[发明专利]一种电力系统可靠性评估方法

摘要

本发明公开一种电力系统可靠性评估方法，涉及电力系统可靠性评估技术领域。利用开关设备将电力系统分为若干区域，将每个区域等效为一个节点，将开关设备视作支路；利用搜索算法建立传统的最小路集；将与最小路直接相连或通过隔离开关相连的元件也纳入最小路中，并称为改进的最小路；将改进的最小路集用最小路矩阵描述；根据最小路矩阵进行列运算求出系统的1阶、2阶割集，1阶割集必为1阶最小割集，再对2阶割集进行处理可得到2阶最小割集。由1阶最小割集进行搜索可得断路器拒动的故障模式。所得到的故障模式包含了故障元件的恢复信息，故可简化系统的可靠性评估。

主权项

1.一种电力系统可靠性评估方法，包括如下步骤：步骤一、电力系统的区域划分根据电力系统以开关设备进行拓扑结构变换的特点，将电力系统划分为各自独立的区域；区域由线路和变压器组成且其内部不含开关设备；将每个区域等效为一个节点，并用Z表示，将开关设备视作支路，并用S表示；所述的区域或节点、开关设备或支路统称为元件，且定义包含电源的节点为电源节点，包含负荷的节点为负荷节点；计算每个区域的可靠性参数；并标记电源节点和负荷节点；步骤二、输入电力系统的拓扑结构信息根据电力系统的实际连接关系建立节点连接关系表，该表描述了各个开关设备的名称、类型、状态和所连接的节点；步骤三、建立电力系统的联络矩阵根据节点连接关系表建立电力系统的联络矩阵Φ；在联络矩阵Φ中，若两节点间存在支路S，则将联络矩阵Φ的对应元素赋值为该支路的编号；否则，赋值为0；步骤四、传统最小路矩阵的建立从负荷节点出发，利用搜索算法向电源节点进行搜索，直至遇到所有电源节点为止；搜索路径中的元件组成了该负荷节点的最小路集，并可用最小路矩阵Λ描述；步骤五、改进最小路矩阵的建立按元件与最小路的关系定义元件的故障模式：故障模式4表示元件位于最小路中，3表示元件与最小路直接相连，2表示元件与最小路经隔离开关相连，1表示通过闭合常开断路器即可恢复负荷节点的供电；将步骤四得到的最小路矩阵乘以4；对传统最小路矩阵中元素值等于4的任一节点，由联络矩阵Φ可得到连接到该节点的所有开关设备，检查开关设备在最小路矩阵中的元素值是否为4；若不为4，则在最小路中将该开关设备的相应元素值标记为3，并按如下方式进行判断、处理：1)若该开关设备为断路器，则停止搜索；再判定该开关设备是否为抽出式断路器；若是，将其故障模式修改为2；2)若该开关设备为常开隔离开关，则停止搜索；若为常闭隔离开关，继续搜索，直到遇到断路器或常开隔离开关为止；对搜索到的开关设备按如下方式进行处理：将开关设备在最小路矩阵中的既有数值和2进行取大运算，并将运算结果赋值给最小路矩阵中的相应元素；由上述方法所建立的最小路矩阵称为改进的最小路矩阵，记为Λ'；将矩阵Λ'中常开隔离开关对应元素为4的行取出并组合为矩阵Ω，将常开断路器对应元素为4的行取出并组合为矩阵Ψ，其余的行组合为矩阵Γ；步骤六、获得系统的1阶最小割集定义向量η用于标识无需参与割集分析的元件；若某元件在向量η中的元素为1，表示该元件无需参与割集分析；可靠性分析中认为不会发生故障的元件称为理想元件；将理想元件在向量η中的对应元素赋值为1；若向量η的第j个元素为0，则求出矩阵Γ第j列的最小值，并记为Γ_jmin；若Γ_jmin为0，则元件j不为1阶割集；否则，元件j必为1阶割集，其故障类型即为Γ_jmin；通过以上过程得到系统的1阶割集；1阶割集必为1阶最小割集；矩阵Γ中若某列元素均相同，则将向量η中的对应元素赋值为1，该元素所对应的元件不参与2阶割集的分析；步骤七、获得系统的2阶最小割集对向量η中元素均为0的两个元件，将其在矩阵Γ中与之对应的两个列向量组合为矩阵P，先求出矩阵P每行的最大值并组成一个列向量，再求出该列向量的最小值；若该最小值不为零，则这两列对应的元件为2阶割集；再对2阶割集进行判定和处理，其方法是：由试探法确定该2阶割集的故障模式；依次判定2阶割集中两个元件是否为1阶最小割集；若两个元件均不是1阶最小割集，则该2阶割集必为2阶最小割集；否则，按表1所示方法对该2阶割集中本身为1阶割集的元件修改其故障模式；修改后，若该2阶割集中任一个元件的故障模式为0，则该2阶割集不为最小割集，并将其删除；留下的2阶割集必为2阶最小割集；表1 2阶割集中的元件为1阶最小割集时的处理方法步骤八、根据含常开开关的最小路集修改最小割集的故障模式若矩阵Ψ不为0阶矩阵，则部分割集所对应的故障可通过闭合常开断路器来恢复负荷节点的供电；对于任一个最小割集，搜索与该最小割集最接近的所有断路器；当该最小割集故障时，这些断路器均将断开；若矩阵Ψ的某一行中，这些断路器的对应元素均为0，则闭合该行所对应的最小路集中的常开断路器即可恢复负荷节点的供电，故应将该最小割集的故障模式修改为1；若矩阵Ω不为0阶矩阵，则部分割集所对应的故障可通过倒闸作业来恢复负荷节点的供电；对于任一个最小割集，根据联络矩阵搜索与该最小割集最接近的所有开关设备；当该最小割集故障而进行维修时，这些开关设备均将断开；若矩阵Ω的某一行中，这些开关设备的对应元素均为0，则通过倒闸作业即可恢复负荷节点的供电，故应将该最小割集的故障模式修改为2；步骤九、断路器拒动的故障模式分析1阶最小割集中的元件是否为断路器；若是，则从该断路器开始搜索其周围的元件，直到遇到断路器或常开隔离开关为止；对搜索到的每一个元件进行判断，若其不为理想元件和1阶最小割集，则当其发生活动性故障且本身为1阶最小割集的断路器拒动时，可造成负荷节点停电，而停电时间等于故障元件的隔离时间；由此可得到所有的断路器拒动的故障模式；步骤十、系统可靠性的计算对每一个由上述方式确定的最小割集，由其故障模式可确定最小割集中元件的恢复时间，并计算其对负荷节点的停电频率、年停电时间等可靠性指标的贡献；故障模式为3和4的元件的活动性故障和非活动性故障均将导致负荷节点停电，且维修完成才能恢复负荷节点的供电；故障模式为2的元件经倒闸作业隔离后即可恢复负荷节点的供电；故障模式为1的元件经闭合常开断路器即可恢复负荷节点的供电；将所有最小割集引起的负荷节点的停电频率、年停电时间等指标相加，得其总停电频率和总年停电时间，再结合负荷节点的相关数据计算得到用户平均停电频率标、用户平均停电持续时间等可靠性指标。