基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于電力系統(tǒng)可靠性分析技術(shù)領(lǐng)域的一種基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法。該分析方法包括將智能變電站主接線系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為不確定隨機(jī)系統(tǒng)邏輯圖，計(jì)算系統(tǒng)的最小路集；根據(jù)可靠性判據(jù)得到該不確定隨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)；計(jì)算不確定隨機(jī)系統(tǒng)的可靠度。算例分析表明，本發(fā)明在智能變電站新型設(shè)備可靠性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)缺乏時(shí)，仍能給出貼近實(shí)際的智能變電站可靠性描述，適宜于實(shí)際工程應(yīng)用。
【專利說明】
基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)可靠性分析技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的 智能變電站主接線可靠性分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能變電站是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是對(duì)現(xiàn)有智能變電站的繼承與突破。智能變電站集 中體現(xiàn)了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念、設(shè)備技術(shù)和建設(shè)模式，強(qiáng)調(diào)在先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，解放工 程設(shè)計(jì)人員的思想，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)分專業(yè)設(shè)計(jì)向整體集成設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變，通過頂層設(shè)計(jì)，確 定近期、遠(yuǎn)期概念，引導(dǎo)未來變電技術(shù)、設(shè)備制造的發(fā)展方向。
[0003] 按照頂層設(shè)計(jì)圍繞變電站整體效果最優(yōu)的目標(biāo)的理念，近期已有很多新型設(shè)備應(yīng) 用到智能變電站設(shè)計(jì)中。在智能變電站電氣主接線優(yōu)化的環(huán)節(jié)中，針對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備的 要求，多種新型智能一次設(shè)備如智能變壓器、智能GIS、隔離式斷路器等已應(yīng)用于變電站設(shè) 計(jì)。但在研究含新型設(shè)備的智能變電站主接線可靠性時(shí)，由于新型設(shè)備的可靠性指標(biāo)統(tǒng)計(jì) 的缺乏，對(duì)于新型設(shè)備的可靠性指標(biāo)，均采用近似等于替代傳統(tǒng)設(shè)備中可靠性水平較高的 指標(biāo)來代表設(shè)備性能提高的趨勢(shì)，顯然，這種處理方法具有經(jīng)驗(yàn)性，不能客觀描述新型設(shè)備 對(duì)智能變電站主接線設(shè)計(jì)可靠性的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析 方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0005]步驟A:將智能變電站主接線系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為不確定隨機(jī)系統(tǒng)邏輯圖，計(jì)算系統(tǒng)的最小 路集；
[0006] 步驟B:進(jìn)行可靠性判據(jù)，得到該不確定隨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)；
[0007] 步驟C:計(jì)算不確定隨機(jī)系統(tǒng)的可靠度。
[0008] 所述步驟A是將電氣主接線圖轉(zhuǎn)化為不確定隨機(jī)系統(tǒng)邏輯框圖，以斷路器為邊界 對(duì)主接線中的傳統(tǒng)元件(如傳統(tǒng)斷路器、隔離開關(guān)、母線、傳統(tǒng)變壓器等)和新設(shè)備(如隔離 式斷路器(DCB)，智能變壓器等)分別進(jìn)行模塊劃分;將模塊內(nèi)所有元件看作串聯(lián)關(guān)系，得到 用于可靠性計(jì)算的邏輯框圖；其中，傳統(tǒng)元件作為隨機(jī)變量，新設(shè)備作為不確定變量，串聯(lián) 關(guān)系不能簡(jiǎn)單計(jì)算，因此不能劃分在同一個(gè)模塊里;設(shè)系統(tǒng)里有m個(gè)傳統(tǒng)元件和n個(gè)新設(shè)備， 傳統(tǒng)元件作為邏輯框圖的隨機(jī)變量元素 ru，nfnm，可靠度為設(shè)新設(shè)備作為邏輯 框圖的不確定元素|1，|2 - 1，可靠度為131，132 - 1^;其中傳統(tǒng)元件包括傳統(tǒng)斷路器、隔離開 關(guān)、母線和傳統(tǒng)變壓器;新設(shè)備包括隔離式斷路器(DCB)和智能變壓器。
[0009] 所述步驟B中的不確定隨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)f由步驟A中的最小路集以并聯(lián)關(guān)系表 述：
[0010 ] /:(n. ? ?4，4 ? ? ? C =乃 V 巧 ? ? V 巧
[0011]其中，k=l，2-_l，有巧=A(%) A A(§)，即第k條最小路中所有元素的邏輯 交，包括隨機(jī)元素的交八(嘆）和不確定元素的交八(在）。
[0012] 所述步驟C的系統(tǒng)可靠度計(jì)算方法，由不確定隨機(jī)系統(tǒng)可靠度計(jì)算公式給出： / m \
[0013] RstiabiMty^ ^ ?ZCw"，L) (V H )
[0014] 其中： sup tnin^iz,) if sup min (z/)<0,5
[0015] Z{}\,yi---,ym) = \ An+.mf、 丨一 sup mmqlz,) if sup min u ( ~ ) > 0.5 C〇〇16] m -f % 如果Y1 /-、 u，(z」= li-為' 如果~=〇 Q = u...4 m
[0017]其中，對(duì)于所有(71，7^?)￡{〇，1}的狀態(tài)下，〇/(.〇',_)為該狀態(tài)下隨機(jī)系統(tǒng)發(fā)生 /-I 的概率，即該狀態(tài)下每一個(gè)隨機(jī)元素71概率yi(yi)的累乘;Z( yi，y2…，ym)為該狀態(tài)下，使得 系統(tǒng)可靠 f (yf，ym，Zf，Zn) = 1的不確定測(cè)度，即每一個(gè)不確定元素 Zj的不確定測(cè)度Ui (Zj)取最小值的上確界，若此不確定測(cè)度大于0.5,則取1減去使系統(tǒng)不可靠 f(yi…，ym， zr"，zn)=0的不確定測(cè)度。
[0018]其計(jì)算步驟包括：
[0019] 步驟C1:首先剝離不確定元素 u2，…，U就隨機(jī)元素 m，n2，…，nW所有狀態(tài)進(jìn) m 行枚舉，得到每一狀態(tài)下發(fā)生的概率11外(.)',）； 忙1
[0020] 步驟C2:然后在隨機(jī)系統(tǒng)這一狀態(tài)發(fā)生的條件下，計(jì)算不確定系統(tǒng)的不確定可靠 度，即將隨機(jī)元素 m，n2，…，nm用隨機(jī)系統(tǒng)的某一狀態(tài)的〇或1代替，再按照不確定測(cè)度的運(yùn) 算規(guī)則和結(jié)構(gòu)函數(shù)f將不確定元素 U2,…，L進(jìn)行計(jì)算，求得當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)可靠的不確 定測(cè)度Z(yi，y2…，ym);
[0021] 步驟C3:最后累加所有狀態(tài)下的隨機(jī)系統(tǒng)發(fā)生的概率與其當(dāng)前狀態(tài)下系統(tǒng)可靠的 不確定測(cè)度的乘積，得到不確定隨機(jī)系統(tǒng)的可靠度。
[0022] 本發(fā)明有益效果是將智能變電站主接線視作不確定隨機(jī)系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行可靠性 分析，以達(dá)到在設(shè)備可靠性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)缺乏時(shí)，仍能給出貼近實(shí)際、包含不確定信息的可靠性 描述的目的。至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。
【附圖說明】
[0023] 圖1為智能變電站主接線可靠性分析方法流程圖。
[0024] 圖2為算例不確定隨機(jī)系統(tǒng)邏輯框圖。
[0025] 圖3為典型設(shè)計(jì)方案主接線形式示意圖。
[0026]圖4為一種含DCB的雙母線接線示意圖。
[0027]圖5為另一種含DCB的雙母線接線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明提出一種基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法，下面 結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0029] 如圖1所示，基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法包括下列 步驟：
[0030] 步驟A:將智能變電站主接線系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為不確定隨機(jī)系統(tǒng)邏輯圖，計(jì)算系統(tǒng)的最小 路集；
[0031 ]最小路集的形成與傳統(tǒng)變電站主接線可靠性分析方法相同，不再贅述。具體地，如 圖2所示，給出一個(gè)不確定隨機(jī)系統(tǒng)邏輯圖算例，其中包含可靠度為ai，a2的隨機(jī)元素 和可靠度為bi，b 2的不確定元素 m，叱。
[0032]若此系統(tǒng)可靠的判據(jù)是保證入口到出口的通路，可以得到表1所示的最小路集： [0033]步驟B:根據(jù)可靠性判據(jù)得到該不確定隨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)。
[0034]由最小路集可以將系統(tǒng)拓?fù)浯⒙?lián)關(guān)系描述為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)f:
[0035] / (會(huì)石,％，"2 )=(在 A A ) V (在 A "2 ) V (q A A ) V 汍八 ％ ):
[0036]表1最小路集
[0038]如圖2所示并聯(lián)，U，n2并聯(lián)，然后再進(jìn)行串聯(lián)，也就是說要使系統(tǒng)可靠，只需 保證中有一個(gè)可靠，和U，n2中一個(gè)可靠即可，由此排列組合，得到4組路集，進(jìn)而形成 結(jié)構(gòu)函數(shù)。
[0039]步驟C:計(jì)算不確定隨機(jī)系統(tǒng)的可靠度。 Reliabilitv = + Pr{ci=l,c1=0}-Z(l,0) +Pr|c>0,c,^l}-Z(0,l)
[0040] +Pr{g, -0,c, -0}-2(0,0) :"丨"2-Z(lJ) + a丨 〇-…）-Z〇,〇) + (卜"Ja: -ZO(IJ)十 (l-V)(卜":）_Z(U)
[0041 ] 其中 Z( 1.1) = f/V/ | (1 八 1) V (1 A ) V ("丨八 1) V A "，）= 1)
[0042] V： 7 ' =叫1 八l = lj=l Z (1,0) = Vvl {(1 A 0) V (1 A }]2 ) V (/；, A 0) V (；；, A !]-, ) = i) =W 丨"]=1} = /)] Z (0,1 ) = i'W i (0 八 1) V (0 八）V (" A 1) V (" A = 1 i Z (0,0)二勢(shì){(0 八())v (0 八K' 八⑴ v 八=1}
[0045] V ^ ^ =:iW. I"丨八=1| =/)丨八/)2
[0046] 因此該主接線系統(tǒng)的可靠度可以表示為：
[0047] Reliability = aia2+ai( l_a2)b2+( l-ai)a2bi+( l_ai) (l_a2) (biAb2)
[0048]為更好地理解本發(fā)明以及了解本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合具體實(shí)施例 進(jìn)行進(jìn)一步的闡釋。
[0049] 以《國家電網(wǎng)公司220kV變電站典型設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》典型設(shè)計(jì)方案220-A-1中220kV 側(cè)為例，對(duì)考慮建設(shè)智能變電站采用新設(shè)備隔離式斷路器(DCB)后，220kV側(cè)主接線的可靠 性計(jì)算。220-A-1方案220kV側(cè)為雙母線接線為主，變壓器容量2 X 120MVA，雙母線接線，出線 4回。對(duì)于應(yīng)用DCB對(duì)智能變電站主接線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮典型設(shè)計(jì)方案采用DCB 后，可靠性的對(duì)比以及在保證可靠性的前提下，是否能由原來的雙母線接線簡(jiǎn)化為單母線 分段接線，如圖3,圖4,圖5所示，其中圖3為使用傳統(tǒng)斷路器(CB)和隔離開關(guān)(DS)的典型接 線形式，圖4和圖5為使用新設(shè)備隔離式斷路器(DCB)的智能變電站主接線形式。
[0050] 其中220kV側(cè)采用DCB的雙母線接線形式的主接線，取消線路側(cè)及變壓器側(cè)隔離開 關(guān)，保留母線側(cè)隔離開關(guān);而采用DCB的單母線分段接線形式的主接線則取消所有隔離開關(guān) 配置。
[0051] 計(jì)算主接線的各元件數(shù)據(jù)由下表給出，其中變壓器，母線，隔離開關(guān)，斷路器參考 設(shè)備運(yùn)行的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。而DCB是新設(shè)備，對(duì)于DCB的研究雖然已經(jīng)進(jìn)行了一段時(shí)間，但由 于缺乏大量的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)尚無 DCB可靠性水平的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。由隔離式斷路器的 設(shè)備技術(shù)可認(rèn)為，DCB設(shè)備可靠性較高，接近于GIS設(shè)備的可靠性水平，維護(hù)周期與現(xiàn)有斷路 器相當(dāng)，在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺乏的情況下，將DBC看做主接線系統(tǒng)中的不確定元素，服從介于GIS設(shè) 備和斷路器可靠性指標(biāo)的線性分布。
[0052]對(duì)采用常規(guī)設(shè)備的雙母線接線和采用隔離式斷路器的雙母線和單母線分段兩種 接線形式，均采用保證所有出線持續(xù)供電的可靠性判據(jù)，以此進(jìn)行可靠性計(jì)算，結(jié)果如表3 所示。為清楚比較可靠性指標(biāo)，取各接線方式計(jì)算結(jié)果的期望制成表4。
[0057]表4可靠性計(jì)算結(jié)果(期望表示）
[0058]
[0059] 從表4中可以看出，電氣主接線的可靠性指標(biāo)是在一定置信度下用區(qū)間給出，部分 指標(biāo)由不確定期望值給出。
[0060] 可以看出，含DCB的雙母線接線（如圖4所示)和含DCB的單母線分段接線（如圖5所 示）的可用率分布在(0.998508，0.999239)和(0.998432，0.999169)兩個(gè)區(qū)間內(nèi)的可能性大 小為1.0,也就是說可以相信含DCB的雙母線接線和含DCB的單母線分段接線的主接線系統(tǒng) 可用率相較于典型接線的可用率高，采用DCB設(shè)備使可靠性有明顯提升。
[0061] 采用含DCB的雙母線接線的停電次數(shù)，故障頻率采用不確定期望的形式表示，與典 型接線的停電次數(shù)，故障頻率相比，下降了接近14%;修復(fù)率和平均持續(xù)供電時(shí)間分別提高 了45%和16%，供電可靠性提高顯著。
[0062] 采用含DCB的單母線分段接線的停電次數(shù)、故障頻率和平均持續(xù)供電時(shí)間期望與 典型接線相比相差不到3%，修復(fù)率提高近1倍，在置信度為0.44的情況下，甚至可以認(rèn)為含 DCB的單母線分段接線的可靠性優(yōu)于典型接線。因此可以認(rèn)為采用含DCB的單母線分段的接 線形式基本可以滿足變電站220kV側(cè)可靠性，而可以考慮采用含DCB的單母線分段的接線形 式來簡(jiǎn)化智能變電站主接線設(shè)計(jì)以達(dá)到減少設(shè)備數(shù)目，減少占地面積的經(jīng)濟(jì)性要求。
[0063] 由上實(shí)施例所述，本發(fā)明提出的基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性 分析方法，在智能變電站新型設(shè)備可靠性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)缺乏時(shí)，仍能給出貼近實(shí)際的智能變電 站可靠性描述，適宜于實(shí)際工程應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法，其特征在于，包括 如下步驟： 步驟A:將智能變電站主接線系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為不確定隨機(jī)系統(tǒng)邏輯圖，計(jì)算系統(tǒng)的最小路 集； 步驟B:進(jìn)行可靠性判據(jù)，得到該不確定隨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)； 步驟C:計(jì)算不確定隨機(jī)系統(tǒng)的可靠度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法，其 特征在于，所述步驟A是將電氣主接線圖轉(zhuǎn)化為不確定隨機(jī)系統(tǒng)邏輯框圖，W斷路器為邊界 對(duì)主接線中的傳統(tǒng)元件和新設(shè)備分別進(jìn)行模塊劃分;將模塊內(nèi)所有元件看作串聯(lián)關(guān)系，得 到用于可靠性計(jì)算的邏輯框圖；其中，傳統(tǒng)元件作為隨機(jī)變量，新設(shè)備作為不確定變量，串 聯(lián)關(guān)系不能簡(jiǎn)單計(jì)算，因此不能劃分在同一個(gè)模塊里;設(shè)系統(tǒng)里有m個(gè)傳統(tǒng)元件和n個(gè)新設(shè) 備，傳統(tǒng)兀件作為邏輯框圖的隨機(jī)變量兀素ni,也' ? 'nm，可靠度為ai ,曰2' ? 'am;設(shè)新設(shè)備作為邏 輯框圖的不確定元素|1，|2-，|。，可靠度為61，62-，山;其中，傳統(tǒng)元件包括傳統(tǒng)斷路器、隔離 開關(guān)、母線和傳統(tǒng)變壓器等;新設(shè)備包括隔離式斷路器(DCB)和智能變壓器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法，其 特征在于，所述步驟B中，若不確定隨機(jī)系統(tǒng)含有m個(gè)隨機(jī)元素和n個(gè)不確定元素，形成1個(gè)最 小路Pi, P2…，Pi,結(jié)構(gòu)函數(shù)f由步驟A中的最小路集W并聯(lián)關(guān)系表述如下， f (化，化-'％點(diǎn)點(diǎn)???ln)=PlVP2'-'VPl 其中，k=l，2-l，有Pk=[八（ru)]八[A(Ci)L即第k條最小路中所有元素的邏輯交，包 括隨機(jī)元素的交[A (ru)巧日不確定元素的交[AUi)];所述步驟CfA 山符七。+- A 了山； 其中： 巧 其中，對(duì)于所有(71，72-^")￡{〇，1}的狀態(tài)下，11片〇|,)為該狀態(tài)下隨機(jī)系統(tǒng)發(fā)生的概 率，即該狀態(tài)下每一個(gè)隨機(jī)元素yi概率m(yi)的累乘;Z(yi，y2…，ym)為該狀態(tài)下，使得系統(tǒng) 可靠f(yr''，ym，zr''，Zn) = I的不確定測(cè)度，即每一個(gè)不確定元素Zj的不確定測(cè)度Ui(Zj)取 最小值的上確界，若此不確定測(cè)度大于0.5,則取1減去使系統(tǒng)不可靠f(yi…，ym，Zl…，Zn) = 0的不確定測(cè)度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于不確定隨機(jī)系統(tǒng)的智能變電站主接線可靠性分析方法，其 特征在于，所述不確定隨機(jī)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算包括如下步驟： 步驟Cl :首先剝離不確定元素Cl，C2，…，In,就隨機(jī)元素m，，…，rim的所有狀態(tài)進(jìn)行枚 m 舉，得到每一狀態(tài)下發(fā)生的概率11片（>',）； H 步驟C2:然后在隨機(jī)系統(tǒng)運(yùn)一狀態(tài)發(fā)生的條件下，計(jì)算不確定系統(tǒng)的不確定可靠度，即 將隨機(jī)元素化，也，…，rim用隨機(jī)系統(tǒng)的某一狀態(tài)的0或1代替，再按照不確定測(cè)度的運(yùn)算規(guī)則 和結(jié)構(gòu)函數(shù)f將不確定元素Cl，C2，…，Cn進(jìn)行計(jì)算，求得當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)可靠的不確定測(cè)度Z (yi，y2...，ym); 步驟C3:最后累加所有狀態(tài)下的隨機(jī)系統(tǒng)發(fā)生的概率與其當(dāng)前狀態(tài)下系統(tǒng)可靠的不確 定測(cè)度的乘積，得到不確定隨機(jī)系統(tǒng)的可靠度。
【文檔編號(hào)】G06Q10/06GK105913336SQ201610237559
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】陳艷波, 張籍, 謝瀚陽, 蘇晨, 劉洋
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué), 國網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院