专利名称：一种用于配电网可靠性评估的状态标记法的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统及其自动化领域，具体讲涉及一种用于配电网可靠性评估的状态标记法。
背景技术：
电力系统可靠性评估方法可分为两大类，即分析方法和模拟方法。配电网的网络结构为辐射状，与输电网不同。因此，配电网的可靠性评估常用故障模式与后果分析法 (FMEA)，该方法属于分析方法。配电网可靠性评估方法取决于配电网故障后实际的动作时序，一般包括故障发生，保护动作，故障隔离，网络重构，故障修复，网络复原等几个步骤。其中，保护的动作取决于保护的配置；故障隔离取决于故障点的位置以及配网操作人员对故障点的判断；网络重构取决于优化目标和约束条件。保护动作可分为两类，保险丝保存方案和保险丝熔断方案。就保险丝保存方案而言，通过适当的保护配置，在故障发生后，断路开关在保险丝熔断之前就跳开，以避免保险丝的熔断。此后断路开关尝试重合闸，对于多数瞬时故障的情况，断路开关可成功重合闸， 以恢复对下游负荷供电。该方案的好处在于节省更换保险丝的成本，并且由于重合闸成功的可能性，该方案还可减少下游负荷断电时间。保险丝熔断方案则意味着最靠近故障点的上游保险丝熔断，该方案可有效阻隔故障向上游传导，但面临较高的保险丝更换成本。瞬时故障造成的保险丝熔断与下游负荷断电，也无法通过自动重合闸恢复供电。不同的保护配置方案决定了配网故障后动作的不同，以及相应拓扑的不同。配网故障后重构是在保证配电网络满足各种约束条件的前提下，通过网络重构将尽可能多的断电负荷转移到正常供电区域，同时实现重构操作时间最短和重构后网络运行的经济性。进行配电网故障后重构时，需要考虑以下问题1)将尽可能多的非故障停电区恢复供电；2)开关动作次数尽可能少，操作时间尽可能短(同时考虑手动开关与遥控开关在动作时间上的不同)；3)重构后的配电网络有功损耗最小；4)保持配电网络呈辐射状；5)确保母线电压和支路电流在允许范围内；6)当不能恢复全部非故障停电区负荷供电时，优先恢复重要负荷的供电；7)故障恢复算法的计算时间要尽可能的短、收敛可靠。因此，配网故障后重构是一个多目标、多约束、混合组合优化问题。通常情况下，可以通过离线分析建立知识库，即对应预想事故集里的每一条事故形成配网重构预案，以节省实时运行下的分析时间。不同的保护配置以及自动重构配置影响的是配网故障后的拓扑，进而影响到断电的范围、用户数以及断电持续时间。
发明内容
与现有技术相比，本发明针对现有技术不足，提供一种用于配电网可靠性评估的状态标记法，所述方法包括如下步骤1-1)初始化配网络的可靠性结果；1-2)判断馈线段是否出现故障；1-3)拓扑分析全网，对常开开关闭合前馈线段及其两端计算母线置标志A，更新可靠性结果；1-4)分断开关隔离故障后且闭合常开开关之前，对故障区段元件置标志C，对已恢复供电的元件置标志B，更新可靠性结果；1-5)拓扑分析和电源裕度分析全网，判断闭合常开开关闭合后各元件是否被供电，对电源通路、电源裕度供电的元件置标志D，更新可靠性结果；1-6)判断第i+Ι条馈线段是否出现故障，直至完成馈线段的故障判断；1-7)输出全网、各馈线段、各元件和负荷组对应的可靠性指标。进一步地，所述配电网包括发电装置、输电装置、变电装置、配电装置和用电装置。进一步地，在第1-3)步采用递归算法，包括如下步骤3-1)给断开开关闭合前受断电故障影响的故障馈线段i置标志A ；3-2)搜寻馈线段数据库，若发现馈线段j与馈线段i连接，且馈线段j无标志A， 则进入3-3)；遍历所有馈线段后，若未发现符合要求的馈线段，则返回上一层递归，结束标志 A；3-3)若馈线段i与馈线段j连接的母线无常开开关，则进入3-4)；否则，若馈线段i与馈线段j连接的母线有常开开关，继续搜寻下一条与馈线段i 连接的馈线段，返回3-2)；若已遍历所有馈线断，则返回上一层递归，结束标志A ；
3-4)给馈线段j置标志A ；3-5)标志A完成后，进入下一层递归，搜索与馈线段j连接的馈线段是否标志A。进一步地，在第1-4)步采用递归算法，具体步骤如下4-1)断开开关隔离后可恢复供电的馈线段区段，判断计算母线i是否处于故障区段，如果处于故障区段，则返回上一层递归，结束标志B ；如果不处于故障区段，进入4-2)；4-2)给计算母线i设定标志B ；4-3)判断计算母线i是否对应常开开关，若对应常开开关，则返回上一层递归，结束标志B ；若未对应常开开关，则进入4-4)；4-4)搜索馈线段数据库，若发现馈线段j以计算母线i为端点，且馈线段j没有标志B和C，则进入4-5)；若遍历馈线段数据库未发现符合上述条件的馈线段，则返回上一层递归，结束标志B ；
4-5)给馈线段j及其对应计算母线置标志B，进入下一层递归，搜索与计算母线j 连接的馈线段是否标志B。进一步地，在第1-4)步流程采用递归算法，具体步骤如下5-1)找到故障馈线段所属的区段χ ；5-2)找到属于区段χ的所有馈线段，将馈线段及馈线段两端计算母线置标志C。更近一步地，在第1-5)步采用递归算法，具体步骤如下6-1)判断计算母线i是否处于故障区段，如果处于故障区段，则返回上一层递归， 结束标志D ；如果不处于故障区段，进入6-2)；6-2)给计算母线i设定标志D ；6-3)搜索馈线段数据库，若发现馈线段j以计算母线i为端点，且馈线段j没有标志C和D，则进入6-4)；若遍历馈线段数据库未发现符合上述条件的馈线段，则返回上一层递归，结束标志D ； 6-4)给馈线段j，及其对应计算母线置标志D，进入下一层递归，搜索与计算母线j 连接的馈线段是否标志D。再进一步地，所述更新可靠性结果即为对配电网中数据及装置工作状态的实时更新。与现有技术相比，本发明用的有益效果在于本发明节省实时运行下配电网发生故障的分析时间；准确快速确定发生故障后每一元件、负荷的断电持续时间，进而累加其可靠性指标。
图1是本发明实施例的主流程图；图2是本发明实施例的标志A流程示意图；图3是本发明实施例的标志B流程示意图；图4是本发明实施例的标志D流程示意图；图5是本发明实施例的馈线段标注示意图；图6是本发明实施例的可靠性评估的拓扑分析与状态标记方法结果示意图。
具体实施例方式本发明“一种用于配电网可靠性评估的拓扑分析与状态标记法”考虑了故障后配网的一系列动作时序，包括故障隔离、配网重构、故障修复、网络拓扑复原，在每一步确定每一元件、负荷的状态并对其进行相应标记，从而确定故障发生后每一元件、负荷的断电持续时间，进而累加其可靠性指标，常开开关用于电路出现故障时，开关暂时闭合对电路供电。本发明所述的术语，“区段”以开关作边界的一组馈线段。若其中一条馈线段发生故障，开关动作，整个区段将被隔离。“计算母线”物理母线必然是计算母线；进行开关合并后的节点也形成计算母线， 即开关两侧的节点合并为一点，该点即为计算母线。
用于配电网可靠性评估的状态标记法是基于FMEA法的一套可靠性计算方法，该方法适用于不同类型的保护配置，图1为本发明实施例的主流程图，具体步骤如下1-1)初始化全网和各元件对应的可靠性结果；1-2)考虑第i条馈线段故障的情况；1-3)进行拓扑分析，对开关动作前受影响范围内的所有元件置标志A，并更新相应的可靠性结果；1-4)开关隔离故障后、转供前，对故障区段所有元件置标志C，对已恢复供电的元件置标志B，并相应更新可靠性结果；1-5)进行拓扑分析和电源裕度分析，评估联络开关动作后各元件是否可转供，对存在电源通路的元件(若电源裕度足够则该元件可转供)置标志D，更新可靠性结果；1-6)考虑下一条馈线段，直至考虑了所有馈线段。1-7)输出全网和各元件对应的可靠性结果。如图2所述，在第1-2)步中，需判断开关动作前的受故障影响范围，以便于置标志 A0置标志A从故障馈线段开始。这一流程采用递归算法，具体步骤如下2-1)给馈线段i置标志A ；2-2)搜寻馈线段数据库，若发现馈线段j与馈线段i连接，且馈线段j无标志A， 则进入2-3)；遍历所有馈线段后，若未发现符合要求的馈线段，则返回上一层递归；2-3)若馈线段i与馈线段j连接的母线无常开开关，则进入2-4)；否则继续搜寻下一条馈线段，返回2-2)；若已遍历所有馈线断，则返回上一层递归；2-4)给馈线段j置标志A ；2-5)进入下一层递归。如图3所述，在第1-4)步中，需搜索开关隔离后可恢复供电的元件，以便于置标志 B。这一流程采用递归算法，具体步骤如下3-1)判断计算母线i是否处于故障区段，如果属于，则返回上一层递归；如果不属于，进入3-2)；3-2)给计算母线i设定标志B ；3-3)判断计算母线i是否对应常开联络开关，若是，则返回上一层递归；若不是， 则进入3-4)；3-4)搜索馈线段数据库，若发现馈线段j以计算母线i为端点，且馈线段j没有标志B且没有标志C，则进入3-5)；若遍历馈线段数据库未发现符合上述条件的馈线段，则返回上一层递归；3-5)给馈线段j置标志B，得到馈线段j的对侧计算母线，进入下一层递归。在第1-4)步中，需搜索故障区段的所有元件，并置标志C。这一流程采用递归算法，具体如下(1)找到故障馈线段所属的区段X。(2)找到属于区段χ的所有馈线段，将它们及它们的两端计算母线置标志C。如图4所示，在第1-5)步中，需搜索联络开关动作后，与电源有通路的元件，并置标志D。这一流程采用递归算法，具体步骤如下
4-1)判断计算母线i是否处于故障区段，如果属于，则返回上一层递归；如果不属于，进入4-2)；4-2)给计算母线i设定标志D ；4-3)搜索馈线段数据库，若发现馈线段j以计算母线i为端点，且馈线段j没有标志C且没有标志D，则进入4-4)；若遍历馈线段数据库未发现符合上述条件的馈线段，则返回上一层递归；4-4)给馈线段j置标志D，得到馈线段j的对侧计算母线，进入下一层递归。标志组合与对应各类元件的故障持续时间1)带标志A与标志B的元件在故障发生后，该类元件受到影响，在隔离开关隔离故障后该类元件恢复供电。故障持续时间=隔离开关动作时间；2)带标志C的元件故障发生后，该类元件处于故障区段，在隔离开关动作后该类元件一同被隔离，直到故障元件修复拓扑恢复原状后，该类元件才恢复供电。故障持续时间=故障元件修复时间。3)带标志A不带标志B且不带标志D的元件在故障发生后，该类元件受到影响，在隔离开关隔离故障后该类元件未与电源连通，在转供开关动作后该类元件仍未与电源连通。 故障持续时间=故障元件修复时间。4)带标志A，不带标志B且带标志D的元件，且与之连接的电源裕度足够的在故障发生后，该类元件受到影响，在隔离开关隔离故障后该类元件未与电源连通，在转供开关动作后该类元件通过转供恢复供电。故障持续时间=转供开关动作时间。5)带标志A，不带标志B且带标志D的元件，与之连接的电源裕度不足的在故障发生后，该类元件受到影响，在隔离开关隔离故障后该类元件未与电源连通，在转供开关动作后该类元件虽与电源连通，但未能通过转供恢复供电。故障持续时间=故障元件修复时间。其中标志B、D与标志C是互斥的，即一个元件若带标志B或D，则一定不带标志C ； 若带标志C，则一定不带标志B且不带标志D。6)带标志B和D，不带标志A且不带标志C的元件该类元件不受故障影响，故障发生后其供电如常。7)不带标志A、B、C或D的元件该类元件未连入配电网。下面通过一个演示算例来介绍本方法的实施方式该算例拓扑如图5所述，各计算母线序号如图所示，馈线段3-7发生故障。本方法对各馈线段和计算母线作了标记，所使用的方法具体流程如第5部分所述。如图6所示，各元件根据其所带标记的不同而有不同的断电持续时间，其解释如图1本发明实施例的主流程所示1)只带标志A、B、D的元件
在故障发生后，该类元件受到影响，在隔离开关隔离故障后该类元件恢复供电。故障持续时间=隔离开关动作时间；2)只带标志A、C的元件故障发生后，该类元件处于故障区段，在隔离开关动作后该类元件一同被隔离，直到故障元件修复拓扑恢复原状后，该类元件才恢复供电。 故障持续时间=故障元件修复时间。3)只带标志A的元件在故障发生后，该类元件受到影响，在隔离开关隔离故障后该类元件未与电源连通，在转供开关动作后该类元件仍未与电源连通。故障持续时间=故障元件修复时间。4)只带标志A、D的元件在故障发生后，该类元件受到影响，在隔离开关隔离故障后该类元件未与电源连通，在转供开关动作后该类元件与另一路电源连通。故障持续时间=转供开关动作时间。5)只带标志B、D的元件该类元件不受故障影响，故障发生后其供电如常。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者同等替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换， 其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种用于配电网可靠性评估的状态标记法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 1-1)初始化配网络的可靠性结果；1-2)判断馈线段是否出现故障；1-3)拓扑分析全网，对常开开关闭合前馈线段及其两端计算母线置标志A，更新可靠性结果；1-4)分断开关隔离故障后且闭合常开开关之前，对故障区段元件置标志C，对已恢复供电的元件置标志B，更新可靠性结果；1-5)拓扑分析和电源裕度分析全网，判断闭合常开开关闭合后各元件是否被供电，对电源通路、电源裕度供电的元件置标志D，更新可靠性结果；1-6)判断第i+Ι条馈线段是否出现故障，直至完成馈线段的故障判断； 1-7)输出全网、各馈线段、各元件和负荷组对应的可靠性指标。
2.根据权利要求1所述的状态标记法，其特征在于，所述配电网包括发电装置、输电装置、变电装置、配电装置和用电装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第1-3)步采用递归算法，包括如下步骤3-1)给断开开关闭合前受断电故障影响的故障馈线段i置标志A ； 3-2)搜寻馈线段数据库，若发现馈线段j与馈线段i连接，且馈线段j无标志A，则进入 3-3)；遍历所有馈线段后，若未发现符合要求的馈线段，则返回上一层递归，结束标志A ； 3-3)若馈线段i与馈线段j连接的母线无常开开关，则进入3-4)； 否则，若馈线段i与馈线段j连接的母线有常开开关，继续搜寻下一条与馈线段i连接的馈线段，返回3-2)；若已遍历所有馈线断，则返回上一层递归，结束标志A ； 3-4)给馈线段j置标志A ；3-5)标志A完成后，进入下一层递归，搜索与馈线段j连接的馈线段是否标志A。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第1-4)步采用递归算法，具体步骤如下4-1)断开开关隔离后可恢复供电的馈线段区段，判断计算母线i是否处于故障区段， 如果处于故障区段，则返回上一层递归，结束标志B ；如果不处于故障区段，进入4-2)； 4-2)给计算母线i设定标志B ；4-3)判断计算母线i是否对应常开开关，若对应常开开关，则返回上一层递归，结束标志B ；若未对应常开开关，则进入4-4)；4-4)搜索馈线段数据库，若发现馈线段j以计算母线i为端点，且馈线段j没有标志B 和C，则进入4-5)；若遍历馈线段数据库未发现符合上述条件的馈线段，则返回上一层递归，结束标志B; 4-5)给馈线段j及其对应计算母线置标志B，进入下一层递归，搜索与计算母线j连接的馈线段是否标志B。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第1-4)步流程采用递归算法，具体步骤如下5-1)找到故障馈线段所属的区段χ;5-2)找到属于区段χ的所有馈线段，将馈线段及馈线段两端计算母线置标志C。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第1-5)步采用递归算法，具体步骤如下6-1)判断计算母线i是否处于故障区段，如果处于故障区段，则返回上一层递归，结束标志D ；如果不处于故障区段，进入6-2)； 6-2)给计算母线i设定标志D ；6-3)搜索馈线段数据库，若发现馈线段j以计算母线i为端点，且馈线段j没有标志C 和D，则进入6-4)；若遍历馈线段数据库未发现符合上述条件的馈线段，则返回上一层递归，结束标志D ； 6-4)给馈线段j，及其对应计算母线置标志D，进入下一层递归，搜索与计算母线j连接的馈线段是否标志D。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新可靠性结果即为对配电网中数据及装置工作状态的实时更新。
全文摘要
本发明提供一种用于配电网可靠性评估的状态标记法，完成配电网断电开关拉合闸和常开开关拉合闸的状态标记，与现有技术相比，本发明的有益效果在于本发明节省实时运行下配电网发生故障的分析时间；准确快速确定发生故障后每一元件、负荷的断电持续时间，进而累加其可靠性指标。
文档编号G01R31/08GK102565630SQ201210042049
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者刘军, 刘海涛, 苏剑, 马康 申请人:中国电力科学研究院