一種基于圖論的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法
【專利摘要】一種基于圖論的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，具體步驟為：數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的輸入數(shù)據(jù)模塊；使用元件停運(yùn)模型模塊計(jì)算變電站元件停運(yùn)概率；使用蒙特卡羅模塊模擬變電站元件退出運(yùn)行的隨機(jī)性，形成變電站系統(tǒng)狀態(tài)；對(duì)變電站的系統(tǒng)狀態(tài)使用圖論的方法進(jìn)行連通性識(shí)別，判斷負(fù)荷點(diǎn)是否與電源點(diǎn)連通；并對(duì)變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算相應(yīng)的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。本發(fā)明考慮變電站事件發(fā)生的隨機(jī)性，使用蒙特卡羅方法抽取了變電站的系統(tǒng)狀態(tài)；提出使用圖論的識(shí)別連通性的方法，將變電站主接線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估轉(zhuǎn)化成了變電站內(nèi)部負(fù)荷點(diǎn)與電源點(diǎn)的連通性識(shí)別問題，簡化了分析問題的復(fù)雜性；實(shí)現(xiàn)了變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的。
【專利說明】—種基于圖論的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖論的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，是變換電壓、接受和分配電能的主要場所，各電壓等級(jí)通過變電站連成一個(gè)完整的電網(wǎng)，使得電網(wǎng)的投資和建設(shè)能夠充分發(fā)揮社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性，站在國家資源配置和發(fā)展大戰(zhàn)略的角度來統(tǒng)一規(guī)劃、布局和組織。變電站中相關(guān)設(shè)備的停運(yùn)，可能會(huì)導(dǎo)致一些負(fù)荷點(diǎn)與變電所失去連接，嚴(yán)重的甚至造成整個(gè)變電站停運(yùn)，引起停電事故，造成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。
[0003]目前對(duì)變電站主接線的連通性識(shí)別研究主要有三種方法:直接標(biāo)號(hào)法，使用割集理論方法，通過引入圖論的方法。直接標(biāo)號(hào)法雖然過程較為簡單，但對(duì)多電源多負(fù)荷點(diǎn)的分析有局限性；最小割集法能夠突破單電源點(diǎn)負(fù)荷點(diǎn)的限制，易于推廣到多電源點(diǎn)多負(fù)荷點(diǎn)的分析，而且通用性強(qiáng)，但分析過程較為復(fù)雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖論的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，從圖論的角度對(duì)變電站內(nèi)部的連通性進(jìn)行識(shí)別。針對(duì)直接標(biāo)號(hào)法和割集理論方法的局限性，本發(fā)明提出使用圖論來解決電氣之間連通性識(shí)別問題，該方法由于物理概念清晰，計(jì)算過程相對(duì)簡單，且進(jìn)行連通性識(shí)別時(shí)考慮了電網(wǎng)事件發(fā)生的隨機(jī)性，較為合理地評(píng)估變電站的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:首先，數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的輸入數(shù)據(jù)模塊；其次使用元件停運(yùn)模型模塊計(jì)算變電站元件停運(yùn)概率；然后使用蒙特卡羅模塊模擬變電站元件退出運(yùn)行的隨機(jī)性，形成變電站系統(tǒng)狀態(tài)；進(jìn)而對(duì)變電站的系統(tǒng)狀態(tài)使用圖論的方法進(jìn)行連通性識(shí)別，判斷負(fù)荷點(diǎn)是否與電源點(diǎn)連通；最后對(duì)變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算相應(yīng)的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)；實(shí)現(xiàn)了變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的，對(duì)保證變電安全運(yùn)行具有重要意義。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述一種基于評(píng)估對(duì)象的電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估方法的步驟如下:
[0007]第一步，數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的輸入數(shù)據(jù)模塊；
[0008]輸入數(shù)據(jù)模塊中的數(shù)據(jù)包括變電站元件的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、元件運(yùn)行年限數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；其中元件歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、元件運(yùn)行年限數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)主要用于計(jì)算變電站元件的停運(yùn)概率；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包含變電站內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系信息；
[0009]第二步，計(jì)算變電站元件的停運(yùn)概率；
[0010]元件停運(yùn)概率的計(jì)算是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)。變電站由大量的輸電線路、電纜、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備組成的，元件的停運(yùn)是變電站存在風(fēng)險(xiǎn)的根本原因。因此計(jì)算變電站元件停運(yùn)概率要綜合考慮元件可修復(fù)強(qiáng)迫失效、老化失效及環(huán)境相依失效三方面因素。
[0011]第三步，使用蒙特卡羅方法方法抽取變電站系統(tǒng)狀態(tài)；
[0012]變電站元件停運(yùn)具有隨機(jī)性質(zhì)，站內(nèi)的任意一個(gè)元件隨時(shí)都有可能退出運(yùn)行，變電站中的線路、斷路器、變壓器的運(yùn)行狀態(tài)使用蒙特卡羅方法進(jìn)行隨機(jī)模擬，形成變電站系統(tǒng)狀態(tài)，然后進(jìn)行連通性識(shí)別； [0013]蒙特卡羅抽取系統(tǒng)狀態(tài)步驟為:
[0014](I)通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生[0，I]之間的隨機(jī)數(shù)，同時(shí)取得第三步計(jì)算的元件失效概率；
[0015](2)將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)與元件的失效概率對(duì)比；若隨機(jī)數(shù)大于元件失效概率，則該元件處于工作狀態(tài)；否則，元件失效；
[0016](3)對(duì)于有η個(gè)元件的系統(tǒng)，系統(tǒng)的一個(gè)維數(shù)為η的狀態(tài)矢量行矩陣；
[0017](4)判斷是否達(dá)到抽樣次數(shù)；若達(dá)到，則轉(zhuǎn)第(5)步；否則，返回第(I)步；
[0018](5)統(tǒng)計(jì)不同狀態(tài)矢量出現(xiàn)的次數(shù)m(s)；
[0019](6)計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)失效概率；
[0020]^) = ^r
M
[0021]式中:M為總的抽樣數(shù)；
[0022]m(s)是在抽樣中系統(tǒng)狀態(tài)s出現(xiàn)的次數(shù)。
[0023]第四步，基于圖論的連通性識(shí)別方法；
[0024]由第三步通過Monte Carlo模擬法產(chǎn)生的每一個(gè)變電站系統(tǒng)狀態(tài)，都修改相應(yīng)的變電站鄰接矩陣A，并通過邏輯運(yùn)算獲得每一個(gè)變電站系統(tǒng)狀態(tài)的可達(dá)矩陣R。
[0025]求解可達(dá)矩陣R步驟如下:
[0026](I)根據(jù)變電站內(nèi)電氣主接線抽象成變電站的圖G ；
[0027](2)根據(jù)變電站圖G的連接信息形成鄰接矩陣A(G)；
[0028](3)根據(jù)下式求取可達(dá)矩陣:
[0029]R = A+A2+...+An
[0030]第五步，對(duì)變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；
[0031]其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程為:
[0032](I)根據(jù)第三步方法使用蒙特卡羅方法抽取變電站系統(tǒng)狀態(tài)；
[0033](2)對(duì)每一個(gè)變電站運(yùn)行狀態(tài)使用第四步介紹的方法進(jìn)行連通性識(shí)別
[0034](3)根據(jù)(2)識(shí)別的結(jié)果，判斷是否有孤立負(fù)荷點(diǎn)；若無孤立負(fù)荷點(diǎn)，返回第(3)步；否則，轉(zhuǎn)第(4)步；
[0035](4)計(jì)算孤立負(fù)荷點(diǎn)的失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)；
[0036](5)判斷是否所有狀態(tài)計(jì)算完畢；若完成，則轉(zhuǎn)入第(6)步；否則，返回第(3)步；
[0037](6)計(jì)算整個(gè)變電站的失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)；
[0038]其計(jì)算公式為:
[0039]PLC = YupicK
k^K[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖論的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征是，所述方法包括下列步驟: 第一步，數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的輸入數(shù)據(jù)模塊； 輸入數(shù)據(jù)模塊中的數(shù)據(jù)包括變電站元件的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、元件運(yùn)行年限數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；其中元件歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、元件運(yùn)行年限數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)主要用于計(jì)算變電站元件的停運(yùn)概率；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包含變電站內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系信息；第二步，計(jì)算變電站元件的停運(yùn)概率； 元件停運(yùn)概率的計(jì)算是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)。變電站由大量的輸電線路、電纜、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備組成的，元件的停運(yùn)是變電站存在風(fēng)險(xiǎn)的根本原因，因此計(jì)算變電站元件停運(yùn)概率要綜合考慮元件可修復(fù)強(qiáng)迫失效、老化失效及環(huán)境相依失效三方面因素； 第三步，使用蒙特卡羅方法方法抽取變電站系統(tǒng)狀態(tài)； 變電站元件停運(yùn)具有隨機(jī)性質(zhì)，站內(nèi)的任意一個(gè)元件隨時(shí)都有可能退出運(yùn)行，變電站中的線路、斷路器、變壓器的運(yùn)行狀態(tài)使用蒙特卡羅方法進(jìn)行隨機(jī)模擬，形成變電站系統(tǒng)狀態(tài)，然后進(jìn)行連通性識(shí)別； 蒙特卡羅抽取系統(tǒng)狀態(tài)步驟為: (1)通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生[O，1]之間的隨機(jī)數(shù)，同時(shí)取得第三步計(jì)算的元件失效概率； (2)將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)與元件的失效概率對(duì)比；若隨機(jī)數(shù)大于元件失效概率，則該元件處于工作狀態(tài)；否則，元件失效； (3)對(duì)于有η個(gè)元件的系統(tǒng)，系統(tǒng)的一個(gè)維數(shù)為η的狀態(tài)矢量行矩陣； (4)判斷是否達(dá)到抽樣次數(shù)；若達(dá)到，則轉(zhuǎn)第(5)步；否則，返回第(I)步； (5)統(tǒng)計(jì)不同狀態(tài)矢量出現(xiàn)的次數(shù)m(s)； (6)計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)失效概率； P(S) = M(S)/M
式中:M為總的抽樣數(shù)； m(s)是在抽樣中系統(tǒng)狀態(tài)s出現(xiàn)的次數(shù)； 第四步，基于圖論的連通性識(shí)別方法； 由第三步通過Monte Carlo模擬法產(chǎn)生的每一個(gè)變電站系統(tǒng)狀態(tài)，都修改相應(yīng)的變電站鄰接矩陣A，并通過邏輯運(yùn)算獲得每一個(gè)變電站系統(tǒng)狀態(tài)的可達(dá)矩陣R ； 求解可達(dá)矩陣R步驟如下: (1)根據(jù)變電站內(nèi)電氣主接線抽象成變電站的圖G； (2)根據(jù)變電站圖G的連接信息形成鄰接矩陣A(G)； (3)根據(jù)下式求取可達(dá)矩陣:
R = A+A2+…+An 第五步，對(duì)變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估； 其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程為: (1)根據(jù)第三步方法使用蒙特卡羅方法抽取變電站系統(tǒng)狀態(tài)； (2)對(duì)每一個(gè)變電站運(yùn)行狀態(tài)使用第四步介紹的方法進(jìn)行連通性識(shí)別； (3)根據(jù)(2)識(shí)別的結(jié)果，判斷是否有孤立負(fù)荷點(diǎn)；若無孤立負(fù)荷點(diǎn)，返回第(3)步；否貝U，轉(zhuǎn)第(4)步； (4)計(jì)算孤立負(fù)荷點(diǎn)的失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)； (5)判斷是否所有狀態(tài)計(jì)算完畢；若完成，則轉(zhuǎn)入第(6)步；否則，返回第(3)步； (6)計(jì)算整個(gè)變電站的失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)； 其計(jì)算公式為:
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK103606110SQ201310512011
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】張忠會(huì), 謝義苗, 何樂彰, 王卉, 許威, 何葉, 張琪琪, 胡一波, 萬東, 李玉婷 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)