一種含微網的復雜配電網可靠性評估算法
【專利摘要】本發明公開了一種含微網的復雜配電網可靠性評估算法，首先形成含微網配電網的分塊網絡圖，計算各節點的等效可靠性參數；根據負荷點形成分類路徑；然后結合含微網配電網負荷點停電影響類型，采用基于路徑分割的負荷點故障激勵集形成算法對分類路徑進行分割和存儲，形成故障激勵集；負荷點處于微電源供電能力區域時，則采用基于時序Monte Carlo法的計算微電源對負荷點供電的概率和可靠性指標；本發明提出的路徑分割算法，不僅考慮了考慮負荷點與電源間路徑的連通性，還考慮了微電源發電隨機特性對故障模式后果的影響，并提出面向負荷點的可靠性評估方法，由于負荷點的數量規模遠小于配電網元件的數量規模，具有較小的計算復雜性。
【專利說明】
一種含微網的復雜配電網可靠性評估算法
技術領域
[0001] 本發明涉及配電網可靠性領域，特別是一種含微網的復雜配電網可靠性評估算 法。
【背景技術】
[0002] 微網作為集成了分布式電源、儲能裝置、負荷以及控制裝置的單一可控網絡系統， 其對新能源的有效利用及靈活、智能的控制特點，使其在解決電能質量、能源和環保等方面 出現的問題時表現出極大的潛能，正受到越來越廣泛的關注。微網接入配電網后，改變了傳 統配電網單電源輻射狀結構，使之成為了含多電源的多端供電網絡。微網作為集成了多種 不同特性的分布式電源和能量轉換單元的復雜單元，其運行狀態常常會發生變化，且與配 電網之間存在交互影響，這些都將直接影響整個配電系統運行特性和可靠性。因此，含微網 的配電系統可靠性評估與傳統配電網可靠性評估相比將會發生重大變化。
[0003] 目前，國內外關于含分布式電源的配電網可靠性評估已有大量研究成果。對于含 微網配電網可靠性評估的研究成果則相對較少。首先建立DG和儲能聯合發電系統的可靠性 模型。然后在此基礎上，基于蒙特卡羅時序模擬方法，提出了含微網配電網可靠性評估算 法，但該算法將孤島考慮為確定性孤島，且認為某次故障事件下，微網內所有負荷點的停運 時間均相同。針對配電網特點，在傳統配電網故障模式后果分析(FMEA)過程中引入了饋線 容量束，以此為基礎，結合微網的結構特征和功能特點，分別從故障位于微網外部和內部兩 方面闡述了其FMEA過程，進而給出了模型的計算機評估流程，但并沒有詳細分析含微網配 電網與傳統配電網可靠性評估的根本區別。通過研究基于故障影響遍歷算法的可靠性評估 方法。通過建立區域網絡圖、節點鄰接矩陣、故障影響矩陣，對含微網的復雜配電網進行了 可靠性評估，但評估過程未考慮微電源出力的隨機特性，把微電源視為常規備用電源。這些 方法均只計及微網對其內部可靠性的影響而忽略對其外部配電網可靠性的影響，且均屬于 面向元件的可靠性評估方法，即從以元件為研究對象，遍歷其故障對各負荷點的停電影響 進而計算可靠性指標。
[0004] 傳統配電網中，由于主電源和備用電源均為常規電源，通常認為其容量足夠充裕， 因此僅需依據負荷點與各電源間路徑的連通性即可確定故障對負荷點的停電影響，且同一 負荷點在故障事件下具有相同的停電類型，這可有效降低配電網可靠性評估的計算復雜 性;而對于含微網配電網，由于微電源多為間歇性分布式電源，發電具有隨機特性，即使負 荷點與微電源之間保持連通，也不能保證對負荷完全可靠供電，因此需要綜合考慮負荷點 與電源間路徑的連通性以及微電源發電的充裕性，確定故障對負荷點的停電影響。另外，對 于同一含微網配電網的負荷點，其在故障事件下的停運模式會因微電源出力變化而變化。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種用于含微網的復雜配電網（簡稱DNM)可靠性評估的路徑 分割算法，它綜合考慮了負荷點與電源間路徑連通性、微電源發電充裕性以及微網與配網 間交互影響，可以較為快捷準確地實現對含微網的復雜配電網可靠性進行評估，具有較強 的實用性。該算法是從負荷點出發，基于故障模式后果分析，對含微網的配電網負荷點停電 影響類型進行劃分，并引入負荷點故障激勵集計算可靠性指標;依據負荷點與電源間的連 通性，將配電網元件歸類到不同路徑上形成負荷點的分類路徑；以不同類型開關為分割開 關將負荷點分類路徑分割為若干段，形成負荷點的故障激勵集，進而計算負荷點及系統的 可靠性指標。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案包括以下內容：
[0007] 本發明提供的含微網的復雜配電網可靠性評估算法，包括以下步驟：
[0008] Stepl:形成含微網配電網的分塊網絡圖，計算各節點的等效可靠性參數；
[0009] Step2:枚舉一負荷點Lpi，形成分類路徑Lii、L2i、L3i、L4i;
[0010] Step3:結合含微網配電網負荷點停電影響類型，采用基于路徑分割的負荷點故障 激勵集形成算法對負荷點Lp1的分類路徑進行分割和存儲，形成負荷點Lp1的故障激勵集M、 Bi、Ci、Di、Ei;
[0011] Step4:當負荷點Lpi處于微電源供電能力區域時，基于時序Monte Carlo法的微電 源計算微電源對負荷點Lpi供電的概率；
[0012] Step5:計算負荷點Lp1的可靠性指標，并判斷所有負荷點是否枚舉完畢;若是，則計 算系統可靠性指標，否則，轉步驟Step2。
[0013] 進一步，所述負荷點停電影響類型包括以下五種類型：
[0014] I類:在所述I類停電影響下，負荷點與主電源、微電源間的連通路徑均被中斷，若 故障被隔離后，主電源和微電源均不能對其恢復供電；在所述I類停電影響下負荷點的停電 時間為故障修復時間t rap;
[0015] Π 類:在所述Π 類停電影響下，負荷點到主電源、微電源間的路徑均被中斷，若故 障經隔離開關隔離后，負荷點由主電源對其供電，在所述Π 類停電影響下負荷點停電時間 為故障隔離時間tis。；
[0016] m類:在所述m類停電影響下，負荷點處于由隔離開關進行故障隔離而形成的微 電源供電能力區域內；若微電源對負荷點恢復供電，則停電時間為(t iscl+ta )，否則停電時間 為trap;在所述m類停電影響下負荷點停電時間按照以下公式來計算：
[0017] (tis〇+ta)q(1)+trep(l-q(1));
[0018] 其中，q(1)為m類停電影響下微電源對負荷點供電的概率，ta為微電源啟動時間；
[0019] IV類:在所述IV類停電影響下，負荷點處于PCC點開斷而形成的微電源供電能力區 域內，若負荷點能由微電源恢復供電，則其停電時間為t a;若負荷點不能由微電源恢復供 電，也不能由主電源恢復供電，則停電時間為tre3P;在所述IV類停電影響下負荷點停電時間 按照以下公式來計算：
[0020] taq(2)+trep(l-q⑵)；
[0021] 其中，q(2)為IV類停電影響下微電源對負荷點供電的概率；
[0022] V類:在所述V類停電影響下，負荷點處于PCC點開斷而形成的微電源供電能力區 域內，若負荷點能由微電源恢復供電，則其停電時間為ta;若負荷點無法由微電源恢復供 電，若通過隔離開關隔離故障轉由主電源能恢復供電，則停電時間Stlsci;在所述V類停電 影響下負荷點停電時間按照以下公式來計算：
[0023] taq(3)+tis〇(l-q(3));
[0024] 其中，q(3)為V類停電影響下微電源對負荷點供電的概率。
[0025] 進一步，所述分類路徑Lu、L2i、L3i和L4i按照以下方式形成：
[0026] ①第一集合Sli = SPun SP2i:主最短路與微最短路公共路徑上節點的集合；
[0027] ②第二集合S2i = SPli n (S-SP2i):在主最短路上但不在微最短路上的節點集合；
[0028] ③第三集合S3i= (S-SPli) n SP2i:不在主最短路上但在微最短路上的節點集合；
[0029] ④第四集合S4i= (S-SPli) n (S-SP2i):既不在主最短路上也不在微最短路上的節 點集合。
[0030] 其中，S為DNM網絡空間圖中所有節點構成的集合，S中節點按編號由小到大排列；
[0031] SPli為主電源和微電源到負荷點Lpi主最短路徑；
[0032] SP2i為主電源和微電源到負荷點Lpi微最短路徑。
[0033] 進一步，所述第四集合S41中節點包括處于分支饋線上的彼此不相連的孤立節點， 以及由多條路徑1^組成的路徑集。
[0034] 進一步，所述負荷點Lpi的故障激勵集Ai、Bi、Ci、Di、Ei按照以下基于路徑分割算法 形成：
[0035] S31:形成負荷點Lpi的分類路徑Lu、L2i、L3i、L4i;
[0036] 332:選擇不同類型開關作為分割開關分別對1^、1^、1^、1^進行分割，確定負荷點 Lpi的故障激勵集：
[0037] S321:對于路徑Lli，無需分割，直接存入Ai;
[0038] S322:對于路徑L2i，采用如下的方法進行分割和存儲：
[0039]若L2i上包含有PCC，則以PCC為分割開關將L2i分割為兩段，接著將沿以主電源為起 點的潮流方向即從PCC到L21末端中以隔離開關為分割開關進行分割；
[0040] 若L2i上不包含PCC，則以隔咼開關為分隔將L2i進行分割；
[0041] 對分割得到的各段的末端按照以下方式進行判斷：
[0042] S3221:若末端與隔離開關直接相連，則存入Ci;
[0043] S3222:若末端與PCC直接相連，則存入Di;
[0044] S3223:若末端既不與隔離開關也不與PCC直接相連，則存入A1;
[0045] S323:對于路徑L3i，采用如下方法進行分割和存儲：
[0046]若L31上含PCC或斷路器，則以離L31末端最靠近的PCC或斷路器為分割開關將其分 割為兩段，接著以從分割開關到L3i末端之間的隔離開關為分割開關進行分割；
[0047] 若L31上不含PCC和斷路器，則以隔離開關為分割開關將L31進行分割；
[0048] 對分割得到的末端按照以下方式進行判斷：
[0049] S3231:若末端與隔離開關直接相連，則將該段存入Bi;
[0050] S3232:若末端與PCC或斷路器直接相連，則該段不進行存儲；
[0051] S3233:若末端與隔離開關、斷路器、PCC均未直接相連，則將該段存入Ai;
[0052] S324:對于路徑L4i，采用如下方法進行分割和存儲：
[0053] S3241:對位于微網外部的部分，以離末端最靠近的隔離開關除外的開關為分割開 關進行分割，對每段的末端進行判斷:若末端與隔離開關直接相連，則當1^為微網內部負荷 點時，存入E1;當Lp1為微網外部負荷點時，存入B1;若末端不與隔離開關直接相連，則不進行 存儲；
[0054] S3242:對位于微網內部的部分，當LPi為微網內部負荷點時，以離其末端最靠近的 隔離開關除外的開關為分割開關進行分割，對每段的末端進行判斷:若末端與隔離開關直 接相連，存入B1;若末端不與隔離開關直接相連，不進行存儲；當Lp1為微網外部負荷點時，對 路徑L 41不進行分割和存儲；
[0055] S33:將路徑!^、!^、!^、!^的各分段分類匯總力成負荷點匕的故障激勵集仏幾、 Ci、Di、Ei〇
[0056] 進一步，還包括對故障激勵集Ai、Bi、Ci、Di、Ei按照以下方式進行可靠性指標的計 算：
[0057]
[0058]
[0059] 式中，Ii=Ai U Bi U Ci U Di U Ei ;Ak、tk分別為節點k的等效故障率和等效平均修復時 '沾"分別表示在節點k故障所引起的m、iv、v類停電影響下微電源對負荷點 Lp1供電的概率;,表示負荷點LPl的年停運率;t/h表示年平均停電時間;K表示第k個子塊。
[0060] 由于采用了上述技術方案，本發明具有如下的優點：
[0061] 本發明是在傳統配電網的故障模式后果分析法(FMEA)基礎上，考慮到:一方面，對 于含微網配電網，由于微電源(微網內部電源)多為間歇性分布式電源，發電具有隨機特性， 若同傳統配電網可靠性評估一樣，僅考慮負荷點與各電源間點連通性，忽略微電源出力的 隨機特性來確定故障對負荷點停電影響，會造成評估結果不準確;另一方面，傳統FMEA法是 面向配電網元件，即以元件為研究對象，遍歷其故障對各負荷點的停電影響進而計算可靠 性指標，對于大型復雜配電網而言，計算復雜性較大。因此，本發明提出了一種適用于含微 網配電網可靠性評估的路徑分割算法，此方法不僅考慮了考慮負荷點與電源間路徑的連通 性，還考慮了微電源發電隨機特性對故障模式后果的影響，并創新提出面向負荷點的可靠 性評估方法，即以負荷點為遍歷對象，基于負荷點停電影響類型，遍歷出對各負荷點產生各 類停電影響的故障模式，進而計算可靠性指標。由于負荷點的數量規模遠小于配電網元件 的數量規模，因此該方法與傳統的面向元件的方法相比，具有較小的計算復雜性。
[0062] 本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和 獲得。
【附圖說明】
[0063] 本發明的【附圖說明】如下：
[0064] 圖1為含微網配電網分塊網絡圖；
[0065]圖2為含微網配電網網絡空間圖；
[0066]圖3為負荷點分類路徑示意圖；
[0067]圖4a負荷點故障激勵集元素的^故障判別說明。
[0068]圖4b負荷點故障激勵集元素的^故障判別說明。
[0069]圖4c負荷點故障激勵集元素的r3故障判別說明。
[0070]圖4d負荷點故障激勵集元素的r4故障判別說明。
[0071]圖5a路徑L2i分割與存儲說明。
[0072]圖5b路徑L3i分割與存儲說明。
[0073] 圖5c路徑Lpi微網內部負荷點分割與存儲說明。
[0074] 圖5d路徑L5i微網外部負荷點分割與存儲說明。
[0075]圖6為DNM可靠性評估的路徑分割算法流程圖；
[0076]圖7為算例系統圖；
[0077]圖8a微網所在地區的風速數據。
[0078]圖8b微網所在地區的輻照強度數據。
[0079]圖8c微網所在地區的溫度數據。
[0080]圖8d微網所在地區的負荷數據。
[0081]圖中，1表示微電網與配電網的公共連接點；2表示斷路器;3表示熔斷器;4表示手 動隔離開關;5表不自動切換開關;6表不微電源。
【具體實施方式】
[0082]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0083] 實施例1
[0084] 如圖所示，根據本實施例提供的含微網配電網分塊網絡圖和微網配電網網絡空間 圖可知DNM的網絡空間圖及其矩陣表示的具體內容如下：
[0085] 配電網中相鄰開關間的區域所包含的元件在可靠性邏輯上可進行合并，稱這些區 域為分塊。以分塊為節點，以開關為邊，對DNM的網絡拓撲結構進行描述，形成圖:G= (V，E) 稱為D匪的網絡空間圖。V中的元素 Vi稱為節點，用以對應D匪中各分塊;E中的元素 Ek稱為邊， 用以描述各相鄰分塊間所連接的開關，不同類型的開關對應的邊具有不同的權值。
[0086]若圖G中包含1條邊，稱矩陣A= (aij)3xlSG的三元組表形式存儲的節點鄰接矩陣 (以下簡稱節點鄰接矩陣）。其中A第j列的三個元素 a小a2j、a幻分別用于存儲G的第j條邊的 首節點(父節點）編號、末節點(子節點）編號及權值，且中任一條邊經斷路器、隔離 開關、熔斷器、PCC、自動切換開關相連時，其權值分別為1、2、3、4、5。
[0087] 按上述定義可形成圖1所示DNM的網絡空間圖，圖中，1表示微電網與配電網的公共 連接點；2表示斷路器;3表示熔斷器;4表示手動隔離開關;5表示自動切換開關;6表示微電 源；圖中虛線框表示一個分塊;如圖2所示，其中IN 1Q分別為主電源節點和微電源節點，N3、 N4、N8、N9、N12、N14分別為負荷點L P1~LP6所在節點。圖中數字表示網絡空間圖中的各邊對應的 權值;用書占 NJi = H…」4)下標耒元I編號，則圖2對應的節點鄰接矩陣為：
[0088]
[0089]其中，最短路及其形成具體如下：
[0090] DNM網絡空間圖G中任意兩節點化和化之間的最短路用該路徑上所含節點的編號的 集合表示，記作集合SPij。以圖2中主電源節點到節點N 6的最短路SPu= {1，2，5，6}為例，說 明G中任意兩節點間最短路的形成過程:①從節點N6出發，搜索其父節點，方法如下:搜索矩 陣A第2行中的"6"元素，并記錄其所在列號為5,然后從第1行中搜索第5列的元素為"5"，則 節點N6的父節點即為節點N5;②判斷節點N5不為主電源節點，則按相同的方法搜索節點N5的 父節點為N 2;③判斷犯不為主電源節點，則搜索節點N2的父節點為N1即主電源節點，搜索終 止。因此，主電源節點到節點N 6的最短路為{1，2，5，6}。
[0091 ] DNM可靠性評估的路徑分割算法如下：
[0092] 如圖1所示，以圖1所示的含單一微網、單一微電源(微網內部電源，DG和儲能組成 的聯合發電單元）的配電網為例，本實施例提供的含微網配電網可靠性評估算法的計算條 件如下：
[0093] ①微網能實現孤島和并網兩種運行模式的有效轉換，即孤島失效的概率為0。
[0094] ②正常情況下，微網處于并網運行模式，由微電源和主網電源（簡稱主電源）共同 對負荷供電。
[0095] ③當故障導致主電源到PCC點最短路徑發生中斷時，PCC點可在控制器的控制下瞬 時自動開斷，微網由并網運行模式切換到孤島運行模式，由微電源對微網內部負荷供電以 盡量縮小停電范圍。
[0096] ④當故障導致PCC點到微電源最短路徑發生中斷時，PCC點也可在控制器的控制下 瞬時自動開斷，微網實現孤島運行，以盡量減少微網內部故障對微網外部負荷點的停電影 響。
[0097]本實施例提供的DNM負荷點停電影響類型劃分具體如下：
[0098] 對于傳統配電網：①可根據停運時間類型將負荷點停電影響劃分為A、B、C、D四類； ②由于主電源和備用電源均為常規電源，為了降低計算復雜性，通常不考慮其發電充裕性， 僅依據與電源間路徑的連通性來確定負荷點停電影響類型;③同一負荷點在相同故障下具 有相同的停電影響類型。
[0099] 對于D匪:①由于微網電源(微電源)多為間歇性電源，其停電影響類型的確定除了 考慮供電路徑的連通性外，還需考慮微電源發電的充裕性;②同一負荷點在相同故障下的 停電影響類型通常具有隨機性。
[0100] 基于故障模式后果分析，綜合考慮負荷點與電源間路徑的連通性以及微電源發電 充裕性，定義以下5種D匪負荷點停電影響類型：
[0101] I類:該類停電影響下，負荷點與主電源、微電源間的連通路徑均被中斷，故障被隔 離后，主電源和微電源均不能對其恢復供電。因此，在I類停電影響下該負荷點的停電時間 為故障修復時間trap。
[0102] Π 類:該類停電影響下，負荷點到主電源、微電源間的路徑均被中斷，故障經隔離 開關隔離后，該負荷點可由主電源對其供電。因此，在Π 類停電影響下該負荷點停電時間為 故障隔離時間tis。。
[0103] m類:該類停電影響下，負荷點處于由隔離開關進行故障隔離而形成的微電源供 電能力區域內。若此時，微電源能對該負荷點恢復供電，則其停電時間為(t lscl+ta)，否則其停 電時間為tre3p。設該類停電響應下微電源對該負荷點供電的概率為q (1)，則該負荷點在該類 停電影響下的停電時間可表示為其中，ta為微電源啟動時間。
[0104] IV類:該類停電影響下，負荷點處于PCC點開斷而形成的微電源供電能力區域內。 若此時，該負荷點能由微電源恢復供電，則其停電時間為t a;若此時，該負荷點不能由微電 源恢復供電，也不能由主電源恢復供電，則其停電時間為tre3P。設該類停電響應下微電源對 該負荷點供電的概率為q (2)，則該類停電影響下，該負荷點的停電時間可表示為:taq(2)+t rep (卜q⑵)；
[0105] V類:該類停電影響下，負荷點處于PCC點開斷而形成的微電源供電能力區域內。 若此時，該負荷點能由微電源恢復供電，則其停電時間為t a;若此時，該負荷點無法由微電 源恢復供電，但可以通過隔離開關隔離故障轉由主電源能對其恢復供電，則其停電時間為 tls。。設該類停電響應下微電源對該負荷點供電的概率為q(3)，則該類停電影響下，該負荷點 的停電時間可表示為:t a q(3)+tis〇(l-q(3))。
[0106] 基于負荷點與電源間連通性的路徑分類具體如下：
[0107] 在DMl中，主電源能否對負荷點供電僅需根據連通性判別就可以確定，而微電源則 不同，除了連通性判別還需考慮微電源發電的充裕性。因此，故障發生在負荷點到主電源的 供電路徑上與發生在該負荷點到微電源的供電路徑上對該負荷點造成的停電影響不同，這 種不同主要體現在故障發生后負荷點可由主電源還是微電源對其恢復供電。
[0108] 設S為EWM網絡空間圖中所有節點構成的集合（S中節點按編號由小到大排列）， SPu、SP2l分別為主電源和微電源到負荷點1^最短路徑(分別稱為主最短路和微最短路），可 根據節點所在位置定義以下4個集合:① S11 = SP11 n SP21:主最短路與微最短路公共路徑上 節點的集合;(DS2i=SPli n (S-SP2i):在主最短路上但不在微最短路上的節點集合;③S3i = (S-SPli) n SP2i:不在主最短路上但在微最短路上的節點集合;④S4i =( S-SPli) n (S-SP2i): 既不在主最短路上也不在微最短路上的節點集合。
[0109] 將上述4個集合所形成的路徑稱為負荷點Lp1的分類路徑，分別記作Lu、L2l、L3l、 L41。這里需要說明的是，由于集合S41中節點通常處于分支饋線上，可能存在彼此不相連的 孤立節點，因此路徑L 41通常是由多條路徑組成的路徑集。例如，可得到圖2中的負荷點Lp3的 分類路徑分別為 :L13={7,8}、L23={1，2,5,6}、L33={9，10}、L43={{3}，{4}，{11，12}，{11， 13，14}}(如圖3所示）。路徑L 43的形成過程:求集合S43= {3，4,11，12,13,14}中每個節點的 父節點。節點N3、N4、Nll的父節點均不屬于集合S43,可形成路徑{3}、{4}和{11};節點Nl2和節 點N 13的父節點均為N11，且N11屬于集合S43,則可形成路徑Ul，12}和{11，13};節點N 14的父節 點N13屬于集合S43,可形成路徑{13,14}。其中路徑{11，13}和{13,14}可以合并為路徑{11， 13，14}。因此，集合54 3所形成的路徑1^={{3}，{4}，{11，12}，{11，13，14}}。
[0110] 由上述定義可知，不同分類路徑上節點故障對負荷點與電源間的連通性將會造成 不同影響，進而影響電源對該負荷點的供電。比如，當路徑L 13上出現故障時，負荷點Lp3與主 電源和微電源的連通路徑均被中斷；當路徑L23上出現故障時，負荷點與主電源的連通路徑 被中斷，但與微電源仍然保持連通。
[0111] 其中，負荷點故障激勵集的定義具體如下：
[0112] 故障后對負荷點Lpi造成的停電影響類型為I、n、m、IV、V的節點集合稱為負荷點 LPi的1、11、111、1￥、￥類故障激勵集，分別記作用41幾、(^^。集合41幾、(^^沖元素 分別稱為負荷點Lp i的I、π、m、iv、V類故障激勵節點。
[0113] 負荷點故障激勵集元素的判別機理如下：
[0114] 結合圖4a_d，以負荷點Lp1為例，綜合考慮負荷點與電源間路徑的連通性以及微電 源發電的充裕性，給出其5類故障激勵集節點的判別機理：
[0115] (1)如圖4a所示，對V ITGZii故障，負荷點Lp1與主、微電源間的供電路徑均被中斷， 只有當ri被修復，負荷點Lpi才會恢復供電。因此，V 21 e為，即及。
[0116] (2)如圖4b所示，對V r: G Z2,故障，主電源對負荷點Lpi的供電路徑被中斷，負荷點 Lpi僅可能由微電源供電。以La表示r2到負荷點Lpi的最短路與r 2到微電源的公共路徑，分析 可知：
[0117]①若La上含PCCJljr2故障時，負荷點Lp1位于PCC開斷而形成的微電源供電能力區 域內，則r2eDi;
[0118] ②若La上無 PCC:若有隔離開關，則r2故障時，該隔離開關動作對故障進行隔離，負 荷點Lp1處于由隔離開關進行故障隔離而形成的微電源供電能力區域內，則r 2ec1;若無隔 離開關，則r2eAi。
[0119] (3)如圖4c所示，對V r G Z ,故障，微電源對負荷點LPi的供電路徑被中斷，負荷點 Lp1僅可能由主電源供電。以Lb表示r3到負荷點Lp1的最短路與r 3到主電源的最短路的公共路 徑，分析可知：
[0120] ①若Lb上含PCC或斷路器，則η故障時，故障會被瞬時隔離，負荷點Lpi不會停電；
[0121] ②若Lb上無 PCC、無斷路器:若有隔離開關，故障會被隔離，則r3eB1;若無隔離開 關，則r 3eAi〇
[0122] (4)如圖4d所示，對V 2?e Z4,故障：
[0123] ①當r4位于微網外部時，設N1Sr4到負荷點Lpi的最短路與主最短路的公共路徑的 首端節點，U表示^到見的最短路:a.若LcJl只有隔離開關可隔離故障，則：當負荷點Lp 1位于 微網外部時，r4eBi;當負荷點Lpi位于微網內部時， r4eEi;b.若L。上還有其它開關可以隔離 故障，則Lpi不會停電；
[0124] ②當r4為位于微網內部時，設N2Sr4到Lpi的最短路與微最短路的公共路徑的首端 節點，Ld表示r 4?N2的最短路:a.若Ld上只有隔離開關可隔離故障，則當負荷點LPlfe于微網 外部時，r 4故障其不會停電，當負荷點Lp1位于微網內部時，r4eB1;b.若L d上還有其它開關可 隔離故障，則Lp1不會停電。
[0125] 基于上述負荷點Lp1故障激勵集元素的判別機理，可歸納得到其各類故障激勵集 八^8^(^、〇131的形成步驟如下 ：
[0126] Stepl:形成負荷點Lpi的分類路徑Lii、L2i、L3i、L4i。
[0127] St印2:選擇不同類型開關作為分割開關分別對!^、!^、!^、!^進行分割^角定負荷 點Lpi的各類故障激勵集：
[0128] ①對于路徑Lu，無需分割，直接存入A1。
[0129] ②如圖5a所示，對于路徑L21，采用如下的方法進行分割和存儲：圖中，QS表示隔離 開關，QF斷路器，FU表示熔斷器；
[0130] 若L2i上含PCC，則以PCC為分割開關將L2i分割為兩段，接著將其中PCC到L2i末端(順 著主電源為起點的潮流方向看）的這一段以隔離開關為分割開關分割為若干段（當L 21上無 隔離開關時無需分割）；
[0131]若L21上不含PCC，則以隔離開關為分隔將L21分割為若干段（當L21上無隔離開關時 無需分割）。
[0132] 對按上述方法將分割得到的各段的末端進行判斷：
[0133] 1)若末端與隔離開關直接相連，則將該段存入C1;
[0134] 2)若末端與PCC直接相連，則將該段存入Di;
[0135] 3)若末端既不與隔離開關也不與PCC直接相連，則將該段存入A113
[0136] 下面以負荷點Lp3的分類路徑L23=U,2,5,6}為例進行說明：
[0137] 第一步：判斷路徑L23上是否含PCC，即判斷L23上兩兩節點間的邊權是否含元素 "4"。比如，節點NdPN 6之間是否含PCC可按如下方法判斷:搜索矩陣A中第一行元素等于"5" 且第2行元素等于"6"的列向量，判斷該向量第3行元素為"4"，即表明節點NdPN 6之間含PCC。
[0138] 第二步：由于路徑L23上含PCC，因此以PCC為分割開關將其分割為2段:L23 (1 ) = { 1， 2,5}、L23(2) = {6}〇
[0139] 第三步:判斷PCC到路徑L23末端這一段，即路徑L23⑵上是否含隔離開關，判斷方 法可仿照第一步中路徑L 23是否含PCC的判斷。由于路徑L23(2)上僅有一個節點，顯然其不含 隔離開關，因此無需再對路徑L 23(2)進行分割。這樣之后，路徑L23就只被分為2段:L23(I) = {l，2,5}、L23(2) = {6}〇
[0140] 第四步:對上述分割得到的各分段路徑L23(1) = {1，2,5}、L23(2) = {6}的末端按如 下方法進行判斷:①對于L23(1 )，求其末端節點N5到微電源節點的最短路為{5，6,7，9,10}， 由于{5，6}上含PCC，表明L 23 (1)的末端與PCC直接相連，因此將L23 (1)直接存入集合D3;②對 于L23(2)，求其末端節點N6到微電源節點的最短路為{6，7，9，10}，由于路徑{6，7}上含隔離 開關，表明L 23 (2)的末端與隔離開關直接相連，因此將L23 (2)直接存入集合C3。
[0141] ③如圖5b所示，對于路徑L31，采用如下方法進行分割和存儲：
[0142] 若L31上含PCC或斷路器，則以離L31末端(順著微電源為起點的潮流方向）最靠近的 PCC或斷路器為分割開關將其分割為兩段，接著將其中分割開關到L3i末端的這一段以隔離 開關為分割開關，分割為若干段，當L3i上不含隔尚開關時無需分割；
[0143]若L3i上不含PCC和斷路器，則以隔尚開關為分割開關將L3i分割為若干段，當L3i上 不含隔離開關時無需分割。
[0144] 對按上述方法分割得到的各段的末端進行判斷：
[0145] 1)若末端與隔離開關直接相連，則將該段存入Bi;
[0146] 2)若末端與PCC或斷路器直接相連，則該段不進行存儲；
[0147] 3)若末端與隔離開關、斷路器、PCC均未直接相連，則將該段存入Ai;
[0148] ④對于路徑L41，采用如下方法進行分割和存儲：
[0149] 1)對其位于微網外部的部分，以離其末端(逆著主電源為起點的潮流方向看)最靠 近的隔離開關除外的開關為分割開關將其分割為兩段，對每一段的末端進行判斷:若末端 與隔離開關直接相連，則當Lp1為微網內部負荷點時(如圖5c所示），將該段存入E1，當Lp 1為微 網外部負荷點時(如圖5d所示），將該段存入B1;若末端不與隔離開關直接相連，該段不進行 存儲；
[0150] 2)對其位于微網內部的部分，當Lp1為微網內部負荷點時（如圖5c所示），以離其末 端(逆著微電源為起點的潮流方向看)最靠近的隔離開關除外的開關為分割開關將其分割 為兩段，對每一段的末端進行判斷:若末端與隔離開關直接相連，將該段存入B1;若末端不 與隔離開關直接相連，該段不進行存儲；當Lp 1為微網外部負荷點時(如圖5d所示），無需對路 徑L4i進行分割和存儲。
[0151] Step3:將路徑!^、!^、!^、!^的各分段分類匯總力成負荷點匕的故障激勵集仏、 Bi、Ci、Di、Ei〇
[0152] 可靠性指標的計算具體步驟如下：
[0153] 集合41幾、(^幾土形成后，負荷點1^的年停運率1、年平均停電時間￡^,的計算 模型如T·
[0154]
[0155]
[0163] 實施例2
[0164] 本實施例結合附圖作進一步說明，具體如下：
[0165] 以IEEE-RBTS BUS 6主饋線F4為基礎進行修改形成含微網的配電系統，并對其進 行可靠性評估。該系統的接線圖如圖7所示，系統中有23個負荷點，系統峰荷為10.9284MW， 總平均負荷4.8155MW，負荷曲線采用IEEE-RTS系統年度時序負荷曲線。圖中編號1-37分別 表示該網絡中各元件的編號;還包括設置系統的電氣和可靠性參數。
[0166] 微網與配網的公共連接點PCC位于線路17的末端，微網內部峰荷為3.8096MW，總平 均負荷為1.6596MW。微電源為風機、光伏電池組、微型燃氣輪機以及蓄電池組組成的發電系 統。其中，風機的切入風速、額定風速和切除風速分別為2.5m/s、12m/s、18m/s;光伏電池的 功率溫度系數為〇. 0045;蓄電池組的最大充、放電功率均為4MW，充放電效率均為90%、最大 和最小儲能容量分別為20MW · h和IMW · h。分布式電源和儲能的故障率均取0.4次/a，平均 修復時間取20h/次。微電源自啟動時間取0.5h。微網所在地區的風速、太陽輻照強度、光伏 電池板環境溫度數據及負荷曲線如圖8所示。
[0167] 采用可靠性評估算法對不同微電源容量配置方案下的上述算例系統進行可靠性 評估，評估結果見表1。其中，方案1對應無微網情況下的原始配電網；方案2~5對應的微網 總安裝容量均為4MW。
[0168] 表1不同微電源容量配置方案下的系統可靠性評估結果
[0170]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明 的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種含微網的復雜配電網可靠性評估算法，其特征在于:包括以下步驟： Stepl:形成含微網配電網的分塊網絡圖，計算各節點的等效可靠性參數； Step2:枚舉一負荷點Lpi，形成分類路徑Lii、L2i、L3i、L4i; Step3:結合含微網配電網負荷點停電影響類型，采用基于路徑分割的負荷點故障激勵 集形成算法對負荷點LPl的分類路徑進行分割和存儲，形成負荷點LPl的故障激勵集AnBi、 Ci、Di、Ei; Step4:當負荷點Lpi處于微電源供電能力區域時，基于時序Monte Carlo法的微電源計 算微電源對負荷點Lpi供電的概率； Step5:計算負荷點LPl的可靠性指標，并判斷所有負荷點是否枚舉完畢;若是，則計算系 統可靠性指標，否則，轉步驟Step2。2. 如權利要求1所述的含微網的復雜配電網可靠性評估算法，其特征在于:所述負荷點 停電影響類型包括以下五種類型： I類:在所述I類停電影響下，負荷點與主電源、微電源間的連通路徑均被中斷，若故障 被隔離后，主電源和微電源均不能對其恢復供電；在所述I類停電影響下負荷點的停電時間 為故障修復時間trap; Π 類:在所述Π 類停電影響下，負荷點到主電源、微電源間的路徑均被中斷，若故障經 隔離開關隔離后，負荷點由主電源對其供電，在所述Π 類停電影響下負荷點停電時間為故 障隔咼時間tis。； m類:在所述m類停電影響下，負荷點處于由隔離開關進行故障隔離而形成的微電源 供電能力區域內；若微電源對負荷點恢復供電，則停電時間為（t iscl+ta )，否則停電時間為 traP;在所述m類停電影響下負荷點停電時間按照以下公式來計算： (tiso+ta)q(1) + trep(l-q(1))； 其中，q(1)為m類停電影響下微電源對負荷點供電的概率，ta為微電源啟動時間； IV類：在所述IV類停電影響下，負荷點處于PCC點開斷而形成的微電源供電能力區域 內，若負荷點能由微電源恢復供電，則其停電時間為ta;若負荷點不能由微電源恢復供電， 也不能由主電源恢復供電，則停電時間為t re3P;在所述IV類停電影響下負荷點停電時間按照 以下公式來計算： taq(2)+trep(l-q(2)); 其中，q(2)為IV類停電影響下微電源對負荷點供電的概率； V類：在所述V類停電影響下，負荷點處于PCC點開斷而形成的微電源供電能力區域 內，若負荷點能由微電源恢復供電，則其停電時間為ta;若負荷點無法由微電源恢復供電， 若通過隔離開關隔離故障轉由主電源能恢復供電，則停電時間St ls。;在所述v類停電影響 下負荷點停電時間按照以下公式來計算： taq(3)+tis〇(l-q(3)); 其中，q(3)為V類停電影響下微電源對負荷點供電的概率。3. 如權利要求1所述的含微網的復雜配電網可靠性評估算法，其特征在于:所述分類路 徑Lh、L2i、L3i和L4i按照以下方式形成： ① 第一集合Su = SPu n SP2i:主最短路與微最短路公共路徑上節點的集合； ② 第二集合s2i=sPun(s-sp2i):在主最短路上但不在微最短路上的節點集合； ③ 第三集合S3i= (S-SPU) n sp2i:不在主最短路上但在微最短路上的節點集合； ④ 第四集合s4i = ( s-spu ) n (s-sp2i):既不在主最短路上也不在微最短路上的節點集 合； 其中，S為D匪網絡空間圖中所有節點構成的集合，S中節點按編號由小到大排列； SPu為主電源和微電源到負荷點Lpi主最短路徑； SP2l為主電源和微電源到負荷點LPl微最短路徑。4. 如權利要求3所述的含微網的復雜配電網可靠性評估算法，其特征在于:所述第四集 合S4l中節點包括處于分支饋線上的彼此不相連的孤立節點，以及由多條路徑L 4l組成的路 徑集。5. 如權利要求1所述的含微網的復雜配電網可靠性評估算法，其特征在于:所述負荷點 LPl的故障激勵集仏幾義幾上按照以下基于路徑分割算法形成： S31:形成負荷點Lpi的分類路徑Lu、L2i、L3i、L4i; S32:選擇不同類型開關作為分割開關分別對1^、1^、1^、1^進行分割，確定負荷點1^的 故障激勵集： S321:對于路徑Lu，無需分割，直接存入Ai; S322:對于路徑L2l，采用如下的方法進行分割和存儲： 若L2i上包含有PCC，則以PCC為分割開關將L2i分割為兩段，接著將沿以主電源為起點的 潮流方向即從PCC到L2l末端中以隔離開關為分割開關進行分割； 若L2i上不包含PCC，則以隔咼開關為分隔將L2i進行分割； 對分割得到的各段的末端按照以下方式進行判斷： S3221:若末端與隔離開關直接相連，則存入Ci; S3222:若末端與PCC直接相連，則存入Di; S3223:若末端既不與隔離開關也不與PCC直接相連，則存入仏； S323:對于路徑L3l，采用如下方法進行分割和存儲： 若L3l上含PCC或斷路器，則以離L3l末端最靠近的PCC或斷路器為分割開關將其分割為兩 段，接著以從分割開關到L3l末端之間的隔離開關為分割開關進行分割； 若L3i上不含PCC和斷路器，貝lj以隔尚開關為分割開關將L3i進行分割； 對分割得到的末端按照以下方式進行判斷： S3231:若末端與隔離開關直接相連，則將該段存入Bi; S3232:若末端與PCC或斷路器直接相連，則該段不進行存儲； S3233:若末端與隔離開關、斷路器、PCC均未直接相連，則將該段存入Ai; S324:對于路徑L4l，采用如下方法進行分割和存儲： S3241:對位于微網外部的部分，以離末端最靠近的隔離開關除外的開關為分割開關進 行分割，對每段的末端進行判斷：若末端與隔離開關直接相連，則當LPl為微網內部負荷點 時，存入Ei;當L Pi為微網外部負荷點時，存入Bi;若末端不與隔離開關直接相連，則不進行存 儲； S3242:對位于微網內部的部分，當LPl為微網內部負荷點時，以離其末端最靠近的隔離 開關除外的開關為分割開關進行分割，對每段的末端進行判斷:若末端與隔離開關直接相 連，存入B1;若末端不與隔離開關直接相連，不進行存儲；當L Pl為微網外部負荷點時，對路徑 L4l不進行分割和存儲； 333:將路徑1^、1^、1^、1^的各分段分類匯總，形成負荷點1^的故障激勵集41、1^、(^、 Di、Ei〇6.如權利要求1所述的含微網的復雜配電網可靠性評估算法，其特征在于:還包括對故 障激勵集仏31、(：1、0131按照以下方式進行可靠性指標的計算 ：式中，Ii = Ai U Bi U Ci U Di U Ei ;Ak、tk分別為節點k的等效故障率和等效平均修復時間； ?2)' <3)分別表示在節點k故障所引起的m、iv、V類停電影響下微電源對負荷點LPi供 電的概率;4 P,.表示負荷點LPl的年停運率;，表示年平均停電時間;K表示第k個子塊。
【文檔編號】G06Q10/06GK106058859SQ201610518271
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月4日
【發明人】李登峰, 朱晟毅, 劉育明, 朱小軍, 趙科, 文宇, 文一宇, 董光德, 蔣望, 王瑞妙, 劉玲
【申請人】國網重慶市電力公司電力科學研究院, 國家電網公司