CN113094920B - 一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法，包括：步骤一，数据统计步骤；步骤二，构建故障关联矩阵FIM步骤；步骤三，计算负荷节点和系统的可靠性指标步骤；步骤四，分别对可靠性影响因素进行灵敏度计算步骤，灵敏度计算值越大，则改进的可靠性提升越明显。上述方法通过矩阵进行解析计算的形式计算出配电网可靠性指标，并且通过该方法能直观地进行灵敏度计算，分析影响配电网可靠性的薄弱环节。

Description

一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析 方法
技术领域
本发明涉及配电系统可靠性评估领域，特别涉及基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法。
背景技术
作为电力系统的重要组成部分，配电网直接面向电力用户，其可靠性对于整个电力系统而言将起到至关重要的作用。随着社会经济的迅速发展，城市用户对供电可靠性的要求越来越高。如何不断完善城市配电网，满足社会日益增长的优质供电需求，是当前供电企业面临的重要挑战。
当前已有相当成熟的可靠性计算方法，但随着配电网规模增大，这些方法的计算过程将变得繁琐，计算效率也受到影响，因此这些方法应用在实际电网的分析会比较麻烦。找到对于配电网可靠性与薄弱环节便捷高效的分析方法，是技术人员的主要目标。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法，能够实现配电线路的额可靠性和薄弱环节分析。
实现上述目的的一种技术方案是：一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法，包括如下步骤：
步骤一，数据统计步骤，统计数据包括设备故障率、设备故障修复时间、用户数、网络连接关系、分段开关操作时间、联络开关操作时间；
步骤二，构建故障关联矩阵FIM步骤；支路故障对负荷节点的影响归纳为三种类型,影响类型a：只有等到故障修复后才能恢复供电；影响类型b：待故障隔离后，负荷可恢复由主电源供电；影响类型c：待故障隔离后，负荷可由联络线恢复供电；为对应三类支路故障对负荷的影响类型，构建三类FIM，即FIM A、FIM B以及FIM C；
步骤三，计算负荷节点和系统的可靠性指标步骤；
设Nl条支路的故障率组成的行向量为λ，支路的故障修复时间组成的行向量为μ，等效节点的负荷需求组成的行向量为L，则基于故障关联矩阵，各个节点因支路故障所导致的停电次数指标λLP、节点停电时间指标μLP、节点失电量指标ensLP可通过矩阵的代数运算得到：
式中的A、B、C分别表示三个FIM；tsw代表支路的分段开关隔离故障的操作时间；top代表联络开关操作时间；运算符号表示Hadamard积，运算规则为矩阵或向量对应位置元素相乘；
系统的可靠性指标：
式中的n表示每个负荷节点的用户数按照编号由小到大的顺序排列组成的行向量，N表示总用户数；
步骤四，分别对可靠性影响因素进行灵敏度计算，灵敏度计算值越大，则改进的可靠性提升越明显；
对于可量化类参数，通过可靠性指标计算公式对相应参数求偏导即可得到灵敏度：
对于不可量化类参数，通过重新计算故障关联矩阵并带入相关公式计算得到灵敏度
式中的ai、bi、ci分别表示A、B、C的第i行，B‘、C‘分别表示更新后的故障关联矩阵。
采用了本发明的一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法，通过矩阵进行解析计算的形式计算出配电网可靠性指标，并且通过该方法能直观地进行灵敏度计算，分析影响配电网可靠性的薄弱环节。
附图说明
图1为本发明的一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法应用于某地区一条配电线路的线路结构示意图；
图2为该条配电线路的分区域线路故障示意图；
图3为分区域线路故障率对SAIDI影响图表；
图4为分区域故障修复时间对SAIDI影响图表；
图5为该条配电线路增加分段开关示意图；
图6为增加分段开关对SAIDI影响图表。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
本发明的一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法，包括如下步骤：
步骤一，数据统计步骤，统计数据包括设备故障率、设备故障修复时间、用户数、网络连接关系、分段开关操作时间、联络开关操作时间。
步骤二，构建故障关联矩阵FIM步骤；支路故障对负荷节点的影响归纳为三种类型,影响类型a：只有等到故障修复后才能恢复供电；影响类型b：待故障隔离后，负荷可恢复由主电源供电；影响类型c：待故障隔离后，负荷可由联络线恢复供电；为对应三类支路故障对负荷的影响类型，构建三类FIM，即FIM A、FIM B以及FIM C。以FIM A为例，aij＝1，代表支路i故障对负荷节点j的影响类型为a，否则aij＝0。
步骤三，计算负荷节点和系统的可靠性指标步骤；
设Nl条支路的故障率组成的行向量为λ，支路的故障修复时间组成的行向量为μ，等效节点的负荷需求组成的行向量为L，则基于故障关联矩阵，各个节点因支路故障所导致的停电次数指标λLP、节点停电时间指标μLP、节点失电量指标ensLP可通过矩阵的代数运算得到：
式中的A、B、C分别表示三个FIM；tsw代表支路的分段开关隔离故障的操作时间；top代表联络开关操作时间；运算符号表示Hadamard积，运算规则为矩阵或向量对应位置元素相乘；
系统的可靠性指标：
式中的n表示每个负荷节点的用户数按照编号由小到大的顺序排列组成的行向量，N表示总用户数；
根据上述步骤对图1所示的某地区一条配电线路进行可靠性指标计算，得到其可靠性指标分别为SAIFI＝0.339632次/户年，SAIDI＝55.8761分钟/户年，ASAI＝1-SAIDI/(8760*60)＝0.999894。
步骤四，分别对可靠性影响因素进行灵敏度计算步骤，灵敏度计算值越大，则改进的可靠性提升越明显；
对于可量化类参数，通过可靠性指标计算公式对相应参数求偏导即可得到灵敏度：
对于不可量化类参数，通过重新计算故障关联矩阵并带入相关公式计算得到灵敏度
式中的ai、bi、ci分别表示A、B、C的第i行，B‘、C‘分别表示更新后的故障关联矩阵。
对图1所示的某地区一条配电线路采用上述方法进行灵敏度分析，寻找薄弱环节。
线路故障率对系统的SAIDI影响较大的线路如图2和图3所示。由图3可以看出，图2中线路部分1对SAIDI影响大于线路部分2和线路部分3的影像，这是因为这些线路直接连接着负荷，并且这些线路之间没有分段开关。当图2中线路部分1发生故障时，除开关站以外负荷就都会断电，并且无法通过联络线进行转供。因此为了提高系统的可靠性，降低SAIDI指标，可以针对线路部分1的支路进行降低故障率作业。
故障修复时间对系统的SAIDI影响较大的线路如图4所示。由图4可以看出故障修复时间灵敏度与故障率灵敏度大体相同，线路部分1灵敏度比较高的支路其所带负荷较多，或者是其发生故障之后影响范围较广。若要提高系统的可靠性指标，尽量缩减线路部分1故障修复时间提高修复速度就是一个有效的措施。
计算得到分段开关操作时间灵敏度联络开关操作时间灵敏度可以看出分段开关操作时间和联络开关操作时间对系统可靠性指标的灵敏度相对来说都比较小。这是因为系统中的分段开关太少，少量分段开关的操作时间的变化对系统可靠性指标的影响不大。另外，由于分段开关数量较少，发生故障时一些线路无法隔离故障进行转供，导致联络线能够发挥的作用下降，因此联络开关操作时间灵敏度也比较低。因此开关操作时间的缩短对可靠性的提升效果不明显，可以不将它作为重点考虑因素，关键是要对系统结构进行改进。
从图5和图6可以看出，在图5中线路部分4增加若干个分段开关之后，每个线路开关都对系统可靠性有较为明显的提升。可以看出，在连接有比较多负荷的节点处加入分段开关对可靠性的提升相对来说更好，这是因为分段开关可以隔离故障，从而使非故障区域的负荷得到转供。
本发明提出了一种基于解析计算的配电网可靠性与薄弱环节分析方法，通过矩阵进行解析计算的形式计算出配电网可靠性指标，并且通过该方法能直观地进行灵敏度计算，分析影响配电网可靠性的薄弱环节。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种基于故障后果解析表达的配电网可靠性薄弱环节分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，数据统计步骤，统计数据包括设备故障率、设备故障修复时间、用户数、网络连接关系、分段开关操作时间、联络开关操作时间；
步骤二，构建故障关联矩阵FIM步骤；支路故障对负荷节点的影响归纳为三种类型,影响类型a：只有等到故障修复后才能恢复供电；影响类型b：待故障隔离后，负荷可恢复由主电源供电；影响类型c：待故障隔离后，负荷可由联络线恢复供电；为对应三类支路故障对负荷的影响类型，构建三类FIM，即FIM A、FIM B以及FIM C；
步骤三，计算负荷节点和系统的可靠性指标步骤；
设Nl条支路的故障率组成的行向量为λ，支路的故障修复时间组成的行向量为μ，等效节点的负荷需求组成的行向量为L，则基于故障关联矩阵，各个节点因支路故障所导致的停电次数指标λLP、节点停电时间指标μLP、节点失电量指标ensLP可通过矩阵的代数运算得到：
式中的A、B、C分别表示三个FIM；tsw代表支路的分段开关隔离故障的操作时间；top代表联络开关操作时间；运算符号表示Hadamard积，运算规则为矩阵或向量对应位置元素相乘；
系统的可靠性指标：
式中的n表示每个负荷节点的用户数按照编号由小到大的顺序排列组成的行向量，N表示总用户数；
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