基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法技术

一种基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，首先对CIM数据进行数据结构简化，搜索出负荷点以及变电站出线点，通过广度优先搜索(BFS)算法进行拓扑重构得到树状拓扑结构模型；然后从负荷点进行向上回溯，根据各设备的健康度指标计算负荷点等效停电率以及负荷点等效故障平均停电持续时间指标，从而得到各馈线和变电站的系统级实时可靠性指标。本发明专利技术具有良好通用性，有助于扩大应用范围，对配电网运行管理与决策具有积极参考意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法


[0001]本专利技术涉及的是一种配电网控制领域的技术，具体是一种基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法。

技术介绍

[0002]传统配电网可靠性评估方法与指标基于统计结果，依靠历史的故障停电信息对配电网一段时间内的可靠性水平进行评价，不具备实时性，难以满足越来越快速、精确与全面的配电网可靠性评估需求。随着可靠性问题的不断突出与用户对供电可靠性的要求不断提高，针对配电网可靠性的研究也正朝着高维度、高实时性、高准确性方向发展。运行可靠性指未来一段时间内配电网按照用户需求不间断提供电能的能力。目前，已有学者针对智能配电网多源数据集成能力的优势，主要研究了基于多源数据与大数据智能算法的配电网运行可靠性评价技术。数据挖掘方法主要分为大数据方法与人工智能方法，主要思路是利用大数据技术提取生数据的高维特征，分析数据相关性，挖掘深层信息；利用人工智能算法强大的建模能力，将分类数据集作为网络输入，分类后的专家库作为输出，实现对大量特征数据的自适应分类，生成评价判据，判断可靠性水平。但是此类方法存在中间过程物理意义不明显，中间变量状态不可控，对先验数据质量要求高、应用范围过小等特点，难以达到大规模应用的条件。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，为配电网状态评价与运行监测系统提供实时的用户与系统停电概率等风险评估指标，能够解决传统配电网运行可靠性评价方法应用范围小、物理意义不明显，难以大规模应用的问题，用于运行监测与供电工作计划制定。基于配电网网架CIM(CommonInformationModel，公共信息模型)拓扑解析得到配电网拓扑，利用配电网设备健康度信息计算设备实时故障率，进而计算得到负荷点乃至系统级的实时停电率与停电时间指标，并得到配电网系统的实时等值年停电时户数与平均停电持续时间等可靠性指标。该类指标体现用户与系统的停电概率期望与停电持续时间期望，其中处于较高状态的值反映出存在的系统性停电风险，可用于评估重点供电保障区域、可靠性分析与预测工作，相比传统的基于历史故障统计的可靠性分析具有预测性质。且该评价体系具有实时性，能够综合反映系统当前设备健康、网架拓扑与运行状态等因素下对系统可靠运行所造成的影响；基于现有模型与参数的计算方案使得本方法具有良好通用性，有助于扩大应用范围，对配电网运行管理与决策具有积极参考意义。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，以CIM数据和设备历史故障信息、健康状态评价结果作为输入，首先对CIM数据进行数据结构简化，搜索出负荷点以及变电站出线点，通过广度优先搜索(BFS)算法进行拓扑重构得到树
状拓扑结构模型；然后从负荷点进行向上回溯，根据各设备的健康度指标计算负荷点等效停电率以及负荷点等效故障平均停电持续时间指标，从而得到各馈线和变电站的系统级实时可靠性指标。
[0006]所述的数据结构简化是指：采用基于父子节点关系的数据拓扑结构，并且以设备为关键词整合数据以形成简化数据结构。在基于父子节点关系的数据拓扑结构中，所有设备的拓扑关系仅需要一个数据值就可以完整的记录原结构的拓扑关系，相比于原CIM的 Terminal—Connectivitynode的多层次拓扑关系，可以有效的缩小数据规模，并且提高在提取拓扑结构数据过程中的运算效率。
[0007]所述的CIM数据是指：包含设备类型的CIM数据，例如ACLineSegment、Disconnector，分别对应着实际线路中的交流线路、隔离开关等设备，这些类别的数据都是存在物理空间实际设备对应的，也是在进行拓扑解析时需要保留的数据内容。这些设备会与0
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2个终端相连，每个终端会与有且仅有一个的连接节点连接，以此形成了最终的拓扑结构。由于在拓扑描述上， CIM原始数据中存在大量冗余信息，例如polesite与1个Terminal节点相连，而pole则与0个 terminal相连，但其所包含数据与polesite一样，都是描述同一个设备的两种数据类型，故在处理时需要将其合并。
[0008]所述的合并，包括：
[0009]1)描述性列表：如circuit，basevoltage，该类型数据所包含的信息为一个全局描述性列表，与实际线路中的设备或者拓扑结构无关，但其所包含的内容是在一些网架问题中需要使用的。
[0010]2)非拓扑链接设备：如pole，substation数据，该类型数据所包含的设备并未连入整个拓扑结构之中，如pole数据所描述的是线路中杆塔，pole数据并未有与拓扑结构直接产生关联，但一般该类型数据会与另一个数据类型包含同一个实际设备的信息。
[0011]3)单个terminal链接非末端设备：如polesite，arrester数据，该类型数据所包含的设备连入了整个拓扑结构，但该类型数据均是只与单terminal相关，再与CN相连。此类型设备虽然连入了整个拓扑结构，但均非拓扑结构中的末端，所以此类型设备实际上也对整个拓扑结构的组成未产生影响，属于可以忽略的类型。
[0012]4)两个termianl链接设备：如ACline，disconnector数据，该类型数据与两个terminal 相连，进而与两个CN节点相连，从而构成了整个拓扑结构的主干部分，是考虑拓扑结构过程中需要保留的部分。
[0013]5)单个terminal链接的末端设备：junction，transformerwinding，loadswitch，此三类数据为线路拓扑结构的末端，分别对应实际情况中的主站出线口，配变高压侧绕组，联络开关。也是考虑拓扑结构过程中需要保留的部分。
[0014]所述的拓扑重构，采取父子节点的拓扑链接关系，即以配电网中潮流流动方向为父子确认方式，采用BFS方法对CIM数据进行FIFO的遍历，并按父节点子节点的逻辑结构输出包含整个线路的树状拓扑结构模型。
[0015]所述的负荷点以及变电站出线点，通过以下方式搜索得到：查找仅有单个Terminal链接的末端设备。CIM中：“junction”，“transformerwinding”，“loadswitch”，此三类数据仅包含单个Terminal链接端点，为线路拓扑结构的末端，分别对应实际情况中的主站出线口，配变高压侧绕组，联络开关。其中，“junction”标记为出线点，一个CIM文件中
仅一个，“transformerwinding”作为线路末端的变压器绕组，标记为负荷点。
[0016]所述的负荷点等效停电率是指：在当前运行状态持续一年的假设下内因电气元件故障原因造成负荷点停电的频率单位为次/年，λ值越大表示停电越频繁，可靠性越低，其中：λ
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为供电路径上第i个设备故障率，λ为末端某负荷点的停电率。
[0017]所述的负荷点等效故本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，其特征在于，首先对CIM数据进行数据结构简化，搜索出负荷点以及变电站出线点，通过广度优先搜索法进行拓扑重构得到树状拓扑结构模型；然后从负荷点进行向上回溯，根据各设备的健康度指标计算负荷点等效停电率以及负荷点等效故障平均停电持续时间指标，从而得到各馈线和变电站的系统级实时可靠性指标；所述的拓扑重构，采取父子节点的拓扑链接关系，即以配电网中潮流流动方向为父子确认方式，采用广度优先搜索法对CIM数据进行FIFO的遍历，并按父节点子节点的逻辑结构输出包含整个线路的树状拓扑结构模型。2.根据权利要求1所述的基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，其特征是，所述的数据结构简化是指：采用基于父子节点关系的数据拓扑结构，并且以设备为关键词整合数据以形成简化数据结构，具体为：将描述同一个设备的两种数据类型在处理时将其合并。3.根据权利要求2所述的基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，其特征是，所述的合并，包括：描述性列表、非拓扑链接设备、单个terminal链接非末端设备、两个termianl链接设备以及单个terminal链接的末端设备。4.根据权利要求1所述的基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，其特征是，所述的负荷点以及变电站出线点，通过以下方式搜索得到：在CIM的“junction”，“transformerwinding”，“loadswitch”类数据中查找仅有单个Terminal链接的末端设备。5.根据权利要求1所述的基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，其特征是，所述的负荷点等效停电率是指：在当前运行状态持续一年的假设下内因电气元件故障原因造成负荷点停电的频率单位为次/年，λ值越大表示停电越频繁，可靠性越低，其中：λ
i
为供电路径上第i个设备故障率，λ为末端某负荷点的停电率。6.根据权利要求1所述的基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，其特征是，所述的负荷点等效故障平均停电持续时间是指：在当前系统状态下，负荷点每次发生停电事件后，从故障停电发生的时刻算起到负荷点恢复供电所用复电时间的平均值，具体为：其中：λ
i
为供电路径上第i个设备故障率，γ
i
为该设备故障后引起的负荷点停电时间，γ为某负荷点平均停电持续时间。7.根据权利要求1所述的基于设备健康与网架拓扑的配电网的运行可靠性检测方法，其特征是，所述的实时可靠性指标包括：1)系统平均停电频率，即每个由变电站供电的用户在当前系统运行状态下，单位时间内所遭受到的平均停电次数期望值，通常用一年中用户的停电等值次数除以总用户数，具体为：其中：λ
i
第i处末端负荷点的等效停电率，N
i
为第i处末端负荷点的用
户数量，SAIFI为该系统的平均停电频率；2)系统停电时户数，即在当前系统状态持续一年后，用户等值停电时间总和，具体为：其中：U
i
为负荷点的停电时户数，即平均停电时长...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍建彬，莫文雄，王勇，栾乐，许中，肖天为，王海靖，罗思敏，崔屹平，孔令明，刘田，周凯，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：