專利名稱：一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配電網(wǎng)可靠性判斷方法的改進，具體涉及一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法，屬于配網(wǎng)可靠性判斷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
配電系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)末端，直接與用戶相連，電力系統(tǒng)對用戶的供電能力與供 電質(zhì)量都必須通過配電系統(tǒng)來具體實現(xiàn)，配電網(wǎng)可靠性是整個電力系統(tǒng)安全運行的集中反映。傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性判斷采用期望值指標(biāo)來揭示系統(tǒng)可靠性的長期平穩(wěn)變化趨勢，可方便快速地為規(guī)劃和運行人員提供富有價值的系統(tǒng)停運風(fēng)險信息。但期望值是從長期概率均值角度反映物理現(xiàn)象概率屬性的一種數(shù)字特征，并不能完整揭示系統(tǒng)可靠性的內(nèi)在分布規(guī)律和結(jié)構(gòu)特性。因此，要實現(xiàn)對系統(tǒng)隨機特性和風(fēng)險水平的理性認(rèn)知，應(yīng)從概率分布角度對系統(tǒng)風(fēng)險進彳了完整刻畫。配網(wǎng)可靠性評估通常假設(shè)元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率為常數(shù)，即假定狀態(tài)停留時間為指數(shù)分布。對已經(jīng)歷調(diào)試期而尚未進入衰耗期的系統(tǒng)元件，此假設(shè)有效且大大簡化了建模分析的難度。而在實際工程問題中，元件故障現(xiàn)象與元件所處地理位置、環(huán)境污染、天氣因素、元件維護水平、元件使用年齡和內(nèi)部老化等諸多因素協(xié)同影響；同時，元件修復(fù)過程也深受故障時天氣狀況、故障定位時間、故障點地理位置、維修人員數(shù)量和水平、維修工具和維修方式等的影響。因此，對元件工作時間及修復(fù)時間采用非指數(shù)分布來描述其狀態(tài)駐留時長的概率不確定性可與工程實際更加吻合。配網(wǎng)可靠性評估分為解析法]和蒙特卡洛模擬法兩大類，且各有優(yōu)缺點。解析法通過對系統(tǒng)枚舉到的每一個狀態(tài)進行出現(xiàn)概率與影響后果的加權(quán)求和得到可靠性指標(biāo)的期望值，方法簡單且計算速度較快。但是，傳統(tǒng)解析法要求元件狀態(tài)駐留時間服從指數(shù)分布，且不能得到可靠性指標(biāo)的概率分布。序貫蒙特卡洛仿真通過對系統(tǒng)實際運行過程的模擬和統(tǒng)計分析可求取可靠性指標(biāo)的概率分布，并且適用于非指數(shù)分布系統(tǒng)，但為了滿足模擬精度的要求計算時間較長，且元件可靠性參數(shù)一旦改變則需重新進行完整的仿真計算，因此難以開展可靠性參數(shù)的靈敏度分析。鑒于此，若能從解析角度建立配網(wǎng)可靠性指標(biāo)與元件概率特性的函數(shù)關(guān)系，不但能高效求取配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的概率分布，而且為進一步開展元件隨機特性與配網(wǎng)可靠性指標(biāo)概率分布之間的關(guān)聯(lián)性和耦合度分析奠定理論基礎(chǔ)。已有文獻大多基于元件狀態(tài)的指數(shù)分布展開研究，鮮有文獻探討過非指數(shù)分布下系統(tǒng)可靠性的概率分布計算。其中，文獻(B. Retterath, S. S. Venkata, A. A. Chowdhury.Impact of time-varying failure rates on distribution reliability[J].ElectricalPower and Energy Systems, 2005 (27) :682-688.)計及元件使用年齡來研究時變故障率對配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的影響；文獻(寧遼逸，吳文傳，張伯明.一種適用于運行風(fēng)險評估的元件修復(fù)時間概率分布[J].中國電機工程學(xué)報，2009，29 (16) :15-20.)提出了概率分布為疊加指數(shù)分布、密度曲線為“鈴形”的維修時間，并分析了時變修復(fù)率在系統(tǒng)運行風(fēng)險評估中對系統(tǒng)瞬時狀態(tài)概率值的影響；但上述兩文獻僅限于時變轉(zhuǎn)移率對可靠性指標(biāo)期望值的影響，未得到可靠性指標(biāo)的概率分布。在可靠性指標(biāo)概率分布解析計算方面，已有學(xué)者作過初步探索，文獻(R. Billinton, R. Goel. An analytical approach to evaluateprobability distributions associated with the reliability indices of electricdistribution systems [J]. IEEE Trans, on Power Delivery,1986,3 (I) :245-251.)在元件故障次數(shù)近似服從泊松分布的假設(shè)下實現(xiàn)了可靠性指標(biāo)前四階矩的計算，借助皮爾遜頻率曲線獲得了配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的百分位數(shù)，但通過前四階矩從皮爾遜分布曲線簇中選擇最適合的概率分布類型異常困難；文獻[Enrico C, Gianfranco C. Evaluation of theprobability density functions of distribution system reliability indices with acharacteristic functions-based approach[J]. IEEE Trans, on Power Systems,2004,19(2) :724-734.]推導(dǎo)了配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的特征函數(shù)，并獲得了配網(wǎng)可靠性指標(biāo)的前四階 原點矩、中心矩和概率密度曲線，但該方法涉及復(fù)雜的離散傅里葉變換DFT和逆變換IDFT，且不能適用于非線性隨機函數(shù)，并嚴(yán)格要求隨機函數(shù)中的隨機變量彼此獨立；文獻[趙淵，謝開貴.電網(wǎng)可靠性指標(biāo)概率密度分布的解析計算模型[J].中國電機工程學(xué)報，2011，31(4) :31-38.]首次在大電力系統(tǒng)中對可靠性指標(biāo)概率密度分布的解析計算進行了有益嘗試，但配電網(wǎng)與大電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征和運行方式不同，可靠性指標(biāo)體系也相差很大，故其計算方法難以直接應(yīng)用到配電網(wǎng)可靠性評估中?，F(xiàn)有配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的評估重心主要放在負(fù)荷側(cè)，已有的系統(tǒng)級指標(biāo)，例如系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)SAIFI，可由各負(fù)荷點可靠性指標(biāo)來表達(dá)并計入了負(fù)荷點用戶數(shù)的影響，是一種僅站在用戶視角考察配網(wǎng)整體可靠性的測度指標(biāo)，僅從用戶側(cè)的角度體現(xiàn)配網(wǎng)隨機故障對負(fù)荷點用戶年停電持續(xù)時間和年停電頻率等方面的影響，無法從宏觀上整體把握系統(tǒng)運行風(fēng)險的變化規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在不降低判斷準(zhǔn)確性基礎(chǔ)上、使判斷過程更高效更全面的基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法。本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案如下
一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法，本判斷方法基于現(xiàn)有的可靠性判斷指標(biāo)一停電頻率、停電時間和年缺供電量基礎(chǔ)上，將整個配網(wǎng)看成一個等效元件而同時提出如下三個配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)，且該三個配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)通過解析表達(dá)式求得系統(tǒng)故障前工作時間TTSF、系統(tǒng)故障后恢復(fù)時間TTSR以及系統(tǒng)故障頻率SIF ;其中系統(tǒng)故障前工作時間TTSF為配電網(wǎng)可靠性等值網(wǎng)絡(luò)中任一串聯(lián)元件故障之前配電網(wǎng)所經(jīng)歷的工作時間；系統(tǒng)故障后恢復(fù)時間TTSR為全部負(fù)荷點恢復(fù)供電所經(jīng)歷的時間；系統(tǒng)故障頻率SIF為系統(tǒng)單位時間內(nèi)的停電次數(shù)；配電網(wǎng)可靠性等值網(wǎng)絡(luò)是在元件故障相互獨立的假設(shè)下，由引起系統(tǒng)失效的所有元件串聯(lián)而成。所述系統(tǒng)故障前工作時間TTSF的概率分布
、概率密度分布及其期望值可ΠΧη的表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法，其特征在于本判斷方法基于現(xiàn)有的可靠性判斷指標(biāo)--停電頻率、停電時間和年缺供電量基礎(chǔ)上，將整個配網(wǎng)看成一個等效元件而同時提出如下三個配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)，且該三個配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)通過解析表達(dá)式求得系統(tǒng)故障前工作時間TTSF、系統(tǒng)故障后恢復(fù)時間TTSR以及系統(tǒng)故障頻率SIF ;其中系統(tǒng)故障前工作時間TTSF為配電網(wǎng)可靠性等值網(wǎng)絡(luò)中任一串聯(lián)元件故障之前配電網(wǎng)所經(jīng)歷的工作時間；系統(tǒng)故障后恢復(fù)時間TTSR為全部負(fù)荷點恢復(fù)供電所經(jīng)歷的時間；系統(tǒng)故障頻率SIF為系統(tǒng)單位時間內(nèi)的停電次數(shù)；配電網(wǎng)可靠性等值網(wǎng)絡(luò)是在元件故障相互獨立的假設(shè)下，由引起系統(tǒng)失效的所有元件串聯(lián)而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配網(wǎng)可靠性判斷方法，其特征在于所述系統(tǒng)故障前工作時間TTSF的概率分布P<nSF<f)、概率密度分布/—(0及其期望值ΙΙΓΓ5 ]的表達(dá)式如下
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的配網(wǎng)可靠性判斷方法，其特征在于所述傳統(tǒng)配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)停電頻率、停電時間和年缺供電量分系統(tǒng)級指標(biāo)和負(fù)荷點指標(biāo)，系統(tǒng)級指標(biāo)對應(yīng)為系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間和系統(tǒng)年缺供電量馬 ，該三個配網(wǎng)系統(tǒng)級可靠性判斷指標(biāo)通過隨機函數(shù)解析表達(dá)式求得，表達(dá)式的確定過程為 根據(jù)故障擴散范圍和恢復(fù)措施的作用范圍，以開關(guān)裝置為邊界對配電網(wǎng)進行簡化分塊，塊的等值可靠性參數(shù)可用塊內(nèi)所有元件的串聯(lián)公式計算；配電網(wǎng)進行分塊之后的可靠性等值網(wǎng)絡(luò)是由引起系統(tǒng)失效的所有塊所構(gòu)成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)； 某故障事件發(fā)生后，根據(jù)該故障事件對負(fù)荷點停電持續(xù)時間影響的不同，將節(jié)點分為4類a類節(jié)點位于開關(guān)上游，在故障事件發(fā)生后開關(guān)正確動作切除故障，該節(jié)點用戶不受故障影響山類節(jié)點故障時間為隔離開關(guān)操作時間；c類節(jié)點故障時間為隔離開關(guān)操作加聯(lián)絡(luò)開關(guān)切換時間；d類節(jié)點故障時間為元件修復(fù)時間； 假設(shè)某配電網(wǎng)含」個元件和M個負(fù)荷點，元件編號為《 =負(fù)荷點編號為m =U…M ,其中負(fù)荷點的用戶數(shù)用Wk表示，采用分塊算法時共形成1 個塊，編號為,其中第 個塊用4表示，表示由塊卜中的元件編號所構(gòu)成的集合；塊故障時引起碼個負(fù)荷點停電，0岣表示塊故障時導(dǎo)致停電的負(fù)荷點編號所構(gòu)成的隼合，對停電時間為6、C、類的負(fù)荷點，其節(jié)點編號所構(gòu)成的集合分別為、Mii及Mm . 區(qū)間[CU]中的參數(shù)f取I ;系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間·和系統(tǒng)年缺供電量按指數(shù)分布系統(tǒng)和非指數(shù)分布系統(tǒng)有兩種解析表達(dá)； 對于指數(shù)分布系統(tǒng)，以塊為基礎(chǔ)計算單元，令為為塊的年故障次數(shù)，Jm為塊A中元件《的年故障次數(shù)，&為塊盡中元件的故障率；則有
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的配網(wǎng)可靠性判斷方法，其特征在于所述停電頻率、停電時間和年缺供電量的負(fù)荷點指標(biāo)對應(yīng)為年故障頻率Λ、年停電時間^和年缺供電量& ,該三個配網(wǎng)負(fù)荷點可靠性判斷指標(biāo)通過隨機函數(shù)解析表達(dá)式求得，其隨機函數(shù)解析表達(dá)式確認(rèn)過程為 令4表示導(dǎo)致負(fù)荷點《停電的所有故障塊的編號所組成的集合4表示故障時會導(dǎo)致負(fù)荷*停電的第i個塊的編號，此時負(fù)荷點m的可靠性等值網(wǎng)絡(luò)由集合&中的塊串聯(lián)構(gòu)成；對負(fù)荷盧》造成停電時間為類的塊編號所構(gòu)成的集合分別用及5W來表示；指數(shù)分布條件下負(fù)荷點M的年故障頻車八、年停電時間K和年缺供電量^的隨機函數(shù)近似解析表達(dá)式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于概率分布的配網(wǎng)可靠性判斷方法，本判斷方法基于現(xiàn)有的可靠性判斷指標(biāo)基礎(chǔ)上，提出如下三個配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)，且該三個配網(wǎng)可靠性判斷指標(biāo)通過解析表達(dá)式求得系統(tǒng)故障前工作時間TTSF、系統(tǒng)故障后恢復(fù)時間TTSR以及系統(tǒng)故障頻率SIF。本發(fā)明基于配網(wǎng)分區(qū)分塊思想，分別從系統(tǒng)級和節(jié)點層對配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)采用隨機函數(shù)進行解析表征，再進一步結(jié)合非參數(shù)核密度估計技術(shù)，實現(xiàn)了可靠性指標(biāo)隨機函數(shù)表達(dá)式的概率分布計算。本方法新提出的指標(biāo)是現(xiàn)有配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)體系的有益補充，有助于快速直觀研判系統(tǒng)可靠性水平的整體隨機特性。
文檔編號G06F19/00GK102968556SQ201210443180
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者趙淵, 袁蓉, 萬凌云, 付昂, 李俊杰, 龍虹毓 申請人:重慶大學(xué), 重慶市電力公司電力科學(xué)研究院