵并转置形成道路矩阵。
4.如权利要求1所述的基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,其特征是,获取故障元件的节点时,若故障元件是配变,取配变相连的节点,若故障元件是馈线段,取馈线段任意一个节点,若故障元件是负荷,取负荷连接的节点。
5.如权利要求1所述的基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,其特征是,获取第k个故障元件的节点nk到根节点道路上所有分段开关构成的集合Ωk:在道路矩阵Tij上,对第nk-1行的所有的列,若该值不为零且标记为分段开关,将该列对应的分段开关放入第k个故障元件到根节点道路上的分段开关集合Ωk中,集合Ωk分段开关的个数为Numk。
6.如权利要求5所述的基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,其特征是,赋初值步骤:令集合Ωk中分段开关编号s=1,集合Ωk中所有分段开关到根节点的支路数中的最大值BraNummax=0,第k个故障元件故障后实际断开的分段开关编号为Swik=0。
7.如权利要求6所述的基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法,其特征是,步骤S6:计算集合Ωk中第s,s∈[1,SwiNumk]个分段开关到根节点道路上的支路数BraNums步骤:对集合Ωk中第s个分段开关的首节点FstNds,在道路矩阵Tij上,对FstNds-1行的所有列,累加数值不为零的列数,该列数为第s个分段开关到根节点道路上的支路数BraNums;
步骤S7:判断步骤:若BraNums>BraNummax,是,转向步骤S8,,否则,转向步骤S9;
步骤S8:赋值步骤:BraNummax=BraNums,Swik=s;
步骤S9:判断步骤:s=s+1,若s≤SwiNumk,转向步骤S6,否则,转向步骤S10:
步骤S10:获取Ωk中距离第k个故障元件支路数最少的上游分段开关步骤:Swik对应的分段开关就是Ωk中距离第k个故障元件支路数最少的上游分段开关,即第k个故障元件故障后实际断开的开关。
8.基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估系统,其特征是,包括服务器,所述服务器被配置为执行以下步骤:
根据配网结构,获取配网元件的拓扑关系,基于配网元件的拓扑关系形成道路矩阵;
基于道路矩阵获取故障元件所在的节点,并获得该节点到根节点道路上所有分段开关的集合;
对集合进行赋初值并计算分段开关到根节点道路上的支路数,根据支路数与最大值的比较获取距离故障元件支路数最少的上游分段开关;
根据分段开关计算需要枚举的故障元件正常工作概率乘积,计算电力不足期望和和电力不足时间概率。
9.一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征是,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一所述的基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时执行权利要求1-7任一所述的基于道路矩阵的辐射状配电网可靠性评估方法的步骤。
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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赵渊 等: ""大电力系统可靠性评估的灵敏度分析"", 《电网技术》 * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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