CN111311109A - 一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法,基于供电最小路径矩阵的割集,计算负荷点可靠性指标,抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率,以此修正可靠性指标,完成并网后配网的可靠性评估,准确高效,具有较强的通用性和实用性,对于分布式电源接入大电网的发展前景具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法及系统,属于电气设备及电气工程领域。
背景技术
目前大电网与分布式发电相结合,被世界许多能源公司、电力专家公认为是能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式,是21世纪电力工业的发展方向。但是,在交直流混合配电网的前提下,分布式电源的接入会对配网产生重要的影响。分布式电源的大量引入将改变配电系统的运行方式以及系统运行可靠性,给配电网的运行、控制以及继电保护工作带来多方面的影响。
分布式电源将连接系统低压侧并入配网,当系统正常运行时,分布式电源采用并网运行方式,配电系统由上级电源和分布式电源共同向负荷供电;当系统主供电线路发生故障,系统开关操作将故障隔离将会导致下游负荷点与主电源供电路径切断,通过开关动作下游失电区域切换至孤岛运行方式,由分布式电源就近向负荷供电。基于此,现有配电网可靠性评估方法已经不再适用,因此现在急需新的配电网可靠性评估方法。
发明内容
本发明提供了一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法及系统,解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法,包括,
基于系统拓扑结构的搜索树,搜索供电最小路径矩阵;
采用最小割集法,求解供电最小路径矩阵的割集;
基于割集,计算负荷点可靠性指标;
抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率;
根据失电区域负荷转供概率,修正负荷点可靠性指标。
采用最小割集法,求解供电最小路径矩阵的一阶割集和二阶割集;其中,响应于供电最小路径矩阵的一列元素全为1,则该列对应的元件属于一阶割集;在求解二阶割集时,将一阶割集对应的列从供电最小路径矩阵中删除。
计算负荷点可靠性指标的公式如下,
其中,
λi为系统内负荷点在规定单位时间内,因系统内设备故障或人工操作失误导致的负荷点停电次数;
Ui为系统内负荷点在规定单位时间内总的停电时间;
S为一阶割集和二阶割集的集合;
一阶割集时:
等值故障率λe=λ,λ为一阶割集元件的等值故障率;
等值故障平均修复时间re=r,一阶割集元件的等值故障平均修复时间;
二阶割集时:
等值故障率λe=λ1λ2(r1+r2);
其中,λ1、λ2分别为两个一阶割集元件的等值故障率,r1、r2分别为两个一阶割集元件的等值故障平均修复时间。
抽样的分布式电源出力包括风力发电机出力和光伏发电机出力;
风力发电机出力公式为,
光伏发电机出力服从贝塔分布,光伏发电机出力的概率密度函数为,
其中,f(Ps)为光伏发电机出力的概率密度函数,Ps为光伏发电机出力,α、β为贝塔分布的形状参数,最大光伏发电机出力Psmax=ηrmaxS,S为光伏电池面积,η为光电转换效率,rmax为最大光照强度。
响应于抽样次数大于阈值,负荷转供的抽样概率为失电区域负荷转供概率。
失电区域负荷转供概率公式为,
其中,Prs为失电区域负荷转供概率,Nmax为总抽样次数,Nrs为失电区域负荷成功恢复供电的次数,Nrs根据Pi>Pk的概率判断获得,Pi为失电区域内转供电源的容量,Pk为失电区域内负荷点的功率。
修正负荷点可靠性指标的公式为,
λi′=(1-Prs)λi
Ui′=(1-Prs)Ui
其中,
Prs为失电区域负荷转供概率;
λi为系统内负荷点在规定单位时间内,因系统内设备故障或人工操作失误导致的负荷点停电次数;
λi′修正后的λi;
Ui为系统内负荷点在规定单位时间内总的停电时间;
Ui′修正后的Ui。
一种计及分布式电源的配电网可靠性评估系统,包括,
搜索模块:基于系统拓扑结构的搜索树,搜索供电最小路径矩阵;
割集模块:采用最小割集法,求解供电最小路径矩阵的割集;
指标计算模块:基于割集,计算负荷点可靠性指标;
概率计算模块:抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率;
修正模块:根据失电区域负荷转供概率,修正负荷点可靠性指标。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行计及分布式电源的配电网可靠性评估方法。
一种计算设备,包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行计及分布式电源的配电网可靠性评估方法的指令。
本发明所达到的有益效果:本发明基于供电最小路径矩阵的割集,计算负荷点可靠性指标,抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率,以此修正可靠性指标,完成并网后配网的可靠性评估,准确高效,具有较强的通用性和实用性,对于分布式电源接入大电网的发展前景具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为配电系统结构;
图3为配电系统搜索树;
图4为负荷点的最小路矩阵;
图5为修正的负荷点最小路矩阵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示,一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法,包括以下步骤:
步骤1,基于系统拓扑结构的搜索树,利用深度优先搜索方法,搜索供电最小路径矩阵。
根据系统的网络拓扑结构,对元件依次编号,建立搜索树。
每个负荷点都存在一个M×N的系统最小供电路径矩阵,其中,M为每个负荷点的所有可能供电路径,N为配电系统元件数目。附图2中系统从电源1与电源2出发至负荷点1,系统搜索树如附图3所示,系统电源至负荷点的供电最小路径矩阵如附图4所示。
步骤2,采用最小割集法,求解供电最小路径矩阵的一阶割集和二阶割集。
对负荷点的供电最小路径矩阵的每一列进行搜索,当该列为全1列时,则表明对应元件故障,负荷点的所有供电路径均被切断,因此该列对应的元件属于负荷点的一阶割集;找出负荷点的所有一阶割集元件后,由于下一级的元件割集不包含于上一级的元件割集,所以在求解二阶割集时,将一阶割集对应的列从供电最小路径矩阵中删除,可得修正后的供电最小路径矩阵如附图5所示。
步骤3,基于割集,计算负荷点可靠性指标。
负荷点可靠性指标包括:
年平均故障停运率,即配电系统内负荷点在规定的单位时间内,因系统内设备故障或是人工操作失误导致的负荷点停电次数,记为λi(次/年);
年平均不可用率,即系统内负荷点在规定单位时间内总的停电时间,记为Ui(小时/年);
故障平均停运时间,即系统内负荷点在每一次故障停电期间,从停电开始至恢复电力供应的时间ri,如下式所示,单位是小时/次:
系统平均停电频率指标SAIFI:
其中,Ni为用电用户数量,R为系统内所有负荷点的集合,指标单位为次/年;
平均供电可用率指标ASAI:
系统平均停电持续时间指标SAIDI:
缺供电量指标ENS:
其中,Lai为负荷点i供应的平均负荷数值,指标的单位为千瓦时/年。
上述所有可靠性指标中λi和Ui为基础,其余指标均可通过λi和Ui计算获得,因此在后续的修正中仅需修正λi和Ui即可。
一阶割集由单个元件构成,因此一阶割集的等值故障率以及等值故障平均修复时间和元件的参数一致。
一阶割集时:
等值故障率λe=λ,λ为一阶割集元件的等值故障率;
等值故障平均修复时间re=r,一阶割集元件的等值故障平均修复时间。
二阶割集之中的元件是并联关系,因此可得:二阶割集的等值故障率、等值故障平均修复时间和等值年平均停运时间分别为:
λe=λ1λ2(r1+r2)
Ue=λere
其中,λe为二阶割集的等值故障率,re为二阶割集的等值故障平均修复时间,Ue为二阶割集的等值年平均停运时间,λ1、λ2分别为两个一阶割集元件的等值故障率,r1、r2分别为两个一阶割集元件的等值故障平均修复时间。
得到所有的一阶割集和二阶割集之后,由于系统中割集与割集之间为串联关系,可以计算负荷点的可靠性指标:
其中,S为一阶割集和二阶割集的集合。
步骤4,抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率。
定义下游失电负荷获得电力供应支撑的概率为失电区域负荷转供概率,表达式为,
其中,Prs为失电区域负荷转供概率,Ω为下游失电区域范围,Pi为失电区域内转供电源的容量,Pk为失电区域内负荷点的功率,Λ为供电恢复策略。因此可以看出,失电区域负荷转供概率仅与分布式电源出力、负荷功率和供电恢复策略有关。
抽样的分布式电源出力包括风力发电机出力和光伏发电机出力。
风力发电机出力受到区域风速大小的影响,风力发电机出力公式为:
抽样过程中,风速采用双参数威布尔分布表征,相应的风速概率密度函数以及累积分布函数为:
其中,c为尺度参数,k为形状参数。
抽样过程中,光伏发电机出力服从贝塔分布,光强的概率密度函数为:
其中,r为实际光照强度,rmax为最大光照强度,α、β为贝塔分布的形状参数。
光伏发电机出力与光照强度、光伏电池的面积呈线性关系,公式为:
Ps=ηrS
其中,Ps为光伏发电机出力,S为光伏电池面积,η为光电转换效率。
因此根据光伏发电机出力与光照强度的线性关系可以求得光伏发电机出力的概率密度函数为:
其中,f(Ps)为光伏发电机出力的概率密度函数,最大光伏发电机出力Psmax=ηrmaxS。
响应于抽样次数大于阈值,负荷转供的抽样概率为失电区域负荷转供概率,即,
其中,Prs为失电区域负荷转供概率,Nrs为失电区域负荷成功恢复供电的次数,Nrs根据Pi>Pk的概率判断获得,Nmax为总抽样次数。
步骤5,根据失电区域负荷转供概率,修正负荷点可靠性指标。
修正负荷点可靠性指标的公式:
λi′=(1-Prs)λi
Ui′=(1-Prs)Ui
其中,λi′修正后的λi,Ui′修正后的Ui。
上述方法基于供电最小路径矩阵的割集,计算负荷点可靠性指标,抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率,以此修正可靠性指标,完成并网后配网的可靠性评估,准确高效,具有较强的通用性和实用性,对于分布式电源接入大电网的发展前景具有重要意义。
一种计及分布式电源的配电网可靠性评估系统,包括,
搜索模块:基于系统拓扑结构的搜索树,搜索供电最小路径矩阵;
割集模块:采用最小割集法,求解供电最小路径矩阵的割集;
指标计算模块:基于割集,计算负荷点可靠性指标;
概率计算模块:抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率;
修正模块:根据失电区域负荷转供概率,修正负荷点可靠性指标。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行计及分布式电源的配电网可靠性评估方法。
一种计算设备,包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行计及分布式电源的配电网可靠性评估方法的指令。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法,其特征在于:包括,
基于系统拓扑结构的搜索树,搜索供电最小路径矩阵;
采用最小割集法,求解供电最小路径矩阵的割集;
基于割集,计算负荷点可靠性指标;
抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率;
根据失电区域负荷转供概率,修正负荷点可靠性指标。
2.根据权利要求1所述的一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法,其特征在于:采用最小割集法,求解供电最小路径矩阵的一阶割集和二阶割集;其中,响应于供电最小路径矩阵的一列元素全为1,则该列对应的元件属于一阶割集;在求解二阶割集时,将一阶割集对应的列从供电最小路径矩阵中删除。
3.根据权利要求2所述的一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法,其特征在于:计算负荷点可靠性指标的公式如下,
其中,
λi为系统内负荷点在规定单位时间内,因系统内设备故障或人工操作失误导致的负荷点停电次数;
Ui为系统内负荷点在规定单位时间内总的停电时间;
S为一阶割集和二阶割集的集合;
一阶割集时:
等值故障率λe=λ,λ为一阶割集元件的等值故障率;
等值故障平均修复时间re=r,一阶割集元件的等值故障平均修复时间;
二阶割集时:
等值故障率λe=λ1λ2(r1+r2);
其中,λ1、λ2分别为两个一阶割集元件的等值故障率,r1、r2分别为两个一阶割集元件的等值故障平均修复时间。
5.根据权利要求1所述的一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法,其特征在于:响应于抽样次数大于阈值,负荷转供的抽样概率为失电区域负荷转供概率。
7.根据权利要求1所述的一种计及分布式电源的配电网可靠性评估方法,其特征在于:修正负荷点可靠性指标的公式为,
λ′i=(1-Prs)λi
U′i=(1-Prs)Ui
其中,
Prs为失电区域负荷转供概率;
λi为系统内负荷点在规定单位时间内,因系统内设备故障或人工操作失误导致的负荷点停电次数;
λ′i修正后的λi;
Ui为系统内负荷点在规定单位时间内总的停电时间;
U′i修正后的Ui。
8.一种计及分布式电源的配电网可靠性评估系统,其特征在于:包括,
搜索模块:基于系统拓扑结构的搜索树,搜索供电最小路径矩阵;
割集模块:采用最小割集法,求解供电最小路径矩阵的割集;
指标计算模块:基于割集,计算负荷点可靠性指标;
概率计算模块:抽样分布式电源出力和负荷功率,计算失电区域负荷转供概率;
修正模块:根据失电区域负荷转供概率,修正负荷点可靠性指标。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,其特征在于:所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备,其特征在于:包括,
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
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