本發(fā)明涉及配電網(wǎng)可靠性評估，尤其是一種基于主備雙向搜索的配電網(wǎng)可靠性評估方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、電力系統(tǒng)的核心是在保障安全的前提下，以可靠且經(jīng)濟的方式滿足社會民生和工業(yè)發(fā)展的用電需求。電能在傳送至用戶的過程中，需依次經(jīng)過發(fā)電、輸電、變電及配電等環(huán)節(jié)，其中，配電環(huán)節(jié)作為電能傳輸鏈條的末端，直接關(guān)系到用戶是否能夠持續(xù)穩(wěn)定地獲得電力供應(yīng)，因此配電網(wǎng)的可靠性水平對整個系統(tǒng)的供電能力具有決定性影響。為了評估線路故障、計劃檢修等因素可能導(dǎo)致的停電影響，引入了“可靠性”這一關(guān)鍵指標(biāo)，它反映了配電系統(tǒng)在特定運行條件或規(guī)定時間內(nèi)，完成其既定功能的能力或概率，是電力系統(tǒng)可靠性分析中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2、針對電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性評估問題，目前主要采用的方法包括蒙特卡羅模擬法和故障樹分析法。其中，蒙特卡羅方法，又稱統(tǒng)計模擬法，是基于概率統(tǒng)計理論，通過生成大量隨機樣本對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行模擬分析，從而獲得可靠性指標(biāo)，盡管該方法具有較強的靈活性和適應(yīng)性，但為了保證計算精度，通常需要較大的樣本規(guī)模和較長的仿真時間。此外，配電網(wǎng)絡(luò)中普遍存在的設(shè)備故障率波動、負荷不確定性等因素也會增加模擬的復(fù)雜性。

3、故障樹分析法則通過構(gòu)建目標(biāo)系統(tǒng)的故障樹模型，采用最小割集法計算系統(tǒng)失效概率，依賴于對各基本事件失效概率的賦值，通常來源于經(jīng)驗數(shù)據(jù)或半經(jīng)驗方法。然而，該方法在建模階段邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)造過程繁瑣，難以快速應(yīng)用于結(jié)構(gòu)較大或運行狀態(tài)頻繁變化的配電系統(tǒng)。目前相關(guān)研究多集中于配電網(wǎng)的運行優(yōu)化與規(guī)劃設(shè)計，對于其可靠性評估尤其是在不確定性因素影響下的建模與分析仍顯不足。在配電網(wǎng)發(fā)生如線路損壞等故障時，備用電源可迅速投入運行，確保醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、應(yīng)急設(shè)施等關(guān)鍵負荷的持續(xù)供電。在關(guān)鍵負荷的節(jié)點加入備用電源，故障發(fā)生時由備用電源進行轉(zhuǎn)供，進一步增加整個配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。

4、因此，亟需發(fā)展一種在配電網(wǎng)加入備用電源后，兼具精度與效率可靠性評估方法，以適應(yīng)現(xiàn)代配電系統(tǒng)運行特性和評估需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決含備用電源的配電系統(tǒng)中評估故障停電影響的效率與精度問題，本發(fā)明的首要目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對含備用電源的配電網(wǎng)絡(luò)進行可靠性評估，提高計算效率和可靠性指標(biāo)評估精度的基于主備雙向搜索的配電網(wǎng)可靠性評估方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于主備雙向搜索的配電網(wǎng)可靠性評估方法，該方法包括下列順序的步驟：

3、（1）根據(jù)非模擬線性規(guī)劃方法計算配電網(wǎng)絡(luò)負荷節(jié)點故障率；

4、（2）根據(jù)非模擬線性規(guī)劃方法計算配電網(wǎng)絡(luò)負荷節(jié)點停電時間：

5、（3）將配電網(wǎng)分支干線的重要負荷節(jié)點連接備用電源，利用主備雙向搜索方法雙向搜尋，得到由備用電源供電的節(jié)點集合和主線路節(jié)點集合；

6、（4）根據(jù)由備用電源供電的節(jié)點集合和主線路節(jié)點集合，計算主電源供電時，僅開關(guān)動作時負荷點停電時間；計算備用電源供電時，僅開關(guān)動作時負荷點停電時間；計算和的差值；

7、（5）根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)負荷節(jié)點故障率、配電網(wǎng)絡(luò)負荷節(jié)點停電時間和差值，計算備用電源加入的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)，所述備用電源加入的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)包括系統(tǒng)平均停電次數(shù)、系統(tǒng)平均停電時間和系統(tǒng)電能不足期望值。

8、步驟（1）具體包括以下順序的步驟：

9、（1a）獲得配電網(wǎng)中各元件的可靠性參數(shù)，所述可靠性參數(shù)包括非直連電源節(jié)點組成線路的單位故障率和線路長度，直接連接主電源的節(jié)點與電源節(jié)點組成的線路故障率和線路長度；計算因線路故障修復(fù)和開關(guān)動作引起的配電網(wǎng)負荷節(jié)點的故障率：

10、；

11、式中，表示配電網(wǎng)節(jié)點集合；為配電網(wǎng)負荷節(jié)點，為配電網(wǎng)負荷節(jié)點；為配電網(wǎng)負荷節(jié)點組成的支路；表示支路上從配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向到配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向，流入配電網(wǎng)負荷節(jié)點的虛擬潮流；表示支路上從配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向到配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向，流入配電網(wǎng)負荷節(jié)點的虛擬潮流；

12、（1b）計算的最優(yōu)解，將最優(yōu)解用作負荷節(jié)點的供電路徑，然后以最優(yōu)解建立網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，每組最優(yōu)解對應(yīng)一個負荷節(jié)點，從而完成整個配電網(wǎng)的建模：

13、；

14、；

15、；

16、；

17、式中，為虛擬電源節(jié)點的注入功率，為虛擬負荷節(jié)點的功率需求；表示與配電網(wǎng)負荷節(jié)點相連的節(jié)點集合；為系統(tǒng)中電源節(jié)點的集合；

18、（1c）在配電網(wǎng)電源與每個供電分支之間配置斷路器，計算配電網(wǎng)絡(luò)負荷節(jié)點故障率以及僅由開關(guān)動作導(dǎo)致的故障率：

19、；

20、；

21、式中，表示配電網(wǎng)負荷節(jié)點和配電網(wǎng)負荷節(jié)點所構(gòu)成的支路上，流入配電網(wǎng)負荷節(jié)點的虛擬潮流；為的故障率，為的長度，表示與配電網(wǎng)負荷節(jié)點相連的節(jié)點集合。

22、步驟（2）具體包括以下順序的步驟：

23、（2a）計算配電網(wǎng)負荷節(jié)點受線路故障修復(fù)與開關(guān)動作協(xié)同引起的停電時間：

24、；

25、式中，為支路故障修復(fù)與開關(guān)動作協(xié)同持續(xù)時間；為配電網(wǎng)負荷節(jié)點與直接連接主電源的節(jié)點組成線路的故障修復(fù)與開關(guān)動作協(xié)同持續(xù)時間；為非直連電源節(jié)點組成線路的單位故障率，為非直連電源節(jié)點組成線路的線路長度；為直接連接主電源的節(jié)點與電源節(jié)點組成的線路故障率，為直接連接主電源的節(jié)點與電源節(jié)點組成的線路長度；表示配電網(wǎng)節(jié)點集合；表示支路上從配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向到配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向，流入配電網(wǎng)負荷節(jié)點的虛擬潮流；表示支路上從配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向到配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向，流入配電網(wǎng)負荷節(jié)點的虛擬潮流；

26、（2b）計算僅開關(guān)動作而引起的配電網(wǎng)負荷節(jié)點的停電時間中間變量；

27、；

28、式中，為支路上僅開關(guān)動作的持續(xù)時間；為與主電源直接相連節(jié)點組成線路上，僅開關(guān)動作的持續(xù)時間；

29、（2c）斷路器所能保護的節(jié)點對應(yīng)的停電時間為：

30、；

31、；

32、；

33、式中，為配電網(wǎng)負荷節(jié)點和配電網(wǎng)負荷節(jié)點所構(gòu)成的支路上保護開關(guān)動作持續(xù)時間，表示僅由開關(guān)切換導(dǎo)致的停電時間，表示與配電網(wǎng)負荷節(jié)點相連的節(jié)點集合；表示配電網(wǎng)負荷節(jié)點和配電網(wǎng)負荷節(jié)點所構(gòu)成的支路上，流入配電網(wǎng)負荷節(jié)點的虛擬潮流；為的故障率，為的長度，表示與配電網(wǎng)負荷節(jié)點相連的節(jié)點集合。

34、步驟（3）具體包括以下順序的步驟：

35、（3a）加入備用電源后，利用廣度優(yōu)先搜索算法對網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)進行搜索；

36、（3b）利用廣度優(yōu)先搜索算法確定由備用電源供電的節(jié)點集合，向上搜尋得到的節(jié)點定義為主線路節(jié)點集合：

37、；

38、；

39、式中，為最小主線路節(jié)點；表示主線路節(jié)點集合與由備用電源供電的節(jié)點集合之間的交集；所述向上搜尋是指從重要負荷節(jié)點方向開始，沿著配電網(wǎng)主干線向直接連接主電源的節(jié)點的方向搜尋；

40、（3c）中直接相連的兩個節(jié)點構(gòu)成線路：

41、。

42、步驟（4）具體包括以下順序的步驟：

43、（4a）由主電源供電，采用非模擬線性規(guī)劃方法，計算主電源供電負荷節(jié)點僅由開關(guān)動作導(dǎo)致的停電時間：

44、；

45、；

46、；

47、式中，在主電源為系統(tǒng)供電的情況下，表示被搜尋負荷節(jié)點停電時間，表示支路上從配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向到配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向，流入主線路節(jié)點集合的虛擬潮流；表示支路上從配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向到配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向，流入主線路節(jié)點集合的虛擬潮流；表示配電網(wǎng)負荷節(jié)點和主線路節(jié)點集合所構(gòu)成的支路上，流入主線路節(jié)點集合的虛擬潮流；為所在支路的故障率，為所在支路的長度，表示配電網(wǎng)絡(luò)中連接主線路節(jié)點集合的節(jié)點集合；為配電網(wǎng)負荷節(jié)點和主線路節(jié)點集合所構(gòu)成的支路上，保護開關(guān)動作持續(xù)時間；為僅由開關(guān)動作導(dǎo)致的停電時間，為計算的中間變量，表示線路上開關(guān)動作引起的部分主線路節(jié)點的停電時間，為分支線路的開關(guān)動作引起的主線路節(jié)點的停電時間；為系統(tǒng)中電源節(jié)點的集合；表示配電網(wǎng)節(jié)點集合；中直接相連的兩個節(jié)點構(gòu)成線路；表示主線路節(jié)點集合與由備用電源供電的節(jié)點集合之間的交集；表示支路上從配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向到配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向，流入配電網(wǎng)負荷節(jié)點的虛擬潮流；表示支路上從配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向到配電網(wǎng)負荷節(jié)點方向，流入配電網(wǎng)負荷節(jié)點的虛擬潮流；為非直連電源節(jié)點組成線路的單位故障率，為非直連電源節(jié)點組成線路的線路長度；為與主電源直接相連節(jié)點組成線路上，開關(guān)動作的持續(xù)時間；為主線路節(jié)點組成線路的單位故障率，為線路長度；為線路上開關(guān)動作的持續(xù)時間；表示與配電網(wǎng)負荷節(jié)點相連的節(jié)點集合；

48、（4b）由備用電源供電，采用非模擬線性規(guī)劃方法，計算由備用電源供電負荷節(jié)點僅由開關(guān)動作導(dǎo)致的停電時間：

49、；

50、；

51、；

52、式中，在備用電源為系統(tǒng)供電的情況下，表示被搜尋節(jié)點系統(tǒng)總停電時間；為僅由開關(guān)動作導(dǎo)致的停電時間，為計算的中間變量；表示線路上開關(guān)動作引起的部分主線路節(jié)點的停電時間；

53、（4c）計算主電源和備用電源供電時，僅由開關(guān)動作導(dǎo)致停電時間的差值：

54、；

55、式中，表示主電源供電時，主線路節(jié)點構(gòu)成線路上的開關(guān)動作造成的配電網(wǎng)負荷節(jié)點的停電時間；表示備用電源供電時，主線路節(jié)點構(gòu)成線路上的開關(guān)動作造成的配電網(wǎng)負荷節(jié)點的停電時間。

56、步驟（5）具體包括以下順序的步驟：

57、（5a）計算系統(tǒng)平均停電次數(shù)：

58、；

59、式中，表示配電網(wǎng)負荷節(jié)點的用戶數(shù)，表示受主線路故障和分支線路影響造成的系統(tǒng)平均停電次數(shù)；表示僅由開關(guān)動作導(dǎo)致的故障率；為因線路故障修復(fù)和開關(guān)動作引起的配電網(wǎng)負荷節(jié)點的故障率；表示配電網(wǎng)節(jié)點集合；

60、（5b）在備用電源加入后，計算配電網(wǎng)系統(tǒng)平均停電時間指標(biāo)：

61、；

62、式中，表示系統(tǒng)平均停電時間；為加入備用電源后，主線路節(jié)點的停電時間變化；為主線路節(jié)點上的用戶數(shù)量；為考慮備用電源實際電池容量后，實際可供電主線路節(jié)點的停電時間變化；為實際可供電主線路節(jié)點上用戶數(shù)量；表示與重要負荷節(jié)點相連的分支節(jié)點的停電時間變化；為與重要負荷節(jié)點相連的分支節(jié)點上的用戶數(shù)；表示向下搜尋的配電網(wǎng)主干線節(jié)點的停電時間變化；表示向下搜尋的配電網(wǎng)主干線節(jié)點上的用戶數(shù)；所述向下搜尋是指：從重要負荷節(jié)點方向開始，沿著配電網(wǎng)主干線，向著直接連接主電源的節(jié)點的反方向；表示僅由開關(guān)切換導(dǎo)致的停電時間；為配電網(wǎng)負荷節(jié)點因線路的故障修復(fù)與開關(guān)動作協(xié)同的停電時間；所述停電時間變化是指：負荷點因線路故障修復(fù)與開關(guān)動作協(xié)同引起的停電時間，因備用電源轉(zhuǎn)供，變?yōu)閮H由開關(guān)動作導(dǎo)致的停電時間；

63、；

64、；

65、；

66、；

67、；

68、；

69、式中，為備用電源電池容量無限制的可轉(zhuǎn)供節(jié)點，為考慮備用電源實際電池容量后得到的實際轉(zhuǎn)供節(jié)點；為與備用電源相連的第一個節(jié)點；為距離向下搜尋的節(jié)點集合最近的主線路節(jié)點，為向下搜尋的節(jié)點集合的末端，為與主電源的節(jié)點相連的第一個節(jié)點；為實際轉(zhuǎn)供的節(jié)點末端；為主線路節(jié)點組成線路的故障修復(fù)與開關(guān)動作協(xié)同持續(xù)時間；為主線路節(jié)點組成線路上僅開關(guān)動作對負荷節(jié)點的停電時間影響；為主線路節(jié)點上連接用戶的數(shù)量；為主線路節(jié)點組成線路的單位故障率，為主線路節(jié)點組成線路的長度；

70、（5c）考慮備用電源加入后，系統(tǒng)電能不足期望值計算；

71、；

72、式中，為負荷等級的持續(xù)時間，為負載指標(biāo)集合，為負荷等級的系數(shù)，為配電網(wǎng)負荷節(jié)點的負荷峰值，為重要負荷節(jié)點連接的第一個主線路節(jié)點；為與備用電源相連節(jié)點的分支節(jié)點數(shù)目，是節(jié)點類型為配電網(wǎng)主干線節(jié)點且為向下搜尋的節(jié)點數(shù)目。

73、本發(fā)明的另一目的在于提供一種電子設(shè)備，包括：

74、處理器；以及

75、存儲器，在所述存儲器中存儲有計算機程序指令，所述計算機程序指令在被所述處理器運行時使得所述處理器執(zhí)行如上所述的基于主備雙向搜索的配電網(wǎng)可靠性評估方法。

76、本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序指令，所述計算機程序指令在被處理器運行時使得所述處理器執(zhí)行如上所述的基于主備雙向搜索的配電網(wǎng)可靠性評估方法。

77、由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果為：第一，本發(fā)明通過計算主電源和備用電源雙向供電時，由各個主線路和分支線路故障引起的系統(tǒng)各個負荷點發(fā)生停電的次數(shù)以及停電時間，求解雙向供電停電時間差值的聯(lián)立方程，從而計算備用電源容量無限大時，可轉(zhuǎn)供主線路節(jié)點所構(gòu)成線路上分段開關(guān)動作引起的停電時間；第二，本發(fā)明通過設(shè)置備用電源對配電網(wǎng)中關(guān)鍵負荷進行供電，此時不設(shè)置備用電源無限大容量，當(dāng)備用電量剩余裕度足夠時，備用電源并網(wǎng)運行，對配電網(wǎng)的其他負荷進行轉(zhuǎn)供，如果備用裕度不夠，則從整個配電網(wǎng)絡(luò)距離備用電源的最遠端進行切負荷操作，并計算實際轉(zhuǎn)供的負荷節(jié)點此時的可靠性指標(biāo)，為加入備用電源的配電網(wǎng)模型設(shè)計新的可靠性計算方法；第三，本發(fā)明基于廣度優(yōu)先搜索算法，分析備用電源并網(wǎng)運行的配電網(wǎng)拓撲模型，對配電網(wǎng)上游主線路負荷節(jié)點、配電網(wǎng)下游支路負荷節(jié)點、備用電源連接節(jié)點相連的支路負荷節(jié)點進行搜尋，為后續(xù)計算配電網(wǎng)各負荷節(jié)點可靠性指標(biāo)變化提供了理論支撐；第四，本發(fā)明計算了一系列反映系統(tǒng)可靠性的經(jīng)典指標(biāo)，從多方面評估可靠性結(jié)果，并給出加入備用電源后，利用非模擬算法計算可靠性指標(biāo)的計算公式，分析比較加入備用電源前后，系統(tǒng)平均停電時間和系統(tǒng)電能不足期望值等指標(biāo)結(jié)果，結(jié)果表明，加入備用電源后，系統(tǒng)平均停電時間指標(biāo)和系統(tǒng)電能不足期望值指標(biāo)，相比于不加備用電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)都下降18.4%，這些指標(biāo)是衡量電力系統(tǒng)可靠性和供電能力的重要指標(biāo)，當(dāng)這些指標(biāo)下降時，意味備用電源并網(wǎng)運行對配電網(wǎng)可靠性的提升，相對于傳統(tǒng)蒙特卡洛方法進行隨機模擬方法，為達到較小誤差，往往需要上百萬次樣本，且評估的精度受到抽樣次數(shù)的影響；本發(fā)明避免了傳統(tǒng)蒙特卡洛方法中大量冗余樣本帶來的計算負擔(dān)，實現(xiàn)了對含備用電源的配電網(wǎng)絡(luò)可靠性評估，并提高了計算的效率和可靠性指標(biāo)評估的精度。