本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于配電地理拓?fù)鋽?shù)據(jù)的改進(jìn)最小路可靠性確定方法。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)是連接電源或輸電網(wǎng)與用戶的終端環(huán)節(jié)，承擔(dān)著將電能傳輸至中壓與低壓用戶的重要任務(wù)?？墒?，配電網(wǎng)用戶數(shù)、用電量的快速增長(zhǎng)與新能源的加入對(duì)配電網(wǎng)供電能力、供電可靠性提出了更高的要求，其中，快速有效的求取大規(guī)模復(fù)雜實(shí)際配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的算法，將對(duì)配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)行具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但是傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性算法常用的有模擬法和解析法，模擬法通過(guò)賦予元件對(duì)應(yīng)的故障率和故障時(shí)間，然后通過(guò)設(shè)定仿真時(shí)間遍歷故障，計(jì)算不同元件故障對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性的影響。該算法對(duì)于復(fù)雜配電網(wǎng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但在復(fù)雜系統(tǒng)中完成故障遍歷，則需要消耗大量的仿真計(jì)算時(shí)間；解析法通過(guò)分析配電網(wǎng)的元件關(guān)聯(lián)矩陣，得到用戶供電最小路和供電支路，并將供電支路對(duì)用戶可靠性的影響等效到供電最小路上，通過(guò)供電最小路的串聯(lián)計(jì)算及不同供電最小路的并聯(lián)計(jì)算，最終計(jì)算得用戶的供電可靠性實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)用戶可靠性的快速分析，但是由于算法需要反復(fù)查詢系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)矩陣，而復(fù)雜系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)矩陣的維度隨著配電網(wǎng)的元件數(shù)量指數(shù)增長(zhǎng)，算法運(yùn)行需要計(jì)算機(jī)內(nèi)存大，且消耗大量的檢索時(shí)間所以傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性算法存在計(jì)算實(shí)際的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)中存在仿真計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存要求高等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于配電地理拓?fù)鋽?shù)據(jù)的改進(jìn)最小路可靠性確定方法。本發(fā)明提出的基于配電地理拓?fù)鋽?shù)據(jù)的改進(jìn)最小路可靠性確定方法，有效解決了傳統(tǒng)解析法、模擬法計(jì)算復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性的計(jì)算時(shí)間冗長(zhǎng)問(wèn)題。該方法通過(guò)簡(jiǎn)化GIS拓?fù)鋽?shù)據(jù)、利用線路聯(lián)絡(luò)關(guān)系縮小元件檢索范圍，達(dá)到減少單次檢索消耗的時(shí)間；通過(guò)對(duì)調(diào)元件節(jié)點(diǎn)的出線端與入線端的編號(hào)，優(yōu)化了路徑檢索流程，實(shí)現(xiàn)了有向檢索。本方法提出的配網(wǎng)系統(tǒng)最小路矩陣構(gòu)建、最小路矩陣等效、可靠性分析計(jì)算流程，為根據(jù)配網(wǎng)GIS拓?fù)鋽?shù)據(jù)分析實(shí)際復(fù)雜配電網(wǎng)的可靠性，提供了算法理論與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。該方法能適應(yīng)實(shí)際GIS系統(tǒng)的復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性分析，對(duì)于配電網(wǎng)可靠性現(xiàn)狀分析、規(guī)劃方案可靠性評(píng)價(jià)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種基于配電地理拓?fù)鋽?shù)據(jù)的改進(jìn)最小路可靠性確定方法，其包括如下步驟：

(1)從GIS系統(tǒng)獲取配電網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)；

(2)用一次側(cè)元件數(shù)據(jù)生成配電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)；

(3)創(chuàng)建最小路法矩陣N，并且從變電站母線出線端開始檢索；

(4)判斷該配電網(wǎng)拓?fù)涫欠褚呀?jīng)檢索完畢：如果已經(jīng)檢索完畢，則轉(zhuǎn)至步驟(6)；否則，轉(zhuǎn)至步驟(5)；

(5)往下搜索，往最小路中增加行或者列并添加拓?fù)湫畔ⅲD(zhuǎn)至步驟(4)，繼續(xù)判斷；

(6)確定待分析配變，以配變編號(hào)作為檢索元素，檢索含該配變的最小路矩陣列，該最小路矩陣列稱為最小路列，其他列為分支列；

(7)檢索分支列與最小路列差異的起始元件，該起始元件稱為分支首元件，根據(jù)分支首元件對(duì)分支進(jìn)行分組，刪除分支首元件行之上的元件和斷路器行之下的元件，將剩下的元件組稱為分支元件集；

(8)判斷分支元件集是否已經(jīng)判斷完畢：如果已經(jīng)判斷完畢，則轉(zhuǎn)至步驟(14)；否則，轉(zhuǎn)至步驟(9)；

(9)判斷分支首元件是否為負(fù)荷開關(guān)：如果是負(fù)荷開關(guān)，則轉(zhuǎn)至步驟(10)；否則，轉(zhuǎn)至步驟(11)；

(10)該分支首元件所在的元件集等效為故障率為元件集各元件故障率之和、停電恢復(fù)時(shí)間為0.5h的最小路串聯(lián)元件，轉(zhuǎn)至步驟(8)，繼續(xù)判斷；

(11)判斷分支首元件是否為斷路器：如果是斷路器，則轉(zhuǎn)至步驟(13)；否則，轉(zhuǎn)至步驟(12)；

(12)將分支首元件等效為最小路的串聯(lián)元件，并且該分支首元件所在的元件集刪去該分支首元件，將下一行定義為分支首元件，轉(zhuǎn)至步驟(9)，繼續(xù)判斷；

(13)該元件集不需要進(jìn)行等效，轉(zhuǎn)至步驟(8)，繼續(xù)判斷；

(14)構(gòu)建一個(gè)列數(shù)為2的矩陣，該矩陣為串聯(lián)算法矩陣，矩陣的兩列分別為元件故障率和單次故障時(shí)間。將所需的兩列數(shù)據(jù)賦值到串聯(lián)算法矩陣中；

(15)對(duì)用戶檢索到的不同最小路法矩陣進(jìn)行等效處理，構(gòu)建對(duì)應(yīng)串聯(lián)算法矩陣，并按照用戶故障率用戶平均停電持續(xù)時(shí)間式中：λ(次/年)為用戶故障率，λ_i(次/年)為并聯(lián)支路故障率，γ(小時(shí)/次)為用戶平均停電持續(xù)時(shí)間，γ_i(小時(shí)/次)為并聯(lián)支路元件平均停電持續(xù)時(shí)間。運(yùn)行串聯(lián)算法分別得到單條最小路供電可靠性指標(biāo)

進(jìn)一步地，還包括步驟(16)，對(duì)不同的最小路法矩陣的等值結(jié)果參照公式用戶故障率式中：λ₁和λ₂(次/年)為并聯(lián)支路故障率，γ₁和γ₂(小時(shí)/次)為并聯(lián)支路元件平均停電持續(xù)時(shí)間；用戶平均故障停電持續(xù)時(shí)間進(jìn)行并聯(lián)處理，得到用戶可靠性指標(biāo)。

進(jìn)一步地，還包括步驟(17)，通過(guò)對(duì)不同用戶可靠性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析得到系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

該方法對(duì)GIS拓?fù)鋽?shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，減小了檢索元件庫(kù)的元件數(shù)目，避免了因元件數(shù)目過(guò)多導(dǎo)致的檢索時(shí)間冗長(zhǎng)。由于配網(wǎng)生產(chǎn)的二次轉(zhuǎn)供電要求，不存在變電站母線向用戶跨多個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)供電的轉(zhuǎn)供操作。該方法通過(guò)抽取與母線出線端所屬線路存在聯(lián)絡(luò)關(guān)系的線路元件作為檢索范圍，縮小了檢索范圍，減少了算法檢索時(shí)間。在深度優(yōu)先檢索中，需要反復(fù)確認(rèn)本次檢索到的元件是否作為檢索結(jié)果出現(xiàn)過(guò)。該方法通過(guò)在檢索過(guò)程中調(diào)整元件數(shù)據(jù)表入線端、出線端順序，確定了從變電站母線到用戶的放射型檢索方向，保證了單一元件的檢索結(jié)果中只會(huì)出現(xiàn)下游元件，簡(jiǎn)化了檢索的流程。該方法以矩陣方式存儲(chǔ)最小路拓?fù)潢P(guān)系，為實(shí)現(xiàn)最小路矩陣的等效處理和配電網(wǎng)理論可靠性指標(biāo)的確定提供基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1是基于配電地理拓?fù)鋽?shù)據(jù)的改進(jìn)最小路可靠性確定方法的流程圖；

圖2是基于配電地理拓?fù)鋽?shù)據(jù)的改進(jìn)最小路可靠性確定方法流程圖中最小路矩陣創(chuàng)建的詳細(xì)流程圖；

圖3是具體實(shí)施案例中使用的配電網(wǎng)線路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。

本計(jì)算方法首先，從GIS獲取配電網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)，并且獲取由配電網(wǎng)的一次側(cè)元件數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成配網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)；其次，通過(guò)分別分析電源到用戶的最小路元件以及支路元件對(duì)用戶可靠性的影響，創(chuàng)建最小路矩陣；然后，利用改進(jìn)最小路矩陣構(gòu)建方法，對(duì)最小路矩陣進(jìn)行等效處理，并且開展用戶可靠性分析；之后，計(jì)算得到配電網(wǎng)用戶可靠性分析和系統(tǒng)可靠性分析的量化指標(biāo)。本方法通過(guò)分析GIS系統(tǒng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)表直接完成配電網(wǎng)可靠性計(jì)算，優(yōu)化了傳統(tǒng)最小路算法流程，減小了實(shí)際配電網(wǎng)元件種類多、元件數(shù)目龐大對(duì)配電網(wǎng)可靠性分析的影響

本計(jì)算方法的流程框圖如圖1所示。本計(jì)算方法給出一個(gè)詳細(xì)實(shí)現(xiàn)案例，但本方法不僅限于此案例，其詳細(xì)步驟如下：

第一步，從GIS系統(tǒng)獲取配電網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)，獲取的基本可靠性指標(biāo)為故障率λ(次/年)、平均停電持續(xù)時(shí)間γ(小時(shí)/次)、年平均停電持續(xù)時(shí)間U(小時(shí))。

第二步，用一次側(cè)元件數(shù)據(jù)生成配電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，并按照市、區(qū)、局、所、站、線、元件的結(jié)構(gòu)分組存儲(chǔ)。

第三步，構(gòu)建最小路矩陣N：

1.抽取待分析母線出線端所屬饋線和與該饋線存在聯(lián)絡(luò)關(guān)系的饋線，構(gòu)建區(qū)域元件數(shù)據(jù)表。

2.最小路尋徑以待分析母線出線端作為檢索起點(diǎn)，以區(qū)域元件數(shù)據(jù)表作為檢索范圍。

3.算法按照母線出線端到配變的方向依次進(jìn)行元件檢索，檢索關(guān)鍵字為上一層元件出線端，檢索范圍為區(qū)域元件數(shù)據(jù)表元件的出、入線端。

4.在檢索中，若檢索關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)檢索結(jié)果的元件出線端，則再置換該元件出、入線端位置。若檢索結(jié)果有k個(gè)元件連接，表明下游方向有k條支路，將當(dāng)前列(第一行至本行)賦值給后面的k‐1個(gè)空白列，并依次在當(dāng)前列和新賦值列填入檢索到的元件編號(hào)。如圖3產(chǎn)生最小路矩陣N中，當(dāng)算法檢索至元件5，此時(shí)對(duì)應(yīng)第3行，檢索結(jié)果有2個(gè)元件：元件6與8，將元件5所在列(即第二列)賦值到空白的第三列，并將元件6填入第四行第二列，元件8填入第四行第三列。

5.依次向下檢索直至無(wú)法檢索到新的元件，生成最小路矩陣

矩陣每一列代表以母線1為起點(diǎn)的供電路徑。例如第六列是以母線1為起點(diǎn)，分別經(jīng)過(guò)斷路器2、架空線5、斷路器6、架空線7、斷路器14、隔離開關(guān)15、架空線16，以配變17為終點(diǎn)的供電路徑。

第四步，對(duì)最小路矩陣N進(jìn)行分組和消去處理：

1.確定待分析配變，以配變編號(hào)作為檢索元素，檢索含該配變的最小路矩陣。最小路矩陣中含該配變編號(hào)的列為最小路列，其他列為分支列。

2.通過(guò)檢索分支列與最小路列差異的起始元件識(shí)別分支首元件，將分支列按照分支首元件編號(hào)進(jìn)行分組。

3.對(duì)每一組分支列，刪除每一列分支首元件行之上的元件、刪除斷路器行之下的元件，取該組元件并集作為分支元件集，形成以下矩陣：

由于待分析配變17在最小路矩陣中第六列，故第六列為最小路列，如上圖的A部分，其他列為待等效列，按照等效列按照與最小路列分支首元件的不同進(jìn)行分組，并且分支首元件上層元件，分支內(nèi)斷路器及斷路器下層元件刪除，得到B,C,D,E四個(gè)部分。

第五步，對(duì)矩陣進(jìn)行等效處理，將支路對(duì)用戶供電的影響以等效元件的方式在最小路上體現(xiàn)：

1.對(duì)不同分支元件集按照分支首元件不同做如下處理：若分支首元件為短路器，則該分支元件集不需要進(jìn)行等效；若分支首元件為負(fù)荷開關(guān)，則該元件集等效為故障率為元件集各元件故障率之和、停電恢復(fù)時(shí)間為0.5h的最小路串聯(lián)元件；若分支原件為其他元件，將分支原件集的元件依次等效為最小路的串聯(lián)元件。

2.對(duì)等效后最小路矩陣進(jìn)行處理，構(gòu)建列數(shù)為2的串聯(lián)算法矩陣，將元件故障率、單次故障時(shí)間賦值到對(duì)應(yīng)串聯(lián)算法矩陣的兩列。生成以下矩陣：

式中：λ_i(次/年)為并聯(lián)支路故障率；γ_i(小時(shí)/次)為并聯(lián)支路元件平均停電持續(xù)時(shí)間。第六步，對(duì)用戶檢索到的不同最小路矩陣進(jìn)行等效處理，構(gòu)建對(duì)應(yīng)串聯(lián)算法矩陣，并按照公式運(yùn)行串聯(lián)算法分別得到單條最小路供電可靠性指標(biāo)。

第七步，對(duì)不同的最小路矩陣的等值結(jié)果參照公式進(jìn)行并聯(lián)處理，得到用戶可靠性指標(biāo)。式中λ₁和λ₂(次/年)為并聯(lián)支路故障率，γ₁和γ₂(小時(shí)/次)為并聯(lián)支路元件平均停電持續(xù)時(shí)間

第八步，通過(guò)對(duì)不同用戶可靠性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析得到系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。