CN114117795A - 一种基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于负荷‑电源连通性分析的配网可靠性评估方法，涉及电力***供电可靠性评估领域，步骤如下：绘制配网拓扑结构图；枚举开关与线路的故障作为配网可靠性分析中的单重故障场景；分析故障发生时刻各负荷节点与电源之间的连通性；分析故障隔离过程中各负荷节点与电源之间的连通性；分析配网故障重结构条件下各负荷节点与电源之间的连通性；综合故障发生，隔离与配网故障重构过程，量化配网单重故障对各负荷节点供电可靠性的影响；综合各负荷节点在配网单个线路或开关元件故障条件下的供电可靠性，计算得到配网整体的供电可靠性指标。本发明采用负荷‑电源连通性分析，可直观地描述配网负荷供电可靠性，提升可靠性评估结果的精度。

Description

一种基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及电力***供电可靠性评估技术领域，尤其涉及一种基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法。

背景技术

电力***供电可靠性是***运行的关键指标之一。配网直接负责向电力用户供电，***中用户数目较多，具有较多的开关元件与供电线路，且元件与设备的保护措施水平相较发输电***弱，上述要素使得对配网***进行供电可靠性评估十分必要。通过开发可靠性评估算法，量化配网各类元件故障工况以及故障条件下的配网运行调整对配网内部用户以及***整体供电可靠性的影响。

针对配网的可靠性评估，一般采用故障枚举的方法，通过枚举可能的故障场景，分析故障影响范围，最后综合全部故障场景计算得到单个用户负荷节点与配网整体的供电可靠性指标。现有配网可靠性评估算法的不足体现在下述两个方面：

(1)在分析配网元件故障对用户供电的影响时，未能计及故障发生、故障隔离以及配网故障重构的整个配网响应流程，忽略了故障隔离与配网故障重构过程中的用户短时停电过程，从而得到偏乐观的配网可靠性评估结果。

(2)在配网***整体***结构下分析特定用户的供电可靠性。考虑到配网自身独特的辐射式结构，用户的供电可靠性仅受其与配网电源节点间连通路径上的元件影响。

发明内容

本发明的目的是为了实现在配网可靠性评估中，综合所枚举故障场景相应的故障发生、故障隔离以及配网故障重构全过程，精准量化受影响电力用户的供电可靠性指标，进而实现对***整体供电可靠性的评估。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，包含以下步骤：

S1：绘制配网拓扑结构图，确定各负荷节点与电源之间的通路中存在的开关节点与线路；

S2：枚举开关与线路的故障作为配网可靠性分析中的单重故障场景；

S3：分析故障发生时刻各负荷节点与电源之间的连通性；

S4：分析故障隔离过程中各负荷节点与电源之间的连通性；

S5：分析配网故障重结构条件下各负荷节点与电源之间的连通性；

S6：综合故障发生，隔离与配网故障重构过程，量化配网单重故障对各负荷节点供电可靠性的影响；

S7：综合各负荷节点在配网单个线路或开关元件故障条件下的供电可靠性，计算得到配网整体的供电可靠性指标。

优选的，所述S1中的配网拓扑结构图基于配网结构进行绘制，且所述配网拓扑结构图包含电源、线路、开关以及负荷节点。

优选的，所述S3中的步骤为：对于所述配电网，存在m个负荷节点与n个单重故障场景；针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])在故障发生时刻与电源间的连通性标识符F1(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的隔离开关；遍历各负荷节点，若该隔离开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，则将F1(i,j)设置为“1”。

优选的，所述S4中的步骤为：针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])在故障隔离过程中与电源间的连通性标识符F2(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的速断开关与隔离开关；遍历各负荷节点，若该故障元件与离故障点位置最接近的隔离开关不存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，且离故障点位置最接近的速断开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，则将F2(i,j)设置为“1”。

优选的，所述S5中步骤为：针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])配网故障重构条件下与电源间的连通性标识符F3(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的隔离开关，将此开关置于断开状态；遍历各负荷节点，若该隔离开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，且负荷节点i所在馈线末端存在联络开关，将离故障点位置最接近的隔离开关置于断开状态，将联络开关置于导通状态，检测该条件下负荷节点i与配网电源间的连通性；若负荷节点i可与配网电源相连，则将F3(i,j)设置为“1”。

优选的，所述S6包含以下步骤：

针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，其涉及元件的故障率为λ_j，元件修复时间为T_j；综合故障场景的故障发生、故障隔离以及配网故障重构过程，该故障场景对负荷节点i(i∈[1,2,…,m])供电故障率影响的量化表达如式(1)所示；对负荷节点停电时间影响的量化表达如式(2)所示；

λ(i,j)＝F1(i,j)λ_j+F2(i,j)λ_j (1)

T(i,j)＝[F1(i,j)-F3(i,j)]T_j+[F2(i,j)+F3(i,j)]T_SW (2)

λ(i,j)为故障场景j引起的负荷节点i供电故障率，T(i,j)为故障场景j引起的负荷节点i停电时间，T_SW为配网故障隔离与故障重构过程中开关倒闸操作所需的时间；

负荷节点i在计及所有单重故障条件下的供电故障率指标λ_i、停电时间指标T_i以及电量不足指标ENS_i的计算表达式分别如下：

P_i为负荷节点i处的有功功率大小。

优选的，所述S7包含以下步骤：

综合各负荷节点的可靠性计算参数，求解单重故障条件下配网的整体可靠性指标，其中：***平均停电频率指标(SAIFI)的计算表达式为：

N_i为负荷节点i处的负荷用户数；

***平均停电持续时间指标(SAIDI)的计算表达式为：

用户平均停电时间指标(CAIDI)的计算表达式为：

平均供电可用率指标(ASAI)的计算表达式为：

电量不足指标(ENS)的计算表达式为：

平均电量不足指标(AENS)的计算表达式为：

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明在分析特定用户负荷的供电可靠性时，首先通过分析用户负荷节点与配网电源节点在配电网络中的连通路径，提取影响用户负荷供电的相关元件，从而可实现快速的负荷—电源连通性分析，提升配网可靠性分析算法的运算效率。

2、本发明可分析配网元件故障对应的故障发生、故障隔离以及配网故障重构全过程，基于各阶段过程中负荷节点与配网电源节点间的连通性，设置对应的标识符以综合考虑负荷节点在整个故障修复过程中的停止供电以及负荷节点仅在故障隔离过程中的短时停止供电。通过引入标识符，实现了基于故障枚举的负荷节点以及配网整体的供电可靠性指标计算。

附图说明

图1为本发明实施例的基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法流程图；

图2为本发明一个实施例的配网拓扑结构图；

图3为本发明一个实施例的故障隔离过程中的配网拓扑结构图；

图4为本发明一个实施例的配网故障重构过程中的配网拓扑结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

请参阅图1，一种基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，包含以下步骤：

S1：绘制配网拓扑结构图，确定各负荷节点与电源之间的通路中存在的开关节点与线路；

在一实施方式中，所述配网拓扑结构图是基于配网结构进行绘制，且所述配网拓扑结构图包含电源、线路、开关以及负荷节点。

S2：枚举开关与线路的故障作为配网可靠性分析中的单重故障场景；

S3：分析故障发生时刻各负荷节点与电源之间的连通性；

在一实施方式中，对于所述配电网，存在m个负荷节点与n个单重故障场景；针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])在故障发生时刻与电源间的连通性标识符F1(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的隔离开关；遍历各负荷节点，若该隔离开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，则将F1(i,j)设置为“1”。

具体的，请参阅图2，图中“L_i”代表第i个用户负荷节点，“SD_i”代表第i个速断开关，“GL_i”代表第i个隔离开关，“T_i”代表第i个T接点，“LL_i”代表第i个联络开关。当GL_1与T_14节点间的线路发生故障时，从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的隔离开关GL_1；遍历各负荷节点，GL_1存在于负荷节点13-19与电源之间的通路中，将F1(i,j)(i∈[13,14,…,19])设置为“1”。

S4：分析故障隔离过程中各负荷节点与电源之间的连通性；

在一实施方式中，针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])在故障隔离过程中与电源间的连通性标识符F2(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的速断开关与隔离开关；遍历各负荷节点，若该故障元件与离故障点位置最接近的隔离开关不存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，且离故障点位置最接近的速断开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，则将F2(i,j)设置为“1”。

具体的，请参阅图3，图3中GL_1与T_14节点间的线路故障在故障隔离过程中的配网拓扑结构，定位离故障点位置最接近的速断开关与隔离开关分别为SD_3与GL_1，遍历各负荷节点，该故障元件与离故障点位置最接近的隔离开关GL_1不存在于负荷节点8-12与电源之间的通路中，且离故障点位置最接近的速断开关SD_3存在于负荷节点8-12与电源之间的通路中，将F2(i,j)(i∈[8,9,…,12])设置为“1”，表明上述负荷节点会在速断开关SD_3动作过程中短时终止供电，在隔离开关GL_1断开隔离故障后又可以恢复供电。

S5：分析配网故障重结构条件下各负荷节点与电源之间的连通性；

在一实施方式中，针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])配网故障重构条件下与电源间的连通性标识符F3(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的隔离开关，将此开关置于断开状态；遍历各负荷节点，若该隔离开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，且负荷节点i所在馈线末端存在联络开关，将离故障点位置最接近的隔离开关置于断开状态，将联络开关置于导通状态，检测该条件下负荷节点i与配网电源间的连通性；若负荷节点i可与配网电源相连，则将F3(i,j)设置为“1”。

具体的，请参阅图4，所示的GL_1与T_14节点间的线路故障在配网故障重构过程中的配网拓扑结构，从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的隔离开关GL_1，将此开关置于断开状态；遍历各负荷节点，该隔离开关存在于负荷节点13-19与电源之间的通路中，且负荷节点13-19所在馈线末端存在联络开关LL_1，将离故障点位置最接近的隔离开关GL_2置于断开状态，将联络开关LL_1置于导通状态，该条件下其中的负荷节点15-19可重新与配网电源相连，则将F3(i,j)(i∈[15,16,…,19])设置为“1”，表明上述负荷节点在配网故障重构后可恢复供电。

S6：综合故障发生，隔离与配网故障重构过程，量化配网单重故障对各负荷节点供电可靠性的影响；

在一实施方式中，针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，其涉及元件的故障率为λ_j，元件修复时间为T_j；综合故障场景的故障发生、故障隔离以及配网故障重构过程，该故障场景对负荷节点i(i∈[1,2,…,m])供电故障率影响的量化表达如式(1)所示；对负荷节点停电时间影响的量化表达如式(2)所示；

λ(i,j)＝F1(i,j)λ_j+F2(i,j)λ_j (1)

T(i,j)＝[F1(i,j)-F3(i,j)]T_j+[F2(i,j)+F3(i,j)]T_SW (2)

λ(i,j)为故障场景j引起的负荷节点i供电故障率，T(i,j)为故障场景j引起的负荷节点i停电时间，T_SW为配网故障隔离与故障重构过程中开关倒闸操作所需的时间；

负荷节点i在计及所有单重故障条件下的供电故障率指标λ_i、停电时间指标T_i以及电量不足指标ENS_i的计算表达式分别如下：

上述公式中，P_i为负荷节点i处的有功功率大小。

S7：综合各负荷节点在配网单个线路或开关元件故障条件下的供电可靠性，计算得到配网整体的供电可靠性指标。

具体的，综合各负荷节点的可靠性计算参数，求解单重故障条件下配网的整体可靠性指标，其中：***平均停电频率指标(SAIFI)的计算表达式为：

N_i为负荷节点i处的负荷用户数；

***平均停电持续时间指标(SAIDI)的计算表达式为：

用户平均停电时间指标(CAIDI)的计算表达式为：

平均供电可用率指标(ASAI)的计算表达式为：

电量不足指标(ENS)的计算表达式为：

平均电量不足指标(AENS)的计算表达式为：

本申请中所提供的一种基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，在分析特定用户负荷的供电可靠性时，首先通过分析用户负荷节点与配网电源节点在配电网络中的连通路径，提取影响用户负荷供电的相关元件，从而可实现快速的负荷-电源连通性分析，提升配网可靠性分析算法的运算效率。

且本申请所提供的评估方法可分析配网元件故障对应的故障发生、故障隔离以及配网故障重构全过程，基于各阶段过程中负荷节点与配网电源节点间的连通性，设置对应的标识符以综合考虑负荷节点在整个故障修复过程中的停止供电以及负荷节点在故障隔离过程中的短时停止供电，通过引入标识符，实现了基于故障枚举的负荷节点以及配网整体的供电可靠性指标计算。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围。

Claims (7)

1.一种基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，其特征在于：包含以下步骤：

S1：绘制配网拓扑结构图，确定各负荷节点与电源之间的通路中存在的开关节点与线路；

S2：枚举开关与线路的故障作为配网可靠性分析中的单重故障场景；

S3：分析故障发生时刻各负荷节点与电源之间的连通性；

S4：分析故障隔离过程中各负荷节点与电源之间的连通性；

S5：分析配网故障重结构条件下各负荷节点与电源之间的连通性；

S6：综合故障发生，隔离与配网故障重构过程，量化配网单重故障对各负荷节点供电可靠性的影响；

S7：综合各负荷节点在配网单个线路或开关元件故障条件下的供电可靠性，计算得到配网整体的供电可靠性指标。

2.根据权利要求1所述的基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，其特征在于：所述S1中的配网拓扑结构图是基于配网结构进行绘制，且所述配网拓扑结构图包含电源、线路、开关以及负荷节点。

3.根据权利要求1所述的基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，其特征在于：所述S3中的步骤为：对于所述配电网，存在m个负荷节点与n个单重故障场景；针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])在故障发生时刻与电源间的连通性标识符F1(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的隔离开关；遍历各负荷节点，若该隔离开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，则将F1(i,j)设置为“1”。

4.根据权利要求1所述的基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，其特征在于：所述S4中的步骤为：针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])在故障隔离过程中与电源间的连通性标识符F2(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的速断开关与隔离开关；遍历各负荷节点，若该故障元件与离故障点位置最接近的隔离开关不存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，且离故障点位置最接近的速断开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，则将F2(i,j)设置为“1”。

5.根据权利要求1所述的基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，其特征在于：所述S5中步骤为：针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，负荷节点i(i∈[1,2,…,m])配网故障重构条件下与电源间的连通性标识符F3(i,j)初始值皆设置为“0”；从故障元件向配网电源回溯，定位离故障点位置最接近的隔离开关，将此开关置于断开状态；遍历各负荷节点，若该隔离开关存在于某负荷节点i与电源之间的通路中，且负荷节点i所在馈线末端存在联络开关，将离故障点位置最接近的隔离开关置于断开状态，将联络开关置于导通状态，检测该条件下负荷节点i与配网电源间的连通性；若负荷节点i可与配网电源相连，则将F3(i,j)设置为“1”。

6.根据权利要求1所述的基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，其特征在于：所述S6包含以下步骤：

针对特定故障场景j(j∈[1,2,…,n])，其涉及元件的故障率为λ_j，元件修复时间为T_j；综合故障场景的故障发生、故障隔离以及配网故障重构过程，该故障场景对负荷节点i(i∈[1,2,…,m])供电故障率影响的量化表达如式(1)所示；对负荷节点停电时间影响的量化表达如式(2)所示；

λ(i,j)＝F1(i,j)λ_j+F2(i,j)λ_j (1)

T(i,j)＝[F1(i,j)-F3(i,j)]T_j+[F2(i,j)+F3(i,j)]T_SW (2)

λ(i,j)为故障场景j引起的负荷节点i供电故障率，T(i,j)为故障场景j引起的负荷节点i停电时间，T_SW为配网故障隔离与故障重构过程中开关倒闸操作所需的时间；

负荷节点i在计及所有单重故障条件下的供电故障率指标λ_i、停电时间指标T_i以及电量不足指标ENS_i的计算表达式分别如下：

P_i为负荷节点i处的有功功率大小。

7.根据权利要求1所述的基于负荷-电源连通性分析的配网可靠性评估方法，其特征在于：所述S7包含以下步骤：

综合各负荷节点的可靠性计算参数，求解单重故障条件下配网的整体可靠性指标，其中：***平均停电频率指标(SAIFI)的计算表达式为：

N_i为负荷节点i处的负荷用户数；

***平均停电持续时间指标(SAIDI)的计算表达式为：

用户平均停电时间指标(CAIDI)的计算表达式为：

平均供电可用率指标(ASAI)的计算表达式为：

电量不足指标(ENS)的计算表达式为：

平均电量不足指标(AENS)的计算表达式为：

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