基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，包括如下步驟：a.將電網(wǎng)中的電氣設(shè)備按性質(zhì)分類并分為有抗阻元件和無抗阻元件，根據(jù)各元件分類情況建立廠站拓?fù)淠Ｐ鸵约半娋W(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?；b.獲取電網(wǎng)中各元件的故障狀態(tài)信息；c.設(shè)定廠站細(xì)胞自動機(jī)規(guī)則，并根據(jù)電網(wǎng)中各元件的故障狀態(tài)信息進(jìn)行廠站拓?fù)浞治觯瑒澐謴S站邏輯節(jié)點(diǎn)；d.設(shè)定電網(wǎng)細(xì)胞自動機(jī)規(guī)則，并根據(jù)廠站拓?fù)淠Ｐ鸵约半娋W(wǎng)系統(tǒng)外部與廠站的連接關(guān)系進(jìn)行電網(wǎng)拓?fù)浞治觯@取電網(wǎng)子系統(tǒng)；e.對電網(wǎng)各子系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析，采用統(tǒng)計(jì)模擬方法確定電電力系統(tǒng)可靠性；本發(fā)明的基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)分析方法，將電網(wǎng)中的所有元件進(jìn)行一體考慮，能夠識別孤立的子系統(tǒng)，提高分析效率。
【專利說明】基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，尤其涉及一種基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域互聯(lián)已成為電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，這也使得電網(wǎng)逐漸成為最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)之一。雖然對電網(wǎng)規(guī)劃、管理的工作人員進(jìn)行了大量辛勤和有成效的工作，甚至采用電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展規(guī)劃，但是由于負(fù)荷增長的不確定性，廠站布點(diǎn)與容量的局限性，電網(wǎng)建設(shè)與城鄉(xiāng)規(guī)劃的不一致性，而與此同時(shí)，隨著高精度和高科技產(chǎn)品數(shù)量的增加，用戶對電力網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量、供電能力和供電可靠性要求越來越高。因此迫切需要對區(qū)域電力網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行深入分析，為電力系統(tǒng)控制、運(yùn)行、檢修、規(guī)劃等決策提供依據(jù)。
[0003]目前，在電網(wǎng)可靠性研究中，現(xiàn)有技術(shù)分兩步進(jìn)行，即先進(jìn)行廠站可靠性分析，在此基礎(chǔ)上形成等值電網(wǎng)模型，再進(jìn)行電網(wǎng)可靠性分析，在現(xiàn)有技術(shù)中廠站中元件(斷路器、隔離開關(guān))被近似認(rèn)為是無抗阻的，在分析可靠性時(shí)只要進(jìn)行連通性的邏輯判斷，并且在電網(wǎng)滿足潮流方程的約束和不失分析精度的前提下，這樣對提高電網(wǎng)可靠性計(jì)算速度是有益的，但是，電網(wǎng)可靠性與廠站可靠性是相互影響的，而現(xiàn)有技術(shù)中將廠站接線與輸電網(wǎng)分離分析，當(dāng)廠站接線與輸電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，將導(dǎo)致分析模擬過程中不可或缺的參數(shù)丟失，從而使得電網(wǎng)的可靠性的準(zhǔn)確度降低，而且效率低下。并且隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和實(shí)時(shí)性要求的提高，電網(wǎng)可靠性分析的準(zhǔn)確性以及可靠性低的問題更突出。
[0004]因此，需要提出一種新的電網(wǎng)可靠性分析的方法，能夠在分析過程中將廠站接線和輸電線路進(jìn)行結(jié)合，能夠有效防止在分析過程中與廠站接線和輸電線路均相關(guān)的參數(shù)的丟失，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且能夠提高分析效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，能夠在分析過程中將廠站接線和輸電線路進(jìn)行結(jié)合，能夠有效防止在分析過程中參數(shù)的丟失，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且能夠提高分析效率。
[0006]本發(fā)明提供的一種基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，包括如下步驟:
[0007]a.將電網(wǎng)中的電氣設(shè)備按性質(zhì)分類并分為有抗阻元件和無抗阻元件，根據(jù)電網(wǎng)中的各元件分類情況建立廠站拓?fù)淠Ｐ鸵约半娋W(wǎng)拓?fù)淠Ｐ停?br> [0008]b.并獲取電網(wǎng)中各元件的故障狀態(tài)信息；
[0009]c.設(shè)定廠站細(xì)胞自動機(jī)規(guī)則，并根據(jù)電網(wǎng)中各元件的故障狀態(tài)信息進(jìn)行廠站拓?fù)浞治觯?br> [0010]d.設(shè)定電網(wǎng)細(xì)胞自動機(jī)規(guī)則，并根據(jù)廠站拓?fù)淠Ｐ鸵约半娋W(wǎng)系統(tǒng)外部與廠站的連接關(guān)系進(jìn)行電網(wǎng)拓?fù)浞治?，獲取電網(wǎng)子系統(tǒng)；
[0011]e.對電網(wǎng)各子系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析，采用統(tǒng)計(jì)模擬的方法，確定電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性F。
[0012]進(jìn)一步，步驟a中，在電網(wǎng)中由各元件連接形成區(qū)域，不包括任何輸電線路上的元件連接所構(gòu)成的區(qū)域形成廠站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而每個(gè)位于輸電線路上的元件屬于兩個(gè)不同的廠站；各元件的物理節(jié)點(diǎn)為電氣節(jié)點(diǎn)，由無抗阻元件直接連接形成的電氣節(jié)點(diǎn)連通片為邏輯節(jié)點(diǎn)，而由邏輯節(jié)點(diǎn)連接組成子系統(tǒng)；由各廠站之間的連接構(gòu)成電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0013]進(jìn)一步，步驟b為:若廣義電網(wǎng)中有m各元件，定義一個(gè)m元狀態(tài)向量ξ =g(x:,x2,…，Xj，…Xni),其中Xi為第i個(gè)元件狀態(tài)，對于電網(wǎng)中的各個(gè)元件的狀態(tài)，采用多次隨機(jī)抽樣的方式確定一個(gè)隨機(jī)數(shù)h，則每次抽取的元件的故障狀態(tài)為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，其特征在于:包括如下步驟: a.將電網(wǎng)中的電氣設(shè)備按性質(zhì)分類并分為有抗阻元件和無抗阻元件，根據(jù)電網(wǎng)中的各元件分類情況建立廠站拓?fù)淠Ｐ鸵约半娋W(wǎng)拓?fù)淠Ｐ停? b.并獲取電網(wǎng)中各元件的故障狀態(tài)信息； c.設(shè)定廠站細(xì)胞自動機(jī)規(guī)則，并根據(jù)電網(wǎng)中各元件的故障狀態(tài)信息進(jìn)行廠站拓?fù)浞治?，獲得廠站邏輯節(jié)點(diǎn)； d.設(shè)定電網(wǎng)細(xì)胞自動機(jī)規(guī)則，并根據(jù)廠站拓?fù)淠Ｐ鸵约半娋W(wǎng)系統(tǒng)外部與廠站的連接關(guān)系進(jìn)行電網(wǎng)拓?fù)浞治?，獲取電網(wǎng)子系統(tǒng)； e.對電網(wǎng)各子系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析，采用統(tǒng)計(jì)模擬方法確定電電力系統(tǒng)可靠性F。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，其特征在于:步驟a中，在電網(wǎng)中，各元件連接形成區(qū)域，不包括任何輸電線路上的元件連接所構(gòu)成的區(qū)域形成廠站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而每個(gè)位于輸電線路上的元件屬于兩個(gè)不同的廠站；各元件的物理節(jié)點(diǎn)為電氣節(jié)點(diǎn)，由無抗阻元件直接連接形成的電氣節(jié)點(diǎn)連通片為邏輯節(jié)點(diǎn)，而由邏輯節(jié)點(diǎn)連接組成子系統(tǒng)；由各廠站之間的連接構(gòu)成電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，其特征在于:步驟b為:若廣義電網(wǎng)中有m各元件,定義一個(gè)m元狀態(tài)向量ξ = g(xu x2,..., Xj,…xm),對于電網(wǎng)中的各個(gè)元件的狀態(tài)，采用多次隨機(jī)抽樣的方式確定一個(gè)隨機(jī)數(shù)kp則每次抽取的元件的故障狀態(tài)為:
并根據(jù)元件的故障狀態(tài)設(shè)定向量ξ = g(x1； X2, ---,Xj, ---Xm)； 其中，h為在[O，I]間的隨機(jī)數(shù)，m為電網(wǎng)中元件的個(gè)數(shù)，j為m個(gè)元件中第j個(gè)元件，Pfj為第j個(gè)元件的故障概率，I表示第j個(gè)元件工作正常，O表示第j個(gè)元件處于故障狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，其特征在于:步驟c中，針對各個(gè)廠站定義細(xì)胞自動機(jī)規(guī)則為W(i) = or[W(j)，一,WQO],且當(dāng)某一廠站有元件因故障退出后，則根據(jù)新的廠站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及廠站細(xì)胞自動機(jī)的規(guī)則確定廠站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分支集合A,并根據(jù)廠站的分支集合A確定邏輯節(jié)點(diǎn)集合Bi ;其中，j，*“，ke Ai, Ai表示與節(jié)點(diǎn)i鄰接的節(jié)點(diǎn)集合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，其特征在于:步驟d中，根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)外部的輸電線路與廠站的邏輯節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系，確定qX I階的關(guān)聯(lián)矩陣Di，并且在所有廠站的拓?fù)浞治龊?，將所有廠站關(guān)聯(lián)矩陣D按行合并可得到ηι X I階的系統(tǒng)邏輯節(jié)點(diǎn)與輸電線路的關(guān)聯(lián)矩陣T，并且由關(guān)聯(lián)矩陣T確定系統(tǒng)的鄰接矩陣G，并且根據(jù)電網(wǎng)細(xì)胞自動機(jī)的規(guī)則，得到分片矩陣H，則H中記錄有電網(wǎng)子系統(tǒng)的數(shù)量及每個(gè)子系統(tǒng)包含的元件數(shù)量，且電網(wǎng)的子系統(tǒng)表示為S = (S1, S2,..., Sj ； 鄰接矩陣G用NODE = Kn2, - ,nj以及LINK = (I1, I2，…，lp}表示，其中，其中，t表示電力系統(tǒng)中邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)量，η,代表一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)，P表示電力系統(tǒng)中輸電線路數(shù)量，Ii代表第i條輸電線路； 其中，將整個(gè)電網(wǎng)細(xì)胞自動機(jī)規(guī)則定義為JfNODE中任意邏輯節(jié)點(diǎn)加入起始為空的集合Si中，且根據(jù)Si = Si U [adj (W)],其中w表示Si中任意節(jié)點(diǎn),直到不再有新的節(jié)點(diǎn)加入為止。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，其特征在于:步驟e中，還包括步驟el:對電網(wǎng)子系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析，對于潮流不收斂的子系統(tǒng)，分析模型為:
P。min P。P。max Qg min Qg Qg max
TL = M.(Pg-PD+PWJ
其中V為電網(wǎng)中所有元件的運(yùn)行電壓，Vmax和Vnlin分別表示電網(wǎng)中所有電氣設(shè)備的運(yùn)行電壓上下極限仏和Qe則表示所有電源節(jié)點(diǎn)需要滿足的有功功率和無功功率；TL為輸電線路有功潮流列向量，M為輸電線路潮流與節(jié)點(diǎn)凈注入量之間的關(guān)聯(lián)矩陣，PG為節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)出力列向量，PD為節(jié)點(diǎn)的有功負(fù)荷列向量，Pffi為節(jié)點(diǎn)無法滿足的功率所對應(yīng)的列向量，PGi為節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)出力，NG為發(fā)電機(jī)組集合，根據(jù)潮流不收斂子系統(tǒng)的分析模型，模擬電力系統(tǒng)再調(diào)度過程，計(jì)算無法滿足的最小功率PWi。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，其特征在于:步驟e中，還包括e2:根據(jù)步驟el統(tǒng)計(jì)無法滿足的總功率PW，計(jì)算F ( ξ );其中可靠性的測度函數(shù)為:電力不足的時(shí)間分布函數(shù):
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于細(xì)胞自動機(jī)的電力網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法，其特征在于:步驟e中還包括步驟e3:重復(fù)步驟a至步驟e,得出N個(gè)電網(wǎng)狀態(tài)樣本ξ” ξ 2，…，ξ u…ξ Ν ;對每個(gè)樣本進(jìn)行可靠性FUi)計(jì)算，根據(jù)得出N個(gè)
JO隨機(jī)變量函數(shù)值FU1)、FK2)…FUn)，然后根據(jù)公式
求出可靠
性F。
【文檔編號】G06Q50/06GK104200390SQ201410279169
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】張曉東, 何利, 甘華, 何峻, 鄭湘渝, 朱渝寧 申請人:重慶郵電大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電分公司