评估电网节点可靠性的方法和系统技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种评估电网节点可靠性的方法和系统。
背景技术
随着电力系统的规模和复杂程度不断增加，为了保证电力系统运行的安全稳定和供电的优质可靠，在电力系统的规划、设计和运行的各个阶段中都需要进行可靠性评估，保证电力系统的充裕度和安全性。在规划和设计阶段，可靠性评估主要涉及预测电量需求、识别系统薄弱环节、优化方案、减少大扰动的影响、确保足够的备用容量等；而在运行阶段，可靠性评估的主要目的是确保各种运行方式的可靠性，确保部分设备计划检修时系统能正常、稳定运行等。
现有的电网可靠性评估一种方式是通过潮流计算和稳定计算，另一方式是利用可靠性评估的模型算法，但现有的这两种方式都比较复杂，计算时间也比较长。
发明内容
本发明在于提供一种评估电网节点可靠性的方法和系统，可简单、快捷、高效的评估电网的可靠性。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种评估电网节点可靠性的方法，包括如下步骤：
接收可靠性评估指令，根据该可靠性评估指令获得电网结构信息和相关元件信息；
根据所述电网结构信息生成各连接线路的可靠性系数，根据所述元件信息生成各节点的可靠性系数；
根据各所述连接线路的可靠性系数和各所述节点的可靠性系数确定各个节点的可靠性参数。
一种评估电网节点可靠性的系统，包括：
数据传输模块，用于接收可靠性评估指令，根据该可靠性评估指令获得电网结构信息和相关元件信息；
元件系数生成模块，用于根据所述电网结构信息生成各连接线路的可靠性系数，根据所述元件信息生成各节点的可靠性系数；
可靠性计算模块，用于根据各所述连接线路的可靠性系数和各所述节点的可靠性系数确定各个节点的可靠性参数。
依据上述本发明的方案，其是在接收到可靠性评估指令后，根据该可靠性评估指令获得电网结构信息和相关元件信息，可以根据所述电网结构信息生成各连接线路的可靠性系数，还可以根据所述元件信息生成各节点的可靠性系数，再根据各所述连接线路的可靠性系数和各所述节点的可靠性系数确定各个节点的可靠性参数，由于从电网结构的角度评估电网可靠性，并可以综合考虑从最高级主干网络至其下属的各级电网中各个变电站之间连接的强弱，从而判断每个变电站的可靠性参数，同时寻找电网的薄弱环节，具有较好的全局性，且快捷直观、评估效率高，可用于电网实时调度运行中需要切除部分设备检修时的可靠性判定，也可以作为电网规划时可靠性评估的一种方式。
附图说明
图1为本发明评估电网节点可靠性的方法实施例的流程示意图；
图2为实施例1中待评估系统的结构示意图；
图3为实施例2和实施例3中待评估系统的结构示意图；
图4为本发明评估电网节点可靠性的系统实施例的结构示意图；
其中，图2～图3中：a-220KV变电站，b-220KV线路，c-110KV变电站，d-110KV线路，e-220KV线路(异塔双回)，f-110KV线路(同塔双回)，g-35KV变电站，h-35KV线路。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步阐述，但本发明的实现方式不限于此。
参见图1所示，为本发明评估电网节点可靠性的方法实施例的流程示意图，如图1所示，该实施例中的评估电网节点可靠性的方法包括如下步骤：
步骤S101：接收可靠性评估指令，根据该可靠性评估指令获得电网结构信息和相关元件信息，进入步骤S102；
电网结构信息和元件信息可以从调度中心系统或者其他数据源获取，数据的获取实时而便捷；元件信息包括各类型元件的可靠性系数定义、各节点(一般是指变电站节点)的重要性指标等；
步骤S102：根据所述电网结构信息生成各连接线路的可靠性系数，根据所述元件信息生成各节点的可靠性系数，进入步骤S103；
步骤S103：根据各所述连接线路的可靠性系数和各所述节点的可靠性系数确定各个节点的可靠性参数；
上述可靠性系数反应的是节点自身故障可能性，而可靠性参数是综合考虑节点间线路连接强弱和节点的自身可靠性而得出的。
据此，依据上述本实施例的方案，其是在接收到可靠性评估指令，根据该可靠性评估指令获得电网结构信息和相关元件信息，可以根据所述电网结构信息生成各连接线路的可靠性系数，并根据所述元件信息生成各节点的可靠性系数，根据各所述连接线路的可靠性系数和各所述节点的可靠性系数确定各个节点的可靠性参数，由于从电网结构的角度评估电网可靠性，并可以综合考虑从最高级主干网络至其下属的各级电网中各个变电站之间线路连接的强弱，从而判断每个变电站的可靠性参数，同时寻找电网的薄弱环节，具有较好的全局性，且快捷直观、评估效率高，可用于电网实时调度运行中需要切除部分设备检修时的可靠性判定，也可以作为电网规划时可靠性评估的一种方式。
在其中一个实施例中，所述根据所述电网结构信息生成各线路的可靠性系数包括步骤：根据所述电网结构信息生成表征连接线路可靠性的连接矩阵；所述根据所述元件信息生成表征各节点的可靠性系数包括步骤：根据所述元件信息生成表征变电站可靠性的节点系数矩阵，通过矩阵的方式规划得到各节点的可靠性系数和各连接线路的可靠性系数，可以方便数据的调用。
例如，可以根据所述电网结构信息生成表征线路可靠性的连接矩阵C，其中，连接矩阵C中的元素ckij用数字表征第k级电网中，节点i和节点j之间直接相连的线路的可靠性系数，如，单回线路：ckij＝0.95，同塔双回线路：ckij＝0.98等；如果节点i和j间没有直接连接，则ckij＝0，同时，下级电网的连接结构矩阵也包括上一级电网中与之相连的节点。根据实际需要，连接矩阵C中各元素的大小的确定可以综合考虑线路的回数、多线路是否同塔、是否使用同一线路走廊、线路长度、地理信息等因素，以保证数据更加准确。
例如，可以根据所述元件信息生成表征节点可靠性的节点系数矩阵B，其中，节点系数矩阵B中的元素bki表示第k级电网中，节点i的自身可靠性系数，此系数大小的确定可以综合考虑母线接线类型、变电站设计等因素，以保证数据更加准确，如双母线接线的变电站自身可靠性系数高于单母线接线的变电站。
在其中一个实施例中，上述步骤S103中计算各个节点的可靠性参数可以采用如下方式实现：首先计算最高电压等级电网(k＝1)各节点的可靠性参数，之后计算最高电压等级电网的下一级(k＝2)电网各节点的可靠性参数，依此类推直到最后一级电网，在计算除高电压等级电网外的其他各级电网的各节点的可靠性参数时是：根据上一级电网和本级电网的连接以及本级电网各节点的连接确定本级电网各节点的可靠性参数，其中，一般把主干网默认为最高电压等级电网，也可以人工指定。需要说明的是，根据上一级电网和本级电网的连接以及本级电网各节点的连接确定本级电网各节点的可靠性参数中所指上一级电网是泛指除最后一级电网外的其他级的电网，而并非指某一特定级的电网；本级电网则泛指除高电压等级电网之外的其他级的电网，也并非指某一特定级的电网；在实际应用中，各级电网可以根据在不同时刻所进行的不同操作充当本级电网或上一级电网。
具体的过程可以是：首先从主干电网开始，计算每个节点的可靠性参数。主干电网(k＝1)默认为最高电压等级电网，也可以人工指定。主干电网节点的可靠性参数的计算方法为，以主干网络的节点i为例，从ckij中找到不为0的项，表示直接与节点i连接的线路，而(bkj*ckij)则表示节点j及其与i相连的线路无故障的概率。则与节点i连接的线路至少有一条无故障的概率为：
P1i＝[1-(1-b11*c1i1)*(1-b12*c1i2)*...*(1-b1n*c1in)]
P1i再乘以节点i自身的可靠性系数b1i，得到R1i，即为节点i的最终可靠性参数。
之后计算主干电网下一级的电网(k＝2)节点可靠性参数。此时需要用之前得到的R1i替换B1i，因为上一级电网节点作为电源向下级电网供电，在计算下级电网可靠性时应采用上一级电网节点的综合可靠性参数而不是自身系数进行计算。搜索与主干电网直接相连的节点，此时只考虑主干电网向这些节点供电，计算其可靠性参数R2i并替换相应的B2i，再一直推导至本级电网所有节点。
依此类推直到最后一级电网。计算完成后可以得到整个电网的节点可靠性参数。
此外，在其中一个实施例中，在步骤S103之后还可以包括步骤：根据各节点的重要性指标对其可靠性参数进行映射获得各节点的可靠性指标。该可靠性指标的获得由节点可靠性参数和该节点的重要性两方面决定，例如，某一节点虽然可靠性参数较低，但由于其重要性也较低，最终得到的可靠性指标可以是比较高的，可指标性指标可以更加直接的反应节点的可靠性状况。
如前所述，在初始获得的元件信息中就包括节点的重要性指标，重要性指标不同，在映射时需要用到的映射关系也不同，而且，该映射关系也可以根据电网的实际情况进行设定，主要是分别对应各重要性指标的设定可靠性参数与可靠性指标之间的对应关系，例如，对于一个主干电网节点，其可靠性参数为0.998，重要性指标为关键节点，对应的映射关系为：可靠性参数大于0.997时，可靠性指标为可靠性高，可靠性参数介于0.995和0.997之间(包括0.995和0.997)时，可靠性指标为尚可，可靠性参数小于0.995，可靠性指标为可靠性低，则根据这一映射关系，该节点的可靠性指标为可靠性高。
下面通过几个具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2所示，待评估系统有两个电压等级。定义线路可靠性系数为：220KV单回线路的可靠性系数为0.95，220KV异塔双回线路的可靠性系数为0.99，110KV单回线路的可靠性系数为0.95，110KV同塔双回线路的可靠性系数为0.985；定义节点可靠性系数为：220KV变电站的可靠性系数为0.99，110KV变电站的可靠性系数为0.99。需要补充的是，实施例中对相关系数的进行的定义仅为阐述本发明的举例，在实际操作中可以根据实际情况进行不同的定义，但均在本专利的保护范围之内。
在获取的元件信息中包括上述定义，根据以上定义，有：
220KV电网(第一级)连接矩阵：
C1＝[0 0.99 0.95 0.99 0 0.95 0.95 0.95 0]；
220KV-110KV电网(第二级)连接矩阵：
首先，根据如下公式确定220KV环网的可靠性参数：
P1i＝[1-(1-b1*c1i1)*(1-b2*c1i2)*(1-b13*c1i3)]
R1i＝P1i*B1i
得到三个220KV变电站的可靠性参数为：
R＝[0.9888，0.9888，0.9865]；
其次，确定四个110KV变电站的可靠性参数：用R1、R2、R3分别替换B1、B2、B3，然后考虑下一级网络与主干网络直接相连的部分：
R24＝[1-(1-R13*C234)]*B4＝0.9620；
R25＝[1-(1-R11*C215)*(1-B6*C256)]*B5＝0.9863；
R26＝[1-(1-R12*C226)*(1-B5*C267)]*B6＝0.9863；
变电站7可由变电站5或6供电：
R27＝[1-(1-R25*C257)*(1-R26*C267)]*B7＝0.9861；
至此节点可靠性参数已计算完成。可以看到变电站4的可靠性参数略低于变电站5、6和7，这一方面是因为其供电源变电站3的可靠性参数略低于变电站1和2，另一方面是因为连接变电站4的线路只有一条同塔双回线路，而变电站5、6和7则由环网连接。
还可以接着再判定节点的可靠性指标，例如，变电站1的可靠性参数为0.9888，重要性指标为关键节点，如果对应关键节点的映射关系为：可靠性参数大于0.99时可靠性指标为可靠，可靠性指标介于0.985至0.99(包括0.985和0.99)之间时可靠性指标为尚可，可靠性指标小于0.985时可靠性指标为可靠性差，则变电站1的可靠性指标为尚可。
实施例2
如图3所示，待评估系统有3个电压等级。定义线路可靠性系数为：220KV单回线路的可靠性系数为0.95，220KV异塔双回线路的可靠性系数为0.99，110KV单回线路的可靠性系数为0.95，110KV同塔双回线路的可靠性系数为0.985，35KV单回线路的可靠性系数为0.95；定义节点可靠性系数为：220KV变电站的可靠性系数为0.99，110KV变电站的可靠性系数为0.99，35KV变电站的可靠性系数为0.98。
在获取的元件信息中包括上述定义，根据以上定义，有：
首先，确定220KV变电站1、2的可靠性参数。可得：
R1＝[0.9703，0.9703]；
再算110KV变电站3的可靠性参数：
R23＝[1-(1-R1*C213)(1-R2*C223)]*B3＝0.9839；
再算35KV变电站4的可靠性参数：
R34＝[1-(1-R23*C334)]*B4＝0.9160；
可以看到，由于只有单回线路供电，35KV变电站4的可靠性参数明显较低。
之后判定节点的可靠性指标。由于35KV变电站的重要性指标低于220KV及110KV变电站，虽然变电站4的可靠性参数明显低于其它变电站，其可靠性指标仍然要根据其重要性对应的映射关系决定。
实施例3
本实施例依旧采用图3的系统以及与实施例2相同的可靠性系数定义，而不同的是本实施例模拟变电站2和变电站3之间的线路检修断开。此时：
220KV变电站1、2的可靠性参数：
R1＝[0.9703，0.9703]；
110KV变电站的可靠性参数：
R23＝[1-(1-R1*C213)]*B3＝0.9126；
再算35KV变电站的可靠性参数：
R34＝[1-(1-R23*C334)]*B4＝0.8496；
可以看到，由于一回线路检修，110KV变电站和35KV变电站的可靠性都大幅下降。此时再判断节点的可靠性指标，如110KV变电站需要达到0.97的可靠性，而35KV变电站需达到0.90的可靠性，则变电站3、4都将被判断为可靠性差。
根据上述本发明的评估电网节点可靠性的方法，本发明还提供一种评估电网节点可靠性的系统，以下就本发明的评估电网节点可靠性的系统的具体示例进行详细说明。
如图4所示，为本发明评估电网节点可靠性的系统实施例的结构示意图，其包括：数据传输模块201、元件系数生成模块202、可靠性计算模块203，其中：
数据传输模块201，用于接收可靠性评估指令，根据该可靠性评估指令获得电网结构信息和相关元件信息，其中，电网结构信息和元件信息可以从调度中心系统或者其他数据源获取，数据的获取实时而便捷；元件信息包括各类型元件的可靠性系数定义、各节点(一般指变电站节点)的重要性指标等信息，在具体实现时，该模块可以采用光纤以太网系统，以提高数据获取与传输的速度，但也不限于此方式；
元件系数生成模块202，用于根据所述电网结构信息生成各连接线路的可靠性系数，根据所述元件信息生成各节点的可靠性系数；
可靠性计算模块203，用于根据各所述连接线路的可靠性系数和各所述节点的可靠性系数确定各个节点的可靠性参数；
其中，上述可靠性系数反应的是节点自身故障可能性，而可靠性参数是综合考虑节点间线路连接强弱和节点的自身可靠性而得出的。
据此，依据本实施例的方案，其是在数据传输模块201接收到可靠性评估指令，根据该可靠性评估指令获得电网结构信息和相关元件信息后，元件系数生成模块202可以根据所述电网结构信息生成各线路的可靠性系数，还可以根据所述元件信息生成各节点的可靠性系数，可靠性计算模块203再根据各所述连接线路的可靠性系数和各所述节点的可靠性系数确定各个节点的可靠性参数，由于电网结构信息和元件信息可以从调度中心系统或者其他数据源获取，数据的获取实时而便捷，另外，由于从电网结构的角度评估电网可靠性，并可以综合考虑从最高电压等级电网至其下属的各级电网中各个变电站之间连接的强弱，从而判断每个变电站的可靠性参数，同时寻找电网的薄弱环节，具有较好的全局性，且快捷直观、评估效率高，可用于电网实时调度运行中需要切除部分设备检修时的可靠性判定，也可以作为电网规划时可靠性评估的一种方式。
在其中一个实施例中，元件系数生成模块202可以根据所述电网结构信息生成表征线路可靠性的连接矩阵，根据所述元件信息生成表征节点可靠性的节点系数矩阵，具体可以通过上述在评估电网节点可靠性的方法对应的实施例中相关方式实现，在此不予赘述。
其中，在获得连接矩阵时一般需要考虑线路的回数、多线路是否同塔、是否使用同一线路走廊、线路长度、地理信息等因素；在确定所述节点系数矩阵时一般需要考虑母线接线类型、变电站设计等因素，以保证连接矩阵和节点系数矩阵中的数据更加准确。
在其中一个实施例中，可靠性计算模块203首先确定最高电压等级电网的各节点的可靠性参数，其他各级电网的确定原则是：根据上一级电网和本级电网的连接以及本级电网各节点的连接确定本级电网各节点的可靠性参数，具体可以通过上述在评估电网节点可靠性的方法对应的实施例中相关方式实现，在此不予赘述。
此外，在其中一个实施例中，可靠性计算模块203还可以用于根据各节点的重要性指标对其可靠性参数进行映射计算得到各节点的可靠性指标。该可靠性指标的获得由节点可靠性参数和该节点的重要性指标两方面决定，例如，某一节点虽然可靠性参数较低，但由于其重要性指标也较低，最终得到的可靠性指标可以是比较高的。如前所述，在初始获得的元件信息中就包括节点的重要性指标，重要性指标不同，在映射时需要用到的映射关系也不同，而且，该映射关系也可以根据电网的实际情况进行设定，主要是分别对应各重要性指标的设定可靠性参数与可靠性指标之间的对应关系，例如，对于一个主干电网节点，其可靠性参数为0.998，重要性指标为关键节点，对应的映射关系为：可靠性参数大于0.997时，可靠性指标为可靠性高，可靠性参数介于0.995和0.997之间(包括0.995和0.997)时，可靠性指标为尚可，可靠性参数小于0.995，可靠性指标为可靠性低，则根据这一映射关系，该节点的可靠性指标为可靠性高。
上述本发明的电网节点可靠性评估系统，可以利用DSP、FPGA、CPLD、EPLD等可编程逻辑器件结合必要的数字器件和模拟器件来实现，但也不限于这些方式。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。