[发明专利]一种基于蒙特卡洛模拟的变电站系统抗震韧性量化评估方法

说明书

本发明公开了一种基于蒙特卡洛模拟的变电站系统抗震韧性量化评估算法。本发明定义了变电站系统的归一化功能评价指标为震后能够正常输出的线路数量与原来总输出线路数量的比值，定义了变电站系统的抗震韧性评价指标为其功能曲线的损失面积，确定了变电站系统功能曲线中功能损失阶段为一无时间间隔的下降函数，恢复阶段的功能函数简化为一斜向直线，根据变电站中各个电气设备的连通逻辑关系和电力传输路径建立变电站系统的有向图逻辑模型，结合设备层面的地震易损性曲线和修复时间进行系统分析，可以反映变电站系统抵御地震风险和震后功能恢复的能力，完成变电站系统抗震韧性的量化评估。

技术领域

本发明涉及电力系统抗震韧性评估领域，尤其涉及一种基于蒙特卡洛模拟的变电站系统抗震韧性量化评估方法。

背景技术

变电站是由一系列不同类型的电气设备通过母线以串联或并联方式连接组成的复杂系统。变电站作为输配电网中控制电流流向、分配电能和对输电电压进行调整变换的场所，是电力系统的重要节点，不仅要满足在地震发生时维持必要的功能，还需要具备震后快速恢复其正常功能的能力，以维系现代化城市的基础社会功能。

然而，近年来国内外震害经验表明，变电站系统具有极高的地震易损性，且损坏后修复重建难度大，会在较长时间内对受灾地区的社会功能和经济发展造成严重负面影响。因此，有必要对变电站抵御地震风险和震后快速恢复的能力进行全面评估，进而识别其中的薄弱环节，有针对性地提出经济高效的设计方法或技改方案以提升变电站系统的抗震韧性。

虽然部分学者对一些结构和系统的抗灾韧性有所研究，但并未限定于地震灾害，而地震与其它自然灾害有着诸多区别。且目前鲜有关于变电站抗震韧性的研究，部分涉及到变电站的震后功能恢复时间统计，但是对于变电站的系统功能和抗震韧性概念并未明确，缺乏量化变电站抗震韧性的评估方法，评价指标和评估模型。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：全面评估变电站系统抵御地震风险和震后功能恢复的能力，提供一种基于蒙特卡洛模拟的变电站系统抗震韧性量化评估方法。本发明首先定义了变电站系统的功能评价指标和抗震韧性评价指标，确定了变电站系统功能曲线中功能损失阶段和恢复阶段的功能函数，根据变电站中各个电气设备的连通逻辑关系和电力传输路径建立变电站系统的有向图逻辑模型，结合设备层面的地震易损性曲线和修复时间进行系统分析，可以全面考虑变电站震后不同剩余功能状态和变电站系统的冗余度，并且降低了系统分析的复杂程度，利用蒙特卡洛模拟法实现了变电站系统抗震韧性的量化评估。

本发明采用的技术方案为：

一种基于蒙特卡洛模拟的变电站系统抗震韧性量化评估方法，实现步骤如下：

步骤一：定义变电站系统剩余功能的归一化评价指标为震后能够正常输出的线路数量与原来总输出线路数量的比值；

步骤二：根据变电站中各电气设备的布置情况和功能逻辑关系在Simulink平台建立变电站系统的有向图逻辑模型；

步骤三：确定变电站中各电气设备的地震易损性曲线参数并写入到建立的变电站系统的有向图逻辑模型中；

步骤四：确定地震动的强度表征参数和取值范围；

步骤五：开始变电站系统地震易损性分析的蒙特卡洛模拟循环，在每次模拟中逐个电气设备产生0到1区间均匀分布的随机数并与该设备在当前地震动强度表征参数下的失效概率对比来判断各个设备的工作状态，并记录；

步骤六：根据各设备的工作状态和建立的变电站系统有向图逻辑模型分析得到各电气间隔的工作状态，进一步综合考虑变电站系统冗余度决定最终能够输出的线路数量，即得到该次蒙特卡洛模拟中变电站系统的剩余功能状态，并记录；

步骤七：对应每个地震动强度参数的取值，将上述模拟过程重复n次，结束变电站系统地震易损性分析的蒙特卡洛模拟循环；