电力系统薄弱环节动态评估方法与流程

1.本发明属于电力系统技术领域，具体涉及电力系统薄弱环节动态评估方法。


背景技术：

2.电力系统更加关注重要度很高的系统设备，这些设备与系统供电的经济性与可靠性息息相关，若这些设备发生强迫停运，将会引起系统失负荷，用户中断成本上升，甚至大停电，有效的识别系统设备重要程度、合理安排检修停运计划，可以帮助决策者分配人力物资资源，防范潜在风险，改进系统检修运行方案等；在设备重要度评估方面，现有研究主要集中于可靠性数学领域，针对配电网设备重要度评估的文献比较有限，随着智能电网发展，配电网自动化程度越来越高，配网重构可以增加配电网的运行灵活性与安全性，动态识别配电网重要设备，需要考虑灵活可变的网络拓扑带来的影响，并且，配网设备停运过程受到天气、老化等多方面因素的影响，设备随机故障也应该在重要度评估中加以考虑。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种可对电力系统薄弱环节动态评估以帮助决策者分配人力物资资源，防范潜在风险，改进系统检修运行方案的电力系统薄弱环节动态评估方法。
4.本发明的目的是这样实现的：电力系统薄弱环节动态评估方法，它包括梳理分析影响电网薄弱环节的因素，采集相关系统信息；
5.基于比例风险模型建立设备故障率模型，采用逆变换采样法生成设备故障场景；
6.计算网络重构方案，并记录两种重构方案下的系统节点电压、切负荷量以及线路潮流系统指标；
7.基于设备始终在线、始终离线两种情况下的系统运行指标，评估设备重要性；
8.重要度指标总体收敛性评估。
9.所述梳理分析影响电网薄弱环节的因素，采集相关系统信息，包括采集配电系统信息、设备故障特性数据、天气状况数据等相关数据。
10.所述计算网络重构方案，并记录两种重构方案下的系统节点电压、切负荷量以及线路潮流系统指标，包括在随机场景中，假设设备始终在线、始终离线两种情况。
11.所述基于设备始终在线、始终离线两种情况下的系统运行指标，评估设备重要性，包括建立三种新的设备重要度评价指标，分别是失负荷支撑重要度、潮流支撑重要度和电压支撑重要度。
12.所述重要度指标总体收敛性评估，包括计算设备重要度指标的方差系数，当满足收敛条件时，终止计算，否则继续生成新的随机场景并计算重要度指标，直至最终收敛条件达到满足。
13.本发明的有益效果：本发明的电力系统薄弱环节动态评估方法，它包括梳理分析影响电网薄弱环节的因素，采集相关系统信息；基于比例风险模型建立设备故障率模型，采
用逆变换采样法生成设备故障场景；计算网络重构方案，并记录两种重构方案下的系统节点电压、切负荷量以及线路潮流系统指标；基于设备始终在线、始终离线两种情况下的系统运行指标，评估设备重要性；重要度指标总体收敛性评估；本发明的电力系统薄弱环节动态评估方法，考虑设备老化特性与外部天气的动态变化，从设备对系统整体运行影响的角度，分析不同组件对系统负荷支撑、电压支撑、潮流分布的动态影响，面向不同方面的系统运行特性建立多种设备重要度评估指标，识别筛选配电网重要设备，可以帮助决策者分配人力物资资源，防范潜在风险，改进系统检修运行方案。
附图说明
14.图1为本发明电力系统薄弱环节动态评估方法的流程示意图。
具体实施方式
15.本发明的电力系统薄弱环节动态评估方法，它包括梳理分析影响电网薄弱环节的因素，采集相关系统信息，包括采集配电系统信息、设备故障特性数据、天气状况数据等相关数据；基于比例风险模型建立设备故障率模型，采用逆变换采样法生成设备故障场景。
16.采用逆变换采样法对设备状态进行抽样，生成随机场景，其主要步骤如下：
17.(1)在区间[0，1]中采样一个均匀随机变量u,可以理解为采样得到的概率阈值；
[0018]
(2)给定t＞t，t表示故障时刻，返回使故障概率p(t＜t)≤u最大的时刻t。
[0019]
则在t时刻设备可靠运行的概率可表示为：
[0020]
r(t)＝p(t＞t)＝exp(
‑
∫
0t
λ(x，z1(x)，z2(x))dx}
[0021]
逆变换采样法可以对任意形式分布进行采样，方法具有通用性，基于设备故障率表达，利用上式即可计算，本发明考虑了修复率对设备状态的影响，设备发生故障后进入检修，根据指数分布采样检修时长，检修完成后，重复上述采样步骤对正常时段、检修时段进行采样，直到到达仿真区间长度，即得到设备随机场景样本，本发明中只考虑最小检修，即检修完成后设备故障率跟检修前保持一致，不考虑大修与更换的情况。
[0022]
本发明的电力系统薄弱环节动态评估方法，它包括计算网络重构方案，并记录两种重构方案下的系统节点电压、切负荷量以及线路潮流系统指标，包括在随机场景中，假设设备始终在线、始终离线两种情况。
[0023]
一般的，在节点m的有功、无功平衡可以按照下式计算
[0024][0025][0026]
其中，v
m
，v
n
分别表示节点m和n的电压幅值，g
l
、b
l
和分别表示线路l在π模型中的串联电导、串联电纳和并联电纳，θ
mn
表示节点m和n之间的电压角度差，针对节点电压，建立辅助变量针对每条线路，建立辅助变量r
l
＝v
m
v
n
cosθ
mn
，t
l
＝v
m
v
n
sinθ
mn
，与当线路l在线时，当线路l离线时，则式与式可表示为：
[0027][0028][0029]
其中，
[0030][0031][0032]
其中，α
l
是二元变量，如果线路l连接，则为1，否则为0；建立辅助变量的二阶锥约束为可以看出，交流潮流方程是非线性的代数方程，在最优潮流问题中属于非凸约束，通过引入辅助变量建立了交流潮流的凸松弛形式，当配网中不存在环路时，交流最优潮流问题可以从凸松弛中进行求解。
[0033]
配网重构的目标函数以最小化系统电量不足(ens)为目标，系统电量不足代表了每个节点处的有功不足，而系统的无功负荷削减通过与有功负荷削减相关的一个固定比例进行计算。
[0034]
为了保证叙述的连贯性，这里首先将优化问题的目标函数与相应约束一并列出，然后统一给出所有相关变量与常量的定义。
[0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044]
‑
v
m，max
v
n，max
≤t
l
≤v
m，max
v
n，max
[0045][0046][0047][0048]
输入采样的设备停运状态与检修状态y
l
，优化模型可以给出系统最优重构方案，并其中所出现的变量、常量总结说明如下：
[0049]
索引
[0050]
l线路索引
[0051]
m，n节点(母线)索引
[0052]
s场景索引
[0053]
变量与函数
[0054]
α
l
网络重构的二元决策变量，1表示线路1连接，0表示断开
[0055][0056]
ens
m
节点m处的系统电量不足
[0057]
δp，δq注入有功功率和注入无功功率
[0058]
p，q通过某条线路的有功和无功
[0059][0060][0060][0061]
u
m
辅助变量，相当于在交流电力潮流方程凸松弛中引入
[0062]
辅助变量，如果线路l连接，则为u
m
，否则为0。
[0063]
v
m
节点m的电压幅值
[0064]
常数与集合
[0065]
ns通过递归采样法采样得到随机场景的总数量
[0066]
l所有线路组成的集合
[0067]
n所有节点(母线)组成的集合
[0068]
n
s
变电站连接点、微网与配网的连接点所组成集合
[0069]
v
max
，v
min
电压幅值的最大值与最小值
[0070]
i
max
线路中允许的最大电流值
[0071]
g
l
，b
l
在节点m与节点n之间线路的串联电导与电纳
[0072]
在节点m与节点n之间线路的并联电纳
[0073]
a
l
[0074]
b
l
[0075]
c
l
[0076]
d
l
[0077]
pd，qd预测负荷(mw，mvar)
[0078]
qr
m
节点m有功功率与无功功率的负荷削减比例
[0079]
约束保证了配网有一个树状的结构，每一个树的根节点一般是变电站母线，重构模型中有两类决策变量α
l
，β
mn
，α
l
是二元变量，如果线路l连接，则为1，否则为0；β
mn
是二元变量，若节点n是节点m的母节点，则为1，否则为0。
[0080]
本发明的电力系统薄弱环节动态评估方法，它包括基于设备始终在线、始终离线两种情况下的系统运行指标，评估设备重要性，具体包括建立三种新的设备重要度评价指标，分别是失负荷支撑重要度、潮流支撑重要度和电压支撑重要度。
[0081]
在求解配网重构模型后，计算设备重要度，为更全面评估设备的在网络中的重要程度，本发明提出了三个新的设备重要度指标，分别是失负荷支撑重要度、潮流支撑重要度和电压支撑重要度，设备l在线、离线两种情况下，根据系统运行安全指标的变化增量，可以得出设备l对不同安全指标的影响，影响程度越大则重要度越高。
[0082]
线路l失负荷支撑重要度定义为在线路l始终离线、始终在线两种情况下，系统期望电量不足的改变量，该指标越大，说明该线路对系统缺失电量的影响越大，其数学表达为：其中，
[0083][0084]
式中，是场景s中假设线路l在线时t时刻的系统电量不足指标，是场景s中假设设备l离线时t时刻的系统电量不足指标，为场景s中设备l的失负荷支撑重要度，ns为随机场景的总数量，nt为仿真总时长。
[0085]
通常认为配电网负荷在多个馈线之间分布越均匀则更加合理，因为当大多数负荷集中于一条馈线时，在灾害影响下一旦该线路发生故障，会造成大量失负荷，将负荷平均分配于多条馈线更有利于配电网防灾减灾；设备l潮流支撑重要度η
l
定义为在线路l始终可
靠、始终故障两种情况下，系统线路潮流均方差的改变量，该指标反映了线路负荷与潮流分布均匀情况，该指标越大，说明线路对潮流与负载分布均匀性的影响越大，其数学表达式为：
[0086]
其中
[0087][0088]
其中
[0089][0090][0091]
υ
l，1
是场景s中设备l在线时的潮流支撑重要度指标，υ
l，0
是场景s中假设设备l离线时的潮流支撑重要度指标，它们分别表示在不同情况下线路潮流分布的均匀程度；分别是t时刻场景s中设备l在线的线路平均负载率和流经线路i上的有功功率，分别是t时刻场景s中设备l离线的线路平均负载率和流经线路i上的有功功率，是线路i的传输有功上限；l
″
是设备l始终在线时场景s重构方案中的所有闭合线路，l
′
是设备l始终离线时场景s重构方案中的所有闭合线路，l
″
与l
′
可能是不同的，nl
″
是集合l
″
中的线路条数，nl
′
是集合l
′
中的线路条数，nl为配电网线路总条数。
[0092]
设备l电压支撑重要度ω
l
定义为设备l始终可靠、始终故障两种情况下节点电压绝对偏移量的变化量，该指标越大，说明设备l对系统电压偏移的影响越大，对系统电压支撑与恢复的重要度也就越高，其数学表达如下：
[0093]
其中
[0094][0095]
式中，nb是系统节点数，是场景s中线路l的电压支撑重要度指标，是场景s中假设设备l在线时t时刻节点n的标幺制电压，是场景s中假设设备l离线时t时刻节点n的标幺制电压。
[0096]
值得指出的是，也可以根据系统其他运行特性与可靠性特点，构建更多的重要度指标，比如系统供电中断频率、系统中断用户数等，采用本发明提出的框架，可以得到中断频率支撑重要度、中断用户支撑重要度等。
[0097]
本发明的电力系统薄弱环节动态评估方法，它包括重要度指标总体收敛性评估，具体包括计算设备重要度指标的方差系数，当满足收敛条件时，终止计算，否则继续生成新的随机场景并计算重要度指标，直至最终收敛条件达到满足。
[0098]
提出的重要度评估框架基于蒙特卡罗方法，在一次评估流程完成后，为保证最终解的精度，需要判断评估结果是否达到一个合理的收敛标准，如果满足收敛标准，则终止评估，否则有必要采样生成新的随机场景以进入下一次评估计算，在可靠性研究中，方差系数通常用于量化蒙特卡罗过程的不确定性，在本发明中，计算重要度指标的方差系数作为收敛标准，收敛条件是所有设备的重要度指标方差系数不大于设定阈值ε，ε取为0.05，
[0099]