一种基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法

摘要

本发明提供一种基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法，本发明考虑了元件可能停运的概率、运行环境中的不确定性和多重约束导致的风险增加等因素，能计算元件、负荷点和系统的可靠性指标，记录具体的切负荷节点和切负荷量，并给出了判定电网可靠性水平的一种评判标准，能对电网的静态可靠性进行较为全面和客观的评价，对电网的可靠性水平进行判定。因此，基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法具有较好的实际指导意义和应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可靠性水平判定方法，具体涉及一种基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法。

背景技术

随着电网元件的数量、种类不断增多，电力系统自动化程度不断提高，以及用户对电能质量要求的提高，使得电力系统的规划、运行、维修等工作面临极大的挑战。近年来，国内外频发的大面积停电事故，带来了巨大的经济损失和沉重的社会影响，因此保持电力系统的安全可靠运行，不仅仅可以为社会生产带来效益保障，更可以保证全社会健康稳定的发展。传统的可靠性评估往往仅考虑单一的或少量的几种不确定因素，仅计算常规的电力或电量损失指标，且未能给出判定电网可靠性水平的评判标准。

一种基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法，考虑了元件可能停运的概率、运行环境中的不确定性和多重约束导致的风险增加等因素，能计算元件、负荷点和系统的可靠性指标，记录具体的切负荷节点和切负荷量，并给出了判定电网可靠性水平的一种评判标准，能对电网的静态可靠性进行较为全面和客观的评价，对电网的可靠性水平进行判定。因此，基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法具有较好的实际指导意义和应用价值。

在静态可靠性概率指标计算中，需要采用概率可靠性评估模型。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法。本发明基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法能对电网的静态可靠性进行较为全面和客观的评价，对电网的可靠性水平进行判定。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法，所述方法包括如下步骤：

(1)输入元件的可靠性参数；

(2)搭建电力系统，形成初始状态的潮流计算模型，进行潮流计算；

(3)选择一个故障事件，计算其发生的概率；

(4)判断所述电力系统是否解列，若是则根据解列信息形成子网络集，否则在判定电力系统电力供给充足后转入步骤(6)；

(5)选择一个子网络，判断该子网络是否采取了有功校正措施；

(6)在初始状态的潮流计算模型中删除故障元件，形成故障后的潮流计算数据文件，再次进行潮流计算；

(7)根据步骤(6)计算结果进行节点电压越限和线路过载检测判断；

(8)输出节点电压越限信息、线路过载信息和节点负荷削减量信息；

(9)对所有的子网络和所有的状态进行上述步骤分析，并计算系统、负荷点和元件的可靠性指标；

(10)结合电网规模和可靠性历史数据，确定评价电网静态可靠性水平的基准值，判定电网可靠性水平。

优选的，所述步骤(1)中，所述可靠性参数包括元件故障率、故障平均修复时间、计划检修率和计划检修时间。

优选的，所述步骤(2)中，所述电力系统数据包括发电机、负荷、平衡节点、变压器和线路。

优选的，所述步骤(4)中，所述解列信息为所述电力系统的一部分和所述电力系统其它部分的联系切断，分成相互独立、互不联系的部分。

优选的，所述步骤(5)中，若采取了有功校正措施，则转入步骤(8)输出节点负荷削减量信息；若未采取有功校正措施，则继续判断该子网络是否包含了负荷、发电机节点和平衡节点信息；如果子网络包含了负荷、发电机节点和平衡节点，则转入步骤(6)；否则，将采取校正措施直至子网络包含完整的负荷、发电机节点和平衡节点信息。

优选的，所述步骤(7)中，所述进行节点电压越限和线路过载检测判断包括，若存在节点电压越限或线路过载问题，则采取校正措施，并跳转至步骤(8)。

优选的，所述步骤(9)中，所述计算系统和负荷点可靠性指标的方法，包括如下步骤：

步骤9-1、计算系统和负荷节点的可靠性水平指标，公式如下：

$P_{SLOLP}=\Sigma P\left(X_i\right)=\underset{i\in S_{LC}}{\Sigma }\underset{k=1}{\overset{M}{\Pi }}P\left(X_{i,k}\right)$

式中，P_SLOLP为停电概率，当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电概率；P(X_i)为系统状态的概率分布函数；P(X_i,k)为元件的概率分布函数；

$F_{SLOLF}=\underset{i\in S_{LC}}{\Sigma }\left(P\left(X_i\right)(\underset{k\in M_{down}}{\Sigma }{\mu }_k-\underset{k\in M_{up}}{\Sigma }{\lambda }_k)\right)$

式中，F_SLOLF为停电频率，单位：次/年；当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电频率；S_LC为存在切负荷的系统状态集合；M_down为系统中停运元件集合；M_up为系统中运行元件集合；μ_k为修复率；λ_k为故障率；

$P_{SEPNS}=\underset{i\in S_{LC}}{\Sigma }\left(P\left(X_i\right)·P_{S,i}\right)$

式中，P_SEPNS为停电功率期望值，单位：MW；当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电功率期望值；P_S,i为第i个系统状态的停电电量，单位为：MWh；

E_SEENS＝P_SEPNS·T

式中，E_SEENS为停电电量期望值，单位：MWh/年；当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电电量期望值；T为研究时段小时数，一年取8760小时；

H_SLOLE＝P_SLOLP·T

式中，H_SLOLE为年停电小时数，单位为：h/年；

D_SLOLD＝H_SLOLE/F_SLOLF

式中，D_SLOLD均次停电时间，单位：h/次；当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电时间期望值；

P_SAPC＝P_SEPNS/F_SLOLF

式中，P_SAPC为均次停电功率，单位：MW/次；

E_SAEC＝E_SEENS/F_SLOLF

式中，E_SAEC为均次停电电量，单位：MWh/次；

P_SMPC＝max(P_S,i)，i＝1,2,...,N_LC

式中，P_SMPC为最大停电功率，单位：MW；N_LC为存在切负荷的系统状态的总个数；

E_SMEC＝max(E_S,i)，i＝1,2,...,N_LC

式中，E_SMEC为最大停电电量，单位：MWh；E_S,i为第i个系统状态的停电电量，单位：MWh；

I_SISI＝E_SEENS/L_max×60

式中，I_SISI为停电严重性指标，单位：分钟；L_max为系统年峰荷；

步骤9-2、计算负荷节点的可靠性水平的指标，公式如下：

$P_{VIO,l}=\underset{i\in S_{VIO,l}}{\Sigma }P\left(X_i\right)=\underset{i\in S_{VIO,l}}{\Sigma }\underset{k=1}{\overset{M}{\Pi }}P\left(X_{i,k}\right)$

式中，P_VIO,l为负荷点l存在电压越界的概率，S_VIO,l为负荷点l存在电压越界的系统状态集合；

步骤9-3、计算系统可靠性指标在负荷节点间分配情况的平均值指标，公式如下：

$F_{SYAIF}=\left(\underset{i=1}{\overset{N_L}{\Sigma }}{F}_{{\mathrm{SLOLF}}_i}\right)/N_L$

式中，F_SYAIF为负荷点平均停电频率，单位：次/(年.负荷点)；N_L为系统中负荷点个数；

$H_{SYAIH}=\left(\underset{i=1}{\overset{N_L}{\Sigma }}{H}_{{\mathrm{SLOLE}}_i}\right)/N_L$

式中，H_SYAIH为负荷点年平均停电时数，单位：h/(年.负荷点)；

$D_{SYAID}=\left(\underset{i=1}{\overset{N_L}{\Sigma }}{H}_{{\mathrm{SLOLE}}_i}\right)/\left(\underset{i=1}{\overset{N_L}{\Sigma }}{F}_{{\mathrm{SLOLF}}_i}\right)$

式中，D_SYAID为负荷点平均停电持续时间，单位：h/(次.负荷点)；

P_SYAPC＝P_SEPNS/N_L

式中，P_SYAPC为负荷点平均停电功率，单位：MW/(年.负荷点)；

E_SYAEC＝E_SEENS/N_L

式中，E_SYAEC为负荷点平均停电电量，单位：MWh/(年.负荷点)；

优选的，所述步骤(9)中，计算元件可靠性指标，公式如下：

$P_{OL,k}=\underset{i\in S_{OL,k}}{\Sigma }P\left(X_i\right)=\underset{i\in S_{OL,k}}{\Sigma }\underset{j=1}{\overset{M}{\Pi }}P\left(X_{i,j}\right)$

式中，P_OL,k为线路k的过负荷概率；S_OL,k为线路k存在过载的系统状态集合；

ΔP_max,k＝max(ΔP_k,j)，(j＝1,2,...,N_OL,k)

式中，ΔP_k,j为线路k过负荷量，N_OL,k为线路k存在过载的系统状态的总个数，ΔP_max,k为线路k的有功最大过负荷量。

优选的，所述步骤(10)中，所述判定电网可靠性水平包括：将可靠性最低的元件不可用率作为阈值，将步骤(9)中所计算的可靠性指标与所述阈值做比较，若低于阈值，则认为可靠性满足要求，否则不满足要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明考虑了元件可能停运的概率、运行环境中的不确定性和多重约束导致的风险增加等因素，能计算元件、负荷点和系统的可靠性指标，能对电网的静态可靠性进行较为全面和客观的评价，记录具体的切负荷节点和切负荷量、描述系统在不同区域的失负荷情况，解决了电网静态可靠性评估缺乏统一标准的问题。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法

图2是元件二状态模型

图3是某地区电网系统局部接线图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据计算需求搭建数据；输入元件可靠性参数，包括：元件的故障率(次/年)、故障平均修复时间(小时/次)、计划检修率(次/年)、计划检修时间(小时/次)等。

(2)搭建发电机、负荷、平衡节点、变压器和线路数据，形成初始状态的潮流计算模型，进行潮流计算。

(3)选择一个故障事件，计算其发生的概率。

(4)判断所述电力系统是否解列，若是则根据解列信息形成子网络集，否则在判定电力系统电力供给充足后转入步骤(6)。

(5)选择一个子网络，判断该子网络是否采取了有功校正措施。若采取了有功校正措施，则转入(8)输出节点负荷削减量信息；若未有功校正措施，则继续判断该子网络是否包含了负荷、发电机节点和平衡节点信息。如果子网络包含了负荷、发电机节点和平衡节点，则转入(6)；否则，将采取校正措施直至子网络包含完整的负荷、发电机节点 和平衡节点信息。

(6)形成BPA潮流数据文件，进行故障状态下的潮流计算。

(7)根据(6)的计算结果进行节点电压越限和线路过载检查。若存在节点电压越限和(或)线路过载问题，则采取校正措施，并转入(8)输出节点电压越限、线路过载信息以及相应的负荷削减量信息。

(8)输出节点电压越限信息、线路过载信息、节点负荷削减量信息。

(9)对所有的子网络和所有的状态进行上述分析，并计算系统、负荷点以及元件的可靠性指标。

(10)结合电网规模、可靠性历史数据，确定评价电网静态可靠性水平的基准值，判

定电网是否满足安全性要求。

所述步骤(9)中，所述计算系统和负荷点可靠性指标的方法，包括如下步骤：

步骤4-1、计算系统和负荷节点的可靠性水平指标，公式如下：

$P_{SLOLP}=\Sigma P\left(X_i\right)=\underset{i\in S_{LC}}{\Sigma }\underset{k=1}{\overset{M}{\Pi }}P\left(X_{i,k}\right)$

式中，P_SLOLP为停电概率，当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电概率；P(X_i)为系统状态的概率分布函数；P(X_i,k)为元件的概率分布函数；

$F_{SLOLF}=\underset{i\in S_{LC}}{\Sigma }\left(P\left(X_i\right)(\underset{k\in M_{down}}{\Sigma }{\mu }_k-\underset{k\in M_{up}}{\Sigma }{\lambda }_k)\right)$

式中，F_SLOLF为停电频率，单位：次/年；当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电频率；S_LC为存在切负荷的系统状态集合；M_down为系统中停运元件集合；M_up为系统中运行元件集合；μ_k为修复率；λ_k为故障率；

$P_{SEPNS}=\underset{i\in S_{LC}}{\Sigma }\left(P\left(X_i\right)·P_{S,i}\right)$

式中，P_SEPNS为停电功率期望值，单位：MW；当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电功率期望值；P_S,i为第i个系统状态的停电电量，单位为：MWh；

E_SEENS＝P_SEPNS·T

式中，E_SEENS为停电电量期望值，单位：MWh/年；当不考虑动态切负荷时，认为该指 标即为系统停电电量期望值；T为研究时段小时数，一年取8760小时；

H_SLOLE＝P_SLOLP·T

式中，H_SLOLE为年停电小时数，单位为：h/年；

D_SLOLD＝H_SLOLE/F_SLOLF

式中，D_SLOLD均次停电时间，单位：h/次；当不考虑动态切负荷时，认为该指标即为系统停电时间期望值；

P_SAPC＝P_SEPNS/F_SLOLF

式中，P_SAPC为均次停电功率，单位：MW/次；

E_SAEC＝E_SEENS/F_SLOLF

式中，E_SAEC为均次停电电量，单位：MWh/次；

P_SMPC＝max(P_S,i)，i＝1,2,...,N_LC

式中，P_SMPC为最大停电功率，单位：MW；N_LC为存在切负荷的系统状态的总个数；

E_SMEC＝max(E_S,i)，i＝1,2,...,N_LC

式中，E_SMEC为最大停电电量，单位：MWh；E_S,i为第i个系统状态的停电电量，单位：MWh；

I_SISI＝E_SEENS/L_max×60

式中，I_SISI为停电严重性指标，单位：分钟；L_max为系统年峰荷；

步骤4-2、计算负荷节点的可靠性水平的指标，公式如下：

$P_{VIO,l}=\underset{i\in S_{VIO,l}}{\Sigma }P\left(X_i\right)=\underset{i\in S_{VIO,l}}{\Sigma }\underset{k=1}{\overset{M}{\Pi }}P\left(X_{i,k}\right)$

式中，P_VIO,l为负荷点l存在电压越界的概率，S_VIO,l为负荷点l存在电压越界的系统状态集合；

步骤4-3、计算系统可靠性指标在负荷节点间分配情况的平均值指标，公式如下：

$F_{SYAIF}=\left(\underset{i=1}{\overset{N_L}{\Sigma }}{F}_{{\mathrm{SLOLF}}_i}\right)/N_L$

式中，F_SYAIF为负荷点平均停电频率，单位：次/(年.负荷点)；N_L为系统中负荷点个数；

$H_{SYAIH}=\left(\underset{i=1}{\overset{N_L}{\Sigma }}{H}_{{\mathrm{SLOLE}}_i}\right)/N_L$

式中，H_SYAIH为负荷点年平均停电时数，单位：h/(年.负荷点)；

$D_{SYAID}=\left(\underset{i=1}{\overset{N_L}{\Sigma }}{H}_{{\mathrm{SLOLE}}_i}\right)/\left(\underset{i=1}{\overset{N_L}{\Sigma }}{F}_{{\mathrm{SLOLF}}_i}\right)$

式中，D_SYAID为负荷点平均停电持续时间，单位：h/(次.负荷点)；

P_SYAPC＝P_SEPNS/N_L

式中，P_SYAPC为负荷点平均停电功率，单位：MW/(年.负荷点)；

E_SYAEC＝E_SEENS/N_L

式中，E_SYAEC为负荷点平均停电电量，单位：MWh/(年.负荷点)；

优选的，所述步骤(9)中，计算元件可靠性指标，公式如下：

$P_{OL,k}=\underset{i\in S_{OL,k}}{\Sigma }P\left(X_i\right)=\underset{i\in S_{OL,k}}{\Sigma }\underset{j=1}{\overset{M}{\Pi }}P\left(X_{i,j}\right)$

式中，P_OL,k为线路k的过负荷概率；S_OL,k为线路k存在过载的系统状态集合；

ΔP_max,k＝max(ΔP_k,j)，(j＝1,2,...,N_OL,k)

式中，ΔP_k,j为线路k过负荷量，N_OL,k为线路k存在过载的系统状态的总个数，ΔP_max,k为线路k的有功最大过负荷量。

如图3所示，某地区电网包含24台发电机，140条输电线路，104台变压器(其中三绕组变有37台)，53个负荷节点，包含有220kV、110kV这两层电压等级。根据基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法计算得到各可靠性如下表所示。

表1 系统可靠性指标

P_SLOLPP_SEPNS(MW)E_SEENS(MWh/y)0.002391690.03809812333.7395H_SLOLE(h/y)P_OL,kP_SMPC(MW)

20.951280.00136305270

表2 元件可靠性指标(按线路过负荷概率由大到小)

线路名称P_OL,kΔP_max,k(MW)BUS33–BUS274.662072e-0045.450000e+001BUS8–BUS301.351481e-0049.710000e+001BUS36–BUS192.106149e-0074.520000e+001BUS33–BUS362.009073e-0076.660000e+001BUS30–BUS321.100947e-0071.140000e+001

表3 负荷点可靠性指标

负荷点年平均停电时数负荷点平均停电功率负荷点平均停电电量1.812997e-0011.788644e-0041.566852

表4 负荷节点可靠性指标(按负荷点停电概率由大到小)

节点名称P_SLOLPP_SEPNS(MW)BUS275.765937e-0041.042017e-003BUS95.393999e-0041.519624e-002BUS151.351174e-0042.187986e-003BUS381.351080e-0041.418368e-004BUS11.351080e-0041.620992e-004

以单一元件故障(N-1)是否造成系统失稳作为衡量系统稳定性的标准，阈值为1e-003，上述元件的可靠性参数均小于阈值，由此可见系统符合安全标准。

基于静态可靠性概率指标的电网可靠性水平判定方法计算比较方便，概念清晰，在实际电网中得到了应用和验证。

最后应当说明的是：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，所属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等同替换，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。