一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法，包括以下步骤：步骤S1：建立时变故障率模型，分别计算考虑设备寿命周期与天气因素影响的变压器、线路及开关的故障率；步骤S2：用快速排序法对元件故障率进行降序排序，筛选出前80％的元件故障率；步骤S3：通过分块算法对筛选出的前80％的元件故障率进行分块，并储存分块信息，根据故障分块搜索分块链接矩阵；步骤S4：统计各模拟年的负荷点和系统可靠性指标，求其均值即为负荷点和系统的可靠性指标值；本发明专利技术有效结合快速排序法和分块算法快速性以及序贯蒙特卡洛模拟法处理复杂系统和时序性的优势，构成一种有效的配电系统可靠性评估算法，能够快速有效的计算配电系统可靠性指标。

【技术实现步骤摘要】
一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法
本专利技术属于电力系统运行可靠性
，具体是一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法。
技术介绍
国外对于配电系统可靠性评估研究起步相对较早，早在上世纪30年代，前苏联就开始了城市电网可靠性研究，上世纪60年代中期，英国、加拿大开展了对配网可靠性方面的管理工作，至上世纪70年代，美国、日本及欧洲国家也全面展开了对配电网可靠性统计分析的工作，80年代末，RoyBilliton等人发表了《电力系统可靠性评估》(ReliabilityEvaluationofPowerSystems)，公布了可靠性测试系统(RBTS)的一系列数据和测试结果，推动了电力系统可靠性的研究进展。而今，许多国家已将供电系统可靠性评估作为配网规划决策中的一项常规性工作，诸如美国、日本、英国、加拿大、法国等发达国家有专门的研究机构来负责收集和整理可靠性评估所需的原始数据，并建立了完善的配网可靠性评估指标体系、模型及算法。我国从上世纪80年代初期才开始配电系统可靠性的研究工作，由于当时缺少对必要数据的统计及行之有效的评估方法，导致配电系统可靠性的研究工作停滞不前。直到1989年国家电力可靠性管理中心颁布了《供电系统电力客户供电可靠性统计方法》，我国在配电系统可靠性管理方面的工作才全面开展。近二十多年以来，我国在配电系统可靠性方面进行了比较深入的研究，制定出了用于统计配网数据的程序和办法，建立起了有效的配电系统可靠性数据库及管理体系，实现了在全国范围内开展配电系统可靠性统计分析工作，将提高配电系统可靠性作为供电部门主要工作目标之一。经过二十几年的研究发展，我国配电系统可靠性取得了可喜的成绩，据国家电力可靠性管理中心在2005年发布的相关数据可看出：不考虑限电因素，我国配电系统可靠性的平均水平由1992年的99.646％提升为2004年的99.927％，但与发达国家供电可靠性相比还存在较大的差距。目前我国针对配电系统可靠性的研究主要集中在理论与方法的研究和对可靠性参数的统计和报表上，缺少有效利用已有的统计数据对配电系统可靠性现状进行定量评估的完整系统和实用性的分析计算方法，可靠性理论研究成果还未在实际工程中应用和普及。在可靠性评估模型方面，非电源元件模型采用恒故障率过于粗糙，没有将元件的寿命周期和天气等时变因素与分布式电源时序模型相结合。在可靠性评估方法上，由于现代电力系统变得极为复杂，元件数量众多，可靠性评估需花费很长时间，可靠性评估算法的速度还有待提高，因此研究出一种快速高效的运行可靠性评估方法极为重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术有效结合快速排序法和分块算法快速性以及序贯蒙特卡洛模拟法处理复杂系统和时序性的优势，构成一种有效的配电系统可靠性评估算法，能够快速有效的计算配电系统可靠性指标。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：该种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法，包括以下步骤：步骤S1：建立各元件随着设备寿命周期与天气因素的时变故障率模型，在缺乏对元件故障率数据统计的情况下，用平均故障率分别计算考虑设备寿命周期与天气因素影响的变压器、线路及开关的故障率；步骤S2：用快速排序法对上述计算出的元件故障率降序排序，筛选出前百分之八十的元件故障率；步骤S3：通过分块算法对筛选出的前百分之八十元件故障率进行分块，并储存分块信息；根据故障分块搜索分块链接矩阵；步骤S4：统计各模拟年的负荷点和系统可靠性指标，求其均值即为负荷点和系统的可靠性指标值。特别地，所述步骤S1包括以下步骤：步骤S11：对威布尔分布函数进行改进，用平均故障率来计算考虑设备寿命周期影响的时变故障率，建立考虑设备寿命周期影响的时变故障率模型:威布尔分布函数描述设备故障率表达式如下：λ(t)＝ktβ-1；式中，k为标度参数，β为形状参数；考虑设备寿命周期影响的时变故障率模型表达式如下：λ(T)＝λavgeβT；式中：λavg为平均故障率；步骤S12：在步骤S11的基础上，建立同时计及元件寿命和气候影响的时变故障率模型，即在考虑设备寿命影响时变故障率的基础上引入天气因素影响因子；计及元件寿命和气候影响的时变故障率模型表达式如下：λ(t)＝[λ(T)]θ(t)；式中，λ(t)为时变故障率，θ(t)为天气影响因子；步骤S13：根据上述时变故障率模型计算元件故障率。特别地，所述步骤S2包括以下步骤：步骤S21：用快速排序法对计算出的元件故障率进行降序排序；步骤S22：排序完成后，筛选出故障率在前百分之八十的故障元件。特别地，所述步骤S3包括以下步骤：步骤S31：对用快速排序法筛选后，故障率在前百分之八十的故障元件通过分块算法将系统进行分块，并储存分块信息，然后以块为单位进行故障枚举，再利用序贯蒙特卡洛模拟法确定分块发生故障的先后顺序和具体时刻；步骤S32：对于某一具体分块故障，通过分块联接矩阵搜索故障影响范围，分析其对系统中负荷点的影响，模拟时间继续向前推进，并将每个故障对负荷点的影响逐个存储下来，直到达到模拟时间为止；步骤S33：计算各个分块的等效可靠性参数，由于分块内任意一个元件故障后引起相同的开关元件动作，且对负荷点停电的影响相同，因而对于每个分块的可靠性而言，通过多元件串联公式计算各个分块的等效可靠性参数、分块等效故障率λ、故障修复时间μ；其中：m为分块中的元件数；λi为第i个元件的故障率；μi第i个元件的故障修复时间。特别地，所述步骤S4包括以下步骤：步骤S41：通过基于改进的分块-序贯蒙特卡洛模拟法的配电系统可靠性算法计算系统可靠性指标；步骤S42：首先进行单次故障模拟，利用分块联接矩阵确定故障对系统中各负荷点的影响并存储相应的停电信息，所述停电信息包括停电次数、停电时间和缺供电量；步骤S43：再进行系统模拟，模拟分块故障顺序和故障时间，并利用单次故障模拟中的各个负荷点停电信息计算系统可靠性指标值,包括：系统平均停电频率SAIFI、系统平均停电持续时间SAIDI、用户平均停电持续时间CAIDI、系统平均供电可用率ASAI、电量不足期望EENS；其中，系统可靠性指标计算公式如下：系统平均停电频率：其中：λi为负荷点i的故障率；Ni为负荷点i的用户数；系统平均停电持续时间：其中：Ui为负荷点i的平均停电持续时间，Ni为负荷点i的用户数；用户平均停电持续时间：其中:Ui为负荷点i的平均停电持续时间，Ni为负荷点i的用户数，λi为负荷点i的故障率；系统平均供电可用率：其中：Ui为负荷点i的平均停电持续时间，Ni为负荷点i的用户数；电量不足期望：EENS＝∑LiUi；其中：Ui为负荷点i的平均停电持续时间，Li为连接在负荷点i的负荷。本专利技术的有益效果是：针对目前我国在配电系统可靠性的研究上存在的缺陷，本专利技术有效结合快速排序法和分块算法快速性以及序贯蒙特卡洛模拟法处理复杂系统和时序性的优势，构成一种有效的配电系统可靠性评估算法，能够快速有效的计算配电系统可靠性指标。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。附图说明为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：建立各元件随着设备寿命周期与天气因素的时变故障率模型，在缺乏对元件故障率数据统计的情况下，用平均故障率分别计算考虑设备寿命周期与天气因素影响的变压器、线路及开关的故障率；步骤S2：用快速排序法对上述计算出的元件故障率降序排序，筛选出前80％的元件故障率；步骤S3：通过分块算法对筛选出的前80％的元件故障率进行分块，并储存分块信息；根据故障分块搜索分块链接矩阵；步骤S4：统计各模拟年的负荷点和系统可靠性指标，求其均值即为负荷点和系统的可靠性指标值。

【技术特征摘要】
1.一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：建立各元件随着设备寿命周期与天气因素的时变故障率模型，在缺乏对元件故障率数据统计的情况下，用平均故障率分别计算考虑设备寿命周期与天气因素影响的变压器、线路及开关的故障率；步骤S2：用快速排序法对上述计算出的元件故障率降序排序，筛选出前80％的元件故障率；步骤S3：通过分块算法对筛选出的前80％的元件故障率进行分块，并储存分块信息；根据故障分块搜索分块链接矩阵；步骤S4：统计各模拟年的负荷点和系统可靠性指标，求其均值即为负荷点和系统的可靠性指标值。2.根据权利要求1所述的一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：步骤S11：对威布尔分布函数进行改进，用平均故障率来计算考虑设备寿命周期影响的时变故障率，建立考虑设备寿命周期影响的时变故障率模型:威布尔分布函数描述设备故障率表达式如下：λ(t)＝ktβ-1；式中，k为标度参数，β为形状参数；考虑设备寿命周期影响的时变故障率模型表达式如下：λ(T)＝λavgeβT；式中：λavg为平均故障率；步骤S12：在步骤S11的基础上，建立同时计及元件寿命和气候影响的时变故障率模型，即在考虑设备寿命影响时变故障率的基础上引入天气因素影响因子；计及元件寿命和气候影响的时变故障率模型表达式如下：λ(t)＝[λ(T)]θ(t)；式中，λ(t)为时变故障率，θ(t)为天气影响因子；步骤S13：根据上述时变故障率模型计算元件故障率。3.根据权利要求1所述的一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下步骤：步骤S21：用快速排序法对计算出的元件故障率进行降序排序；步骤S22：排序完成后，筛选出故障率在前百分之八十的故障元件。4.根据权利要求1所述的一种基于快速排序和分块矩阵的运行可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下步骤：步骤S31：对用快速排序法筛选后，故障率在前百分之八十的故障元件通过分块算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晔，李欢，丁宇洁，李秀萍，徐小东，罗勇，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52