[发明专利]基于传输节点容量模型的多电压等级电网可靠性评估方法

摘要

一种基于传输节点容量模型的多电压等级电网可靠性评估方法，确定不同电压等级电网的边界传输节点，确定电网及边界传输节点的容量模型，即电网及边界传输节点的最大负荷能力模型，亦即电网及边界传输节点最大负荷能力的概率及频率分布特性，将电网及边界传输节点的最大负荷能力模型与相应的电网及边界传输节点的负荷模型相结合，实现对电网及其边界传输节点可靠性的评估，在配电网可靠性分析中计及上级输电网及其边界传输节点的容量模型，实现统筹多电压等级电网的可靠性分析计算。本发明不仅实现统筹多电压等级系统的可靠性分析计算，而且能直观反映相应电网（系统）的有效（可用）传输容量（负荷能力）及其相关特性，提高电力系统可靠性分析技术水平。

主权项

一种基于传输节点容量模型的多电压等级电网可靠性评估方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、确定不同电压等级电网的边界传输节点；所述的边界传输节点是指输电网或配电网中某一区域或者设备，在这一区域或设备上，一个或多个电网用户或者下一级电压等级电网从服务提供者那里获得输电服务，通过边界传输节点，相应电压等级的输电网或者配电网将能量传输给下级电压等级的输电网或配电网，或者通过这些边界传输节点使零售用户与输配电网相连；步骤S2、确定电网及边界传输节点的容量模型，即电网及边界传输节点的最大负荷能力模型；步骤S3、将电网及边界传输节点的最大负荷能力模型与相应的电网及边界传输节点的负荷模型相结合，实现对电网及其边界传输节点可靠性的评估；步骤S4、在配电网可靠性分析中计及上级输电网及其边界传输节点的容量模型，实现统筹多电压等级电网的可靠性分析计算；所述的步骤S2中，计算电网及边界传输节点的容量模型包含以下步骤：步骤S2.1、计算单一电网状态下电网及边界传输节点的最大负荷能力；步骤S2.2、将电网状态及特定条件下电网及边界传输节点的最大负荷能力与电网状态发生的概率及相关的频率参数相结合计算电网及边界传输节点最大负荷能力的概率及频率分布，即电网及边界传输节点的最大负荷能力模型，并以其近似作为相应电网及其边界传输节点的容量模型；步骤S2.1和步骤S2.2中所述的电网包含了经相应边界传输节点界面向下级系统传输功率的所有上级电网；所述的步骤S2.2包含以下步骤：步骤S2.2.1、计算基于特定条件下最大负荷能力计算的电网及边界传输节点容量模型的近似表达；根据电网及边界传输节点容量模型的定义，电网状态x下，基于特定条件下最大负荷能力计算的电网及边界传输节点容量模型的近似表达如下：Fx_S(PD1,PD2,...,PDk)=PDi≤αiSML(x)PDi≥0,i∈NDP(Fx_S)=P(x),F(Fx_S)=F(x)---(8)]]>Fx_D(PD1,PD2,...,PDk)=PDi≤DMLi(x)PDi≥0,i∈NDP(Fx_D)=P(x),F(Fx_D)=F(x)---(9)]]>式中，αi为边界传输节点i的负荷分布系数；SML(x)为电网状态x及特定条件下电网的最大负荷能力；DMLi(x)为电网状态x及特定条件下边界传输节点i的最大负荷能力；ND为电网的边界传输节点集合；步骤S2.2.2、计算电网或边界传输节点的最大负荷能力的概率分布；经状态整合，可得电网或边界传输节点最大负荷能力的概率分布PDML如下式所示：Xm＝{x|SML(x)＝m或DML(x)＝m}  (10)式中，X为电网的状态空间；P(x)为电网状态x发生的概率，一种具体化的表示如下式所示：P(x)=Πw∈W(x)PwΠh∈H(x)(1-Ph)P(Φ)=0---(11)]]>式中，在电网状态x下：H(x)为电网中所有正常设备的集合；W(x)为电网中所有故障设备的集合；Pw、Ph分别为第w台和第h台设备的故障停运概率或检修停运概率；Φ为空集；步骤S2.2.3、计算电网或边界传输节点的最大负荷能力的频率分布；经状态整合，电网或边界传输节点最大负荷能力的频率分布FDML如下式所示：Xm＝{x|SML(x)＝m或DML(x)＝m}(12)式中，λxy为电网状态x到状态y的转移率；适用于累计分析的电网及其边界传输节点最大负荷能力的频率分布FDMLC如下式所示：Xm＝{x|SML(x)或DML(x)＝m}(13)式中，signS(D)(λxy)如下式所示：所述的步骤S3包含以下步骤：步骤S3.1、计算电网及边界传输节点最大供电裕度概率及频率分布；电网及边界传输节点最大负荷能力与相应负荷的差值称为电网及边界传输节点最大供电裕度MM；电网及边界传输节点最大供电裕度概率及频率分布如式(15)～(17)所示：PDMMS(D)(m)=PDMLS(D)(m)⊗PLS(LD)(-m)---(15)]]>FDMMS(D)(m)=FDMLS(D)(m)⊗PLS(LD)(-m)---(16)]]>FDMMCS(D)(m)=FDMLCS(D)(m)⊗PLS(LD)(-m)---(17)]]>式中，PLS(LD)为电网或边界传输节点相应的负荷模型，即负荷概率分布；步骤S3.2、计算电网及边界传输节点的可靠性指标；将电网及边界传输节点最大供电裕度的概率及频率分布与相应的阈值及时间参数相结合即可求取电网及边界传输节点的可靠性指标，实现电网及其边界传输节点可靠性的评估分析；可靠性指标包含：电力不足期望值LOLE、电力不足频率LOLF、电力不足持续时间LOLD、电量不足期望值EENS及停电平均容量ALC，分析计算模型如式(18)～(22)所示：LOLES(D)=8760Σm<RS(D)PDMMS(D)(m)---(18)]]>LOLFS(D)=Σm<RS(D)FDMMCS(D)(m)---(19)]]>LOLDS(D)=LOLES(D)LOLFS(D)---(20)]]>EENSS(D)=8760Σm<RS(D)(fS(D)(m)·PDMMS(D)(m))]]>或ALCS(D)=EENSS(D)LOLES(D)---(22)]]>式中，RS(D)为电网或边界传输节点的阈值，当最大供电裕度低于该阈值时，表示该电网或边界传输节点出现电力不足或停电；fS(D)为缺电容量函数，fS(D)(m)表示当电网或边界传输节点的最大供电裕度为m时，电网或边界传输节点负荷被削减fS(D)(m)；所述的步骤S4包含以下步骤：步骤S4.1、计算只计及大电网影响情况下的配电网各负荷点的可靠性指标；对于边界传输节点i所供配电子网，只计及边界传输节点i可靠性不计配电系统自身可靠性情况下该配电子网各负荷点z(z＝1,2,…,NC)的电力不足期望值LOLE、电力不足频率LOLF、电力不足持续时间LOLD、电量不足期望值EENS及停电平均容量ALC如式(23)～(26)所示：LOLEiz=8760Σm<RizPDMMi(m)---(23)]]>LOLFiz=Σm<RizFDMMCi(m)---(24)]]>EENSiz=8760Σm<Rizfz(m)·PDMMi(m)---(25)]]>ALCiz=EENSizLOLEiz---(26)]]>式中，Riz为一阈值，其取值与相应配电网自身具体的负荷削减策略有关，当边界传输节点i的最大供电裕度低于Riz时，负荷点z开始出现切负荷；fz为负荷点z的缺电容量函数，与该配电网子自身具体的负荷削减策略有关，fz(m)表示当边界传输节点i的最大供电裕度为m时，负荷点z的负荷被削减fz(m)；步骤S4.2、将上述可靠性指标以修正量的形式加入到配电系统负荷点可靠性指标中，得到计及大电网影响的配电网负荷点可靠性指标；计及大电网影响的配电系统负荷点可靠性指标包含负荷点故障率λ、负荷点平均停电持续时间U和负荷点每次停电平均持续时间r，其中λ和U各自的修正量分别对应负荷点的电力不足频率LOLF和电力不足期望值LOLE；定义配电系统负荷点的负荷全部停电表示该负荷点停电一次，则可得到计及边界传输节点i可靠性时，相应配电子网各负荷点的故障率λ、平均停电持续时间U，及每次停电平均持续时间r：λz=ALCizPzNLOLFiz+λDz---(32)]]>Uz=ALCizPzNLOLEiz+UDz---(33)]]>rz=Uzλz---(34)]]>式中，PzN为负荷点z的额定功率，可取为负荷点z的平均负荷；λDz为只计及配电系统自身设备故障时负荷点z的故障率；UDz为只计及配电系统自身设备故障时负荷点z的平均停电持续时间；步骤S4.3、计算配电系统用户供电可靠性指标；所述的配电系统用户供电可靠性指标包含：系统平均停电持续时间SAIDI、系统平均停电频率SAIFI、用户平均停电持续时间CAIDI、电网平均可用率ASAI和系统电量不足期望值ENSI，如下式所示：SAIDIi=Σz=1NCNzUzΣz=1NCNz---(35)]]>SAIFIi=Σz=1NCNzλzΣz=1NCNz---(36)]]>CAIDID=SAIDIDSAIFID---(37)]]>ASAID=8760Σz=1NCNz-Σz=1NCNzUz8760Σz=1NCNz---(38)]]>ENSIi=Σz=1NC(EENSiz+LpzUDz)---(39)]]>式中，NC为配电系统负荷节点数；Nz为配电系统负荷点z所带用户数；Lpz为负荷点z的平均负荷。