CN112801533B - 一种考虑决策依赖不确定的电力系统运行可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑决策依赖不确定的电力系统运行可靠性评估方法，基于历史可靠性数据构建与电力设备电气参数对应的电力设备强迫停运概率模型；基于随机机组组合方法生成候选决策；基于各故障场景概率计算候选决策对应的电力设备强迫停运概率；基于候选决策对应的电力设备强迫停运概率生成候选决策对应的候选可靠性评价指标；判断候选可靠性评价指标是否在预设可靠性评价指标阈值内，若是，执行步骤S8；若不是，返回执行步骤S4；将候选决策作为最终决策，将可靠性评价指标作为最终候选可靠性评价指标。本发明可以对运行可靠性评估中的决策依赖不确定性建模，准确评估计及运行决策之后的运行可靠性，实现含有决策依赖不确定性的运行可靠性优化。

Description

一种考虑决策依赖不确定的电力系统运行可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及电气工程领域，具体涉及一种考虑决策依赖不确定的电力系统运行可靠性评估方法。

背景技术

可靠性是电力系统运行的基本要求，量化系统供电可靠性是进行规划和运行决策前的必要步骤。近年来，研究指出电力系统设备的运行状态时变且电力设备运行状态的不确定性受到运行决策影响，具有决策依赖不确定性，忽略决策过程将使电力系统运行可靠性评估结果出现显著偏差，其基本原理框图如图1所示。基于运行决策对电力设备时变的故障概率进行建模，可以更为准确地评估电力系统的运行可靠性，从而降低系统运行风险。因此，对电力设备状态的决策依赖不确定性建模，是从调度规划角度上提高系统运行可靠性的有效手段，具有重要意义。

电力设备处于正常或故障状态的概率一般使用故障概率表征。对电力设备故障概率进行准确建模，有助于电力系统的运行可靠性精细化评估，量化系统失负荷的风险，从而辅助调度人员进行运行决策。然而，除外界天气因素和设备老化影响外，电力设备的故障概率同时随运行决策的变化而变化，即运行可靠性评估需要同时考虑运行决策带来的影响。

因此，在可靠性评估和运行决策相耦合的情形下，如何考虑决策依赖不确定性，提高电力系统运行可靠性评估的准确性，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明实际解决的问题是：在可靠性评估和运行决策相耦合的情形下，如何考虑决策依赖不确定性，提高电力系统运行可靠性评估的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种考虑决策依赖不确定的电力系统运行可靠性评估方法，包括：

S1、获取电力设备的历史可靠性数据和电气参数；

S2、基于历史可靠性数据构建与电力设备电气参数对应的电力设备强迫停运概率模型；

S3、枚举故障场景并基于电力设备强迫停运概率模型计算各故障场景概率；

S4、基于随机机组组合方法生成候选决策；

S5、基于各故障场景概率计算候选决策对应的电力设备强迫停运概率；

S6、基于候选决策对应的电力设备强迫停运概率生成候选决策对应的候选可靠性评价指标；

S7、判断候选可靠性评价指标是否在预设可靠性评价指标阈值内，若是，执行步骤S8；若不是，返回执行步骤S4；

S8、将候选决策作为最终决策，将可靠性评价指标作为最终候选可靠性评价指标。

优选地，所述电力设备运行条件为观测电流I^spec和跳闸触发电流I^trip，步骤S2中，与电力设备运行条件对应的电力设备强迫停运概率模型FOR(I)如下：

式中，FOR⁰为电力设备故障概率，FOR⁰＝λ/(λ+μ)，λ和μ分别为历史可靠性数据中的故障率和修复率；a和b均为模型参数，I_t为电力设备在时刻t的载荷电流；

式中，FOR^max表示电力设备在跳闸触发电流时的故障概率。

优选地，步骤S3中，基于下式计算各故障场景概率：

式中，π_s表示场景s的场景概率，表示电力设备i的故障概率，/>表示电力设备j的故障概率，Ψ_s,up表示场景s内未故障元件集合，Ψ_s,down表示场景s内故障元件集合。

优选地，步骤S5中，候选决策对应的电力设备强迫停运概率为 为候选机组启停机决策，/>为候选经济调度决策，/>表示场景s中时刻t机组g的有功出力，/>表示场景s中时刻t流过线路l的功率，/>表示场景s中时刻t节点n的切负荷量，/>表示场景s中时刻t节点n的相角，I_t表示时刻t电力设备载荷电流，g表示发电机组，l表示输电线路。

优选地，步骤S6中，可靠性评价指标按下式计算：

式中，EENS_t表示时刻t电力系统的失电量期望值，Δt表示时间间隔，π′_s,t表示考虑决策依赖修正后场景s中时刻t的场景概率，表示场景s中时刻t节点n的切负荷量，LOLP_t表示时刻t的失负荷概率，L_s,t表示场景s中是否存在失负荷的中间变量；

式中，S^g表示机组故障场景集合，S^l表示线路故障场景集合，FOR(|I_g,t|)表示由机组g在时刻t载荷电流值计算得到的机组g故障概率，FOR_i(|I_i,t|)表示由元件i在时刻t载荷电流值计算得到的元件i故障概率，FOR(|I_l,t|)表示由输电线路l在时刻t载荷电流值计算得到的输电线路l故障概率；

用于运行可靠性评估的最优决策计算模型如下：

g∈Ω_g,t∈T,s∈S

式中，表示由机组启停机成本、机组运行成本和切负荷成本构成的电力系统最优机组组合紧凑形式目标函数，Ω_g表示发电机组集合，T表示时间集合，S表示场景集合，表示含决策变量的紧凑形式等式约束函数式，/>表示含决策变量的紧凑形式不等式约束函数式，E( )表示期望值。

综上所述，本发明与现有技术相比，基于机组组合(UC)决策确定各设备的运行条件和决策相依的可靠性参数，从而计算设备故障的场景概率，并随机机组组合(SUC)确定可靠性计算结果，最后将可靠性评估结果返回修正运行决策，可以实现运行可靠性的优化。根据该执行过程，可以对运行可靠性评估中的决策依赖不确定性建模，准确评估计及运行决策之后的运行可靠性，可以进一步实现含有决策依赖不确定性的运行可靠性优化，对提高电力系统运行的经济性和安全性具有重要意义。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为运行可靠性评估中决策依赖不确定性的示意图；

图2为实现决策依赖不确定性建模基础的电力设备运行条件相依强迫停运概率FOR分段函数示意图；

图3为本发明提供的应用于电力系统运行可靠性评估的决策依赖不确定性建模方法的基本原理框图；

图4为本发明提供的一种考虑决策依赖不确定的电力系统运行可靠性评估方法的流程图；

图5(a)及图5(b)为用本发明对发输电组合系统进行运行可靠性评估前后对比图；

图6(a)及图6(b)为用本发明进行随机机组组合(SUC)前后运行可靠性评估的结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图3及4所示，本发明公开了一种考虑决策依赖不确定的电力系统运行可靠性评估方法，包括：

S1、获取电力设备的历史可靠性数据和电气参数；

S2、基于历史可靠性数据构建与电力设备电气参数对应的电力设备强迫停运概率模型；

S3、枚举故障场景并基于电力设备强迫停运概率模型计算各故障场景概率；

S4、基于随机机组组合方法生成候选决策；

S5、基于各故障场景概率计算候选决策对应的电力设备强迫停运概率；

S6、基于候选决策对应的电力设备强迫停运概率生成候选决策对应的候选可靠性评价指标；

S7、判断候选可靠性评价指标是否在预设可靠性评价指标阈值内，若是，执行步骤S8；若不是，返回执行步骤S4(如图6所示)；

S8、将候选决策作为最终决策，将可靠性评价指标作为最终候选可靠性评价指标。

与现有的电力系统运行可靠性评估技术相比，本发明能够实现在可靠性评估过程中同时考虑运行决策和可靠性评估过程的交互影响，提高运行可靠性评估的准确性。基于运行决策影响电力设备载荷率进而影响故障率的机理，将相互耦合的电力系统运行决策和可靠性评估过程进行综合分析，能够精细化不同决策对可靠性的影响，准确评估计及运行决策之后的运行可靠性，实现含有决策依赖不确定性的运行可靠性优化。

如图2所示，具体实施时，所述电力设备运行条件为观测电流I^spec和跳闸触发电流I^trip，步骤S2中，与电力设备运行条件对应的电力设备强迫停运概率模型FOR(I)如下：

式中，FOR⁰为电力设备故障概率，FOR⁰＝λ/(λ+μ)，λ和μ分别为历史可靠性数据中的故障率和修复率；a和b均为模型参数，I_t为电力设备在时刻t的载荷电流；

式中，FOR^max表示电力设备在跳闸触发电流时的故障概率。

具体实施时，步骤S3中，基于下式计算各故障场景概率：

式中，π_s表示场景s的场景概率，表示电力设备i的故障概率，/>表示电力设备j的故障概率，Ψ_s,up表示场景s内未故障元件集合，Ψ_s,down表示场景s内故障元件集合。

具体实施时，步骤S5中，候选决策对应的电力设备强迫停运概率为 为候选机组启停机决策，/>为候选经济调度决策，表示场景s中时刻t机组g的有功出力，/>表示场景s中时刻t流过线路l的功率，/>表示场景s中时刻t节点n的切负荷量，/>表示场景s中时刻t节点n的相角，I_t表示时刻t电力设备载荷电流，g表示发电机组，l表示输电线路。

如图5(a)及图5(b)所示，具体实施时，步骤S6中，可靠性评价指标按下式计算：

式中，EENS_t表示时刻t电力系统的失电量期望值，Δt表示时间间隔，π′_s,t表示考虑决策依赖修正后场景s中时刻t的场景概率，表示场景s中时刻t节点n的切负荷量，LOLP_t表示时刻t的失负荷概率，L_s,t表示场景s中是否存在失负荷的中间变量；

式中，S^g表示机组故障场景集合，S^l表示线路故障场景集合，FOR(|I_g,t|)表示由机组g在时刻t载荷电流值计算得到的机组g故障概率，FOR_i(|I_i,t|)表示由元件i在时刻t载荷电流值计算得到的元件i故障概率，FOR(|I_l,t|)表示由输电线路l在时刻t载荷电流值计算得到的输电线路l故障概率；

用于运行可靠性评估的最优决策计算模型如下：

g∈Ω_g,t∈T,s∈S

式中，表示由机组启停机成本、机组运行成本和切负荷成本构成的电力系统最优机组组合紧凑形式目标函数，Ω_g表示发电机组集合，T表示时间集合，S表示场景集合，表示含决策变量的紧凑形式等式约束函数式，/>表示含决策变量的紧凑形式不等式约束函数式，E( )表示期望值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (1)

1.一种考虑决策依赖不确定的电力系统运行可靠性评估方法，其特征在于，包括：

S1、获取电力设备的历史可靠性数据和电气参数；

S2、基于历史可靠性数据构建与电力设备电气参数对应的电力设备强迫停运概率模型；所述电力设备运行条件为观测电流I^spec和跳闸触发电流I^trip，与电力设备运行条件对应的电力设备强迫停运概率模型FOR(I)如下：

式中，FOR⁰为电力设备故障概率，FOR⁰＝λ/(λ+μ)，λ和μ分别为历史可靠性数据中的故障率和修复率；a和b均为模型参数，I_t为电力设备在时刻t的载荷电流；

式中，FOR^max表示电力设备在跳闸触发电流时的故障概率；

S3、枚举故障场景并基于电力设备强迫停运概率模型计算各故障场景概率；其中，基于下式计算各故障场景概率：

式中，π_s表示场景s的场景概率，表示电力设备i的故障概率，/>表示电力设备j的故障概率，Ψ_s,up表示场景s内未故障元件集合，Ψ_s,down表示场景s内故障元件集合；

S4、基于随机机组组合方法生成候选决策；

S5、基于各故障场景概率计算候选决策对应的电力设备强迫停运概率；其中，候选决策对应的电力设备强迫停运概率为 为候选机组启停机决策， 为候选经济调度决策，/> 表示场景s中时刻t机组g的有功出力，/>表示场景s中时刻t流过线路l的功率，/>表示场景s中时刻t节点n的切负荷量，/>表示场景s中时刻t节点n的相角，I_t表示时刻t电力设备载荷电流，g表示发电机组，l表示输电线路；

S6、基于候选决策对应的电力设备强迫停运概率生成候选决策对应的候选可靠性评价指标；其中，可靠性评价指标按下式计算：

式中，EENS_t表示时刻t电力系统的失电量期望值，Δt表示时间间隔，π′_s,t表示考虑决策依赖修正后场景s中时刻t的场景概率，表示场景s中时刻t节点n的切负荷量，LOLP_t表示时刻t的失负荷概率，L_s,t表示场景s中是否存在失负荷的中间变量；

式中，S^g表示机组故障场景集合，S^l表示线路故障场景集合，FOR(|I_g,t|)表示由机组g在时刻t载荷电流值计算得到的机组g故障概率，FOR_i(|I_i,t|)表示由元件i在时刻t载荷电流值计算得到的元件i故障概率，FOR(|I_l,t|)表示由输电线路l在时刻t载荷电流值计算得到的输电线路l故障概率；

用于运行可靠性评估的最优决策计算模型如下：

g∈Ω_g,t∈T,s∈S

式中，表示由机组启停机成本、机组运行成本和切负荷成本构成的电力系统最优机组组合紧凑形式目标函数，Ω_g表示发电机组集合，T表示时间集合，S表示场景集合，表示含决策变量的紧凑形式等式约束函数式，/>表示含决策变量的紧凑形式不等式约束函数式，E()表示期望值；

S7、判断候选可靠性评价指标是否在预设可靠性评价指标阈值内，若是，执行步骤S8；若不是，返回执行步骤S4；

S8、将候选决策作为最终决策，将可靠性评价指标作为最终候选可靠性评价指标。