基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法
【专利摘要】本发明公开了属于电力系统可靠性分析技术领域的一种基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法。该分析方法包括将智能变电站主接线系统转化为不确定随机系统逻辑图，计算系统的最小路集；根据可靠性判据得到该不确定随机系统结构函数；计算不确定随机系统的可靠度。算例分析表明，本发明在智能变电站新型设备可靠性指标统计缺乏时，仍能给出贴近实际的智能变电站可靠性描述，适宜于实际工程应用。
【专利说明】
基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统可靠性分析技术领域。特别涉及一种基于不确定随机系统的 智能变电站主接线可靠性分析方法。
【背景技术】
[0002] 智能变电站是一项系统工程，是对现有智能变电站的继承与突破。智能变电站集 中体现了创新的设计理念、设备技术和建设模式，强调在先进的设计理念的指导下，解放工 程设计人员的思想，实现由传统分专业设计向整体集成设计模式的转变，通过顶层设计，确 定近期、远期概念，引导未来变电技术、设备制造的发展方向。
[0003] 按照顶层设计围绕变电站整体效果最优的目标的理念，近期已有很多新型设备应 用到智能变电站设计中。在智能变电站电气主接线优化的环节中，针对优化设计对设备的 要求，多种新型智能一次设备如智能变压器、智能GIS、隔离式断路器等已应用于变电站设 计。但在研究含新型设备的智能变电站主接线可靠性时，由于新型设备的可靠性指标统计 的缺乏，对于新型设备的可靠性指标，均采用近似等于替代传统设备中可靠性水平较高的 指标来代表设备性能提高的趋势，显然，这种处理方法具有经验性，不能客观描述新型设备 对智能变电站主接线设计可靠性的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提出一种基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析 方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0005]步骤A:将智能变电站主接线系统转化为不确定随机系统逻辑图，计算系统的最小 路集；
[0006] 步骤B:进行可靠性判据，得到该不确定随机系统结构函数；
[0007] 步骤C:计算不确定随机系统的可靠度。
[0008] 所述步骤A是将电气主接线图转化为不确定随机系统逻辑框图，以断路器为边界 对主接线中的传统元件(如传统断路器、隔离开关、母线、传统变压器等)和新设备(如隔离 式断路器(DCB)，智能变压器等)分别进行模块划分;将模块内所有元件看作串联关系，得到 用于可靠性计算的逻辑框图；其中，传统元件作为随机变量，新设备作为不确定变量，串联 关系不能简单计算，因此不能划分在同一个模块里;设系统里有m个传统元件和n个新设备， 传统元件作为逻辑框图的随机变量元素 ru，nfnm，可靠度为设新设备作为逻辑 框图的不确定元素|1，|2 - 1，可靠度为131，132 - 1^;其中传统元件包括传统断路器、隔离开 关、母线和传统变压器;新设备包括隔离式断路器(DCB)和智能变压器。
[0009] 所述步骤B中的不确定随机系统结构函数f由步骤A中的最小路集以并联关系表 述：
[0010 ] /:(n. ? ?4，4 ? ? ? C =乃 V 巧 ? ? V 巧
[0011]其中，k=l，2-_l，有巧=A(%) A A(§)，即第k条最小路中所有元素的逻辑 交，包括随机元素的交八(叹）和不确定元素的交八(在）。
[0012] 所述步骤C的系统可靠度计算方法，由不确定随机系统可靠度计算公式给出： / m \
[0013] RstiabiMty^ ^ ?ZCw"，L) (V H )
[0014] 其中： sup tnin^iz,) if sup min (z/)<0,5
[0015] Z{}\,yi---,ym) = \ An+.mf、 丨一 sup mmqlz,) if sup min u ( ~ ) > 0.5 C〇〇16] m -f % 如果Y1 /-、 u，(z」= li-為' 如果~=〇 Q = u...4 m
[0017]其中，对于所有(71，7^?)￡{〇，1}的状态下，〇/(.〇',_)为该状态下随机系统发生 /-I 的概率，即该状态下每一个随机元素71概率yi(yi)的累乘;Z( yi，y2…，ym)为该状态下，使得 系统可靠 f (yf，ym，Zf，Zn) = 1的不确定测度，即每一个不确定元素 Zj的不确定测度Ui (Zj)取最小值的上确界，若此不确定测度大于0.5,则取1减去使系统不可靠 f(yi…，ym， zr"，zn)=0的不确定测度。
[0018]其计算步骤包括：
[0019] 步骤C1:首先剥离不确定元素 u2，…，U就随机元素 m，n2，…，nW所有状态进 m 行枚举，得到每一状态下发生的概率11外(.)',）； 忙1
[0020] 步骤C2:然后在随机系统这一状态发生的条件下，计算不确定系统的不确定可靠 度，即将随机元素 m，n2，…，nm用随机系统的某一状态的〇或1代替，再按照不确定测度的运 算规则和结构函数f将不确定元素 U2,…，L进行计算，求得当前状态的系统可靠的不确 定测度Z(yi，y2…，ym);
[0021] 步骤C3:最后累加所有状态下的随机系统发生的概率与其当前状态下系统可靠的 不确定测度的乘积，得到不确定随机系统的可靠度。
[0022] 本发明有益效果是将智能变电站主接线视作不确定随机系统，并对其进行可靠性 分析，以达到在设备可靠性指标统计缺乏时，仍能给出贴近实际、包含不确定信息的可靠性 描述的目的。至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。
【附图说明】
[0023] 图1为智能变电站主接线可靠性分析方法流程图。
[0024] 图2为算例不确定随机系统逻辑框图。
[0025] 图3为典型设计方案主接线形式示意图。
[0026]图4为一种含DCB的双母线接线示意图。
[0027]图5为另一种含DCB的双母线接线示意图。
【具体实施方式】
[0028] 本发明提出一种基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法，下面 结合附图和实施例详细描述本发明。
[0029] 如图1所示，基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法包括下列 步骤：
[0030] 步骤A:将智能变电站主接线系统转化为不确定随机系统逻辑图，计算系统的最小 路集；
[0031 ]最小路集的形成与传统变电站主接线可靠性分析方法相同，不再赘述。具体地，如 图2所示，给出一个不确定随机系统逻辑图算例，其中包含可靠度为ai，a2的随机元素 和可靠度为bi，b 2的不确定元素 m，叱。
[0032]若此系统可靠的判据是保证入口到出口的通路，可以得到表1所示的最小路集： [0033]步骤B:根据可靠性判据得到该不确定随机系统结构函数。
[0034]由最小路集可以将系统拓扑串并联关系描述为系统结构函数f:
[0035] / (会石,％，"2 )=(在 A A ) V (在 A "2 ) V (q A A ) V 汍八 ％ ):
[0036]表1最小路集
[0038]如图2所示并联，U，n2并联，然后再进行串联，也就是说要使系统可靠，只需 保证中有一个可靠，和U，n2中一个可靠即可，由此排列组合，得到4组路集，进而形成 结构函数。
[0039]步骤C:计算不确定随机系统的可靠度。 Reliabilitv = + Pr{ci=l,c1=0}-Z(l,0) +Pr|c>0,c,^l}-Z(0,l)
[0040] +Pr{g, -0,c, -0}-2(0,0) :"丨"2-Z(lJ) + a丨 〇-…）-Z〇,〇) + (卜"Ja: -ZO(IJ)十 (l-V)(卜":）_Z(U)
[0041 ] 其中 Z( 1.1) = f/V/ | (1 八 1) V (1 A ) V ("丨八 1) V A "，）= 1)
[0042] V： 7 ' =叫1 八l = lj=l Z (1,0) = Vvl {(1 A 0) V (1 A }]2 ) V (/；, A 0) V (；；, A !]-, ) = i) =W 丨"]=1} = /)] Z (0,1 ) = i'W i (0 八 1) V (0 八）V (" A 1) V (" A = 1 i Z (0,0)二勢{(0 八())v (0 八K' 八⑴ v 八=1}
[0045] V ^ ^ =:iW. I"丨八=1| =/)丨八/)2
[0046] 因此该主接线系统的可靠度可以表示为：
[0047] Reliability = aia2+ai( l_a2)b2+( l-ai)a2bi+( l_ai) (l_a2) (biAb2)
[0048]为更好地理解本发明以及了解本发明相对现有技术的优点，下面结合具体实施例 进行进一步的阐释。
[0049] 以《国家电网公司220kV变电站典型设计技术导则》典型设计方案220-A-1中220kV 侧为例，对考虑建设智能变电站采用新设备隔离式断路器(DCB)后，220kV侧主接线的可靠 性计算。220-A-1方案220kV侧为双母线接线为主，变压器容量2 X 120MVA，双母线接线，出线 4回。对于应用DCB对智能变电站主接线进行优化设计时，主要考虑典型设计方案采用DCB 后，可靠性的对比以及在保证可靠性的前提下，是否能由原来的双母线接线简化为单母线 分段接线，如图3,图4,图5所示，其中图3为使用传统断路器(CB)和隔离开关(DS)的典型接 线形式，图4和图5为使用新设备隔离式断路器(DCB)的智能变电站主接线形式。
[0050] 其中220kV侧采用DCB的双母线接线形式的主接线，取消线路侧及变压器侧隔离开 关，保留母线侧隔离开关;而采用DCB的单母线分段接线形式的主接线则取消所有隔离开关 配置。
[0051] 计算主接线的各元件数据由下表给出，其中变压器，母线，隔离开关，断路器参考 设备运行的历史统计数据。而DCB是新设备，对于DCB的研究虽然已经进行了一段时间，但由 于缺乏大量的实际运行经验，国内尚无 DCB可靠性水平的历史统计数据。由隔离式断路器的 设备技术可认为，DCB设备可靠性较高，接近于GIS设备的可靠性水平，维护周期与现有断路 器相当，在统计数据缺乏的情况下，将DBC看做主接线系统中的不确定元素，服从介于GIS设 备和断路器可靠性指标的线性分布。
[0052]对采用常规设备的双母线接线和采用隔离式断路器的双母线和单母线分段两种 接线形式，均采用保证所有出线持续供电的可靠性判据，以此进行可靠性计算，结果如表3 所示。为清楚比较可靠性指标，取各接线方式计算结果的期望制成表4。
[0057]表4可靠性计算结果(期望表示）
[0058]
[0059] 从表4中可以看出，电气主接线的可靠性指标是在一定置信度下用区间给出，部分 指标由不确定期望值给出。
[0060] 可以看出，含DCB的双母线接线（如图4所示)和含DCB的单母线分段接线（如图5所 示）的可用率分布在(0.998508，0.999239)和(0.998432，0.999169)两个区间内的可能性大 小为1.0,也就是说可以相信含DCB的双母线接线和含DCB的单母线分段接线的主接线系统 可用率相较于典型接线的可用率高，采用DCB设备使可靠性有明显提升。
[0061] 采用含DCB的双母线接线的停电次数，故障频率采用不确定期望的形式表示，与典 型接线的停电次数，故障频率相比，下降了接近14%;修复率和平均持续供电时间分别提高 了45%和16%，供电可靠性提高显著。
[0062] 采用含DCB的单母线分段接线的停电次数、故障频率和平均持续供电时间期望与 典型接线相比相差不到3%，修复率提高近1倍，在置信度为0.44的情况下，甚至可以认为含 DCB的单母线分段接线的可靠性优于典型接线。因此可以认为采用含DCB的单母线分段的接 线形式基本可以满足变电站220kV侧可靠性，而可以考虑采用含DCB的单母线分段的接线形 式来简化智能变电站主接线设计以达到减少设备数目，减少占地面积的经济性要求。
[0063] 由上实施例所述，本发明提出的基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性 分析方法，在智能变电站新型设备可靠性指标统计缺乏时，仍能给出贴近实际的智能变电 站可靠性描述，适宜于实际工程应用。
【主权项】
1. 一种基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法，其特征在于，包括 如下步骤： 步骤A:将智能变电站主接线系统转化为不确定随机系统逻辑图，计算系统的最小路 集； 步骤B:进行可靠性判据，得到该不确定随机系统结构函数； 步骤C:计算不确定随机系统的可靠度。2. 根据权利要求1所述基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法，其 特征在于，所述步骤A是将电气主接线图转化为不确定随机系统逻辑框图，W断路器为边界 对主接线中的传统元件和新设备分别进行模块划分;将模块内所有元件看作串联关系，得 到用于可靠性计算的逻辑框图；其中，传统元件作为随机变量，新设备作为不确定变量，串 联关系不能简单计算，因此不能划分在同一个模块里;设系统里有m个传统元件和n个新设 备，传统兀件作为逻辑框图的随机变量兀素ni,也' ? 'nm，可靠度为ai ,曰2' ? 'am;设新设备作为逻 辑框图的不确定元素|1，|2-，|。，可靠度为61，62-，山;其中，传统元件包括传统断路器、隔离 开关、母线和传统变压器等;新设备包括隔离式断路器(DCB)和智能变压器。3. 根据权利要求1所述基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法，其 特征在于，所述步骤B中，若不确定随机系统含有m个随机元素和n个不确定元素，形成1个最 小路Pi, P2…，Pi,结构函数f由步骤A中的最小路集W并联关系表述如下， f (化，化-'％点点???ln)=PlVP2'-'VPl 其中，k=l，2-l，有Pk=[八（ru)]八[A(Ci)L即第k条最小路中所有元素的逻辑交，包 括随机元素的交[A (ru)巧日不确定元素的交[AUi)];所述步骤CfA 山符七。+- A 了山； 其中： 巧 其中，对于所有(71，72-^")￡{〇，1}的状态下，11片〇|,)为该状态下随机系统发生的概 率，即该状态下每一个随机元素yi概率m(yi)的累乘;Z(yi，y2…，ym)为该状态下，使得系统 可靠f(yr''，ym，zr''，Zn) = I的不确定测度，即每一个不确定元素Zj的不确定测度Ui(Zj)取 最小值的上确界，若此不确定测度大于0.5,则取1减去使系统不可靠f(yi…，ym，Zl…，Zn) = 0的不确定测度。4.根据权利要求3所述基于不确定随机系统的智能变电站主接线可靠性分析方法，其 特征在于，所述不确定随机系统的可靠度计算包括如下步骤： 步骤Cl :首先剥离不确定元素Cl，C2，…，In,就随机元素m，，…，rim的所有状态进行枚 m 举，得到每一状态下发生的概率11片（>',）； H 步骤C2:然后在随机系统运一状态发生的条件下，计算不确定系统的不确定可靠度，即 将随机元素化，也，…，rim用随机系统的某一状态的0或1代替，再按照不确定测度的运算规则 和结构函数f将不确定元素Cl，C2，…，Cn进行计算，求得当前状态的系统可靠的不确定测度Z (yi，y2...，ym); 步骤C3:最后累加所有状态下的随机系统发生的概率与其当前状态下系统可靠的不确 定测度的乘积，得到不确定随机系统的可靠度。
【文档编号】G06Q10/06GK105913336SQ201610237559
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】陈艳波, 张籍, 谢瀚阳, 苏晨, 刘洋
【申请人】华北电力大学, 国网湖北省电力公司经济技术研究院