配电网可靠性的改进算法研究

电网技术

配电网可靠性的改进算法研究

周雪松,刘󰀁欣,马幼捷,谷海青

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(1.天津理工大学自动化学院,天津󰀁300384;2.天津大学电气与自动化工程学院,天津󰀁300072)摘󰀁要:配电网可靠性是电力系统可靠性重要组成部分之一,针对传统的配电网可靠性算法的明显不足,提出了一些改进算法:贝叶斯法、模糊法、混合法和人工智能法,并分别说明了各自的特点。最后,介绍了配网可靠性的未来发展趋势,对从事电力系统可靠性研究和电网规划的人员具有一定的参考作用。关键词:配电网;可靠性;改进;算法

基金项目:国家自然科学基金项目(50877053);天津市自然科学基金项目(09JCYBJC07100)

作者简介:周雪松(1964󰀁),男,教授,博士生导师,主要从事电力电子和电力系统自动化方面的研究。中图分类号:TM732󰀁󰀁文献标志码:A󰀁󰀁文章编号:1001󰀁9529(2010)02󰀁0197󰀁04

Improvedalgorithmsfordistributionnetworkreliability

ZHOUXue󰀁song1,LIUXin1,MAYou󰀁jie1,GUHai󰀁qing2

(1.SchoolofAutomation,TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384,China;2.SchoolofElectricalEngineering&Automation,TianjinUniv.,Tianjin300072,China)

Abstract:Distributionnetworkreliabilityisconsideredasoneofthemajorintegralpartsofthepowersystemreliabili󰀁ty.Someimprovedalgorithmsforovercomingthedefectsoftraditionaloneswereproposed,includingtheBayesianmethod,thefuzzymethod,andthemixingandartificialintelligencemethod,followedbyabriefdescriptionoftheirrespectivefeatures.Thefuturedevelopmentofdistributionreliabilityisalsoprospected.Keywords:distributionnetwork;reliability;improvement;algorithm

󰀁󰀁电力系统可靠性是电力系统规划和运行的重要内容。统计表明,用户的停电事故中约有80%

[1]

是由于配电网的故障引起的。提高供电可靠率已成为电力部门的迫切任务。

配电网可靠性评估常用方法为故障模式后果分析法(FMEA󰀂failuremodeandeffectanaly󰀁sis),该类方法对相关元件失效事件进行分析形成故障模式后果分析表,进而形成负荷点及系统可靠性指标。FMEA法原理简单、清晰,模型准确,但对复杂配电网进行可靠性评估时存在故障模式太多、直接应用困难的不足。文献[6]在FMEA基础上提出配电网可靠性指标计算的向量法,该方法以构造负荷点供电 最小路馈线段行向量!的思路实现可靠性计算。文献[7󰀁8]提出了基于最小路的快速评估算法,当系统复杂、带有子馈线和备用电源时,计算复杂性增强。文献[9󰀁10]提出可靠性评估的等值算法,该方法利用等效元件代替待分析的部分配电网,从而将复杂配电网逐步简化成简单辐射状配电网,但实现时需要对等效过程不断递归调用,容易出现人为的逻辑错误。文献[11]提出基于故障扩散的可靠性评估搜索算法,该算法利用前向搜索和故障扩散

[4,5]

1󰀁配电系统可靠性研究现状

20世纪60年代以来,美国、英国、加拿大、日本以及法国等国都投入大量资金对配电系统可靠

性进行专门研究,相关研究成果已经用于生产实践

[2]

。

我国配电系统可靠性分析是20世纪80年代

后才起步。近年来,随着配网可靠性问题日益受到重视,高校和电力工作者陆续研究了一些评估方法,开发出一系列用于配网可靠性分析的软件包;各供电企业也根据实际需要开发了各类可靠性软件。但由于我国配电系统自动化程度和设备水平不高等原因,我国的配网可靠性的研究程度较发达国家还很落后

[2,3]

。

01982010,38(2)

方法分辨断路器影响和故障隔离的范围,进而进行系统可靠性计算。

以上这些算法已经可以有效地计算出配电系统的可靠性指标,但它们不能很好地处理负荷点和故障的相关性问题,或者在实际计算中过于复杂因而限制了其应用。

于互联网规模较大或变电站元件状态数较多时贝叶斯网络精确推理算法难以实现的问题,提出一种新的时序模拟推理算法,并通过仿真分析和误差分析验证了该法的有效性。

(2)配电网的模糊可靠性评估算法

该法可以较好地计入许多模糊性不确定因素的影响。它包括区间法、粗糙集、隶属函数等方法。由于该算法能计及众多不确定因素,其结果可信度高,具有一定的通用性和较普遍的实用性。

文献[19]综合应用概率论与模糊集合论,提出模糊可靠性评估方法,得出模糊不确定的指标,并用算例及MonteCarlo模拟法验证了该法的正确性。文献[20]给出根据配网参数特点进行模糊数建模,引入去模糊技术,并基于模糊数运算和故障扩散得出配网可靠性评估的模糊算法。文献[21]首次提出大规模配电系统区间可靠性分析方法,并成功开发了配电系统区间可靠性评估软件。

(3)混合法

是将蒙特卡洛模拟法和解析法进行有机结合。文献[22󰀁23]体现其基本思想是用模拟法随机模拟系统的状态转移过程,而用解析法确定系统在模拟到的各状态中的平均持续时间,并以此代替持续时间的抽样值。通过此法可以提高模拟效率,减少模拟统计量的方差。

(4)人工智能方法

引入人工智能法可以得到很高的精度,还可以处理由于过负荷故障引起的系统结构改变和多个断路器同时跳开的问题。

文献[24]提出了一种基于人工神经网络的电力系统可靠性分析方法,解决以往未能解决的如低准确度、复杂模型的问题。它通过对1个可靠性测试系统进行可靠性分析说明其有效性,但人工神经网络需要一段训练时间。文献[25]提出一种利用模拟进化算法进行多目标优化的算法,使得在配电系统扩建时能够获得最优的可靠性和最低的扩建费用。在此问题中,其数学模型为非线性模型。该算法采用不占优的优化目标解决方案,能同时对n个目标的问题进行优化。因此,适用于大型配电系统可靠性评估。

2󰀁配电系统可靠性的改进算法

2.1󰀁对算法改进的主要原因

(1)为了分析系统的薄弱环节,并极大地简化计算,更为方便灵活地计算可靠性指标。

(2)线路和变压器故障率变化范围为20%,故障修复时间变化范围约为16%,为此有必要在评估中计及初始参数的非精确性。

(3)由于配电网的节点数目众多,不可能采集到各个负荷点的实时数据,使得网络数据和运行数据包含不确定信息。

为了能更好地表示不确定信息,进行不确定性的科学推理,要求用一些非精确性的计算方法。2.2󰀁改进方法

(1)基于贝叶斯网络的配电网可靠性评估法运用此法进行电力系统可靠性评估,不但能计算出电力系统的可靠性指标,而且能方便地给出每个部件或几个部件对系统整体可靠性的影响大小,从而克服了电力系统传统可靠性评估方法的不足。与安全系统工程中常用的FTA(故障树分析法)有异曲同工之妙。

文献[12󰀁18]研究的都是基于贝叶斯网络的电力系统可靠性评估算法。文献[12]中首先提出将概率论中的贝叶斯网络与电力系统的可靠性分析模型结合起来考虑的观点。文献[13]开始结合故障树和最小路集来建立贝叶斯网络,并用两个例子阐述了用此法进行可靠性评估的有效性和优越性。文献[14󰀁15]进一步考虑了配电系统的各种实际情况,如:分支线保护、隔离开关、分段断路器的配置计划检修、备用电源的影响等。并得出对具有复杂分支子馈线的配电网络,采用等效方法时的贝叶斯网络会有更简洁的结论。文献[16]应用贝叶斯网络双向推理技术,即不但能进行前向推理,由原因导出结果,更重要的是进行后向推理。文献[17]全面总结了此法的来龙去脉,包括怎样从数学原理过渡到可靠性模型分析,对此法有了全面而又深刻的认识。文献[18]在鉴

3󰀁配电网可靠性指标

计算可靠性指标是配电网可靠性定量分析的

周雪松,等󰀁配电网可靠性的改进算法研究0199

目的。将所有指标分为负荷点侧指标和系统侧指标两类。

3.1󰀁负荷点侧指标

负荷点指标是衡量系统每个负荷点供电能力的尺度。它既是进行系统侧可靠性评估的前提和基础,又可衍生出失电损失、成本/效益分析等研

[26]

究内容,包括以下指标:

(1)平均故障率:

󰀁j=Nj/∀Tuj

(2)平均故障时间:

tj=

rj=

量类指标。

4󰀁配电网可靠性研究展望

近年来,配电网可靠性分析除了自身算法和

模型上的不断改进和创新,还出现了很多与其他学科、概念、问题交叉的方向。这使得可靠性分析更具体化,更具有针对性,更贴近实际问题。近年的研究热点主要是:

(1)针对各种算法的缺点和不足,进一步完善配电网的可靠性分析模型,研究出更为实用、效率更高的算法。

(2)结合算法和模型,大力开发相应的可靠性软件,并通过一些国际测试系统验证其准确性后再运用到工程实际当中。

(3)对企业的配网进行可靠性的经济成本󰀂效益分析,在效益和效果作中作出权衡。(4)由于近年来对电能质量要求变高,计及电压暂降和保护性能的配网可靠性算法将越来越多

[29]

∀

Tdj/Nj

(3)平均每年的不可用率:

∀T

dj

/(∀Tuj+∀T

dj

)

式中󰀁下标j󰀂󰀂󰀂第j个负荷点;

Nj󰀂󰀂󰀂故障次数;

∀Tuj和∀Tdj󰀂󰀂󰀂第j个负荷点所有工作时间和停

机时间总和。

每个负荷点都可以求出各自的负荷点指标。算法不同,负荷点指标的计算方式就不同。3.2󰀁系统侧指标

系统侧可靠性指标是评价系统直接向用户供给电能和分配电能的配电系统本身及其对用户供电能力的尺度。系统指标须由对象区域的负荷点指标求出。为了反映系统停运的严重程度和重要性,采用以下指标对系统进行总体评估

[27,28]

。

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谢开贵,周󰀁平,周家启,等.基于故障扩散的复杂中压配

IEE

TransmissionandDistribution

:

(1)系统平均停电频率=用户断电总次数/

用户总数。

(2)用户平均停电频率=用户断电总次数/用户断电总次数。

(3)系统平均停运持续时间=用户断电持续时间总和/用户总数。

(4)用户平均停电持续时间=用户断电持续时间总和/用户断电总次数。

(5)供电可靠率=用户用电小时数/用户需电小时数。

(6)供电不可靠率=用户断电小时数/用户需电小时数。

(7)总停电电量指标=用户平均停电电量(系统中总的停电量损失平均到系统内每个由系统供电的用户的平均电量)。

其中,(1)、(2)为频率类指标,(3)、(4)为持续时间类指标,(5)、(6)为概率类指标,(7)为能

0200

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on

电力简讯

助力国家首个10MW级太阳能光伏发电项目诺雅克电气有限公司向新能源行业进军

2009年11月,规划发电容量100MW、位于宁夏回族自治区石嘴山市的宁夏石嘴山光伏电站与上海诺雅克电气有限公司(以下简称 诺雅克!)经过多轮淘通与谈判后,于当月2日在上海签订合作协议,至此,诺雅克成为国家首个10MW级太阳能光伏发电项目󰀂󰀂󰀂宁夏石嘴山光伏电站项目指定低压电器产品供应商。

诺雅克将为此项目提供包括框架断路器、塑壳断路器、小型断路器等在内的Ex9系列配电类相关产品。这一项目的成功合作,将为诺雅克与国家大型太阳能光伏发电行业的全面合作打下良好基础。

随着低碳经济呼声日渐高涨、太阳能光伏发电成本大幅降低和技术趋于成熟,太阳能光伏发电越来越受到全球的大力关注,这一领域的有力拓展必将为诺雅克带来新的机遇。这次与宁夏石嘴山光伏电站项目的合作,是诺雅克在中国太阳能光伏发电市场的首次突破,宁夏以新能源的发展推动着环境友好型社会的建设,成为中国发展低碳经济、绿色经济、循环经济诸多努力的一个缩影和样板,而诺雅克在成立之初就定下的 智能型、节约型低压电器产品!研发基调,以卓越的品质支持宁夏石嘴山光伏产业基地新能源产业的发展,让阳光的价值无限增长,为中国的低碳经济添砖加瓦,是诺雅克的责任所在。

位于宁夏北部的石嘴山市具有发展光伏产业的独特资源优势。该市硅石资源丰富,探明硅石储量43亿t,硅资源品位及产量位居全国前列。此外,石嘴山市地域开阔,光照条件优越,年日照总时数达3080h,日照总辐射仅次于青藏高原,是理想的太阳能光伏发电场。2009年宁夏石嘴山市计划投资80亿元建设500MW光伏产业基地。第一期10MW发电项目计划总投资2.4亿元,该项目全部建成后将带动当地1万t多晶硅生产,实现年产值约80亿元。于2009年6月20日正式动工,于2010年1月实现并网发电。

据了解,于2010年1月同时举行并网发电仪式的还有中国节能投资公司、宁夏发电集团太阳山10MW太阳能光伏电站等5个太阳能光伏电站,将成为目前国内最大规模的太阳能并网发电电站群。

(张志友󰀁供稿)