CN110826874B - 一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法及装置，该方法包括：基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型；根据构建的社区配电网用户可靠性指标体系及单位停电损失函数计算停电损失评价指标。本发明实施例提供的社区配电网动态风险评估方法及装置，通过基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，提高了社区配电网元器件时变故障率计算的准确性，并基于计算得到的社区配电网元器件时变故障率、元器件故障停电时间以及社区配电网用户的单位停电损失函数计算用于社区配电网动态风险量化评估的停电损失评价指标，由此提高了社区配电网动态风险评估的准确性和可靠性。

Description

一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法及装置
技术领域
本发明涉及电力风险监控技术领域，具体涉及一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法及装置。
背景技术
社区配电网在整个电力***具有特殊性。一方面社区配电网是连接大电网和社区配电网用户的重要枢纽，是保证社区配电网用户生命财产安全的前提；社区配电网大多深入市中心和居民密集点，具有结构复杂、负荷变化频繁的特点。另一方面就是社区配电网元器件极易受到大风、暴雨、雷电等一系列灾害天气影响，会导致元器件的故障率上升，造成停电事故的发生，因此在极端天气下呈现脆弱性。
现有电力***的风险评估忽略了灾害天气、运行年限等多重因素对元器件故障率的影响，没有从自身的使用年限以及大风、暴雨、雷电等一系列灾害天气等方面来考虑对元器件故障率的影响，从而导致无法对社区配电网的运行风险准确的进行评估，不能满足对社区配电网进行风险评估的需要，只适用于大电网的运行风险的判断。并且，现有的动态风险评价均为定性评价，尚未有定量评价的方法提出。
近年来我国灾害性天气，如台风、暴雨、雷电等天气活动频繁，配电网元器件发生故障率明显增加，给社区配电网带来巨大的运行风险和经济损失。因此，结合天气等时变因素对社区配电网进行动态风险评估意义重大。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明实施例提供一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法，包括：基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率；构建社区配电网用户可靠性指标体系以及建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数；其中所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间；根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及所述社区配电网用户的单位停电损失函数计算停电损失评价指标，根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估。
第二方面，本发明实施例提供一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估装置，包括：社区配电网元器件时变故障率获取模块，用于：基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率；社区配电网用户可靠性指标体系构建模块，用于：构建社区配电网用户可靠性指标体系以及建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数；其中所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间；停电损失评价模块，用于：根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及所述社区配电网用户的单位停电损失函数计算停电损失评价指标，根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法及装置，通过基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，提高了社区配电网元器件时变故障率计算的准确性，并基于计算得到的社区配电网元器件时变故障率、元器件故障停电时间以及社区配电网用户的单位停电损失函数计算用于社区配电网动态风险量化评估的停电损失评价指标，由此提高了社区配电网动态风险评估的准确性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法流程图；
图2是本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法中社区配电网拓扑结构模型的示意图；
图3是本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法中元器件故障率随时间变化的示意图；
图4是本发明另一实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法流程图；
图5是本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法流程图。如图1所示，所述方法包括：
步骤101、基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率；
基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率，从而使得社区配电网元器件时变故障率考虑到了天气影响因子和运行年限的影响。在构建社区配电网元器件时变故障率模型之前，需要获取社区配电网拓扑结构模型，从而知道有哪些社区配电网元器件时变故障率模型需要构建。
图2是本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法中社区配电网拓扑结构模型的示意图。本发明实施例综合考虑社区配电网的真实情况，将社区配电网分为社区居民用户、社区工业用户、社区医院用户、社区商业用户及社区政府用户五大类。如图2 所示，每一类社区配电网用户的馈线支路又由断路器、变压器、熔断器、输电线路、隔离开关社区配电网五大基本元器件组成。因此，需要分别构建断路器的社区配电网元器件时变故障率模型、变压器的社区配电网元器件时变故障率模型、熔断器的社区配电网元器件时变故障率模型、输电线路的社区配电网元器件时变故障率模型及隔离开关的社区配电网元器件时变故障率模型，从而分别计算断路器、变压器、熔断器、输电线路及隔离开关的社区配电网元器件时变故障率。图2 中，CB表示断路器，S1～S5表示隔离开关，F1～F5表示熔断器，T1～T5 表示变压器，LP1～LP5表示负载。需要说明的是，社区配电网拓扑结构模型并不局限于图2的结构，具体可根据实际情况进行调整，并且，用户类型也可根据实际情况增减。
步骤102、构建社区配电网用户可靠性指标体系以及建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数；其中所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间；
构建社区配电网用户可靠性指标体系，所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间。建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数。社区配电网元器件时变故障率表示元器件发生故障的频率。元器件故障停电时间表示元器件发生故障后的停电时间，因此，社区配电网各类用户的单位停电损失函数表示停电故障对于各类用户的损失程度，三者相结合可以有效地对社区配电网动态风险进行评估。
步骤103、根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及所述社区配电网用户的单位停电损失函数计算停电损失评价指标，根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估；
根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及社区配电网用户的单位停电损失通过预设的公式计算停电损失评价指标。由于社区配电网元器件时变故障率越大，损失越大；元器件故障停电时间越长，损失也越大。因此，建立社区各类用户单位停电损失函数，得到元器件故障停电时间与社区各类用户停电损失之间的关系规律，然后利用三者关系计算停电损失评价指标，进而根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估。
利用本发明实施例提供的社区配电网动态风险评估方法可以对社区配电网动态风险进行实时评估或预估。实时评估时，天气影响因子和运行年限的取值可以选用当前值，预估时，天气影响因子的取值可以根据天气预报的结果进行赋值，运行年限根据实际情况(如是否跨年)进行调整。
本发明实施例通过基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，提高了社区配电网元器件时变故障率计算的准确性，并基于计算得到的社区配电网元器件时变故障率、元器件故障停电时间以及社区配电网用户的单位停电损失函数计算用于社区配电网动态风险量化评估的停电损失评价指标，由此提高了社区配电网动态风险评估的准确性和可靠性。
进一步地，基于上述实施例，所述社区配电网元器件时变故障率模型表示如下：
Figure BDA0002244812810000061
式中，
Figure BDA0002244812810000062
表示社区配电网元器件时变故障率(单位：次/年)，τ为经验值，σ表示天气影响因子，ε表示社区配电网元器件时变故障率模型的第一分布参数，μ表示社区配电网元器件时变故障率模型的第二分布参数，ω表示社区配电网元器件时变故障率模型的第三分布参数，t表示运行年限(单位：年)。
社区配电网元器件的运行寿命一般为30年左右，本发明实施例为了真实的反映出社区配电网元器件的时变故障率，综合考虑天气变化、运行年限等多方面因素。根据以北京市为例的30年内三种天气的变化情况以及社区配电网各个元器件故障率历史数据的统计分布规律，对威布尔分布进行改造，更好的拟合出表征社区配电网各个元器件的时变故障率函数模型，即所述社区配电网元器件时变故障率模型。
在上述实施例的基础上，本发明实施例结合天气变化、运行年限等因素，得到适于社区配电网元器件的社区配电网元器件时变故障率模型，进一步提高了社区配电网动态风险评估的准确性和可靠性。
进一步地，基于上述实施例，τ取值为201.332；灾害天气时，σ取值为5.033；恶劣天气时，σ取值为39.533；正常天气时，σ取值为320.433。
σ为经验值，为了更好的拟合天气变化、运行年限等因素的影响，结合社区配电网元器件故障率的历史数据以及其期间的天气变化情况，取值为201.332时最为合适。
国内标准DL－T 861－2004参照IEEE Std 859－1987将电力***运行的天气条件按其对***的影响程度分为正常天气(normal weather)、恶劣天气(adverse weather)和灾害天气(major storm disaster)三类。其中灾害天气对社区配电网元器件的影响最为严重。根据不同的天气情况对天气影响因子分别赋值。
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过给出经验值及天气影响因子在各种天气情况下的具体取值，进一步提高了社区配电网动态风险评估的准确性和可靠性。
进一步地，基于上述实施例，对于输电线路，ε取值为0.15875，μ取值为-0.14324，ω取值为-1.22232；对于变压器，ε取值为0.16556，μ取值为-0.05656，ω取值为-0.67989；对于断路器，ε取值为0.2174，μ取值为-0.26525，ω取值为-1.486697；对于隔离开关，ε取值为0.21739，μ取值为-0.26525，ω取值为-1.4867；对于熔断器，ε取值为0.047021，μ取值为2.884932E-6，ω取值为4.509812。
所述社区配电网元器件时变故障率模型为适用于社区配电网中各个元器件的统一模型。其中的参数σ和参数τ取值相同，参数ε、参数μ和参数ω对于不同的元器件其取值可能不同，t根据实际计算时相应元器件的运行年限而定。
图3是本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法中元器件故障率随时间变化的示意图。如图3所示，根据社区配电网元器件故障率历史数据的统计分布规律，社区配电网变压器、断路器、隔离开关、输电线路其故障率基本满足浴盆曲线的形状，只有熔断器比较特殊，其磨合期时长基本为0。
其中，输电线路的社区配电网元器件时变故障率模型可表示为：
Figure BDA0002244812810000081
其中，
Figure BDA0002244812810000082
表示输电线路的社区配电网元器件时变故障率；τ取值为201.332；灾害天气时，σ取值为5.033；恶劣天气时，σ取值为 39.533；正常天气时，σ取值为320.433；ε1表示输电线路的社区配电网元器件时变故障率模型的第一分布参数，取值为0.15875；μ1表示输电线路的社区配电网元器件时变故障率模型的第二分布参数，取值为 -0.14324；ω1表示输电线路的社区配电网元器件时变故障率模型的第三分布参数，取值为-1.22232。t表示运行年限，对于输电线路，(0—5) 年为磨合期，(5—25)为平稳期，(25—30)为衰耗期。
变压器的社区配电网元器件时变故障率模型可表示为：
Figure BDA0002244812810000083
其中，
Figure BDA0002244812810000084
表示变压器的社区配电网元器件时变故障率；τ取值为 201.332；灾害天气时，σ取值为5.033；恶劣天气时，σ取值为39.533；正常天气时，σ取值为320.433；ε2表示变压器的社区配电网元器件时变故障率模型的第一分布参数，取值为0.16556；μ2表示变压器的社区配电网元器件时变故障率模型的第二分布参数，取值为-0.05656；ω2表示变压器的社区配电网元器件时变故障率模型的第三分布参数，取值为-0.67989。t表示运行年限，对于变压器，(0—2)年为磨合期，(2—20) 为平稳期，(20—30)为衰耗期。
断路器的社区配电网元器件时变故障率模型可表示为：
Figure BDA0002244812810000085
其中，
Figure BDA0002244812810000086
表示断路器的社区配电网元器件时变故障率；τ取值为201.332；灾害天气时，σ取值为5.033；恶劣天气时，σ取值为39.533；正常天气时，σ取值为320.433；ε3表示断路器的社区配电网元器件时变故障率模型的第一分布参数，取值为0.2174；μ3表示断路器的社区配电网元器件时变故障率模型的第二分布参数，取值为-0.26525；ω3表示断路器的社区配电网元器件时变故障率模型的第三分布参数，取值为-1.486697。t表示运行年限，对于断路器，(0—5)年为磨合期，(5—20) 为平稳期，(20—30)为衰耗期。
隔离开关的社区配电网元器件时变故障率模型可表示为：
Figure BDA0002244812810000091
其中，
Figure BDA0002244812810000092
表示隔离开关的社区配电网元器件时变故障率；τ取值为201.332；灾害天气时，σ取值为5.033；恶劣天气时，σ取值为 39.533；正常天气时，σ取值为320.433；ε4表示隔离开关的社区配电网元器件时变故障率模型的第一分布参数，取值为0.21739；μ4表示隔离开关的社区配电网元器件时变故障率模型的第二分布参数，取值为 -0.26525；ω4表示隔离开关的社区配电网元器件时变故障率模型的第三分布参数，取值为-1.4867。t表示运行年限，对于隔离开关，(0—5) 年为磨合期，(5—20)为平稳期，(20—30)为衰耗期。
熔断器的社区配电网元器件时变故障率模型可表示为：
Figure BDA0002244812810000093
其中，
Figure BDA0002244812810000094
表示熔断器的社区配电网元器件时变故障率；τ取值为201.332；灾害天气时，σ取值为5.033；恶劣天气时，σ取值为39.533；正常天气时，σ取值为320.433；ε5表示熔断器的社区配电网元器件时变故障率模型的第一分布参数，取值为0.047021；μ5表示熔断器的社区配电网元器件时变故障率模型的第二分布参数，取值为2.884932E-6；ω5表示熔断器的社区配电网元器件时变故障率模型的第三分布参数，取值为4.509812。t表示运行年限，对于熔断器，磨合期几乎为0，(0—10) 为平稳期，(10—15)为衰耗期。
通过上述输电线路的社区配电网元器件时变故障率模型可以计算输电线路的社区配电网元器件时变故障率，通过上述变压器的社区配电网元器件时变故障率模型可以计算变压器的社区配电网元器件时变故障率，通过上述断路器的社区配电网元器件时变故障率模型可以计算断路器的社区配电网元器件时变故障率，通过上述隔离开关的社区配电网元器件时变故障率模型可以计算隔离开关的社区配电网元器件时变故障率，通过上述熔断器的社区配电网元器件时变故障率模型可以计算熔断器的社区配电网元器件时变故障率。
在上述实施例的基础上，本发明实施例根据元器件的不同对参数进行赋值，分别得到了输电线路、变压器、断路器、隔离开关及熔断器的社区配电网元器件时变故障率模型，提高了各元器件故障率计算的准确性，从而进一步提高了社区配电网动态风险评估的准确性和可靠性。
进一步地，基于上述实施例，所述元器件故障停电时间包括元器件故障单次停电时间及元器件故障年度停电总时间；其中：
Figure BDA0002244812810000101
式中，
Figure BDA0002244812810000102
表示第i类社区配电网用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时对应的所述社区配电网元器件时变故障率，其中，若第j个元器件在第i类社区配电网用户的馈线支路上，则按照所述社区配电网元器件时变故障率模型计算
Figure BDA0002244812810000103
若第j个元器件不在第i类社区配电网用户的馈线支路上，则
Figure BDA0002244812810000104
取值为0；γij表示第i类社区配电网用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时的单次停电时间；Uij表示第i类社区配电网用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时的年度停电总时间。
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过根据元器件的时变故障率和单次停电时间得到年度停电总时间，为进行停电损失评价提供基础。
进一步地，基于上述实施例，所述停电损失评价指标表示为：
Figure BDA0002244812810000105
式中，R表示所述停电损失评价指标，i表示社区配电网用户类型的序号，n1表示社区配电网用户类型的个数，
Figure BDA0002244812810000106
表示第i类社区配电网用户的停电损失评价指标；其中，
Figure BDA0002244812810000107
表示为(单位：元/KWh)：
Figure BDA0002244812810000111
式中，j表示社区配电网中元器件的序号；n2表示社区配电网中元器件的总数量；
Figure BDA0002244812810000112
表示在社区配电网中第j个元器件发生故障下，第i类社区配电网用户的停电损失期望值；
Figure BDA0002244812810000113
表示在社区配电网中第 j个元器件发生故障下，第i类社区配电网用户的电量缺供期望值；Wi表示第i类社区配电网用户的负荷量；ξi(γij)表示第i个社区配电网用户在停电持续时间为γij时，相应的单位停电损失。目前，国内外对停电损失的描述是定性而粗略的，国内研究多是定性分析，难以在实际中得到广泛应用。没有明确考虑停电损失与停电时间之间的函数关系，大多数估算方法都不能得到比较客观地反映停电严重程度的结果，然而由于社区配电网的特殊性和脆弱性，单纯地根据负荷点的停电持续时间和频率等可靠性指标并不能反映出整个社区的损失情况。对于以往的适用于大型工业用户的停电损失评价率无法适用于社区配电网用户，针对以上痛点，提出了一种针对适用于社区用户的停电损失评价率函数(CIEAR)
社区配电网用户的停电损失评价率函数的定义为：
Figure BDA0002244812810000114
社区配电网用户的停电损失与用户类型、故障停电时间以及停电次数密切相关。不同的用户停电损失ξi(γij)和停电持续时间γij之间的关系函数如下：
Figure BDA0002244812810000115
其中，i表示社区配电网用户类型的序号，αi，βi表示第i类社区配电网用户对应的参数。
然后通过调查相关数据并对其加以处理得出社区配电网五类用户单位停电损失函数。
ξ1(γ1j)＝3.7596×γ1j 1.649
ξ2(γ2j)＝103.526×γ2j 0.474
ξ3(γ3j)＝203.931×γ3j 0.501
ξ4(γ4j)＝93.2168×γ4j 1.032
ξ5(γ5j)＝5.6463×γ5j 1.763
其中，γ1j、γ2j、γ3j、γ4j及γ5j分别表示γij表示社区居民用户、社区工业用户、社区医院用户、社区商业用户及社区政府用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时的单次停电时间，ξ1(γ1j)表示社区居民用户在停电持续时间为γ1j时，相应的单位停电损失；ξ2(γ2j)表示社区工业用户在停电持续时间为γ2j时，相应的单位停电损失；ξ3(γ3j)表示社区医院用户在停电持续时间为γ3j时，相应的单位停电损失；ξ4(γ4j)表示社区商业用户在停电持续时间为γ4j时，相应的单位停电损失；ξ5(γ5j)表示社区政府用户在停电持续时间为γ5j时，相应的单位停电损失。
假定在元器件j发生故障下，第i类社区配电网用户的停电损失期望值
Figure BDA0002244812810000121
(单位：元/年)和电量缺供期望值
Figure BDA0002244812810000122
(单位：KWh/年) 分别表示为：
Figure BDA0002244812810000123
Figure BDA0002244812810000124
考虑社区配电网所有元器件发生故障事件的作用，按照上述定义，第i类社区配电网用户的停电损失评价指标
Figure BDA0002244812810000125
(单位：元/KWh)定义为：
Figure BDA0002244812810000131
利用上述中社区配电网用户停电损失率函数，可以对社区配电网整个***的故障停电运行风险进行量化，得到停电损失评价指标R:
Figure BDA0002244812810000132
最终利用停电损失评价指标R实现对整个社区配电网的动态风险评估。
进一步地，基于上述实施例，所述社区配电网用户可靠性指标体系还包括第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的总故障率、第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的年度停电总时间及第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件每次发生故障时的平均停电时间；其中：
所述第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的总故障率λi(单位：次/年)表示为：
Figure BDA0002244812810000133
所述第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的年度停电总时间Ui(单位：小时/年)表示为：
Figure BDA0002244812810000134
所述第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件每次发生故障时的平均停电时间γi(单位：小时/次)表示为：
γi＝Ui/λi。
并且，根据上述第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的总故障率、第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的年度停电总时间及第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件每次发生故障时的平均停电时间，将所有社区配电网用户的结果相加，还可以得到整个社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的总故障率、整个社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的年度停电总时间以及整个社区配电网用户在社区配电网的元器件每次发生故障时的平均停电时间，从而丰富了社区配电网用户可靠性指标体系，并可将社区配电网用户可靠性指标体系与停电损失评价指标R结合对整个社区配电网的动态风险评估。
为进一步说明本发明实施例所提供的社区配电网动态风险评估方法，下面再通过一具体实例进行介绍。
图4是本发明另一实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法流程图。如图4所示，所述方法包括：
本发明提出一种考虑灾害天气等时变故障率下的社区配电网动态风险评估方法，包括下列步骤：
1.构建社区配电网拓扑结构模型
本发明综合考虑社区配电网的真实情况，将社区配电网分为社区居民用户、社区工业用户、社区医院用户、社区商业用户及社区政府用户五大类。拓扑结构如图2所示，每一类社区用户的馈线支路又由断路器、变压器、熔断器、输电线路、隔离开关等社区配电网五大基本元器件组成。
2.构建灾害天气、运行年限下的社区配电网元器件时变故障率模型
国内标准DL－T 861－2004参照IEEE Std 859－1987将电力***运行的天气条件按其对***的影响程度分为正常天气(normal weather)、恶劣天气(adverse weather)和灾害天气(major storm disaster)三类。其中灾害天气对社区配电网元器件的影响最为严重。
根据社区配电网元器件故障率历史数据的统计分布规律，社区配电网变压器、断路器、隔离开关、输电线路其故障率基本满足浴盆曲线的形状，只有熔断器比较特殊，其磨合期时长基本为0。
社区配电网元器件的运行寿命一般为30年左右，本发明实施例为了真实的反映出社区配电网元器件的时变故障率，综合考虑天气变化、运行年限等多方面因素。根据以北京市为例的30年内三种天气的变化情况以及社区配电网各个元器件故障率历史数据的统计分布规律，从而对威布尔分布进行改造，更好的拟合出表征社区配电网各个元器件的时变故障率函数模型。
输电线路的元器件故障率：
Figure BDA0002244812810000151
其中，τ为经验值，为了更好的拟合天气变化、运行年限等因素的影响，结合社区配电网元器件故障率的历史数据以及其期间的天气变化情况，取值为201.332时最为合适。σ表示天气影响因子，不同的天气的影响因子不同。在灾害天气时，σ为5.033。在恶劣天气时，σ值为39.533，在正常天气状态下，σ值为320.433。输电线路时变故障率函数模型的分布参数依次为ε1＝0.15875，μ1＝-0.14324，ω1＝-1.22232， t表示运行年限，(0—5)年为磨合期，(5—25)为平稳期，(25—30) 为衰耗期。
变压器的元器件故障率：
Figure BDA0002244812810000152
式中，τ为经验取值，同上述。σ为天气影响因子，同上述。变压器的时变故障率函数模型的分布参数为ε2＝0.16556，μ2＝-0.05656，ω2＝-0.67989，t表示运行年限，(0—2)年为磨合期，(2—20)为平稳期， (20—30)为衰耗期。
断路器的元器件故障率：
Figure BDA0002244812810000153
式中，τ为经验取值，同上述。σ为天气影响因子，同上述。断路器时变故障率函数模型的分布参数为ε3＝0.2174，μ3＝-0.26525，ω3＝ -1.486697，t表示运行年限，(0—5)年为磨合期，(5—20)为平稳期，(20—30)为衰耗期。
隔离开关的元器件故障率：
Figure BDA0002244812810000161
式中，τ为经验取值，同上述。σ为天气影响因子，同上述。隔离开关时变故障率函数模型的分布参数为ε4＝0.21739，μ4＝-0.26525，ω4＝-1.4867，t表示运行年限，(0—5)年为磨合期，(5—20)为平稳期， (20—30)为衰耗期。
熔断器的元器件故障率：
Figure BDA0002244812810000162
式中，τ为经验取值，同上述。σ为天气影响因子，同上述。熔断器时变故障率函数模型的分布参数为ε5＝0.047021，μ5＝2.884932E-6，ω5＝4.509812，t表示运行年限，对于熔断器来说磨合期几乎为0，(0—10) 为平稳期，(10—15)为衰耗期。
综合考虑灾害天气、运行年限因素下的社区配电网各个元器件时变故障率浴盆曲线如图3所示。
3.构建社区配电网用户可靠性指标体系
根据社区配电网各个元器件在灾害天气、运行年限下的时变故障率，可以计算出社区配电网各类用户的可靠性指标，从而建立社区配电网用户的负荷点可靠性评估模型。
假设社区配电网***包括n2个元器件，因为社区配电网每类用户馈电线路上的各个元器件之间具有逻辑串联关系，每次只考虑单个元器件发生故障时的故障率大小，不考虑多个元器件同时发生故障的情况。所以可以结合社区配电网不同类型用户和不同元器件的故障类型构建社区配电网用户故障率矩阵模型，表示如下：
Figure BDA0002244812810000171
其中，
Figure BDA0002244812810000172
表示第i类社区配电网用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时对应的所述社区配电网元器件时变故障率。n1为社区配电网用户类型的个数，n2为社区配电网中元器件的个数。需要说明的是，由于不同用户类型均可能有多个，n2为社区配电网中元器件的总数量。
可靠性指标包括：
(1)第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的总故障率，表示为(单位：次/年)：
Figure BDA0002244812810000173
(2)第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的年度停电总时间，表示为(单位：小时/年)：
Figure BDA0002244812810000174
(3)第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件每次发生故障时的平均停电时间，表示为(单位：小时/次)：
γi＝Ui/λi
4.构建社区配电网用户停电损失评价率(CIEAR)
目前，国内外对停电损失的描述是定性而粗略的，国内研究多是定性分析，难以在实际中得到广泛应用。没有明确考虑停电损失与停电时间之间的函数关系，大多数估算方法都不能得到比较客观地反映停电严重程度的结果,然而由于社区配电网的特殊性和脆弱性，单纯地根据负荷点的停电持续时间和频率等可靠性指标并不能反映出整个社区的损失情况。对于以往的适用于大型工业用户的停电损失评价率无法适用于社区配电网用户，针对以上痛点，提出了一种针对适用于社区用户的停电损失评价率函数(CIEAR)
社区配电网用户的停电损失评价率函数的定义为：
Figure BDA0002244812810000181
社区配电网用户的停电损失与用户类型、故障停电时间以及停电次数密切相关。不同的用户停电损失ξi(γij)和停电时间γij之间的关系如下：
Figure BDA0002244812810000185
其中，i表示社区配电网用户类型的序号，αi，βi表示不同用户类型对应的参数。
然后通过调查相关数据并对其加以处理得出社区配电网五类用户单位停电损失函数。
ξ1(γ1j)＝3.7596×γ1j 1.649
ξ2(γ2j)＝103.526×γ2j 0.474
ξ3(γ3j)＝203.931×γ3j 0.501
ξ4(γ4j)＝93.2168×γ4j 1.032
ξ5(γ5j)＝5.6463×γ5j 1.763
其中，ξ1(γ1j)，ξ2(γ2j)，ξ3(γ3j)，ξ4(γ4j)，ξ5(γ5j)分别表示社区居民用户、社区工业用户、社区医院用户、社区商业用户及社区政府用户在第j个元器件发生故障时的单位停电损失。。
假定在元器件j发生故障下，第i类社区配电网用户的停电损失期望值
Figure BDA0002244812810000182
(单位：元/年)和电量缺供期望值
Figure BDA0002244812810000183
(单位：KWh/年) 分别表示为：
Figure BDA0002244812810000184
Figure BDA0002244812810000191
其中，Wi表示第i类社区配电网用户的负荷量，ξi(γij)表示第i个社区配电网用户在停电持续时间为γij时，相应的单位停电损失。
考虑社区配电网所有元器件发生故障事件的作用，按照上述定义，第i类社区配电网用户的停电损失评价指标
Figure BDA0002244812810000192
(单位：元/KWh)定义为：
Figure BDA0002244812810000193
5.社区配电网动态风险评估
利用上述中社区配电网用户停电损失率函数，可以对社区配电网整个***的故障停电运行风险进行量化，最终实现对整个社区配电网的动态风险评估。对整个社区配电网的动态风险评估的停电损失评价指标表示如下：
Figure BDA0002244812810000194
为了克服已有技术对社区配电网风险评估的不准确性等问题，本发明实施例提供一种考虑灾害天气等时变故障率下的社区配电网动态风险评估方法，首先构建了社区配电网拓扑结构模型，综合考虑灾害天气变化、运行年限等多重因素下对社区配电网元器件故障率的影响，拟合出一种新型的适用于社区配电网元器件的时变故障率函数模型，根据不同天气和运行年限状态下的元器件故障率，可以得出不同社区用户类型下的负荷点可靠性评估指标。然后基于社区用户的可靠性评估指标，构建适用于社区用户停电损失评价率函数(CIEAR)，从而对社区配电网风险值进行量化，最终实现对社区配电网风险的动态评估。本发明实施例具有如下进步：
1.为了体现社区的完整性，将社区用户分为居民，工业，商业，医院以及政府五大类。从而对每一类用户负荷点馈线支路上的五种电气基本元器件时变故障率进行考虑。
2.目前研究认为元器件故障率大小是一个常数值，没有综合考虑灾害天气变化、运行年限等多要素下的元器件的时变故障率。本发明实施例提出了一种考虑灾害天气等多因素下的时变故障率模型。
3.现有的技术都是从大电网的层面来进行可靠性评估或是风险评估，没有针对于社区配电网的一整套风险评估的理论与方法，本发明实施例从社区配电网元器件作为切入点，提出了一种新的计算社区各类用户的总的故障率、每次故障停电时间，年停电总时间三种用户可靠性指标方法。
4.利用社区配电网各类用户可靠性指标，利用CIEAR模型可以将可靠性评估与风险评估有效的结合起来。
5.通过
Figure BDA0002244812810000201
函数模型可以将社区配电网故障停电风险值进行量化，从而可以实现社区配电网的风险评估。
图5是本发明实施例提供的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估装置的结构示意图。如图5所示，所述装置包括社区配电网元器件时变故障率获取模块10、社区配电网用户可靠性指标体系构建模块 20及停电损失评价模块30，其中：社区配电网元器件时变故障率获取模块10用于：基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率；社区配电网用户可靠性指标体系构建模块20用于：构建社区配电网用户可靠性指标体系以及建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数；其中所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间；停电损失评价模块30用于：根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及所述社区配电网用户的单位停电损失函数计算停电损失评价指标，根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估。
本发明实施例通过基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，提高了社区配电网元器件时变故障率计算的准确性，并基于计算得到的社区配电网元器件时变故障率、元器件故障停电时间以及社区配电网用户的单位停电损失函数计算用于社区配电网动态风险量化评估的停电损失评价指标，由此提高了社区配电网动态风险评估的准确性和可靠性。
本发明实施例提供的装置是用于上述方法的，具体功能可参照上述方法流程，此处不再赘述。
图6是本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。如图6 所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口 (Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行如下方法：基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率；构建社区配电网用户可靠性指标体系以及建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数；其中所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间；根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及所述社区配电网用户的单位停电损失函数计算停电损失评价指标，根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的方法，例如包括：基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率；构建社区配电网用户可靠性指标体系以及建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数；其中所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间；根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及所述社区配电网用户的单位停电损失函数计算停电损失评价指标，根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法，其特征在于，包括：
基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率；
构建社区配电网用户可靠性指标体系以及建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数；其中所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间；
根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及所述社区配电网用户的单位停电损失函数计算停电损失评价指标，根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估；
所述社区配电网元器件时变故障率模型表示如下：
Figure FDA0002432783470000011
式中，
Figure FDA0002432783470000012
表示社区配电网元器件时变故障率，单位：次/年，τ为经验值，σ表示天气影响因子，ε表示社区配电网元器件时变故障率模型的第一分布参数，μ表示社区配电网元器件时变故障率模型的第二分布参数，ω表示社区配电网元器件时变故障率模型的第三分布参数，t表示运行年限，单位：年。
2.根据权利要求1所述的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法，其特征在于，τ取值为201.332；灾害天气时，σ取值为5.033；恶劣天气时，σ取值为39.533；正常天气时，σ取值为320.433；
对于输电线路，ε取值为0.15875，μ取值为-0.14324，ω取值为-1.22232；对于变压器，ε取值为0.16556，μ取值为-0.05656，ω取值为-0.67989；对于断路器，ε取值为0.2174，μ取值为-0.26525，ω取值为-1.486697；对于隔离开关，ε取值为0.21739，μ取值为-0.26525，ω取值为-1.4867；对于熔断器，ε取值为0.047021，μ取值为2.884932E-6，ω取值为4.509812。
3.根据权利要求1至2任一所述的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法，其特征在于，所述元器件故障停电时间包括元器件故障单次停电时间及元器件故障年度停电总时间；其中：
Figure FDA0002432783470000021
式中，
Figure FDA0002432783470000022
表示第i类社区配电网用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时对应的所述社区配电网元器件时变故障率，其中，若第j个元器件在第i类社区配电网用户的馈线支路上，则按照所述社区配电网元器件时变故障率模型计算
Figure FDA0002432783470000023
若第j个元器件不在第i类社区配电网用户的馈线支路上，则
Figure FDA0002432783470000024
取值为0；γij表示第i类社区配电网用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时的单次停电时间；Uij表示第i类社区配电网用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时的年度停电总时间。
4.根据权利要求3所述的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法，其特征在于，所述停电损失评价指标表示为：
Figure FDA0002432783470000025
式中，R表示所述停电损失评价指标，i表示社区配电网用户类型的序号，n1表示社区配电网用户类型的个数，
Figure FDA0002432783470000026
表示第i类社区配电网用户的停电损失评价指标；其中，
Figure FDA0002432783470000027
的单位是：元/KWh，表示为：
Figure FDA0002432783470000028
式中，j表示社区配电网中元器件的序号；n2表示社区配电网中元器件的总数量；
Figure FDA0002432783470000029
表示在社区配电网中第j个元器件发生故障下，第i类社区配电网用户的停电损失期望值，单位：元/年；
Figure FDA00024327834700000210
表示在社区配电网中第j个元器件发生故障下，第i类社区配电网用户的电量缺供期望值，单位：KWh/年；Wi表示第i类社区配电网用户的负荷量；ξi(γij)表示第i类社区配电网用户在停电持续时间为γij时，相应的单位停电损失。
5.根据权利要求4所述的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法，其特征在于，第i类社区配电网用户在停电持续时间为γij时，相应的单位停电损失ξi(γij)的表达式如下：
Figure FDA0002432783470000031
αi，βi表示第i类社区配电网用户对应的参数；
其中，社区居民用户、社区工业用户、社区医院用户、社区商业用户及社区政府用户的单位停电损失的表达式分别为：
ξ1(γ1j)＝3.7596×γ1j 1.649
ξ2(γ2j)＝103.526×γ2j 0.474
ξ3(γ3j)＝203.931×γ3j 0.501
ξ4(γ4j)＝93.2168×γ4j 1.032
ξ5(γ5j)＝5.6463×γ5j 1.763
其中，γ1j、γ2j、γ3j、γ4j及γ5j分别表示γij表示社区居民用户、社区工业用户、社区医院用户、社区商业用户及社区政府用户在社区配电网的第j个元器件发生故障时的单次停电时间，ξ1(γ1j)表示社区居民用户在停电持续时间为γ1j时，相应的单位停电损失；ξ2(γ2j)表示社区工业用户在停电持续时间为γ2j时，相应的单位停电损失；ξ3(γ3j)表示社区医院用户在停电持续时间为γ3j时，相应的单位停电损失；ξ4(γ4j)表示社区商业用户在停电持续时间为γ4j时，相应的单位停电损失；ξ5(γ5j)表示社区政府用户在停电持续时间为γ5j时，相应的单位停电损失。
6.根据权利要求3所述的考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法，其特征在于，所述社区配电网用户可靠性指标体系还包括第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的总故障率、第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的年度停电总时间及第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件每次发生故障时的平均停电时间；其中：
所述第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的总故障率λi的单位是：次/年，表示为：
Figure FDA0002432783470000041
所述第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件发生故障时的年度停电总时间Ui的单位是：小时/年，表示为：
Figure FDA0002432783470000042
所述第i类社区配电网用户在社区配电网的元器件每次发生故障时的平均停电时间γi的单位是：小时/次，表示为：
γi＝Ui/λi
式中，n2表示社区配电网中元器件的总数量。
7.一种考虑时变因素的社区配电网动态风险评估装置，其特征在于，包括：
社区配电网元器件时变故障率获取模块，用于：基于天气影响因子和运行年限构建社区配电网元器件时变故障率模型，并基于所述社区配电网元器件时变故障率模型计算社区配电网元器件时变故障率；
社区配电网用户可靠性指标体系构建模块，用于：构建社区配电网用户可靠性指标体系以及建立社区配电网各类用户的单位停电损失函数；其中所述社区配电网用户可靠性指标体系包括元器件故障停电时间；
停电损失评价模块，用于：根据所述社区配电网元器件时变故障率、所述元器件故障停电时间以及所述社区配电网用户的单位停电损失函数计算停电损失评价指标，根据所述停电损失评价指标对社区配电网动态风险进行评估；
所述社区配电网元器件时变故障率模型表示如下：
Figure FDA0002432783470000051
式中，
Figure FDA0002432783470000052
表示社区配电网元器件时变故障率，单位：次/年，τ为经验值，σ表示天气影响因子，ε表示社区配电网元器件时变故障率模型的第一分布参数，μ表示社区配电网元器件时变故障率模型的第二分布参数，ω表示社区配电网元器件时变故障率模型的第三分布参数，t表示运行年限，单位：年。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述考虑时变因素的社区配电网动态风险评估方法的步骤。
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