元件故障率變化情況下的配電系統可靠性評估方法與流程
2024-04-16 14:57:05
1.本發明涉及配電系統安全技術領域，尤其是指元件故障率變化情況下的配電系統可靠性評估方法。
背景技術：
2.社會經濟快速發展、「雙碳」目標的提出以及全球能源轉型的背景下，用戶對供電可靠性不斷提出更高要求，配電系統在電力系統中聯繫著輸電系統和負荷，對用戶可靠性水平的高低起著重要作用。為保證電力可靠性，對配電系統進行可靠性評估至關重要，評估結果能夠為配電系統的規劃、運行和改造等決策提供理論參考依據。
3.現有的絕大部分可靠性評估都是針對系統長期運行的穩態情況，即假設元件只受隨機故障的影響，故障率為定值。然而在配電系統實際運行中，受早期失效、老化、損耗以及外部擾動的影響，元件的故障率不是定值，而對於元件故障率變化情況下配電系統進行可靠性評估，對於配電系統設備元件的檢修計劃、設備老化更新、故障預防等方面具有指導作用，對於提高配電系統可靠性、更好地應對外部擾動具有積極意義。
技術實現要素：
4.本發明的目的是克服現有技術中的可靠性評估的元件故障率默認為定值，評估結果準確性較低的缺陷，提供一種元件故障率變化情況下的配電系統可靠性評估方法。
5.本發明的目的是通過下述技術方案予以實現：元件故障率變化情況下的配電系統可靠性評估方法，包括以下步驟：s1，確定配電系統拓撲結構、元件故障和維修參數，具體為：s101，確定配電系統網絡拓撲參數，包括：線路信息、用戶信息和電源信息；s102，確定元件故障和維修參數；s2，對故障率變化的元件進行建模；s3，計算元件故障率變化情況下的節點可靠性指標；s4，計算元件故障率變化情況下的系統可靠性指標。
6.作為優選，所述的s101中線路信息包括起始節點編號和末端節點編號，用戶信息包括節點編號、節點負荷量和節點用戶數，電源信息是指電源節點編號，所述的s102具體為：考慮元件故障率為定值λ，確定元件故障率隨時間的變化情況λ(t)，確定元件的平均維修時間tr。
7.作為優選，所述的s2具體為：s201、使用故障率變化的兩狀態可靠性模型刻畫元件，u為元件的修復率，修復率等於平均維修時間的倒數，表達式為：s202、定義元件可靠度，首先定義一個非負隨機變量x來描述元件的壽命，x相應的
分布函數為：f(t)＝p{x≤t},t≥0f(t)為元件的壽命分布，據此可得元件在時刻t以前都正常運行的概率，即產品在時刻t的生存概率：r(t)＝p{x≥t}＝1-f(t)r(t)稱為元件的可靠度函數，r(t)是產品在時間[0,t]內不發生故障的概率，因此可靠度可被定義為：產品在規定的條件下，在規定的時間內，完成規定功能的概率；s203、定義元件的故障率λ(t)，若元件工作到時刻t仍然正常，則它在(t,t+δt]中故障的概率為：其中，f(t)為元件壽命的概率密度函數，所以故障率為：s204、推導元件故障率和元件可靠度之間的關係，根據上式有：解得如果f(0)＝0，則c＝1，得到件故障率和元件可靠度之間的關係為：
[0008]
作為優選，所述的s3中節點可靠性指標包括年均故障率、年均故障時間和年均期望缺供電量；s3具體包括：s301、建立元件故障率變化情況下的串聯繫統可靠性模型，計算串聯繫統的故障率；串聯繫統的壽命是：x＝min{x1,x2,
…
,xn}故系統的可靠度為：當第i個元件的故障率為λi(t)時，則系統的可靠度為：
系統的故障率為系統年均故障率為s302、計算節點的年均故障時間和年均期望缺供電量，節點的年均故障時間的計算公式為：其中，ri為元件i故障時節點的停電時間，節點的年均期望缺供電量為：其中，p為節點的負荷大小。
[0009]
作為優選，所述的s4中系統可靠性指標包括系統年均停電頻率saifi、系統平均停電持續時間saidi、平均供電可用度asai、電量不足期望eens，具體的計算方法如下：系統年均停電頻率saifi，是指一年中系統裡每個用戶發生停電事件的平均次數，計算公式如下：其中，λj是第j個負荷節點的年均故障率，λi是第i個元件的故障率，nj是第j的負荷節點的用戶數，s是系統中負荷節點組成的集合，bj是負荷節點j供電路徑上線路元件組成的集合，nj是負荷節點j的用戶數；系統年均停電持續時間saidi，是指一年中系統裡每個用戶的平均停電時間，計算公式如下：平均供電可用度asai，是指一年中用戶得到的正常供電小時數與用戶所需的供電
小時數之比，計算公式如下：電量不足期望eens，是指一年中系統所有用戶供電量的缺額平均值，計算公式如下：
[0010]
本發明的有益效果是：本發明能夠在元件故障率變化情況下對配電系統進行可靠性評估，分析配電系統向用戶持續供電的能力，為政府、電網相關部門及用戶提供理論參考。現有方法對配電系統進行可靠性評估時，認為元件的故障率恆定，使得評估適用範圍受到局限。本方法第一步建立了元件故障率變化情況下的元件可靠性模型，刻畫元件的故障率變化情況；第二步提出了元件故障率變化情況下的配電系統可靠性評估方法，克服了現有方法只能用於元件故障率恆定情況的局限性；第三步提出了可靠性指標在元件故障率變化情況下的計算方法，計算配電系統可靠性指標，評估配電系統的可靠性水平，對於配電系統設備元件的檢修計劃、設備老化更新、故障預防等方面具有指導作用，對於提高配電系統可靠性、更好地應對外部擾動具有積極意義。
附圖說明
[0011]
圖1是故障率變化情況下元件可靠性框圖；圖2是串聯繫統可靠性框圖；圖3是ieee37節點測試系統圖；圖4是元件的故障率曲線圖；圖5是元件壽命概率密度函數曲線圖；圖6是元件可靠度函數曲線圖。
具體實施方式
[0012]
下面結合附圖和實施例對本發明進一步描述。
[0013]
實施例：元件故障率變化情況下的配電系統可靠性評估方法，本方法建立了兩狀態的故障率變化情況下元件可靠性模型，提出了故障變化情況下的可靠性評估方法，分別計算了節點可靠性指標和系統可靠性指標。該方案包括以下步驟：s1，確定配電系統拓撲結構、元件故障和維修參數，具體為：s101，確定配電系統網絡拓撲參數，包括：線路信息、用戶信息和電源信息；s102，確定元件故障和維修參數；
s2，對故障率變化的元件進行建模；s3，計算元件故障率變化情況下的節點可靠性指標；s4，計算元件故障率變化情況下的系統可靠性指標。
[0014]
所述的s101中線路信息包括起始節點編號和末端節點編號，用戶信息包括節點編號、節點負荷量和節點用戶數，電源信息是指電源節點編號，所述的s102具體為：考慮元件故障率為定值λ，確定元件故障率隨時間的變化情況λ(t)，確定元件的平均維修時間tr。
[0015]
所述的s2具體為：s201、使用故障率變化的兩狀態可靠性模型刻畫元件，如圖1所示，u為元件的修復率，修復率等於平均維修時間的倒數，表達式為：s202、定義元件可靠度，首先定義一個非負隨機變量x來描述元件的壽命，x相應的分布函數為：f(t)＝p{x≤t},t≥0f(t)為元件的壽命分布，據此可得元件在時刻t以前都正常運行的概率，即產品在時刻t的生存概率：r(t)＝p{x≥t}＝1-f(t)r(t)稱為元件的可靠度函數，r(t)是產品在時間[0,t]內不發生故障的概率，因此可靠度可被定義為：產品在規定的條件下，在規定的時間內，完成規定功能的概率；s203、定義元件的故障率λ(t)，若元件工作到時刻t仍然正常，則它在(t,t+δt]中故障的概率為：其中，f(t)為元件壽命的概率密度函數，所以故障率為：s204、推導元件故障率和元件可靠度之間的關係，根據上式有：解得如果f(0)＝0，則c＝1，得到件故障率和元件可靠度之間的關係為：
[0016]
所述的s3中節點可靠性指標包括年均故障率、年均故障時間和年均期望缺供電量；s3具體包括：s301、建立元件故障率變化情況下的串聯繫統可靠性模型，計算串聯繫統的故障率；串聯繫統的可靠性框圖如圖2所示，串聯繫統的壽命是：x＝min{x1,x2,
…
,xn}故系統的可靠度為：當第i個元件的故障率為λi(t)時，則系統的可靠度為：系統的故障率為系統年均故障率為s302、計算節點的年均故障時間和年均期望缺供電量，節點的年均故障時間的計算公式為：其中，ri為元件i故障時節點的停電時間，節點的年均期望缺供電量為：其中，p為節點的負荷大小。
[0017]
所述的s4中系統可靠性指標包括系統年均停電頻率saifi、系統平均停電持續時間saidi、平均供電可用度asai、電量不足期望eens，具體的計算方法如下：系統年均停電頻率saifi，是指一年中系統裡每個用戶發生停電事件的平均次數，計算公式如下：
其中，λj是第j個負荷節點的年均故障率，λi是第i個元件的故障率，nj是第j的負荷節點的用戶數，s是系統中負荷節點組成的集合，bj是負荷節點j供電路徑上線路元件組成的集合，nj是負荷節點j的用戶數；系統年均停電持續時間saidi，是指一年中系統裡每個用戶的平均停電時間，計算公式如下：平均供電可用度asai，是指一年中用戶得到的正常供電小時數與用戶所需的供電小時數之比，計算公式如下：電量不足期望eens，是指一年中系統所有用戶供電量的缺額平均值，計算公式如下：
[0018]
以下結合具體實例對本發明方法進行進一步說明。
[0019]
採用修改過的ieee-37節點測試系統作為算例說明，如圖3所示，該系統原有37個負荷節點、35條線路以及1個變壓器，為了方便展示本文所提方法，做出以下修改，將負荷節點799改為低壓變電站節點，即配網的電源節點，將負荷節點709和775之間的變壓器替換為線路l35。各負荷節點的負荷量和用戶數目如表1所示。
[0020]
表1節點負荷/kw用戶數節點負荷/kw用戶數節點負荷/kw用戶數70130.48571337.618873248.513070218.614871431.51747335.981070338.8410371818.89507347.491570426.396572012.173073512.4523
70512.583072215.364273635.125870629.587272429.377073711.031870731.097572533.828073846.8414570822.572072743.91257407.411270943.0812872841.1811074131.869071012.572372935.718974212.733271148.2314073043.9811474419.045471221.065273124.385677540.6108各條線路的長度如表2所示。
[0021]
表2線路長度/m線路長度/m線路長度/m線路長度/m線路長度/ml1960l9320l17320l25600l33200l2400l10240l18200l26280l34280l3360l11280l191280l27200l35500l41320l12760l20400l28560l361850l5240l13120l21200l29640l6600l14320l22520l30520l780l15320l23520l31400l8800l16600l24920l32400元件的故障率、壽命概率密度函數、可靠度函數分別如圖4、圖5和圖6所示,元件的平均修復時間為5小時。計算得到節點可靠性指標，其中部分節點的可靠性指標如表3所示。
[0022]
表3節點編號年均故障率年均故障時間/小時年均期望缺供電量/kw7010.55032.751383.64087121.02625.1309108.05647241.83529.1761269.50217311.64498.2243200.50817331.65688.283849.53707352.037510.1874126.83327402.311111.555685.62737751.61518.0756327.8679系統的可靠性指標如表4所示。
[0023]
表4表4以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，並非對本發明作任何形式上的
限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。