配電網運行、供電可靠性評估方法及系統與流程

本發明涉及電力系統模擬與計算領域，特別涉及一種配電網運行、供電可靠性評估方法及系統。
背景技術：
：配電網是由多種配網設備(或元件)和配網設施所組成的變換電壓和直接向終端用戶分配網能的一個電力網絡系統。配電網的可靠性指標是系統規劃、系統運行和電力市場交易的重要參考數據，建立精確的電力設備停運模型是配電網運行、供電可靠性評估的基礎。傳統的電力設備停運模型中，假設設備的壽命服從指數分布，設備故障率不隨時間改變而改變(即為恒定值)，通常取長期運行下的恒定值，忽視了設備老化與維修更新性的影響，導致整個配電網運行、供電可靠性評估誤差隨著設備運行時間增長而不斷增大。技術實現要素：為了解決現有的配電網運行、供電可靠性評估過程中忽略了設備老化與維修更新性的影響，導致整個配電網運行、供電可靠性評估誤差隨著設備運行時間增長而不斷增大的問題，本發明實施例提供了一種配電網運行、供電可靠性評估方法及系統。所述技術方案如下：一方面，本發明實施例提供了一種配電網運行、供電可靠性評估方法，所述方法包括：根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型；在待評估的配電網中，隨機抽樣多個設備；根據所述設備停運模型，計算每個抽樣設備出相應地設備可靠性參數；根據蒙特卡洛算法和多個隨機設備的可靠性參數，計算整個配電網的運行、 供電可靠性指標。在本發明實施例上述的配電網運行、供電可靠性評估方法中，所述根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型，包括：根據如下公式設計出所述設備停運模型：其中，λ(t)為設備故障率；α與β分別為威布爾分布的尺度參數與形狀參數；t為不完全預防性維修的時間間隔；t為設備的實際年齡；q為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的改善因子；qi為第i次不完全預防性維修的改善因子，k為符合如下條件的正整數：kt≤t＜(k+1)t。在本發明實施例上述的配電網運行、供電可靠性評估方法中，第i次不完全預防性維修后的改善因子qi根據如下公式計算得到：其中，l1、l2、l3、l4均為與設備相關的常數，且這些常熟取值符合如下條件：(l1i+l2)/(l3i+l4)∈(0,1)。在本發明實施例上述的配電網運行、供電可靠性評估方法中，所述根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型，包括：根據如下公式設計出所述設備停運模型：其中，u為設備的平均不可用度；t1為設備運行的時間段；tf為t1內的平均不可用時間；tm為一次不完全預防性維修的平均時間；n為t1時段內的不完全預防性維修次數；τ為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的虛擬年齡；r為故障檢修時間。在本發明實施例上述的配電網運行、供電可靠性評估方法中，設備的虛擬年齡τ根據如下公式計算得到：其中，t為不完全預防性維修的時間間隔，t為設備的實際年齡，τk為第k次不完全預防性維修后的虛擬年齡，qi為第i次不完全預防性維修的改善因子。另一方面，本發明實施例提供了一種配電網運行、供電可靠性評估系統，所述系統包括：設計模塊，用于根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型；抽樣模塊，用于在待評估的配電網中，隨機抽樣多個設備；計算模塊，用于根據所述設備停運模型，計算每個抽樣設備出相應地設備可靠性參數；所述計算模塊，還用于根據蒙特卡洛算法和多個隨機設備的可靠性參數，計算整個配電網的運行、供電可靠性指標。在本發明實施例上述的配電網運行、供電可靠性評估系統中，所述設計模塊，包括：第一設計單元，用于根據如下公式設計出所述設備停運模型：其中，λ(t)為設備故障率；α與β分別為威布爾分布的尺度參數與形狀參數；t為不完全預防性維修的時間間隔；t為設備的實際年齡；q為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的改善因子；qi為第i次不完全預防性維修的改善因子，k為符合如下條件的正整數：kt≤t＜(k+1)t。在本發明實施例上述的配電網運行、供電可靠性評估系統中，第i次不完全預防性維修后的改善因子qi根據如下公式計算得到：其中，l1、l2、l3、l4均為與設備相關的常數，且這些常熟取值符合如下條件：(l1i+l2)/(l3i+l4)∈(0,1)。在本發明實施例上述的配電網運行、供電可靠性評估系統中，所述設計模塊，包括：第二設計單元，用于根據如下公式設計出所述設備停運模型：其中，u為設備的平均不可用度；t1為設備運行的時間段；tf為t1內的平均不可用時間；tm為一次不完全預防性維修的平均時間；n為t1時段內的不完全預防性維修次數；τ為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的虛擬年齡；r為故障檢修時間。在本發明實施例上述的配電網運行、供電可靠性評估系統中，設備的虛擬年齡τ根據如下公式計算得到：其中，t為不完全預防性維修的時間間隔，t為設備的實際年齡，τk為第k次不完全預防性維修后的虛擬年齡，qi為第i次不完全預防性維修的改善因子。本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：通過根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型，使得該設備停運模型考慮了設備老化與維修更新性的影響，進而使得給設備停運模型更符合設備的實際運行情況；然后在待評估的配電網中，隨機抽樣多個設備，并根據設備停運模型，計算出每個抽樣設備相應地設備可靠性參數；最后，根據蒙特卡洛算法和多個隨機設備的可靠性參數，計算整個配電網的運行、供電可靠性指標。這樣，該配電網運行、供電可靠性評估方法充分考慮到了不完全預防性維修對設備運行、供電的影響，同時計及了設備老化影響，能有效避免配電網運行、供電可靠性評估誤差隨著設備運行時間增長而不斷增大，能準確預測配電網長期的運行、供電可靠性水平。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明實施例一提供的一種配電網運行、供電可靠性評估方法流程圖；圖2是本發明實施例二提供的一種配電網運行、供電可靠性評估系統結構示意圖；圖3是本發明實施例二提供的一種設計模塊的結構示意圖。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。實施例一本發明實施例提供了一種配電網運行、供電可靠性評估方法，參見圖1，該方法包括：步驟s11，根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型。在本實施例中，在設計設備停運模型時，考慮設備故障率隨時間老化而增加的影響；同時，也考慮每次不完全預防性維修對設備運行狀態改善效果的影響，進而使得該設備停運模型更加符合配電網中，電網設備的實際運行情況，使得后續可靠性評估結果更加準確。具體地，在本實施例中，上述步驟s11可以通過如下方式實現：根據如下公式設計出設備停運模型：其中，λ(t)為設備故障率；α與β分別為威布爾分布的尺度參數與形狀參數；t為不完全預防性維修的時間間隔；t為設備的實際年齡；q為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的改善因子；qi為第i次不完全預防性維修的改善因子，k為符合如下條件的正整數：kt≤t＜(k+1)t。在本實施例中，上述設備停運模型中，考慮到設備故障率隨時間老化而增加，假設設備實際使用壽命服從參數易于統計的威布爾分布，來設計設備故障率的算法方式，其中，α與β分別為威布爾分布的尺度參數與形狀參數(可以通 過統計設備的故障次數與壽命，來確定威布爾分布的尺度參數與形狀參數)，這樣該設備停運模型中考慮到了設備老化因素對設備故障情況(即設備停運模型中的故障率)的影響；還通過在模型中添加改善因子，來表征每次不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果，這樣該設備停運模型中，考慮到了不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，進而可以更加準確地對抽樣設備的可靠性進行評估，為后續對整個配電網的可靠性評估提供準確的抽樣數據，使得對整個配電網的運行、供電可靠性評估更加準確。進一步地，在步驟s11中，第i次不完全預防性維修后的改善因子qi可以根據如下公式計算得到：其中，l1、l2、l3、l4均為與設備相關的常數，且這些常熟取值符合如下條件：(l1i+l2)/(l3i+l4)∈(0,1)。在實際應用中，根據不同的電網設備可以確定那些常數(即l1、l2、l3、l4)。此外，由于設備劣化特性，改善因子為不完全預防性維修次數的遞減函數，即隨著維修次數增加，維修對設備的改善效果會逐漸減小。這樣設計改善因子，更加符合電網設備的實際情況，使得設備停運模型更貼合實際，后續依靠該模型計算的結果也會更加準確、實用。具體地，在本實施例中，上述步驟s11可以通過如下方式實現：根據如下公式設計出設備停運模型：其中，u為設備的平均不可用度；t1為設備運行的時間段；tf為t1內的平均不可用時間；tm為一次不完全預防性維修的平均時間；n為t1時段內的不完全預防性維修次數；τ為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的虛擬年齡；r為故障檢修時間。進一步地，在步驟s13中，設備的虛擬年齡τ可以根據如下公式計算得到：其中，t為不完全預防性維修的時間間隔，t為設備的實際年齡，τk為第k次不完全預防性維修后的虛擬年齡，qi為第i次不完全預防性維修的改善因子。在本實施例中，設備在運行期間，一般會進行固定期限的不完全預防性維修，用虛擬年齡和改善因子來表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果，可以使得該設備停運模型更加符合設備的實際情況，使得該模型的實用性更強，后續評估結果更加準確。步驟s12，在待評估的配電網中，隨機抽樣多個設備。在本實施例中，對于整個配電網可靠性的評估是基于蒙特卡洛算法進行的，故需要一定數量設備隨機抽樣，以使評估結果更加可靠。步驟s13，根據設備停運模型，計算出每個抽樣設備相應地設備可靠性參數。在本實施例中，設備可靠性參數可以包括：設備故障率和平均不可用度(即設備在運行期間因故障停運和維修不可用的時間所占比例)。其中，設備故障率可以通過設備停運模型中設備故障率公式來計算獲得；設備的平均不可用度則可以通過設備停運模型中設備的平均不可用度公式來計算獲得。步驟s14，根據蒙特卡洛算法和多個隨機設備的可靠性參數，計算整個配電網的運行、供電可靠性指標。其中，該運行可靠性指標可以包括：系統停電概率指標(即lolp，單位為次/年)和期望缺供電能量指標(即eens，單位為mwh/年)；lolp是指整個配電網在單位時間內遭受的平均停電次數；eens是指整個配電網在一年內由于停電而缺供的電量。供電可靠性指標可以包括：系統平均停電頻率指標(systemaverageinterruptionfrequencyindex，簡稱“saifi”)(單位為次/用戶〃年)、系統平均停電持續時間(systemaverageinterruptiondurationindex，簡稱“saidi”)(單位為小時/用戶〃年)等；saifi是指每個由配電網供電的用戶在單位時間內所遭受到的平均停電次數，saidi是指每個由配電網供電的用戶在一年中所遭受的平均停電持續時間。在本實施例中，關于配電網供電可靠性指標，在計算時，可以采用電氣島分層法，來模擬獨立可切除島停電，假定每個可切除島設為一個負荷點，每個負荷點中包含至少一個用戶，整個配電網就相當于負荷點的集合。其中，λi為負荷點i的用戶停電率，ni為負荷點i包含的用戶數，r為整個配電網中負荷點i的集合。其中，ti是負荷點i平均年停運時間，單位為小時/年，可以通過設備的平均不可用度來計算每個用戶平均年停運時間，進而計算每個負荷點的平均年停運時間；ni為負荷點i包含的用戶數，r為整個配電網中負荷點i的集合。而蒙特卡洛算法為現有技術，如何通過蒙特卡洛算法來計算整個配電網運行、供電的可靠性指標，這里就不在贅述了。下面按照常規建模過程，簡要介紹一下設備停運模型的設計過程：1，假設發電網設備的實際使用壽命服從參數易于統計的威布爾分布，則設備故障率函數如公式(1)所示其中，α與β分別為威布爾分布的尺度參數與形狀參數，可通過統計設備的故障次數與壽命，確定威布爾分布的尺度參數與形狀參數。2，設備在運行期間，進行固定期限的不完全預防性維修，用虛擬年齡和改善因子來表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果，如公式(2)所示：其中，t為不完全預防性維修的時間間隔，t為設備的實際年齡，τk為第k次不完全預防性維修后的虛擬年齡，qi為第i次不完全預防性維修的改善因子。其中，對于改善因子，由于設備劣化特性，改善因子q為維修次數的遞減函數，即隨著維修次數增加，不完全預防性維修對設備的改善效果逐漸減小，第i次不完全預防性維修后的改善因子qi根據如下公式計算得到：其中，l1、l2、l3、l4均為與設備相關的常數，且這些常熟取值符合如下條件：(l1i+l2)/(l3i+l4)∈(0,1)。3，將公式(2)中的計算出來的虛擬年齡代替公式(1)中的x，即可以得到設備故障率，如公式(3)所示：其中，λ(t)為設備故障率；α與β分別為威布爾分布的尺度參數與形狀參數；t為不完全預防性維修的時間間隔；t為設備的實際年齡；q為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的改善因子；qi為第i次不完全預防性維修的改善因子，k為符合如下條件的正整數：kt≤t＜(k+1)t。4，在得到設備故障率的計算公式后，可以進一步計算設備在給定時間t1內的平均不可用度，如公式(4)所示：其中，u為設備的平均不可用度；t1為設備運行的時間段；tf為t1內的平均不可用時間；tm為一次不完全預防性維修的平均時間；n為t1時段內的不完全預防性維修次數；τ為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的虛擬年齡；r為故障檢修時間。下面在發輸電可靠性測試系統ieeerts-79中，來模擬上述評估方法。在模擬過程中，假設算例中有6臺發電機(包括如表1所示的3臺發電機：節點7中g9-10[100mw]，節點13中g12-13[197mw]，節點23中g30-31[155mw])服役30年，且受時間老化與不完全預防性維修的影響，其余發電機不受影響與傳統模型一致，利用本發明方法和傳統方法對可靠性測算例進行可靠性評估，計算結果分別如表2所示。發電機編號容量[mw]故障率[/h]修復率[/h]g9-101001/60001/50g12-131971/47501/50g30-311551/48001/40表1運行可靠性指標lolp(次/年)eens(mwh/年)傳統方法0.0055005.1本發明方法0.016515709表2從表2可以看出，在采用發輸電可靠性測試系統ieeerts-79對配電網進行 可靠性評估時，傳統方法由于忽視設備老化與不完全預防性維修的影響，導致可靠性誤差隨著設備運行時間增長而增大，而本發明方法能夠模擬設備實際運行情況，能準確預測系統中長期的可靠性水平。本發明實施例通過根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型，使得該設備停運模型考慮了設備老化與維修更新性的影響，進而使得給設備停運模型更符合設備的實際運行情況；然后在待評估的配電網中，隨機抽樣多個設備，并根據設備停運模型，計算出每個抽樣設備相應地設備可靠性參數；最后，根據蒙特卡洛算法和多個隨機設備的可靠性參數，計算整個配電網的運行、供電可靠性指標。這樣，該配電網運行、供電可靠性評估方法充分考慮到了不完全預防性維修對設備運行、供電的影響，同時計及了設備老化影響，能有效避免配電網運行、供電可靠性評估誤差隨著設備運行時間增長而不斷增大，能準確預測配電網長期的運行、供電可靠性水平。實施例二本發明實施例提供了一種配電網運行、供電可靠性評估系統，適用于實施例一所述的配電網運行、供電可靠性評估方法，參見圖2，該系統包括：設計模塊201、抽樣模塊202、以及計算模塊203。設計模塊201，用于根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型。在本實施例中，在設計設備停運模型時，考慮設備故障率隨時間老化而增加的影響；同時，也考慮每次不完全預防性維修對設備運行狀態改善效果的影響，進而使得該設備停運模型更加符合配電網中，電網設備的實際運行情況，使得后續可靠性評估結果更加準確。抽樣模塊202，用于在待評估的配電網中，隨機抽樣多個設備。在本實施例中，對于整個配電網運行、供電可靠性的評估是基于蒙特卡洛算法進行的，故需要一定數量設備隨機抽樣，以使評估結果更加可靠。計算模塊203，用于根據設備停運模型，計算出每個抽樣設備相應地設備可靠性參數。在本實施例中，設備可靠性參數可以包括：設備故障率和平均不可用度(即 設備在運行期間因故障停運和維修不可用的時間所占比例)。其中，設備故障率可以通過設備停運模型中設備故障率公式來計算獲得；設備的平均不可用度則可以通過設備停運模型中設備的平均不可用度公式來計算獲得。計算模塊203，還用于根據蒙特卡洛算法和多個隨機設備的可靠性參數，計算整個配電網的運行、供電可靠性指標。其中，該運行可靠性指標可以包括：系統停電概率指標(即lolp，單位為次/年)和期望缺供電能量指標(即eens，單位為mwh/年)；lolp是指整個配電網在單位時間內遭受的平均停電次數；eens是指整個配電網在一年內由于停電而缺供的電量。供電可靠性指標可以包括：系統平均停電頻率指標(systemaverageinterruptionfrequencyindex，簡稱“saifi”)(單位為次/用戶〃年)、系統平均停電持續時間(systemaverageinterruptiondurationindex，簡稱“saidi”)(單位為小時/用戶〃年)等；saifi是指每個由配電網供電的用戶在單位時間內所遭受到的平均停電次數，saidi是指每個由配電網供電的用戶在一年中所遭受的平均停電持續時間。在本實施例中，關于配電網供電可靠性指標，在計算時，可以采用電氣島分層法，來模擬獨立可切除島停電，假定每個可切除島設為一個負荷點，每個負荷點中包含至少一個用戶，整個配電網就相當于負荷點的集合。其中，λi為負荷點i的用戶停電率，ni為負荷點i包含的用戶數，r為整個配電網中負荷點i的集合。其中，ti是負荷點i平均年停運時間，單位為小時/年，可以通過設備的平均不可用度來計算每個用戶平均年停運時間，進而計算每個負荷點的平均年停運時間；ni為負荷點i包含的用戶數，r為整個配電網中負荷點i的集合。而蒙特卡洛算法為現有技術，如何通過蒙特卡洛算法來計算整個配電網的運行、供電可靠性指標，這里就不在贅述了。具體地，參見圖3，設計模塊201包括：第一設計單元211。第一設計單元211用于根據如下公式設計出設備停運模型：其中，λ(t)為設備故障率；α與β分別為威布爾分布的尺度參數與形狀參數；t為不完全預防性維修的時間間隔；t為設備的實際年齡；q為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的改善因子；qi為第i次不完全預防性維修的改善因子，k為符合如下條件的正整數：kt≤t＜(k+1)t。在本實施例中，上述設備停運模型中，考慮到設備故障率隨時間老化而增加，假設設備實際使用壽命服從參數易于統計的威布爾分布，來設計設備故障率的算法方式，其中，α與β分別為威布爾分布的尺度參數與形狀參數(可以通過統計設備的故障次數與壽命，來確定威布爾分布的尺度參數與形狀參數)，這樣該設備停運模型中考慮到了設備老化因素對設備故障情況(即設備停運模型中的故障率)的影響；還通過在模型中添加改善因子，來表征每次不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果，這樣該設備停運模型中，考慮到了不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，進而可以更加準確地對抽樣設備的可靠性進行評估，為后續對整個配電網的可靠性評估提供準確的抽樣數據，使得對整個配電網的運行、供電可靠性評估更加準確。進一步地，在第一設計單元211中，第i次不完全預防性維修后的改善因子qi可以根據如下公式計算得到：其中，l1、l2、l3、l4均為與設備相關的常數，且這些常熟取值符合如下條件：(l1i+l2)/(l3i+l4)∈(0,1)。在實際應用中，根據不同的電網設備可以確定那些常數(即l1、l2、l3、l4)。此外，由于設備劣化特性，改善因子為不完全預防性維修次數的遞減函數，即隨著維修次數增加，維修對設備的改善效果會逐漸減小。這樣設計改善因子，更加符合電網設備的實際情況，使得設備停運模型更貼合實際，后續依靠該模型計算的結果也會更加準確、實用。具體地，參見圖3，設計模塊201還可以包括：第二設計單元221。第二設計單元221，用于根據如下公式設計出設備停運模型：其中，u為設備的平均不可用度；t1為設備運行的時間段；tf為t1內的平 均不可用時間；tm為一次不完全預防性維修的平均時間；n為t1時段內的不完全預防性維修次數；τ為表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果的虛擬年齡；r為故障檢修時間。進一步地，在第二設計單元221中，設備的虛擬年齡τ可以根據如下公式計算得到：其中，t為不完全預防性維修的時間間隔，t為設備的實際年齡，τk為第k次不完全預防性維修后的虛擬年齡，qi為第i次不完全預防性維修的改善因子。在本實施例中，設備在運行期間，一般會進行固定期限的不完全預防性維修，用虛擬年齡和改善因子來表征不完全預防性維修對設備運行狀態的改善效果，可以使得該設備停運模型更加符合設備的實際情況，使得該模型的實用性更強，后續評估結果更加準確。本發明實施例通過根據設備老化因素和不完全預防性維修因素對設備故障情況的影響，設計出設備停運模型，使得該設備停運模型考慮了設備老化與維修更新性的影響，進而使得給設備停運模型更符合設備的實際運行情況；然后在待評估的配電網中，隨機抽樣多個設備，并根據設備停運模型，計算出每個抽樣設備相應地設備可靠性參數；最后，根據蒙特卡洛算法和多個隨機設備的可靠性參數，計算整個配電網的運行、供電可靠性指標。這樣，該配電網運行、供電可靠性評估系統充分考慮到了不完全預防性維修對設備運行、供電的影響，同時計及了設備老化影響，能有效避免配電網運行、供電可靠性評估誤差隨著設備運行時間增長而不斷增大，能準確預測配電網長期的運行、供電可靠性水平。上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。需要說明的是：上述實施例提供的配電網運行、供電可靠性評估系統在實現配電網運行、供電可靠性評估方法時，僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將設備的內部結構劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述實施例提供的配電網運行、供電可靠性評估系統與配電網運 行、供電可靠性評估方法實施例屬于同一構思，其具體實現過程詳見方法實施例，這里不再贅述。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁12