一种基于分块和层级结构的配电系统可靠性评估方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于分块和层级结构的配电系统可靠性评估方法，该方法包括以下步骤：根据配电系统建立可达矩阵；根据所述可达矩阵划分手动块和自动块；根据所述手动块和所述自动块构建手动块层级结构和自动块层级结构；根据所述手动块层级结构和自动块层级结构进行可靠性分析。该方法依据分块思想重构了系统的基本分析单元，依据最小路思想避免了故障模式后果表的建立，依据层级结构避免了相同路径可靠性的重复计算，获得了较高的分析效率，解决了配电网可靠性分析计算量大，速度慢，准确率不高的问题。
【专利说明】一种基于分块和层级结构的配电系统可靠性评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种配电系统可靠性评估领域的方法，具体讲涉及一种基于分块和层级结构的配电系统可靠性评估方法。
【背景技术】
[0002]电力系统可靠性评估开始于上世纪六十年代末。最初，其主要着眼于发输电系统，原因在于发输电设备配置相对集中、一次性投资大、建设周期长，设备故障或停运会给社会及环境带来严重而广泛的负面效应。然而实际上，对用户供电性能影响最大的是作为电力系统向用户供电终端环节的配电系统，因为相关调查表明约80%的用户停电事件都是由配电系统的故障造成的。配电系统可靠性研究对于提高系统供电性能、响应用户用电需求具有重要意义，因而越来越受供电公司及相关科研人员的关注。在工业发达国家，可靠性评估甚至已成为配电系统规划决策中一项常规性工作。
[0003]国内对配电系统可靠性的研究始于上世纪80年代初期。常用的配电系统可靠性是故障模式后果分析法(FMEA)，该方法利用元件(线路、断路器、隔离开关、变压器)可靠性数据，建立故障模式后果表，分析每个故障事件及其后果，然后综合形成可靠性指标[9]。FMEA具有穷举性质，能可靠解得可靠性指标(包括负荷点、馈线和系统可靠性指标)，但当系统结构复杂时，由于待分析元件较多，该方法将变得十分复杂。一些学者提出采用分块思想改进FMEA，因为分块内的各元件故障对负荷点及系统可靠性的影响效果相同，以块为基本单元枚举故障可有效提高分析效率。以块为单位枚举一故障后，故障模式后果表即记录所有负荷点的受影响情况。然而由于大量开关设备的存在，配电系统故障的影响范围有限，许多负荷的供电并不会受影响，以至于在枚举故障后分析所有负荷点受影响程度的作法包含了大量的冗余计算。
[0004]现有技术中，基于最小路(或称为最小连集)的可靠性评估算法对每一个负荷点求取到电源点的最小路，并将非最小路上的元件折算到最小路上，以直接获取各负荷点的可靠性指标。最小路法不需要建立故障模式后果表。但不同负荷点的最小路往往存在重叠部分，对每个负荷点都重新形成最小路将造成某些元件可靠性的重复计算，降低分析效率。
[0005]现有技术中定量评估系统可靠性的方法主要分为三类:解析、模拟法和利用模糊数学进行分析的方法。模拟法和利用模糊数学多用于定性分析，计算速度快但不够准确。解析法中的基于故障模式的后果分析法是目前配电网可靠性分析的最主要方法，分析结果虽然较准确但存在只适用于辐射配网，且计算量大时计算速度慢的缺点。
【发明内容】
[0006]为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于分块和层级结构的配电系统可靠性评估方法，该方法依据分块思想重构了系统的基本分析单元，依据最小路思想避免了故障模式后果表的建立，依据层级结构避免了相同路径可靠性的重复计算，获得了较高的分析效率，解决了配电网可靠性分析计算量大，速度慢，准确率不高的问题。[0007]实现上述目的所采用的解决方案为:
[0008]—种基于分块和层级结构的配电系统可靠性评估方法，其改进之处在于:所述方法包括以下步骤:
[0009]1、根据配电系统建立可达矩阵；
[0010]I1、根据所述可达矩阵划分手动块和自动块；
[0011]II1、根据所述手动块和所述自动块构建手动块层级结构和自动块层级结构；
[0012]IV、根据所述手动块层级结构和自动块层级结构进行可靠性分析。
[0013]进一步的，所述步骤I中，根据配电系统建立与所述配电系统对应的节点关联矩阵，所述可达矩阵为所述节点关联矩阵的幂函数，通过幂指数表征指定电气距离的连通性。
[0014]进一步的，所述步骤II中划分手动块包括以下步骤:
[0015]S201、搜索初始化:设置Si表示依据可达矩阵查找到的第i个开关设备，Ki表示第
i个形成的块，Eij表征Si的j度节点对应支路的集合，sum表示已形成的块所包含的所有元素的总数；搜索开始，i = j = I ;令新块计数器temp = O ;开始搜索；
[0016]S202、判断所述依据可达矩阵查找到的第i个开关设备Si的j度节点对应支路的集合Eu中是否存在开关设备 ；存在进入步骤S203，否则进入S204 ；
[0017]S203、形成新块Ki+1,令temp = temp+1 ;每搜寻获得一开关设备,确定一新的块；
[0018]SZCMjfEij 中不属于 K1.....Ki+1.....Ki+temp 的元素归并到 Ki ；
[0019]S205、确定已形成的块所包含的所有元素的总数sum ;若sum = 11,则跳转至步骤S207，否则转至步骤S206 ；
[0020]S206、判断是否计算到最高阶可达矩阵；若j > 3,令i = i+1, temp = O, j = I,回到步骤S202 ;否则，令j = j+1,回到步骤S202 ；
[0021]S207、结束手动块划分过程。
[0022]进一步的，所述步骤II中，所述自动块以自动开关为分割点，所述手动块以所有开关设备为分割点，采用手动块划分方法划分出系统的自动块。
[0023]进一步的，所述步骤III中，根据所述手动块构建手动块层级结构，包括以下步骤:
[0024]S301、搜索初始化:以根节点为第O层，Li表示第i层包含的块，Ti表示Li内元素的数量，tot表示已确定的层级所含块的总数；
[0025]S302、块划分后根据配电系统建立与所述配电系统对应的块关联矩阵，将所述块关联矩阵中块Li中元素所在行非零元素对应的块归并到集合Gi ；
[0026]S303、确定Gi中不属于Lh的元素为下一层级的块；
[0027]S304、计算确定的层级所含块的总数tot ;若tot等于手动块的总数，转至步骤S305 ;否则令i = i+Ι，转至步骤S302 ；
[0028]S305、结束手动块层级结构的构建。
[0029]进一步的，所述步骤III中，采用所述手动块构建手动块层级结构的方法构建所述自动块层级结构。
[0030]进一步的，所述步骤IV包括以下步骤:
[0031 ] S401、取Lj中的块Kji，将同一层级的块按被选取的先后顺序依次编号为Kjl、Kj2>…、Km ;搜索开始有j = I, i = I ;[0032]S402、确定根节点至块Kji的等效故障率和等效故障持续时间；
[0033]S403、如式(I)确定Kj(i+1)相连的所有负荷节点的故障持续时间YYs;
[0034]
【权利要求】
1.一种基于分块和层级结构的配电系统可靠性评估方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 1.根据配电系统建立可达矩阵； I1、根据所述可达矩阵划分手动块和自动块； II1、根据所述手动块和所述自动块构建手动块层级结构和自动块层级结构； IV、根据所述手动块层级结构和自动块层级结构进行可靠性分析。
2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于:所述步骤I中，根据配电系统建立与所述配电系统对应的节点关联矩阵，所述可达矩阵为所述节点关联矩阵的幂函数，通过幂指数表征指定电气距离的连通性。
3.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于:所述步骤II中划分手动块包括以下步骤: 5201、搜索初始化:设置Si表示依据可达矩阵查找到的第i个开关设备，Ki表示第i个形成的块，Eij表征Si的j度节点对应支路的集合，sum表示已形成的块所包含的所有元素的总数；搜索开始，i = j = I ;令新块计数器temp = O ;开始搜索； 5202、判断所述依据可达矩阵查找到的第i个开关设备Si的j度节点对应支路的集合Eij中是否存在开关设备；存在进入步骤S203，否则进入S204 ； 5203、形成新块Ki+1,令temp= temp+1 ;每搜寻获得一开关设备,确定一新的块； 5204、将Eij中不属于K1.....Ki+1.....Ki+temp的元素归并到Ki ； 5205、确定已形成的块所包含的所有元素的总数sum;若sum= 11，则跳转至步骤S207，否则转至步骤S206 ； 5206、判断是否计算到最高阶可达矩阵；若j> 3,令i = i+1, temp = O, j = I,回到步骤S202 ;否则，令j = j+1，回到步骤S202 ； 5207、结束手动块划分过程。
4.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于:所述步骤II中，所述自动块以自动开关为分割点，所述手动块以所有开关设备为分割点，采用手动块划分方法划分出系统的自动块。
5.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于:所述步骤III中，根据所述手动块构建手动块层级结构，包括以下步骤: 5301、搜索初始化:以根节点为第O层，Li表示第i层包含的块，Ti表示Li内元素的数量，tot表示已确定的层级所含块的总数； 5302、块划分后根据配电系统建立与所述配电系统对应的块关联矩阵，将所述块关联矩阵中块Li中元素所在行非零元素对应的块归并到集合Gi ； 5303、确定Gi中不属于Lp1的兀素为下一层级的块； 5304、计算确定的层级所含块的总数tot;若tot等于手动块的总数，转至步骤S305 ；否则令i = i+Ι，转至步骤S302 ； 5305、结束手动块层级结构的构建。
6.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于:所述步骤III中，采用所述手动块构建手动块层级结构的方法构建所述自动块层级结构。
7.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于:所述步骤IV包括以下步骤:S401、取Lj中的块Kji,将同一层级的块按被选取的先后顺序依次编号为KjPKj2>…、KjTi ;搜索开始有j = 1，i = I ; S402、确定根节点至块Kji的等效故障率和等效故障持续时间； S403、如式(I)确定Kj(i+1)相连的所有负荷节点的故障持续时间YYs ；
8.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于:所述手动块为不包含开关设备，但与块内边界元件相连的块外元件全是开关设备的元件集合； 所述手动块内的每个元件与同一块内至少一个元件相连，使所述手动块内具有连通性。
9.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于:所述自动块为包含手动开关，且与所述自动块内边界元件相连的块外元件全是自动开关或联络开关的元件集合。
【文档编号】G06Q50/06GK103824234SQ201410100453
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】李蕊, 徐浩, 马康, 吕志鹏, 刘海涛, 王鹏 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司南京供电公司, 华中科技大学