[发明专利]面向供电可靠性的配电网可靠性二次优化评估模型

摘要

本发明公开了一种面向供电可靠性的配网可靠性二次优化评估模型，所述的评估模型包括有最小隔离区子模型、故障区域影响子模型及负荷区域统计子模型，所述的子模型及评估模型均采用双层同构结构，双层是指模型包括概率层和频率层两层，分别用于计算停电概率指标和停电频率指标；“同构”是指概率层和频率层的图形结构相同，存储模型时一层图形结构可以对应两层数据。面向供电可靠性的配网可靠性二次优化评估模型其直观的图形化方法、坚实的概率理论基础、有效的推理算法对配电网进行建模及可靠性分析。

主权项

1.一种面向供电可靠性的配网可靠性二次优化评估模型，其特征在于：所述的评估模型包括有最小隔离区子模型、故障区域影响子模型及负荷区域统计子模型，所述的子模型及评估模型均采用双层同构结构，双层是指模型包括概率层和频率层两层，分别用于计算停电概率指标和停电频率指标；“同构”是指概率层和频率层的图形结构相同，存储模型时一层图形结构可以对应两层数据，所述的最小隔离区R中包含i个元件C₁和C₂…C_i，其中i=1…n，在最小隔离区子模型概率层中，用小写字母c₁，c₂…c_i分别表示元件C₁，C₂…C_i的状态，r表示最小隔离区R的状态，c₁，c₂。。。c_i，r为其状态变量：“0”表示正常，“1”表示故障，“2”表示计划检修，c₁，c₂。。。c_i的先验概率分布为P(ci=0)=1-P(ci=1)-P(ci=2)P(ci=1)=λiγi/8760i=1,2,...,nP(ci=2)=λi′′γi′′/8760---(1)]]>其中：λ_i、λ"_i、γ_i和γ"_i分别表示元件C_i的平均年破坏性故障率、平均年计划检修率、平均故障修复时间和平均计划检修时间，最小隔离区r的条件概率分为故障状态条件概率及计划检修状态条件概率，若c₁，c₂。。。c_i中有任一个处于状态1的故障状态，那么P(r=1|c₁,c₂。。。c_i)的值则为1，若若c₁，c₂。。。c_i中有任一个处于状态2的计划检修状态，那么P(r=1|c₁,c₂。。。c_i)的值则为2，最小隔离区R故障概率的计算式为：P(r=1)≈ΣiP(ci=1)=Σiλiγi/8760---(2)]]>P(r=2)≈ΣiP(ci=2)=Σiλi′′γi′′/8760---(3)]]>如果观测到最小隔离区故障停运，即有r＝1，则可得各元件后验故障概率：P(ci=1|r=1)=P(r=1|ci=1)P(ci=1)P(r=1)≈P(ci=1)ΣiP(ci=1)---(4)]]>频率层数据用数对（F_i，F_Ti）表示模型中各节点的停电频率，F_i和F_Ti分别表示元件C_i的持续停电频率和瞬时停电频率，λ_i、λ"_i、λ_Ti分别表示元件C_i的年平均破坏性故障率、平均年计划检修率、平均非破坏性故障率，最小隔离区模型的频率层变量各节点或元件C_i的频率层量值为(λ_i+λ″_i，λ_Ti)，（Fi，FTi），最小隔离区R的频率层量值为（∑_iF_i，∑_iF_Ti)，故障区域影响子模型以最小隔离区为单位，对负荷区域L进行区域故障模式影响分析，引起L停运的故障区域分为三大类：A类故障区R_A，引起L停运的时间为故障修复时间T_F；B类故障区R_B，引起L停运的时间为手动开关的故障隔离或切换恢复时间T_B；C类故障区R_C，通过自动开关的故障隔离或倒闸切换，可以恢复负荷区域L的供电，故障区域影响模型的条件概率，以r_A、r_B、r_C、r'_C和l分别表示故障区R_A、R_B、R_C、等效区R'_C和负荷区L的状态，r_A、r_B、r_C和r'_C为三态变量，l为两态变量，“0”表示负荷区域正常供电，“1”表示停运，为对于A类故障，r_A状态为0、1、2时，P(l=1|r_A)对应为0、1、1，对于B类故障，r_B状态为0、1、2时，P(l=1|r_B)对应为0、p_s、0，对于C类故障，r_C状态为0、1、2时，P(r'_C=1|r_C)对应为0、p_b、0，对于B类故障区，（1－p_s）为故障发生后手动开关的切换率，p_s可按式（6）进行计算，ps=TB/TF,TB<TF1,TB≥TF---(6)]]>对于C类故障区，（1－p_b）为故障发生后自动装置的可靠动作率，用λ_A（λ_B、λ_C），λ"_A（λ"_B、λ"_C）和λ_TA（λ_TB、λ_TC）分别表示故障区R_A（R_B、R_C）的平均年破坏性故障率、平均年计划检修率和平均年非破坏性故障率，F_A、F_TA分别表示故障区R_A（R_B、R_C）的持续停电频率和瞬时停电频率，F_LA、F_TLA分别表示负荷区A类故障的的持续停电频率和瞬时停电频率，B、C类故障以此类推，F_C’，F_TC’表示等效区R'_C的持续停电频率和瞬时停电频率，则模型频率层数据为A类故障，节点R_A的频率层变量值为（λ_A+λ"_A，λ_TA），（F_A，F_TA），节点L的频率层变量值为（λ_A+λ"_A，λ_TA），（F_LA，F_TLA），B类故障，节点R_B的频率层变量值为（λ_B+λ"_B，λ_TB）,（F_B，F_TB），节点L的频率层变量值为（λ_B，λ_TB），（F_LB，F_TLB），对于C类故障，节点R_C的频率层变量值为（λ_C+λ"_C，λ_TC）,（F_C，F_TC），节点R'_C的频率层变量值为（p_bλ_C，λ_TC+(1-p_b)λ_CN_C），（F_C’，F_TC’）其中对于对于C类故障，考虑自动装置不可靠动作后，等效区R'_C的持续停运率为p_bλ_C，等效区R'_C的瞬时停运率为λ_TC+(1-p_b)λ_CN_C，（1－p_b）为故障发生后自动装置B的可靠动作率，N_C为该故障引起的自动重合装置的重合次数。等效区R'_C的对L的故障影响类型可能为A、B、C类故障，负荷区L存在多个故障区R_i，则L的停运概率为：P(l=1)=ΣiΣj=12P(l=1|ri=j)P(ri=j)---(7)]]>负荷区L的年平均停运时间U_L和平均停运时间r_L计算如下：U_L=8760×P(l=1)      （8）r_L=U_L/F_L      （9）式中：F_L为负荷区L的平均年持续停电频率，可由频率层变量值获得，负荷区域统计子模型表示了负荷区域指标与系统指标间的关系，系统E包含i个负荷区L₁、L₂，…，L_i，负荷区域统计模型的条件概率为：当L_i中有任一个处于1状态时，那么P(e=1|l₁,l₂。。。l_i)为当L_i全为0时，P(e=1|l₁,l₂。。。l_i)为0，当L_i全为1时，P(e=1|l₁,l₂。。。l_i)为1，其中l₁、l₂、…、l_i和e分别表示负荷区L₁、L₂、…、L_i和系统E的状态。n₁、n₂…n_i分别为L₁、L₂、…、L_i区域的用户数，系统中一般包含多个负荷区，则系统停运概率计算如下：P(e=1)=ΣiP(e=1|li=1)P(li=1)=ΣiniP(li=1)Σini---(10)]]>式中：n_i为负荷区L_i的用户数。负荷区域统计子模型中系统E的平均年持续停电频率F_E和瞬时停电频率F_TE计算如下：FE=ΣiniFLiΣini---(11)]]>FTE=ΣiniFTLiΣini---(12)]]>式中：分别为负荷区L_i的平均年持续停电频率和平均年瞬时停电频率，通过组合最小隔离区子模型、故障区域影响子模型及负荷区域统计子模型得出整体评估模型，通过由小单元到大单元的推理，得出整个模型的可靠性指标，得出整个配电系统的平均停电频率指标SAIFI可由F_E得到，瞬时平均停电频率指标MAIFI可由F_TE得到，系统平均停电持续时间指标SAIDI，用户平均停电持续时间指标CAIDI，平均供电可用度指标ASAI和系统总电量不足指标ENS的计算如下：SAIDI=8760×P(e=1)      （13）CAIDI=SAIDI/SAIFI      （14）ASAI=P(e=0)=1-P(e=1)      （15）ENS=ΣiALiULi---(16)]]>式中：和分别为负荷区域L_i的平均年停运时间和平均停运负荷，所述的后验停运概率定义指标表示给定模型中的证据节点Y，节点X的后验停运概率，其中X为Y的上层节点：如果Y为最小隔离区层，则X为元件层节点；如果Y为系统层节点，则X可能为负荷区层、最小隔离区层或元件层节点，的计算公式如下：IYPr(X)=IYFPr(X)+IYMPr(X)=P(y=1|x=1)P(x=1)P(y=1)+P(y=1|x=2)P(x=2)P(y=1)---(17)]]>式（17）中，x、y分别为节点X和Y的概率层变量，当X为元件层或最小隔离区层变量时，停运状态包含故障停运状态x＝1和计划停运状态x＝2两类，可知，表示在假设（或观测）证据y＝1的条件下，x≠0的后验概率，能进一步分解为和两部分：表示节点X的后验故障停运概率，表示节点X的后验计划停运概率，所述的停运频率影响度定义指标表示模型中节点X对节点Y的持续停运频率影响度，其中X为Y的上层节点，计算公式如下：IYFr(X)=IYFFr(X)+IYMFr(X)=FFY(X)+MFY(X)F(Y)---(6-21)]]>式中：指标可以进一步分解为和两部分：表示节点X故障停运对节点Y的持续停运频率影响度，FF_Y(X)为节点X故障停运引起的Y持续停运率。表示节点X计划停运对节点Y的持续停运频率影响度，MF_Y(X)为节点X计划停运引起的Y持续停运率，F(Y)为节点Y的持续停运率。定义指标表示系统中节点X对节点Y的瞬时停运频率影响度，其中X为Y的上层节点，计算公式如下：IYTr(X)=IYFTr(X)+IYTTr(X)=FTY(X)+TTY(X)FT(Y)---(6-22)]]>式中：指标可以进一步分解为和两部分：表示节点X持续停运对节点Y的瞬时停运频率影响度，FT_Y(X)为节点X持续停运引起的Y瞬时停运率，表示节点X瞬时停运对节点Y的瞬时停运频率影响度，TT_Y(X)为节点X瞬时停运引起的Y瞬时停运率，F_T(Y)为节点Y的瞬时停运率。