一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，所述方法包括(1)對所述電力系統(tǒng)參數(shù)初始化；(2)計算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的PL(Xi)；(3)計算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的W(Xi；u,vk-1)；(4)更新參數(shù)(5)判斷是否滿足rk＝PL總；(6)計算對偶抽樣的系統(tǒng)切負荷標(biāo)志和切負荷量(7)計算W(Xi；u,v*)，統(tǒng)計LOLP和EDNS及其收斂系數(shù)βLOLP和βEDNS；(8)判斷是否滿足βLOLP≤βMAX且βEDNS≤βMAX或N2≥NMAX；(9)輸出可靠性指標(biāo)。本發(fā)明提出的方法在元件故障率較低，即可靠性系統(tǒng)的可靠性評估中仍然高效可靠，充分表明該方法適用于不同可靠性系統(tǒng)的可靠性評估。
【專利說明】一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種評估方法，具體講涉及一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動化程度越來越高的電力系統(tǒng)，隨之帶來的系統(tǒng)總體規(guī)模 效益，如減少系統(tǒng)備用容量、資源優(yōu)化配置、調(diào)度運行方式多樣靈活等正面效應(yīng)的同時，也 面臨著系統(tǒng)安全、可靠性方面的新挑戰(zhàn)問題。如設(shè)備數(shù)量規(guī)模龐大、設(shè)備及設(shè)備之間的互 聯(lián)、操作及控制復(fù)雜，且網(wǎng)絡(luò)跨域廣，很可能因局部小故障的擴展而導(dǎo)致系統(tǒng)性的大規(guī)模停 電事故等。如何實現(xiàn)復(fù)雜電網(wǎng)快速準(zhǔn)確的可靠性評估一直是電力系統(tǒng)領(lǐng)域熱門研究課題。
[0003] 電力系統(tǒng)可靠性評估的方法主要有基于解析枚舉法的評估方法與基于蒙特卡洛 模擬的評估方法兩大類。解析枚舉法主要適用于規(guī)模較小系統(tǒng)的可靠性評估。蒙特卡洛仿 真法適用于規(guī)模龐大系統(tǒng)的可靠性評估，又分用于考慮故障事件之間有先后時間關(guān)系的序 貫蒙特卡洛仿真法和用于故障事件之間沒有先后時間關(guān)系且相互獨立的序貫蒙特卡洛仿 真法。非序貫蒙特卡洛模擬法因?qū)κ录l(fā)生的概率值大小比較敏感，對于小概率事件往往 因需進行大量的抽樣，而使得仿真計算時間很長。由于實際電力系統(tǒng)規(guī)模比較大，且設(shè)備故 障發(fā)生率均比較低，如何提高其計算效率，減少仿真時間是基于非序貫蒙特卡洛仿真法的 電力系統(tǒng)可靠性評估的主要研究內(nèi)容。
[0004] 動力裝置和系統(tǒng)雜志《PowerApparatusandSystems》公開的"大規(guī)模水 力發(fā)電中的復(fù)合發(fā)電和輸送的可靠性評論"（CunhaSHF,PereiraMVF,Pinto Ljetal.Compositegenerationandtransmissionreliabilityevaluationin largehydroelectricsystems.PowerApparatusandSystems,IEEETransactions on, 1985(10) :2657-2663)披露了采用重要抽樣法來實現(xiàn)發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性的評估，但沒有 給出樣本空間的重要度函數(shù)的構(gòu)建方法。在《電力系統(tǒng)自動化》（郭永基.電力系統(tǒng)及電 力設(shè)備的可靠性.電力系統(tǒng)自動化，2001，25(17) :53-56) -文中公開了自適應(yīng)重要抽樣技 術(shù)，但由于抽樣密度初值是根據(jù)系統(tǒng)概率特性構(gòu)造的，這使得該方法在系統(tǒng)可靠性高時會 出現(xiàn)抽樣效率退化而降低其計算效率的不足。在《改進的重要抽樣法在電力系統(tǒng)可靠性評 估中的應(yīng)用》（宋曉通，譚震宇.改進的重要抽樣法在電力系統(tǒng)可靠性評估中的應(yīng)用.電 網(wǎng)技術(shù)，2005, 29 (13) : 56-59)雜志上公開的"電網(wǎng)技術(shù)"基于重要抽樣與分層抽樣的結(jié)合 而提出了具有較好計算效率的改進重要抽樣法。在《基于分裂最優(yōu)乘子重要抽樣的電網(wǎng)可 靠性評估》（王斌，趙淵，劉威，等.基于分裂最優(yōu)乘子重要抽樣的電網(wǎng)可靠性評估.電 力系統(tǒng)自動化，2008, 32(19) :30-34) -文公開了一種自適應(yīng)分層重要采樣法，但其抽樣過 程過于復(fù)雜，限制了該方法的推廣。
[0005] 近年來提出的提高小概率事件仿真速度的有效算法的交叉熵 (Cross-Entropy,CE)，已成功地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的一些領(lǐng)域中。在《中國電機工程學(xué) 報》（陳寧，沙倩，湯奕，等.基于交叉熵理論的風(fēng)電功率組合預(yù)測方法.中國電機工 程學(xué)報，2012, 32(4) :29-34)公開了"基于交叉熵理論的風(fēng)電功率組合預(yù)測方法"，通過 確定不同風(fēng)電功率預(yù)測的概率分布權(quán)重而建立更為準(zhǔn)確的風(fēng)電功率預(yù)測組合概率分布， 其計算結(jié)果表明該方法提高了風(fēng)電功率預(yù)測效率和精度。在《控制與決策》（唐靜遠， 師奕兵，周龍甫，等.基于交叉熵方法和支持向量機的模擬電路故障診斷.控制與決 策，2009, 24(9) : 1416-1420.)雜志上披露了"基于交叉熵方法和支持向量機的模擬電路故 障診斷"，該文把交叉熵理論用于電力系統(tǒng)故障診斷，基于交叉熵最小原理來更新和修正支 持向量機參數(shù)，相應(yīng)提高了電力系統(tǒng)故障診斷效率。在動力系統(tǒng)《PowerSystems》（Leite daSilvaAM，F(xiàn)ernandezRAGjSinghC.Generatingcapacityreliabilityevaluation basedonMonteCarlosimulationandcross-entropymethods[J]·PowerSystems，IEEE Transactionson，2010, 25 (I) : 129-137)雜志上披露了 "基于蒙特卡洛模擬法和互熵法的 發(fā)電容量可靠性評估"一文提出了基于交叉熵的發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估方法，但由于該法沒 有考慮元件個數(shù)及故障發(fā)生的絕對數(shù)均遠大于電源的線路故障，使得該方法略顯簡單，無 法直接應(yīng)用于包括線路故障的系統(tǒng)可靠性評估。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，于對偶變數(shù) 抽樣法與交叉熵重要抽樣法的結(jié)合，實現(xiàn)其優(yōu)勢互補而加快其總體的仿真計算時間。具體 過程是利用交叉熵重要抽樣方法構(gòu)造零方差概率密度函數(shù)的近似函數(shù)，然后利用對偶變數(shù) 抽樣法對該近似函數(shù)進行抽樣，因?qū)ε甲償?shù)抽樣法一次可產(chǎn)生一對負相關(guān)的采樣值,而進 一步提高了交叉熵抽樣的仿真收斂速度；進而提出了基于該新方法的發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評 估方法。本發(fā)明提高了電力系統(tǒng)可靠性評估的計算效率，加快了仿真速度，并且適用于高可 靠性系統(tǒng)的評估。
[0007] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] -種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其改進之處在于，所述方法包括
[0009] (1)對所述電力系統(tǒng)參數(shù)初始化；
[0010] ⑵計算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的PL(Xi);
[0011] ⑶計算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的W(Xi ;u，Vlrt);
[0012] (4)更新參數(shù)?
[0013] ⑶判斷是否滿足rk =PL總；
[0014] (6)計算對偶抽樣的系統(tǒng)切負荷標(biāo)志和切負荷量(4);
[0015] (7)計算W(Xi ;u，V*)，統(tǒng)計LOLP和EDNS及其收斂系數(shù)βLQLP 和βEDNS ;
[0016] (8)判斷是否滿足βLQLP彡βMX且βEDNS彡βMX或N2彡Nmx ;
[0017](9)輸出可靠性指標(biāo)。
[0018] 優(yōu)選的,所述步驟（1)的參數(shù)初始化包括：令V。=u,k= 1;其中，V。為交叉熵迭 代過程中元件初始故障率，u為原件實際故障率，k為交叉熵迭代次數(shù)。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟（2)包括在[0, 1]區(qū)間產(chǎn)生N個M+M1維的隨機向量ξi，…，ξΝ， 并分別與向量Vlrt比較，確定系統(tǒng)狀態(tài)樣本X1,X2，…，Xn，計算每一狀態(tài)Xi的PL(Xi),并按小 至IJ大的順序排列P1,P2…，Pn ;
[0020] 其中，M為發(fā)電機組元件個數(shù)，Ml為線路元件個數(shù)，Vlrt為第k-ι次交叉熵迭代參 數(shù)向量，PL(Xi)為系統(tǒng)有功負荷。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟（3)包括根據(jù)公式

【權(quán)利要求】
1. 一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述方法包括 (1) 對所述電力系統(tǒng)參數(shù)初始化； (2) 計算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的PL(Xi); ⑶計算所述電力系統(tǒng)每一狀態(tài)Xi的W(Xi ;u, Vh); (4)更新參數(shù).=1?,?,]; ⑶判斷是否滿足rk = PL總； (6)計算對偶抽樣的系統(tǒng)切負荷標(biāo)志）和切負荷量CimAO . ? ? ⑵計算W(Xi ;u，V*)，統(tǒng)計LOLP和EDNS及其收斂系數(shù)e ^和e EDNS ; (8) 判斷是否滿足3 LQLP彡3 MAX且3腳S彡3 MAX或N2彡Nmax ; (9) 輸出可靠性指標(biāo)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（1)的 參數(shù)初始化包括：令Vci = u，k = 1 ;其中，Vci為交叉熵迭代過程中元件初始故障率，u為原 件實際故障率，k為交叉熵迭代次數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（2)包 括在[〇，1]區(qū)間產(chǎn)生N個M+M1維的隨機向量€ p…，€N，并分別與向量Vlrl比較，確定系 統(tǒng)狀態(tài)樣本X1, X2，…，Xn，計算每一狀態(tài)Xi的PL (Xi)，并按小到大的順序排列P1, P2…，Pn ; 其中，M為發(fā)電機組元件個數(shù)，Ml為線路元件個數(shù)，Vlrt為第k-1次交叉熵迭代參數(shù)向 量，PL(Xi)為系統(tǒng)有功負荷。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述 步驟⑶包括根據(jù)公式;《，?〗）=心wv,k丨,，.）、
其中，WGi ;u, Vlrf)為元件的似然比函數(shù)，為第Xi狀態(tài)下發(fā)電機的狀態(tài),Xf為第Xi 狀態(tài)下線路或變壓器的狀態(tài)，為第j臺發(fā)電機給定強迫停運率；uu為第j條線路給定強 迫停運率；為k-1次交叉熵重要抽樣中第j臺發(fā)電機強迫停運率；V(k_1)u為k-1次交 叉熵重要抽樣中第j條線路故障率。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，

分別為第k次交叉熵重要抽樣中第j臺發(fā) 電機的更新發(fā)電機停運率、第j條線路或變壓器的更新故障率；F(Xi)為第（Xi)狀態(tài)下的可 靠性指標(biāo)，W% ;u，Vlrt)為元件的似然比函數(shù)，Xfi為第Xi狀態(tài)下第j臺發(fā)電機的狀態(tài)，X， 為第Xi狀態(tài)下第j條線路或變壓器的狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（5)的 判斷包括rk = PL,&時，則交叉熵重要抽樣過程結(jié)束，并得到最優(yōu)參數(shù)向量^ =1?*?]轉(zhuǎn)步 f 驟（6);否則，令k = k+l，返回到步驟（2)，其中，rk為目標(biāo)函數(shù)水平。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（6)包 括對偶變數(shù)抽樣仿真次數(shù)N2 = 0，N2 = N2+l，在[0, 1]區(qū)間產(chǎn)生M+M1維隨機向量^及其對 偶的M+M1維的隨機向量心，并分別與/比較，確定兩個對偶系統(tǒng)狀態(tài)，計算第N2次對偶抽 樣的系統(tǒng)切負荷標(biāo)志和切負荷量其中，/為最優(yōu)參數(shù)。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于， 所述步驟⑵包括根據(jù)公式，(<-;?，0 = rGaf,Oraxhni,心}、
其中，為第j臺發(fā)電機給定強迫停運率；uu為第j條線路給定強迫停運率；v%為第 j臺發(fā)電機最優(yōu)強迫停運率；Zu為第j條線路最優(yōu)故障率。
9. 如權(quán)利要求8所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，根據(jù)公式
10. 如權(quán)利要求1所述的一種評估電力系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，所述步驟（8) 包括若e e "aX且e EDNS彡e "aX或N2彡Nmax，貝u繼續(xù)步驟（9);否則，返回步驟（7);其 中，Nmx為對偶抽樣最大仿真次數(shù)。
【文檔編號】H02J3/00GK104332996SQ201410655623
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】雷林緒, 韓佳兵, 趙波, 趙鵬程, 魏文輝, 張巍峰, 張占龍, 宋穎巍, 宋卓然 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司, 國網(wǎng)天津市電力公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院