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一种高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法

阅读：966发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，考虑高中低压配网的相互影响，建立了配网一体化模型，首先基于状态转移抽样法的准序贯蒙特卡洛仿真的高压配电网可靠性评估，得到高压配电网的年平均故障次数、年平均停电时间；其次获取衔接高压配电网和中压配电网的变电站出线停运率和修复率；最后将所述变电站出线停运率和修复率作为中低压配网可靠性计算的输入，使用最小路法计算中低压配网可靠性指标；本发明综合考虑高中低电压等级的配电网之间的相互影响，提高了评估结果的精确性，对配电网的评估涉及低压配网拓扑，提高了低压用户的供电可靠性的计算精度。，下面是一种高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，基于状态转移抽样法的准序贯蒙特卡洛仿真的高压配电网可靠性评估，得到高压配电网的年平均故障次数、年平均停电时间；
S2，获取衔接高压配电网和中压配电网的变电站出线停运率和修复率；
S3，将所述变电站出线停运率和修复率作为中低压配网可靠性计算的输入，使用最小路法计算中低压配网可靠性指标。
2.根据权利要求1所述的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，所述可靠性指标包括年平均故障次数、年平均停电时间、年平均失电量。
3.根据权利要求1所述的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11，根据元件失效概率进行系统状态抽样，若抽取的样本为无效状态，则删除该状态，重新进行抽样；
S12，若抽取的系统状态为有效的切负荷状态，则以该切负荷状态为中心，根据状态转移概率进行前向和后向仿真，最终获取全部由切负荷状态构成的系统状态序列；
S13，使用准序贯算法的可靠性指标计算公式计算高压配电网的年平均故障次数、年平均停电时间、年平均失电量。
4.根据权利要求3所述的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，完成对系统状态的抽样后，对评估的网络拓扑进行用户敏感性划分，在进行负荷削减时采用直流最优负荷削减模型。
5.根据权利要求3所述的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，所述高压配电网的年平均故障次数、年平均停电时间计算公式为：
其中，λLOLP为年平均故障次数，λLOLF为年平均停电时间，n为抽样得到的失效状态次数，N为准序贯算法抽取的总状态数，D为某状态的平均持续时间，Mi为失效状态下的切负荷序列，xi为第i个故障状态的样本集，Xf为抽样所得的故障状态的样本集，flolf为相应可靠性指标的测试函数。
6.根据权利要求1所述的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21，根据变电站主接线图画出等效的涵盖母线、断路器、隔离开关、变压器、出线的可靠性分析流程图；
S22，根据所述流程图找出所述出线的最小割集；
S23，根据最小割集内元件的故障率和修复率计算每个最小割集的不可用度、停运率和修复率以及变电站出线的可用度；
S24，根据出线可用度和每个最小割集的停运率和修复率计算变电站出线停运率和修复率。
7.根据权利要求6所述的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，所述每个最小割集的不可用度计算公式为所述每个最小割集的修复率计算公式为所述每个割集停运率计算公式为所述变电站出线可用度
计算公式为As＝1-P(C1∪C2∪Ci…∪Cg)， λm为元件m的故障率，μm为元件m的修复率，n为最小割集Ci包含的元件个数，为最小割集Ci的故障率，为最小割集Ci的修复率，g为最小割集的数量。
8.根据权利要求7所述的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，变电站出线停运率λs计算公式为变电站出线修复率μs的计算公式为
其中g为最小割集的数量。
9.根据权利要求1所述的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S31，根据非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响，归算到相应的最小路的节点上；
S32，汇总形成FMEA表；
S33，进行可靠性指标计算。

说明书全文

一种高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及配电网可靠性评估技术，特别是涉及一种高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法。

背景技术

[0002] 配电网作为连接用户和高压电网的媒介，与用户的连接最为紧密，同时也是用户感知最为灵敏的环节，对其进行可靠性评估计算对配电网的规划以及改造具有指导意义。配网可靠性评估方法主要分为解析法和模拟法两类。解析法建立的数学模型相对精确，评估步骤清晰，但当网络规模达到一定程度时计算较为困难。为提高解析法计算效率和操作性能，有学者提出计及分块和层级结构融合的配网评估方法。模拟法又称蒙特卡洛方法，其抽样次数和系统规模无关，适用于大型配电系统的可靠性评估，大量学者对其进行了探索。
黄江宁等人在《电力系统可靠性评估中的分层均匀抽样法》提出了分层均匀抽样算法，避免了无效抽样，实现了可靠性的高效评估。暴英凯等人在《序贯蒙特卡洛方法在电力系统可靠性评估中的应用差异分析》对序贯蒙特卡洛仿真的两种常用方式等时间间隔采样和元件持续时间采样进行了对比分析，并采用修正系数改善了等时间间隔采样方法的计算速度和精度。

[0003] 然而现阶段对配电网络的可靠性评估仍存在着以下不足：其一，传统配电网可靠性评估中，往往单独考虑某个电压等级的配电网而不考虑其上层或下层的网络，从而导致评估结果的不精确；其二，对配电网的评估往往不涉及低压配网拓扑，无法精确计算到低压用户的供电可靠性。因此，对配电网的评估应综合考虑上层高压网络的影响并分析起连接作用的变电站的不同主接线方式。

发明内容

[0004] 针对上述技术问题，本发明提出了高中低压一体化配网模型，将通过准序贯蒙特卡洛仿真获取的上层高压网络的可靠性指标作为一体化模型的输入，使用得到的时序指标对不同变电站主接线方式下变电站的出线停运概率进行计算，最后，在下层的中压及低压配网可靠性计算中考虑上层高压配网的影响，采用解析法分析了不同的低压负荷分布方式下低压配网的可靠性。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，包括以下步骤：

[0006] S1，基于状态转移抽样法的准序贯蒙特卡洛仿真的高压配电网可靠性评估，得到高压配电网的年平均故障次数、年平均停电时间；

[0007] S2，获取衔接高压配电网和中压配电网的变电站出线停运率和修复率；

[0008] S3，将所述变电站出线停运率和修复率作为中低压配网可靠性计算的输入，使用最小路法计算中低压配网可靠性指标。

[0009] 优选的，所述可靠性指标包括年平均故障次数、年平均停电时间、年平均失电量。

[0010] 优选的，所述步骤S1包括：

[0011] S11，根据元件失效概率进行系统状态抽样，若抽取的样本为无效状态，则删除该状态，重新进行抽样；

[0012] S12，若抽取的系统状态为有效的切负荷状态，则以该切负荷状态为中心，根据状态转移概率进行前向和后向仿真，最终获取全部由切负荷状态构成的系统状态序列；

[0013] S13，使用准序贯算法的可靠性指标计算公式计算高压配电网的年平均故障次数、年平均停电时间、年平均失电量。

[0014] 优选的，完成对系统状态的抽样后，对评估的网络拓扑进行用户敏感性划分，在进行负荷削减时采用直流最优负荷削减模型。

[0015] 优选的，所述高压配电网的年平均故障次数、年平均停电时间计算公式为：

[0016]

[0017]

[0018] 其中，λLOLP为年平均故障次数，λLOLF为年平均停电时间，n为抽样得到的失效状态次数，N为准序贯算法抽取的总状态数，D为某状态的平均持续时间，Mi为失效状态下的切负荷序列，xi为第i个故障状态的样本集，Xf为抽样所得的故障状态的样本集，flolf为相应可靠性指标的测试函数。

[0019] 优选的，所述步骤S2包括：

[0020] S21，根据变电站主接线图画出等效的涵盖母线、断路器、隔离开关、变压器、出线的可靠性分析流程图；

[0021] S22，根据所述流程图找出所述出线的最小割集；

[0022] S23，根据最小割集内元件的故障率和修复率计算每个最小割集的不可用度、停运率和修复率以及变电站出线的可用度。

[0023] S24，根据出线可用度和每个最小割集的停运率和修复率计算变电站出线停运率和修复率。

[0024] 优选的，所述每个最小割集的不可用度计算公式为所述每个最小割集的修复率计算公式为所述每个割集停运率计算公式为所述
变电站出线可用度计算公式为As＝1-P(C1∪C2∪Ci…∪Cg)， λm为元件m的故障率，μm为元件m的修复率，n为最小割集Ci包含的元件个数，为最小割集Ci的故障率，为最小割集Ci的修复率，g为最小割集的数量。

[0025] 优选的，所述变电站出线停运率λs计算公式为变电站出线修复率μs的计算公式为其中g为最小割集的数量。

[0026] 优选的，所述步骤S3包括：

[0027] S31，根据非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响，归算到相应的最小路的节点上；

[0028] S32，汇总形成FMEA表；

[0029] S33，进行可靠性指标计算。

[0030] 本发明考虑高中低压配网的相互影响，建立了配网一体化模型，采用准序贯蒙特卡洛方法与解析法相结合的混合法对高中压一体化配网拓扑进行了可靠性进行评估，综合考虑高中低电压等级的配电网之间的相互影响，提高了评估结果的精确性，对配电网的评估涉及低压配网拓扑，提高了低压用户的供电可靠性的计算精度。附图说明

[0031] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0032] 图1为本发明的配网一体化模型四种负荷的示意图；

[0033] 图2为RTS79系统示意图；

[0034] 图3为改造后的RBTS BUS6 F4系统示意图；

[0035] 图4为状态转移示意图；

[0036] 图5为本实施例变电站主接线图；

[0037] 图6为本实施例的变电站可靠性分析流程图。

具体实施方式

[0038] 以下结合一个实施例及附图对本发明进行说明。

[0039] 首先建立高中低压一体化配网模型，配网一体化模型中，高压配电网拓扑和中压配电网拓扑以变电站进行衔接，变电站的可靠性特征可以根据其出线可用度来表示，同时考虑不同的变电站主接线对配网可靠性的影响，提高模型的普适性。本发明主要考虑双母线接线方式和单母线分段接线方式下的变电站主接线模型。低压配网拓扑采用典型辐射状接线方式进行模拟，同时，通过不同比例的典型负荷分布组合可以对实际的低压电网进行一定程度的拓扑模拟，从而使之适用于一般低压配网的可靠性评估，本发明采用的四种负荷分布方式如图1所示。采用IEEE RTS79系统与改造后的RBTS BUS6 F4进行验证，证明了算法的有效性，IEEE RTS79系统与改造后的RBTS BUS6 F4系统分别如图2、图3所示。

[0040] 采用IEEE RTS79系统作为上层高压网络，将典型的辐射状低压拓扑接入改造后的IEEE RBTS bus6系统作为配电网中低压拓扑，IEEE RBTS bus6系统的线路单位长度的停运率取0.065(次/km·年)，平均修复时间取5h；配电变压器的停运率取0.015(次/台·年)，平均修复时间取10h；隔离开关的操作时间DST和联络开关的操作时间TST均取1h。本算例采用负荷点1为测试节点，当负荷点1的负荷为均匀分布时，计负荷点1为用户群A，递减分布时为用户群B，递增分布时为用户群C，集中分布时为负荷群D。

[0041] 本实施例的高中低压一体化配电网络可靠性混合计算方法，包括以下步骤：

[0042] S1，基于状态转移抽样法的准序贯蒙特卡洛仿真的高压配电网可靠性评估，得到高压配电网的可靠性指标；可靠性指标包括年平均故障次数、年平均停电时间，具体步骤为[0043] S11，根据元件失效概率进行系统状态抽样，若抽取的样本为图4所示黑色的无效状态，则删除该状态，重新进行抽样。

[0044] S12，若抽取的系统状态为有效的切负荷状态(如图4灰色圆点所示)，则以该切负荷状态为中心，根据状态转移概率进行前向和后向仿真，最终获取全部由切负荷状态构成的系统状态序列。

[0045] S13，使用准序贯算法的可靠性指标计算公式计算高压配电网的年平均故障次数、年平均停电时间计算公式如式(1)～(2)所示。

[0046]

[0047]

[0048] 其中，λLOLP为年平均故障次数，λLOLF为年平均停电时间，n为抽样得到的失效状态次数，N为准序贯算法抽取的总状态数，D为某状态的平均持续时间，Mi为失效状态下的切负荷序列，xi为第i个故障状态的样本集，Xf为抽样所得的故障状态的样本集，flolf为相应可靠性指标的测试函数。

[0049] 完成对系统状态的抽样后，需要对抽样获取的样本进行状态分析并获取故障后果。在获取故障后果之前本文对评估的网络拓扑进行用户敏感性划分，通过考虑不同用户敏感性差异获取更精确的评估结果，而不是仅仅以切负荷量的多少来表征系统和用户的可靠性。在进行负荷削减时采用直流最优负荷削减模型。

[0050] 负荷敏感性划分：综合考虑用户需求、用户特性以及区域政治重要性等因素对用户进行敏感度划分，并通过层次分析法确定各个区域用户所占的敏感性权重，本发明采用的敏感性权重因子如表1所示：

[0051] 表1

[0052] 敏感度等级敏感性权重高敏感 0.5
一般敏感 0.3
不敏感 0.2

[0053] 系统最优负荷削减模型：本发明采用综合考虑用户敏感度以及经济效益的最优负荷削减策略。其目标函数和约束条件分别如式(3)和式(4)所示:

[0054]

[0055]

[0056] 其中：m∈L，i∈n2，i∈n1，PGi为发电机i的输出有功功率，μi为敏感性权重，Ci为负荷节点i的削减功率，PDi为负荷节点的初始有功功率，PGimin为发电机i的最小输出有功，PGimax为发电机的最大输出有功，Tm为线路m的有功潮流，Tmmin为线路m的最小容量，Tmmax为线路m的最大容量，n2为负荷节点数目，n1为发电机节点数目，L为线路条数。

[0057] 本实施例的通过准序贯蒙特卡洛方法计算得到变电站高压母线的年平均失电次数和年平均停电时间如表2所示

[0058] 表2：

[0059]

[0060] S2，获取衔接高压配电网和中压配电网的变电站出线停运率和修复率；如图5所示，为本实施例变电站主接线图，本实施例中，步骤S2具体包括：

[0061] S21，根据变电站主接线图画出等效的涵盖母线、断路器、隔离开关、变压器、出线的可靠性分析流程图；如图6所示，为本实施例的变电站可靠性分析流程图。

[0062] S22，根据所述流程图找出所述出线的最小割集；根据流程图找出W3的最小割集并列出，如表3所示：

[0063] 表3

[0064]序号元素序号元素
1 W1W2 6 QF11
2 QS1W2 7 T1
3 W1QS1′ 8 QS12
4 QS1QS1′ 9 QF12
5 QFmW1 10 QS13

[0065] S23，根据最小割集内元件的故障率和修复率计算每个最小割集的不可用度、停运率和修复率以及变电站出线的可用度。每个最小割集的不可用度计算公式为每个最小割集的修复率计算公式为每个割集停运率计算公式为变电站出线可用度计算公式为As＝1-P(C1∪C2∪Ci…∪Cg)， λm
为元件m的故障率，μm为元件m的修复率，n为最小割集Ci包含的元件个数，为最小割集Ci的故障率，为最小割集Ci的修复率，g为最小割集的数量。

[0066] S24，根据出线可用度和每个最小割集的停运率和修复率计算变电站出线停运率和修复率。变电站出线停运率λs计算公式为变电站出线修复率μs的计算公式为其中g为最小割集的数量。计算结果如表4所示：

[0067] 表4

[0068]

[0069] S3，将所述变电站出线停运率和修复率作为中低压配网可靠性计算的输入，使用最小路法计算中低压配网可靠性指标。

[0070] S31，根据非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响，归算到相应的最小路的节点上；

[0071] S32，汇总形成FMEA表；

[0072] S33，进行可靠性指标计算。低压侧的用户群A的可靠性指标计算结果如表5所示，其他用户群B、C、D的结果未示出。

[0073] 表5

[0074]

[0075]

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