CN111428377B - 考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法及系统 - Google Patents

考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法及系统，包括：获取步骤：根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系；筛选步骤：从配电网运行元件中筛选出故障元件；确定步骤：确定每个故障元件发生故障后，当前故障元件上游分段开关集合中实际断开的分段开关；第一计算步骤：基于实际断开的分段开关，计算所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率；第二计算步骤：基于所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率，计算配电网的电力不足期望和电力不足概率，筛选出可靠性低的配电网，实现对可靠性低的配电网进行改造。

Description

考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法及系统
技术领域
本公开涉及配电网可靠性计算技术领域，特别是涉及考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
配电网可靠性的准确计算是提高配电网安全运行的重要依据，对电网公司的坚强智能电网建设具有重要意义。配电网元件，包括馈线段和配电变压器的故障也具有随机性，配电网可靠性评估应充分考虑这种随机性的影响，另外，配电网不是每个馈线段都具有分段开关，不是每个配变都具有分段开关，只有很少的馈线段和配变具有分段开关。因此，开发一种适合配电网结构且考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估算法具有重要的理论和实际意义。
发明人发现，现有技术存在的技术问题是：大都没有考虑配电网只有少数馈线段上具有分段开关的特点，现有的方法很难在实际配电网可靠性评估中应用。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法及系统；筛选出可靠性低的配电网，有利于具有针对性的改造现有配电网，提高配电网的安全运行水平，具有很高的实用价值。
第一方面，本公开提供了考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法；
考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法，包括：
根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系；
从配电网运行元件中筛选出故障元件；
确定每个故障元件发生故障后，当前故障元件上游分段开关集合中实际断开的分段开关；
基于实际断开的分段开关，计算所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率；
基于所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率，计算配电网的电力不足期望和电力不足概率；筛选出可靠性低的配电网，实现对可靠性低的配电网进行改造。
第二方面，本公开还提供了考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估系统；
考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估系统，包括：
获取模块，其被配置为：根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系；
故障元件筛选模块，其被配置为：从配电网运行元件中筛选出故障元件；
实际断开的分段开关确定模块，其被配置为：确定每个故障元件发生故障后，当前故障元件上游分段开关集合中实际断开的分段开关；
计算模块，其被配置为：基于实际断开的分段开关，计算所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率；
配电网可靠性评估模块，其被配置为：基于所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率，计算配电网的电力不足期望和电力不足概率；筛选出可靠性低的配电网，实现对可靠性低的配电网进行改造。
第三方面，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。
第四方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本发明的考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估算法，能够对我国只有部分馈线段上含有分段开关的配电网进行快速、准确的可靠性计算，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
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为第一个实施例的方法流程图；
图2为第一个实施例的某地区12节点配电网。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。
目前，考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估算法主要采用基于拓扑分析的算法，其步骤为：
(1)给出需要枚举故障元件馈线段、配变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)和电力不足概率LOLP(Lost of LoadProbability)初始值为零；
(2)令蒙特卡洛模拟次数等于N，令n＝1
(3)对于每一个需要枚举的元件，取[0,1]之间的随机数，若该数值小于元件的故障概率，元件故障，否则，正常；
(4)将故障元件从系统中去掉，拓扑分析计算，计算第n次模拟的电力不足期望ELOLn和电力不足概率LOLPn；
(5)n＝n+1，若n≤N，转向步骤3)，否则转向步骤6)；
(6)计算电力不足期望
Figure BDA0002433141860000041
和电力不足概率/>
Figure BDA0002433141860000042
实施例一，本实施例提供了考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法；
如图1所示，考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法，包括：
步骤A：根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系；
步骤B：从配电网运行元件中筛选出故障元件；
步骤C：确定每个故障元件发生故障后，当前故障元件上游分段开关集合中实际断开的分段开关；
步骤D：基于实际断开的分段开关，计算所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率；
步骤E：基于所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率，计算配电网的电力不足期望和电力不足概率，筛选出可靠性低的配电网，实现对可靠性低的配电网进行改造。
作为一个或多个实施例，所述步骤A的具体步骤包括：
S1：根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系，支路包括分段开关和馈线段，节点是支路之间的连接点，节点的有功功率等于负荷的有功功率与分布式电源的有功功率差值；令运行元件总数等于K，运行元件的故障概率pk,k∈[1,K]，蒙特卡洛模拟次数为it，令模拟次数变量it＝1；
S2：先形成辐射状配电网节点支路关联矩阵，计算关联矩阵的逆阵并转置形成道路矩阵Tij，i＝1,2,...N-1，N为节点数，j＝1,2,...B，B为支路数。
应理解的，所述运行元件，例如：馈线段，分段开关。
作为一个或多个实施例，所述步骤B的具体步骤包括：
S3：赋初值步骤，令运行元件编号k＝1，令第it次迭代的功率缺额Pit＝0，电力不足概率dit＝0，令第it次迭代故障元件个数Nit＝0；
S4：判断运行元件是否发生故障，对于第k个运行元件，取[0,0.01]之间的随机数u，若u＜pk,pk为第k个运行元件的故障概率，转向S5，否则，转向S6；
S5：第k个运行元件加入第it次迭代的故障元件集合Ωit，且第it次迭代故障元件个数Nit＝Nit+1；
S6：令运行元件k＝k+1，若k≤K，转向S4，否则，转向步骤C。
作为一个或多个实施例，所述步骤C的具体步骤包括：
S7：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝1，且l∈[1,Nit]；
S8：获取第l个故障元件到根节点道路上的分段开关集合Ωl；
S9：令分段开关集合Ωl的第m个分段开关的编号为m＝1，且m∈[1,Nl]；
S10：计算第m个分段开关与第l个故障元件之间支路数Bm,l；
S11：令分段开关集合Ωl中的分段开关m＝m+1，若m≤Nl，转向S10，否则，转向S12；
S12：在第l个故障元件上游分段开关集合Sl中，确定分段开关sl，sl与第l个故障元件之间支路数最少；
S13：令故障元件集合Ωit中元件l＝l+1，若l≤Nit，转向S8，否则，转向步骤D。
进一步地，所述S8的具体步骤包括：
取出第l个故障元件的任意一个节点nl，基于道路矩阵，在节点nl-1对应行的列中，取出所有不等于0且分段开关的列，构成分段开关集合Ωl，分段开关个数为Nl。
进一步地，所述S10的具体步骤包括：
取出第m个开关的一个节点nm，计算节点nm与节点nl之间的支路数Bm,l，即在道路矩阵中，节点nm-1与节点nl-1对应的两个行中，相同的列均不等于0的列数。
进一步地，所述S12的具体步骤包括：
支路数最少的分段开关，就是第l个故障元件故障后实际断开的开关，计算所有m,m∈[1,Nl]个分段开关与第l个故障元件之间支路数Bm,l，取最小值对应的开关sl，并将sl放入断开开关集合Sl。
作为一个或多个实施例，所述步骤D的具体步骤包括：
S14：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝1，且l∈[1,Nit]；
S15：对第l个故障元件故障后应该断开的分段开关sl到根节点的路径上，若没有集合Sl中的其它开关，则转向S16，否则，转向S20；
S16：令分段开关sl断开后的功率缺额Pl＝0，电力不足概率dl＝0；
S17：令节点编号n＝2；
S18：在道路矩阵Tij中，对n-1行，若分段开关sl对应的列不等于0，则转向S19，否则，转向S20；
S19：令分段开关sl断开后的功率缺额Pl＝Pl+Pn，Pn为节点n的有功功率；
S20：令节点编号n＝n+1，若n≤N，转向S18，否则转向S21；
S21：若分段开关sl断开后的功率缺额Pl≥0，转向S22，否则，转向S23；
S22：令功率缺额标识数dl＝1，转向S24；
S23：令功率缺额标识数dl＝0；
S24：令第it次迭代的功率缺额Pit＝Pit+Pl，第it次迭代的功率缺额标识数dit＝dit+dl；
S25：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝l+1，若l≤Nit，转向S15，否则，转向步骤E。
作为一个或多个实施例，所述步骤E的具体步骤包括：
S26：令蒙特卡洛模拟次数it＝it+1，判断it≤IT是否成立；若it≤IT，则转向S3，否则，转向S27；
S27：计算电力不足期望ELOL和电力不足概率LOLP。
进一步地，所述S27的具体步骤包括：
根据蒙特卡洛迭代次数IT，第it次迭代的功率缺额Pit，电力不足期望为
Figure BDA0002433141860000081
根据蒙特卡洛迭代次数IT，第it次功率缺额标识数dit，电力不足期望为电力不足概率为
Figure BDA0002433141860000082
需要指出的是，为了准确的模拟配电网的故障，并进行可靠性计算，S1的蒙特卡洛模拟次数通常取10000次以上。
作为优选方式，S16到S25计算分段开关断开后的有功功率缺额和电力不足概率，采用将所有应该断开的分段开关断开，拓扑分析计算，累加各孤岛的有功功率缺额。
如图2所示，S1，支路包括开关和馈线段，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，蒙特卡洛模拟次数为15000次，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馈线段的长度和故障概率
Figure BDA0002433141860000083
负荷的有功功率如下：
表2负荷的有功功率
负荷编号 所属节点编号 负荷有功功率(kW)
1 3 1012
2 6 564
3 7 327
4 8 810
5 11 624
6 12 271
如表3所示，支路的参数。
表3支路的参数
支路编号 始端节点 末端节点 类型
1 1 2 分段开关
2 2 3 馈线段
3 3 4 馈线段
4 4 5 分段开关
5 5 6 馈线段
6 6 7 馈线段
7 7 8 馈线段
8 7 9 馈线段
9 4 10 分段开关
10 10 11 馈线段
11 11 12 馈线段
表4为道路阵
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
S3～S6：确定第it迭代故障元件，以it＝1为例，确定的故障元件是馈线段1；
S7～S13：确定每个故障元件故障后实际断开的开关，这里馈线段1故障后，断开的开关1；
S14～S25：计算所有故障元件故障后的功率缺额P1＝3607kW和电力不足概率d1＝1；
S26～S27：计算得到15000次迭代后，电力不足期望ELOL＝20.3502kW，电力不足概率LOLP＝0.00831169。
实施例二，本实施例还提供了考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估系统；
考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估系统，包括：
获取模块，其被配置为：根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系；
故障元件筛选模块，其被配置为：从配电网运行元件中筛选出故障元件；
实际断开的分段开关确定模块，其被配置为：确定每个故障元件发生故障后，当前故障元件上游分段开关集合中实际断开的分段开关；
计算模块，其被配置为：基于实际断开的分段开关，计算所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率；
配电网可靠性评估模块，其被配置为：基于所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率，计算配电网的电力不足期望和电力不足概率，筛选出可靠性低的配电网，实现对可靠性低的配电网进行改造。
实施例三，本实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一所述的方法。
实施例四，本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一所述的方法。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估方法，其特征是，包括：
获取步骤：根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系；
筛选步骤：从配电网运行元件中筛选出故障元件；
确定步骤：确定每个故障元件发生故障后，当前故障元件上游分段开关集合中实际断开的分段开关；
第一计算步骤：基于实际断开的分段开关，计算所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率；
第二计算步骤：基于所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率，计算配电网的电力不足期望和电力不足概率，筛选出可靠性低的配电网，实现对可靠性低的配电网进行改造；
所述确定步骤的具体步骤包括：
S7：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝1，且l∈[1,Nit]；
S8：获取第l个故障元件到根节点道路上的分段开关集合Ωl；
S9：令分段开关集合Ωl的第m个分段开关的编号为m＝1，且m∈[1,Nl]；
S10：计算第m个分段开关与第l个故障元件之间支路数Bm,l；
S11：令分段开关集合Ωl中的分段开关m＝m+1，若m≤Nl，转向S10，否则，转向S12；
S12：在第l个故障元件上游分段开关集合Sl中，确定分段开关sl，sl与第l个故障元件之间支路数最少；
S13：令故障元件集合Ωit中元件l＝l+1，若l≤Nit，转向S8，否则，转向第一计算步骤；
所述S8的具体步骤包括：取出第l个故障元件的任意一个节点nl，基于道路矩阵，在节点nl-1对应行的列中，取出所有不等于0且分段开关的列，构成分段开关集合Ωl，分段开关个数为Nl；
所述S10的具体步骤，包括：取出第m个开关的一个节点nm，计算节点nm与节点nl之间的支路数Bm,l，即在道路矩阵中，节点nm-1与节点nl-1对应的两个行中，相同的列均不等于0的列数；
所述S12的具体步骤，包括：支路数最少的分段开关，就是第l个故障元件故障后实际断开的开关，计算所有m,m∈[1,Nl]个分段开关与第l个故障元件之间支路数Bm,l，取最小值对应的开关sl，并将sl放入断开开关集合Sl；
所述第一计算步骤的具体步骤包括：
S14：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝1，且l∈[1,Nit]；
S15：对第l个故障元件故障后应该断开的分段开关sl到根节点的路径上，若没有集合Sl中的其它开关，则转向S16，否则，转向S20；
S16：令分段开关sl断开后的功率缺额Pl＝0，电力不足概率dl＝0；
S17：令节点编号n＝2；
S18：在道路矩阵Tij中，对n-1行，若分段开关sl对应的列不等于0，则转向S19，否则，转向S20；
S19：令分段开关sl断开后的功率缺额Pl＝Pl+Pn，Pn为节点n的有功功率；
S20：令节点编号n＝n+1，若n≤N，转向S18，否则转向S21；
S21：若分段开关sl断开后的功率缺额Pl≥0，转向S22，否则，转向S23；
S22：令功率缺额标识数dl＝1，转向S24；
S23：令功率缺额标识数dl＝0；
S24：令第it次迭代的功率缺额Pit＝Pit+Pl，第it次迭代的功率缺额标识数dit＝dit+dl；
S25：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝l+1，若l≤Nit，转向S15，否则，转向第二计算步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述获取步骤的具体步骤包括：
S1：根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系，支路包括分段开关和馈线段，节点是支路之间的连接点，节点的有功功率等于负荷的有功功率与分布式电源的有功功率差值；令运行元件总数等于K，运行元件的故障概率pk,k∈[1,K]，蒙特卡洛模拟次数为it，令模拟次数变量it＝1；
S2：先形成辐射状配电网节点支路关联矩阵，计算关联矩阵的逆阵并转置形成道路矩阵Tij，i＝1,2,...N-1，N为节点数，j＝1,2,...B，B为支路数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述筛选步骤的具体步骤包括：
S3：赋初值步骤，令运行元件编号k＝1，令第it次迭代的功率缺额Pit＝0，电力不足概率dit＝0，令第it次迭代故障元件个数Nit＝0；
S4：判断运行元件是否发生故障，对于第k个运行元件，取[0,0.01]之间的随机数u，若u<pk,pk为第k个运行元件的故障概率，转向S5，否则，转向S6；
S5：第k个运行元件加入第it次迭代的故障元件集合Ωit，且第it次迭代故障元件个数Nit＝Nit+1；
S6：令运行元件k＝k+1，若k≤K，转向S4，否则，转向确定步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述第二计算步骤的具体步骤包括：
S26：令蒙特卡洛模拟次数it＝it+1，判断it≤IT是否成立；若it≤IT，则转向S3，否则，转向S27；
S27：计算电力不足期望ELOL和电力不足概率LOLP。
5.考虑元件故障随机性的配电网可靠性评估系统，其特征是，包括：
获取模块，其被配置为：根据配电网结构图，获取配电网运行元件的连接关系；
故障元件筛选模块，其被配置为：从配电网运行元件中筛选出故障元件；
实际断开的分段开关确定模块，其被配置为：确定每个故障元件发生故障后，当前故障元件上游分段开关集合中实际断开的分段开关；
计算模块，其被配置为：基于实际断开的分段开关，计算所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率；
配电网可靠性评估模块，其被配置为：基于所有故障元件故障后的功率缺额和电力不足概率，计算配电网的电力不足期望和电力不足概率，筛选出可靠性低的配电网，实现对可靠性低的配电网进行改造；
所述确定模块的确定步骤的具体步骤包括：
S7：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝1，且l∈[1,Nit]；
S8：获取第l个故障元件到根节点道路上的分段开关集合Ωl；
S9：令分段开关集合Ωl的第m个分段开关的编号为m＝1，且m∈[1,Nl]；
S10：计算第m个分段开关与第l个故障元件之间支路数Bm,l；
S11：令分段开关集合Ωl中的分段开关m＝m+1，若m≤Nl，转向S10，否则，转向S12；
S12：在第l个故障元件上游分段开关集合Sl中，确定分段开关sl，sl与第l个故障元件之间支路数最少；
S13：令故障元件集合Ωit中元件l＝l+1，若l≤Nit，转向S8，否则，转向第一计算步骤；
所述S8的具体步骤包括：取出第l个故障元件的任意一个节点nl，基于道路矩阵，在节点nl-1对应行的列中，取出所有不等于0且分段开关的列，构成分段开关集合Ωl，分段开关个数为Nl；
所述S10的具体步骤，包括：取出第m个开关的一个节点nm，计算节点nm与节点nl之间的支路数Bm,l，即在道路矩阵中，节点nm-1与节点nl-1对应的两个行中，相同的列均不等于0的列数；
所述S12的具体步骤，包括：支路数最少的分段开关，就是第l个故障元件故障后实际断开的开关，计算所有m,m∈[1,Nl]个分段开关与第l个故障元件之间支路数Bm,l，取最小值对应的开关sl，并将sl放入断开开关集合Sl；
所述第一计算步骤的具体步骤包括：
S14：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝1，且l∈[1,Nit]；
S15：对第l个故障元件故障后应该断开的分段开关sl到根节点的路径上，若没有集合Sl中的其它开关，则转向S16，否则，转向S20；
S16：令分段开关sl断开后的功率缺额Pl＝0，电力不足概率dl＝0；
S17：令节点编号n＝2；
S18：在道路矩阵Tij中，对n-1行，若分段开关sl对应的列不等于0，则转向S19，否则，转向S20；
S19：令分段开关sl断开后的功率缺额Pl＝Pl+Pn，Pn为节点n的有功功率；
S20：令节点编号n＝n+1，若n≤N，转向S18，否则转向S21；
S21：若分段开关sl断开后的功率缺额Pl≥0，转向S22，否则，转向S23；
S22：令功率缺额标识数dl＝1，转向S24；
S23：令功率缺额标识数dl＝0；
S24：令第it次迭代的功率缺额Pit＝Pit+Pl，第it次迭代的功率缺额标识数dit＝dit+dl；
S25：令故障元件集合Ωit中元件编号l＝l+1，若l≤Nit，转向S15，否则，转向第二计算步骤。
6.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-4任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-4任一项所述的方法。
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