本发明专利技术公开了一种基于截断系数实现状态合并的直流配电系统可靠性评估方法，涉及直流配电系统领域。根据直流配电系统“源荷”耦合所呈现出的多种运行状态，建立系统状态空间模型，根据不同运行状态之间的内在联系，优化状态合并条件，将故障树分析法与马尔可夫过程结合，提出基于截断系数的状态合并方法，并根据合并后的系统运行状态计算直流配电系统可靠性指标。本发明专利技术首次将状态合并思想应用于直流配电系统可靠性评估，将故障树分析法与马尔可夫过程结合，通过截断状态概率收敛进程确定截断系数C，在保证精度的同时，提高了合并状态转移率的求解效率，实现了差异化转移率情况下的系统状态合并，拓展了状态合并在直流配电系统可靠性评估中的应用范围。可靠性评估中的应用范围。可靠性评估中的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
一种基于截断系数实现状态合并的直流配电系统可靠性评估方法
[0001]本专利技术涉及直流配电系统评估领域，具体为一种基于截断系数实现状态合并的直流配电系统可靠性评估方法。
技术介绍
[0002]随着电力电子技术的发展与应用，直流配电系统由于具备供电容量大、电能质量高、便于新能源接入等优点，逐渐成为未来城市供电的主体。直流配电系统可靠性评估是保证用户安全可靠用电的重要环节，相较于交流配电系统，直流配电系统的运行状态明显增多，主要表现在以下两个方面：一方面，在直流配电系统中，随着功率半导体器件的发展与应用，直流电源能够根据负荷需求灵活调节输出功率，拥有多个输出层级。另一方面，直流配电系统存在真双极、伪双极等多种接线方式，负荷既可以单极运行，也可以双极运行，运行方式灵活多变。电源输出层级与负荷运行方式之间存在多种组合形式，进一步增加了直流配电系统的运行状态。传统状态合并方法以转移率(设备故障率和修复率)相同为合并前提，但在电力系统实际运行中，基本同一工况下的相同设备，其故障率、修复率也存在差异，无法实现在直流配电系统中的大规模应用，从而导致多状态直流配电系统可靠性评估效率降低。因此多状态直流配电系统亟需一种适用范围更广的状态合并方法以提高可靠性评估效率。
技术实现思路
[0003]本专利技术为了解决直流配电系统运行状态增多导致可靠性评估效率降低的问题，针对传统状态合并方法要求状态转移率相同的技术缺陷，提供了一种基于截断系数实现状态合并的直流配电系统可靠性评估方法。
[0004]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种基于截断系数实现状态合并的直流配电系统可靠性评估方法，根据直流配电系统“源荷”耦合所呈现出的多种运行状态，建立系统状态空间模型，根据不同运行状态之间的内在联系，优化状态合并条件，将故障树分析法与马尔可夫过程结合，提出基于截断系数的状态合并方法，并根据合并后的系统运行状态计算直流配电系统可靠性指标，具体包括如下步骤：
[0005]步骤一：建立直流配电系统的状态空间模型，并利用马尔可夫过程求解系统运行状态概率：首先根据直流配电系统运行状态之间的转移关系建立转移矩阵A，矩阵的元素构成如式(1)所示：
[0006][0007]式中：i，j为系统状态编号且i≠j，A
ij
为矩阵非对角线元素，数值上等于状态i到状态j的转移率，A
ii
为矩阵对角线元素，数值上等于1减去该行非对角线元素之和，n为系统运行状态数量；
[0008]根据马尔可夫过程可知，当系统达到稳态运行时，状态概率不随系统运行状态的改变而改变，即：
[0009]PA＝P
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0010]式中：P＝[p1,p2,
…
,p
n
]为系统状态概率行向量，p
n
为系统处于状态n的概率；
[0011]式(2)进一步等效为：
[0012]P(A
‑
H)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0013]式中：H为单位矩阵；
[0014]通过式(3)的转置运算，得到矩阵代数方程如下所示：
[0015][0016]由于矩阵(A
‑
H)
T
的对角线元素可由非对角线元素表示，因此不是满秩矩阵，求解状态概率需要增加约束条件；由于系统任意时刻总会处于某一种状态，因此所有状态概率的代数和应为1，即：
[0017][0018]联立式(4)、式(5)即可求得系统状态概率如下所示：
[0019][0020]步骤二：基于差额阈值改进传统状态合并条件，拓展状态合并在直流配电系统中的应用范围，传统状态合并方法基于相同的状态转移率确定待合并的系统运行状态，但在电力系统实际运行中，几乎不存在转移率相同的应用场景。但在相同或相似的场景中，可能存在设备故障率、修复率相近的情况，因此本专利技术提出了基于差额阈值的状态合并条件。在计算状态转移率与参考值差值的基础上，将绝对值小于或等于差额阈值的系统运行状态确定为待合并状态，系统待合并状态的选取应满足如下条件：
[0021]{S||λ
ij
‑
λ
ref
|≤δ
tr
,i、j∈N}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0022]式中：S为待合并状态集合，λ
ij
为状态i到状态j的转移率，若因元件发生故障导致系统运行状态发生改变，此时转移率即为故障率；若因元件恢复运行导致系统运行状态发生改变，此时转移率即为修复率，λ
ref
为转移率参考值，δ
tr
为差额阈值，N为系统运行状态集合；
[0023]需要注意的是：给出的状态合并条件虽然在数学方法上实现了相近系统运行状态的聚类，但为了体现可靠性评估的合理性，一般基于同类设备选择待合并的系统运行状态。在实际工程应用中，异类设备的状态合并缺乏合理性与可解释性。
[0024]步骤三：求解合并状态与待转移状态之间的转移率，合并状态转移率包括两种形式：合并状态与独立状态之间的转移率及合并状态之间的转移率：
[0025]①
合并状态与独立状态之间的转移：
[0026]独立状态i到合并状态J之间的转移率λ
iJ
通过式(8)求解：
[0027][0028]式中：j为合并状态J内部的独立状态；
[0029]合并状态J到独立状态i之间的转移率求解分为两种情况：
[0030]第一种情况，当状态转移率λ
ji
相同时，转移率λ
Ji
通过式(9)求解：
[0031][0032]第二种情况，当状态转移率λ
ji
不同时，转移率λ
Ji
通过式(10)求解：
[0033][0034]式中：C为截断系数且C＝p
j
/p
k
，p
k
为参考状态，可在待合并状态中任意选取；
[0035]②
两个合并状态之间的转移：
[0036]合并状态I到合并状态J的转移率求解分为两种情况：
[0037]第一种情况，当状态转移率λ
ij
相同时，合并状态转移率λ
IJ
通过式(11)求解：
[0038][0039]式中：i为合并状态I内部的独立状态；
[0040]第二种情况，当状态转移率λ
ij
不相同时，合并状态转移率λ
IJ
通过式(12)求解：
[0041][0042]合并状态J到合并状态I的转移率求解过程与合并状态I到合并状态J的转移率求解过程类似，为避免冗余，当状态转移率λ
ji
相同或不同时，合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于截断系数实现状态合并的直流配电系统可靠性评估方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤一：建立直流配电系统的状态空间模型，并利用马尔可夫过程求解系统运行状态概率：首先根据直流配电系统运行状态之间的转移关系建立转移矩阵A，矩阵的元素构成如式(1)所示：式中：i，j为系统状态编号且i≠j，A
ij
为矩阵非对角线元素，数值上等于状态i到状态j的转移率，A
ii
为矩阵对角线元素，数值上等于1减去该行非对角线元素之和，n为系统运行状态数量；根据马尔可夫过程可知，当系统达到稳态运行时，状态概率不随系统运行状态的改变而改变，即：PA＝P
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：P＝[p1,p2,
…
,p
n
]为系统状态概率行向量，p
n
为系统处于状态n的概率；式(2)进一步等效为：P(A
‑
H)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：H为单位矩阵；通过式(3)的转置运算，得到矩阵代数方程如下所示：由于矩阵(A
‑
H)
T
的对角线元素可由非对角线元素表示，因此不是满秩矩阵，求解状态概率需要增加约束条件；由于系统任意时刻总会处于某一种状态，因此所有状态概率的代数和应为1，即：联立式(4)、式(5)即可求得系统状态概率如下所示：步骤二：基于差额阈值改进传统状态合并条件，拓展状态合并在直流配电系统中的应
用范围，在计算状态转移率与参考值差值的基础上，将绝对值小于或等于差额阈值的系统运行状态确定为待合并状态，系统待合并状态的选取应满足如下条件：{S||λ
ij
‑
λ
ref
|≤δ
tr
,i、j∈N}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中：S为待合并状态集合，λ
ij
为状态i到状态j的转移率，若因元件发生故障导致系统运行状态发生改变，此时转移率即为故障率；若因元件恢复运行导致系统运行状态发生改变，此时转移率即为修复率，λ
ref
为转移率参考值，δ
tr
为差额阈值，N为系统运行状态集合；步骤三：求解合并状态与待转移状态之间的转移率，合并状态转移率包括两种形式：合并状态与独立状态之间的转移率及合并状态之间的转移率：
①
合并状态与独立状态之间的转移：独立状态i到合并状态J之间的转移率λ
iJ
通过式(8)求解：式中：j为合并状态J内部的独立状态；合并状态J到独立状态i之间的转移率求解分为两种情况：第一种情况，当状态转移率λ
ji
【专利技术属性】
技术研发人员：梁定康，高清旭，韩肖清，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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