[发明专利]一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法

摘要

本发明公开了一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法，根据配电网中断路器的保护区域和馈线中隔离开关分段作用将配电网划分成不同层次的保护区域(CZ)和馈线层(FS)建立配电网有向关系图，这种有向关系图可以方便地用于配电网的可靠性评估，并且直接用于含分布式电源配电网。主要依据ASAI的值越大，可靠性越高；SAIFI、SAIDI、CAIDI和AENS的值越小，可靠性越高，从而评估配电网系统的可靠性。本发明广泛用于中压配电网的可靠性评估当中，克服了现有故障模式后果分析法和分块算法等的不足。

主权项

一种基于有向关系图的配电网可靠性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：A：采集待评估的配电网的结构数据、电气参数数据和可靠性参数数据；B：根据步骤A采集的数据，对配电网网络结构进行分块和分级；基于配电网中不同元件故障影响的不同，将配电网按照如下步骤进行分块和分级：B1：将直接与主网母线相连的首段断路器划分为第一级断路器，并记为CB11；B2：在系统无故障运行状态下，基于深度优先搜索算法以CB11为起始点，开始在CB11所在的馈线上沿着潮流方向搜索元件，搜索到一个断路器或者搜索到馈线的末端则停止该方向上的搜索，再从CB11开始继续进行其他方向上的搜索，直至所有的方向搜索结束；则此过程中搜索到的所有元件组成CB11的保护区形成一个块，并称为一级保护区，记为CZ11；B3：利用步骤B1和B2的方法，规定与CZ(i‑1)(j‑1)直接相连的下游潮流方向的断路器称为第i级断路器，且第i级断路器对应的保护区域称为第j级保护区域，搜索得到其他的断路器CBij及其各自的保护区CZij，其中，设CBij表示第i级保护区域内的第j个断路器；CZij表示第i级保护区域内的第j个块；即将整个配电网分成级和块；C：根据保护区CZij的级别划分，建立初始配电网有向关系图，即配电网有向关系图是由所有级的保护区按照第一级、第二级、第三级、……、第i级从上到下排列构成；D：对CZij内的馈线进行分段；根据分段开关的位置将CZij划分为不同的馈线段FS，划分步骤如下：D1：首先设CZij中所有的馈线为第一层次的馈线段，记为FSij 1；D2：在CZij中沿着配电网正常运行时的潮流方向搜索分段开关，当搜索到第1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第2层次的馈线段，记为FSij2；D3：根据步骤D2的方法，当搜索到第k‑1个分段开关时，将该分段开关下游所有的馈线修改为第k层次的馈线段，记为FSijk；继续搜索分段开关，直至CZij中所有的分段开关均被搜索并分段为止；E：由步骤D2和D3得到各保护区内的馈线段信息，现将各保护区内的馈线段信息嵌入步骤C建立的配电网有向关系图中，得到最终配电网有向关系图；F：馈线段内元件的可靠性参数等效；由于同一馈线段内元件的故障对负荷点的影响均是相同的，所以，对负荷点可靠性影响相同的元件划分为一个等效馈线，分别用等效故障率λ_e和等效修复时间γ_e来表示该馈线段的可靠性指标；${\mathrm{\λ}}_e=\underset{i=1}{\overset{Nc}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i---\left(1\right)$${\mathrm{\γ}}_e=\frac{\underset{i=1}{\overset{Nc}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i{\mathrm{\γ}}_i}{{\mathrm{\λ}}_e}---\left(2\right)$式中：N_C为该等效馈线段中元件的个数，λ_i和γ_i分别为该等效馈线段中第i个元件的故障率和修复时间；G：根据最终配电网有向关系图计算配电网负荷点的平均故障率和年平均停电时间；G1：当系统中不含有分布式电源时，负荷点的平均故障率和年平均停电时间，即负荷点的可靠性指标的计算；假设，Mi是第i级保护区CZij的第j个分块内的馈线段的数目，si是第i级保护区CZij与第i+1级保护区CZi+1的连接节点，N(k)是负荷点k到电源之间的保护区数目，则负荷点k的平均故障率和年平均停电时间由公式⑶和⑷计算：$\mathrm{\λ}\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{N\left(k\right)}{\Σ}}\underset{j=i}{\overset{M_i}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{ij}+{\mathrm{\λ}}_{mg}---\left(3\right)$$U\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{N\left(k\right)}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{s_i}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{ij}{\mathrm{\γ}}_{ij}+\underset{i=1}{\overset{N\left(k\right)}{\Σ}}\underset{j=s_{i+1}}{\overset{M_i}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{ij}{t}_{ds}+{\mathrm{\λ}}_{mg}{\mathrm{\γ}}_{mg}---\left(4\right)$式中λ(k)和U(k)分别为负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；λ_ij和γ_ij为第i个CZij中第j个馈线段FSij的故障率和修复时间；t_ds为开关的隔离操作时间；λ_mg和γ_mg为主网的故障率和修复时间；G2：计算含分布式光伏电源时，负荷点的平均故障率和平均年停电时间；利用分布式电源的历史出力数据来确定负荷点k的平均故障率λ′(k)和平均年停电时间U′(k)，如公式⑸、⑹所示为：${\mathrm{\λ}}^{\′}\left(k\right)=\frac{1}{N_{pv}}\underset{j=1}{\overset{N_{pv}}{\Σ}}\frac{max\{P_{ak}-P_j,0\}}{P_{ak}}\mathrm{\λ}\left(k\right)---\left(5\right)$$U^{\′}\left(k\right)=\frac{1}{N_{pv}}\underset{j=1}{\overset{N_{pv}}{\Σ}}\frac{\max \{P_{ak}-P_j,0\}}{P_{ak}}U\left(k\right)---\left(6\right)$式中，P_j(j＝1,2,…,N_PV)是分布式光伏电源在第j个小时的出力；N_PV是总的小时数；P_ak为负荷点k的功率；G3：计算含分布式柴油发电机组时的负荷点平均故障率和平均年停电时间；由于柴油发电机组仅仅是在主网故障时启动，因此柴油发电机组的接入并不会减少负荷点的停电次数仅仅能够减少负荷点的年平均停电时间；负荷点k的平均故障率λ″(k)和平均年停电时间U″(k)由式⑺和式⑻计算：λ″(k)＝λ(k)或λ″(k)＝λ′(k)  ⑺U″(k)＝p_Udλ(k)t_di+p_DdU(k)或U″(k)＝p_Udλ′(k)t_di+p_DdU′(k)  ⑻式中，t_di为柴油发电机的启动时间，p_Ud和p_Dd分别为柴油发电机组的可用率和不可用率；H：计算配电网系统的可靠性指标，输出计算结果；配电网系统可靠性指标由下式计算：式中，λ(k)和U(k)分别为不含有分布式电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ′(k)和U′(k)分别为含分布式光伏电源时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，λ″(k)和U″(k)分别为含分布式柴油发电机组时负荷点k的平均故障率和年平均停电时间，即为式(3)‑(10)中对应的负荷点k的平均故障率和年平均停电时间；C_k是第k个负荷点连接的用户数目；P_ak为第k个负荷点功率；R为负荷点集合；SAIFI指系统平均停电频率，即每个用户在单位时间内所遭受到的平均停电次数，由用户停电总次数与用户数之比表示；SAIDI指系统平均停电持续时间，即用户在一年中所遭受的平均停电持续时间，由用户停电时间总和与用户数之比表示；CAIDI指用户平均停电持续时间，即每个用户在一年中每次停电的平均持续时间，由用户停电时间总和与用户停电总次数之比表示；ASAI指平均供电可用率，即每个用户在一年中用电需求得到满足的时间百分比，由实际供电总时户数与要求供电总时户数之比表示；AENS指系统平均缺供电量，即由总缺电量与总用户数之比表示；I：根据步骤H计算的结果，依据ASAI的值越大，可靠性越高；SAIFI、SAIDI、CAIDI和AENS的值越小，可靠性越高，从而评估配电网系统的可靠性。