基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法和系统

摘要

一种基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法和系统，其方法步骤包括：采集历史风险基础数据并确定元件的基本可靠性参数；构建包括配电自动化设备的配电网可靠性计算模型；分别设置元件故障，根据配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，确定非故障段和和故障段负荷点的故障频率和故障停电时间；累计各次元件故障的故障频率和故障停电时间，得到各负荷点的总故障频率和总故障停电时间；根据总故障频率、总故障停电时间获得配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标；计算配电网在配电自动化设备应用前、后可靠性指标差值，根据差值以及配电自动化设备类型优化配电自动化规划方案，应用本发明方案，可以提高优化效果。

说明书

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，特别是涉及一种基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法和系统。 

背景技术

配电网作为电力送到用户的最后一环，与用户的联系最为紧密，对用户的影响也最为直接，因此配电网的可靠性直接决定了电网向用户供电的可靠性。然而在我国电网中配电环节的发展相较于发输电环节较为迟缓，导致配电网成为阻碍可靠性提升的瓶颈。配电自动化技术作为一种能够对配电网进行远程监视、控制和调度的自动化系统，对于提升配电网可靠性有着重要的意义，配电自动化技术对可靠性提升的贡献在于缩短故障停电时间，通过故障报警、故障隔离、故障点定位分别缩短了故障发现时间、非故障段负荷恢复供电时间、故障点查找时间，从而缩短了总的故障停电时间。因此，推广配电自动化技术成为降低配电网故障损失、保障用户可靠性的一个重要技术手段。 

近年来越来越多的供电公司开始应用配电自动化技术，进行配电自动化设备以及配套系统的规划，但在总成本有限的情况下需要进行更加精细、高效的配电自动化方案，在达到供电可靠性需求的同时优化配电自动化方案，可以优先降低成本，因此，对配电自动化方案的优化迫在眉睫，配电自动化规划的重要环节。 

在优化配电自动化方案的过程中，一般都需要确定配电网的可靠性指标，然而，传统的确定配电网的可靠性指标由于没有考虑配电自动化方案中配电自动化设备的影响，得到的可靠性指标的指标准确度差，因而导致优化效果差，优化效率低。 

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种配电网的基于可靠性效益评估的配电 自动化方案优化方法和系统，可以提高优化效果以及优化效率。 

本发明的目的通过如下技术方案实现： 

一种基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法，包括如下步骤： 

采集配电网的预定的元件的历史风险基础数据，根据所述历史风险基础数据确定所述元件的基本可靠性参数； 

根据所述配电网的结构建立包括所述元件以及配电自动化方案对应的配电自动化设备的配电网可靠性计算模型； 

分别将所述电网可靠性计算模型中的元件故障设为故障状态，根据所述配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，确定非故障段负荷停电时间和故障段负荷停电时间； 

根据所述非故障段负荷停电时间、所述故障段负荷停电时间以及所述基本可靠性参数确定在将当前元件设置为故障状态后断电的负荷点的故障频率和故障停电时间； 

遍历所述电网可靠性计算模型中的元件，累计各次元件故障时各负荷点的故障频率和故障停电时间，得到各负荷点的总故障频率和各负荷点的总故障停电时间； 

根据所述总故障频率、所述总故障停电时间确定所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标； 

计算所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标的差值，根据所述差值以及所述配电自动化设备的类型优化所述配电自动化方案。 

一种基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化系统，包括： 

采集模块，用于采集配电网的预定的元件的历史风险基础数据，根据所述历史风险基础数据确定所述元件的基本可靠性参数； 

建立模块，用于根据所述配电网的结构建立包括所述元件以及配电自动化方案对应的配电自动化设备的配电网可靠性计算模型； 

第一确定模块，用于分别将所述电网可靠性计算模型中的元件故障设为故障状态，根据所述配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，确定非故障段负荷停电时间和故障段负荷停电时间； 

第二确定模块，用于根据所述非故障段负荷停电时间、所述故障段负荷停电时间以及所述基本可靠性参数确定在将当前元件设置为故障状态后断电的负荷点的故障频率和故障停电时间； 

累计模块，用于遍历所述电网可靠性计算模型中的元件，累计各次元件故障时各负荷点的故障频率和故障停电时间，得到各负荷点的总故障频率和各负荷点的总故障停电时间； 

处理模块，用于根据所述总故障频率、所述总故障停电时间确定所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标； 

优化模块，用于计算所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标的差值，根据所述差值以及所述配电自动化设备的类型优化所述配电自动化规划方案。 

依据本发明的方案，其是先采集配电网的元件的历史风险基础数据，根据该历史风险基础数据确定元件的基本可靠性参数，并根据配电网的结构建立包括配电自动化设备以及元件的配电网可靠性计算模型，然后每次假设电网可靠性计算模型中的一个元件故障，根据配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，确定非故障段负荷停电时间和故障段负荷停电时间，并根据非故障段负荷停电时间、故障段负荷停电时间以及基本可靠性参数确定在将当前元件设置为故障状态后断电的负荷点的故障频率和故障停电时间，直到遍历电网可靠性计算模型中的元件后，累计每次元件故障各负荷点的故障频率和故障停电时间，得到各负荷点的总故障频率和各负荷点的总故障停电时间，再根据总故障频率、总故障停电时间获得配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标，最后对比配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标差异，根据差异以及配电自动化设备的类型优化配电自动化规划方案，由于配电网的可靠性参数是基于历史风险基础数据确定的，且由于在建立配电网可靠性计算模型时包括了配电自动化设备，提高了配电网的可靠性参数的准确性，同时，由于根据配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，并由于在优化配电自动化设备时，考虑了配电自动化设备的类型，提高了优化效果，进而提高了优化效率。 

附图说明

图1为本发明的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法实施例的流程示意图； 

图2为一个实施例中图1中的步骤S102的细化流程图； 

图3为一个实施例中图1中的步骤S106的细化流程图； 

图4为本发明的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化系统实施例的结构示意图； 

图5为图4中的建立模块在其中一个实施例中细化结构示意图； 

图6为图4中的第一确定模块在其中一个实施例中细化结构示意图； 

图7为图4中的处理模块在其中一个实施例中细化结构示意图。 

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，为本发明的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法实施例的流程示意图。如图1所示，本实施例中的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法包括如下步骤： 

步骤S101：采集配电网的元件的历史风险基础数据，根据所述历史风险基础数据确定所述元件的基本可靠性参数； 

可以收取一段时间内的配电网元件的历史风险基础数据，具体的时间段可以根据实际需要确定，例如，配电自动化设备应用前、后某个时间段，一般地，为了提高配电网的可靠性指标的准确性，可以尽量选较长的一段时间，例如，五年； 

本实施例中的元件一般包括输电线路、开关、断路器、负荷、母线等配电网的主要设备； 

基本可靠性参数包括故障率、平均每次故障修复时间、计划检修率、平均每次计划检修时间等，可以对历史风险基础数据进行统计获得； 

一般地，由于采集到的历史风险基础数据可能形式多样，还需要对获得历史风险基础数据进行归类、汇总、统计、格式转换等，都可以通过现有方式实现，在此不予赘述； 

步骤S102：根据所述配电网的结构建立包括所述元件以及配电自动化方案对应的配电自动化设备的配电网可靠性计算模型； 

在本实施例中建立的配电网可靠性计算模型不但可以用于配电自动化设备应用后配电网的可靠性指标的计算，还可以用于配电自动化设备应用前配电网的可靠性指标的计算，只要在配电自动化设备应用前配电网的可靠性指标的计算时，不考虑配电自动化设备即可； 

在其中一个实施例中，如图2所示，本步骤可以具体包括如下步骤： 

步骤S1021：根据配电网结构建立包括所述元件以及配电自动化方案对应的配电自动化设备的配电网拓扑模型，其中，所述元件包括开关元件； 

获取配电网的相关图纸，根据图纸建立配电网的拓扑结构，并进行合理的等效与简化，例如，将同一接入点的几个负荷等效为一个负荷等； 

步骤S1022：将所述开关元件按照开关类型进行区分； 

将开关元件需要区分普通开关、一遥开关、二遥开关、三遥开关，其中，普通开关是指除一遥开关、二遥开关、三遥开关以外的开关，各元件还可以按正常、故障、检修三状态进行区分； 

步骤S1023：将所述基本可靠性参数导入到所述配电网拓扑模型，得到配电网可靠性计算模型； 

由于对开关元件进行了区分，可以充分考虑不同开关对配电网的可靠性指标的影响，进而提高优化效果； 

步骤S103：分别将所述电网可靠性计算模型中的元件故障设为故障状态，根据所述配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，确定非故障段负荷停电时间和故障段负荷停电时间； 

假设元件1故障，在元件1故障时，划分故障段和非故障段，并分别确定此时非故障段负荷停电时间和故障段负荷停电时间，假设元件2故障，在元件2故障时，划分故障段和非故障段，并分别确定此时非故障段负荷停电时间和故 障段负荷停电时间，以此类推； 

在其中一个实施例中，确定故障段负荷停电时间可以包括步骤：根据故障段与维修点之间的距离以及预设速度确定到到达现场时间；根据故障段的长度以及预设的查找故障点的速度确定故障查找时间，检测所述故障段是否包括一遥开关、二遥开关，若是，按照预设规则缩短所述故障查找时间；根据所述到达现场时间、所述故障查找时间、预设的故障报警时间、预设的故障查找时间确定故障段负荷停电时间，其中，若已在配电网中应用所述配电自动化设备，则所述故障报警时间为零，维修点一般指维修班组所在地，预设速度可以实际情况确定，例如，以车速平均值确定，该第一时间的确定，得到了维修人员到达故障段现场的时间； 

故障段负荷停电时间为到第一时间、故障查找时间、故障报警时间、故障查找时间四个时间的总和，其中对于故障查找时间、故障报警时间，在配电网中应用配电自动化设备时与未应用配电自动化设备时是不同的，故障报警时间、故障查找时间可以通过统计平均的方式得到； 

需要说明的是，确定故障段负荷停电时间的方式也不限于本实施例中的方式，例如还可能包括其他时间，或者采用不同于上述的方式获得到达现场时间、故障查找时间、故障报警时间、故障查找时间等； 

在其中一个实施例中，确定非故障段负荷停电时间可以包括步骤：判断所述非故障段是在无需转供电操作的区段还是在需要进行转供电操作的区段；若在无需转供电操作的区段，则根据所述配电自动化设备的动作时间确定所述非故障段负荷停电时间；若在需要进行转供电操作的区段，则判断所述配电自动化设备是否能进行转供电操作；若能进行转供电操作，则根据转供电操作时间确定所述非故障段负荷停电时间；若不能进行转供电操作，则所述故障段负荷停电时间确定非故障段负荷停电时间； 

需要说明的是，确定非故障段负荷停电时间的方式也不限于本实施例中的方式，例如，考虑其他因素对非故障段负荷停电时间影响等等； 

步骤S104：根据所述非故障段负荷停电时间、所述故障段负荷停电时间以及所述基本可靠性参数确定在将当前元件设置为故障状态后断电的负荷点的故 障频率和故障停电时间； 

本步骤是在步骤S103中，在分别将所述电网可靠性计算模型中的元件故障设为故障状态时，都要根据所述非故障段负荷停电时间、所述故障段负荷停电时间以及所述基本可靠性参数确定在将当前元件设置为故障状态后断电的负荷点的故障频率和故障停电时间； 

步骤S105：遍历所述电网可靠性计算模型中的元件，累计每次元件故障的各负荷点的故障频率和各负荷点故障停电时间，得到各负荷点的总故障频率和各负荷点的总故障停电时间； 

循环执行步骤S103和步骤S104，直到遍历电网可靠性计算模型中的各元件，再累计每次元件故障的各负荷点的故障频率和各负荷点故障停电时间，得到各负荷点的总故障频率λ_i和各负荷点的总故障停电时间U_i，其中λ_i为负荷点i的总故障频率，U_i为负荷点i的总故障停电时间； 

步骤S106：根据所述总故障频率、所述总故障停电时间获得所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标； 

分别根据上述步骤S103～步骤S105得到配电自动化设备应用前、后的各负荷点的总故障频率、各负荷点的总故障停电时间，再分别利用对应的总故障频率、总故障停电时间确定配电自动化设备应用前、后配电网的可靠性指标； 

在其中一个实施例中，可靠性指标可以包括系统平均停电率指标Q1、系统平均停电时间Q2、用户平均停电率指标Q3、用户平均停电时间Q4、平均供电可用率指标Q5、或者系统缺供电量指标Q6，具体可以包括这些指标中的任意一个或者任意组合； 

如图3所示，步骤S106可以具体包括如下步骤： 

步骤S1061：根据各负荷点的总故障频率λ_i以及对应的用户数N_i确定用户停电总次数，再根据所述用户停电总次数与用户总数的比值获得所述系统平均停电率指标Q1； 

其中，N_i为负荷点i的用户数，先得到各负荷点λ_i与N_i的乘积，再对各负荷点λ_i与N_i的乘积求和得到用户停电总次数，然后由用户停电总次数与用户总数 的比值获得所述系统平均停电率指标Q1，即其中，R为负荷点的集合； 

步骤S1062：根据各负荷点的总故障停电时间U_i以及对应的用户数确定用户停电持续时间总和，再根据用户停电持续时间总和与用户总数的比值获得所述系统平均停电时间Q2，具体可以通过公式得到； 

步骤S1063：根据各负荷点的总故障频率λ_i以及对应的用户数N_i确定用户停电总次数，再根据所述用户停电总次数与停电用户总数的比值获得所述用户平均停电率指标Q3，具体可以通过公式得到，其中，M_i为负荷点i的故障停电用户数； 

步骤S1064：根据各负荷点的总故障停电时间U_i以及对应的用户数确定用户停电持续时间总和，再根据用户停电持续时间总和与停电用户总数的比值获得所述用户平均停电时间Q4，具体可以通过公式得到； 

步骤S1065：根据预设的统计时间K、根据各负荷点的总故障停电时间以及对应的用户数确定所述平均供电可用率指标Q5，其中，K与一年内要求的供电时间有关，例如，一年以365天算，每天要求的供电时间均为24小时，则K为8760，即365与24的乘积； 

步骤S1066：根据接入各负荷点的平均负荷以及各负荷点的总故障停电时间确定所述系统缺供电量指标Q6，具体可以通过公式得到，其中，P_ai为负荷点i的平均负荷； 

需要说明的是，在具体实现时，可以只包括上述步骤S1061～步骤S1066中一个或者任意多个步骤，具体可以根据可靠性指标中具体包括哪些指标决定，也不限于按照上述先后顺序执行步骤S1061～步骤S1066，也可以采用其他先后顺序，或者同时执行； 

步骤S107：对比所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标差异，根据所述差异以及所述配电自动化设备的类型优化所述配电自动化方案； 

通过对比所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标差异可以判断配电自动化设备应用是否已经达到预设要求，若否，再根据差异的大小以及配电自动化设备的类型优化所述配电自动化方案，例如，判断当前类型的配电自动化设备是否满足预设要求，根据判断结果考虑在优化配电自动化方案时是否需要调整配电自动化设备的类型以及对应的调整方案。 

据此，依据上述本实施例的方案，其是先采集配电网的元件的历史风险基础数据，根据该历史风险基础数据确定元件的基本可靠性参数，并根据配电网的结构建立包括配电自动化设备以及元件的配电网可靠性计算模型，然后每次假设电网可靠性计算模型中的一个元件故障，根据配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，确定非故障段负荷停电时间和故障段负荷停电时间，并根据非故障段负荷停电时间、故障段负荷停电时间以及基本可靠性参数确定在将当前元件设置为故障状态后断电的负荷点的故障频率和故障停电时间，直到遍历电网可靠性计算模型中的元件后，累计每次元件故障各负荷点的故障频率和故障停电时间，得到各负荷点的总故障频率和各负荷点的总故障停电时间，再根据总故障频率、总故障停电时间获得配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标，最后对比配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标差异，根据差异以及配电自动化设备的类型优化配电自动化方案，由于配电网的可靠性参数是基于历史风险基础数据确定的，且由于在建立配电网可靠性计算模型时包括了配电自动化设备，提高了配电网的可靠性参数的准确性，同时，由于根据配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，并由于在优化配电自动化设备时，考虑了配电自动化设备的类型，提高了优化效果，进而提高了优化效率。 

根据上述本发明的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法，本发明还提供一种基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化系统，以下就本发明的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化系统的实施例进行详细说明。图4中示出了本发明的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化系统的实施例的结构示意图。为了便于说明，在图4中只示出了与本发明相关的部分。 

如图4所示，本发明实施例中的一种基于可靠性效益评估的配电自动化方 案优化系统，包括采集模块201、建立模块202、第一确定模块203、第二确定模块204、累计模块205、处理模块206、优化模块207，其中： 

采集模块201，用于采集配电网的预定的元件的历史风险基础数据，根据所述历史风险基础数据确定所述元件的基本可靠性参数； 

建立模块202，用于根据所述配电网的结构建立包括所述元件以及配电自动化方案对应的配电自动化设备的配电网可靠性计算模型； 

第一确定模块203，用于分别将所述电网可靠性计算模型中的元件故障设为故障状态，根据所述配电自动化设备的开关的位置划分故障段和非故障段，确定非故障段负荷停电时间和故障段负荷停电时间； 

第二确定模块204，用于根据所述非故障段负荷停电时间、所述故障段负荷停电时间以及所述基本可靠性参数确定在将当前元件设置为故障状态后断电的负荷点的故障频率和故障停电时间； 

累计模块205，用于遍历所述电网可靠性计算模型中的元件，累计各次元件故障时各负荷点的故障频率和故障停电时间，得到各负荷点的总故障频率和各负荷点的总故障停电时间； 

处理模块206，用于根据所述总故障频率、所述总故障停电时间确定所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标； 

优化模块207，用于计算所述配电网在配电自动化设备应用前、后的可靠性指标的差值，根据所述差值以及所述配电自动化设备的类型优化所述配电自动化方案。 

在其中一个实施例中，如图5所示，建立模块可以202包括： 

建立单元2021，用于根据配电网结构建立包括所述元件以及配电自动化方案对应的配电自动化设备的配电网拓扑模型，其中，所述元件包括开关元件； 

区分单元2022，用于将所述开关元件按照开关类型进行区分； 

导入单元2023，用于将所述基本可靠性参数导入到所述配电网拓扑模型，得到配电网可靠性计算模型。 

在其中一个实施例中，如图5所示，第一确定模块203可以包括第一时间确定单元2031； 

第一时间确定单元2031用于根据故障段与维修点之间的距离以及预设速度确定到第一时间，根据故障段的长度以及预设的查找故障点的速度确定故障查找时间，检测所述故障段是否包括一遥开关、二遥开关，若是，按照预设规则缩短所述故障查找时间，根据所述到达现场时间、所述故障查找时间、预设的故障报警时间、预设的故障查找时间确定故障段负荷停电时间，其中，若已在配电网中应用所述配电自动化设备，则所述故障报警时间为零。 

在其中一个实施例中，如图6所示，第一确定模块203可以包括第二时间确定单元2032，第二时间确定单元2032可以包括； 

第一判断单元2032A，用于判断所述非故障段是在无转供电操作的区段还是在需要进行转供电操作的区段； 

第二判断单元2032B，用于在第一判断单元2032A的判定结果为在需要进行转供电操作的区段时，判断所述配电自动化设备是否能进行转供电操作； 

处理单元2032C，用于在第一判断单元2032A的判定结果为在无转供电操作的区段时，根据所述配电自动化设备的动作时间确定所述非故障段负荷停电时间，在第二判断单元2032B的判定结果为能进行转供电操作时，根据转供电操作时间确定所述非故障段负荷停电时间，在第二判断单元2032B的判定结果为不能进行转供电操作时，所述故障段负荷停电时间确定非故障段负荷停电时间。 

在其中一个实施例中，上述可靠性指标可以包括系统平均停电率指标、系统平均停电时间、用户平均停电率指标、用户平均停电时间、平均供电可用率指标、系统缺供电量指标中的一个或者任意多个的组合，如图7所示，处理模块206可以包括第一处理单元2061、第二处理单元2062、第三处理单元2063、第四处理单元2064、第五处理单元2065、第六处理单元2066中的一个或者任意多个的组合，其中： 

第一处理单元2061用于根据各负荷点的总故障频率以及对应的用户数确定用户停电总次数，再根据所述用户停电总次数与用户总数的比值获得所述系统平均停电率指标； 

第二处理单元2062用于根据各负荷点的总故障停电时间以及对应的用户数 确定用户停电持续时间总和，再根据用户停电持续时间总和与用户总数的比值获得所述系统平均停电时间； 

第三处理单元2063用于根据各负荷点的总故障频率以及对应的用户数确定用户停电总次数，再根据所述用户停电总次数与停电用户总数的比值获得所述用户平均停电率指标； 

第四处理单元2064用于根据各负荷点的总故障停电时间以及对应的用户数确定用户停电持续时间总和，再根据用户停电持续时间总和与停电用户总数的比值获得所述用户平均停电时间； 

第五处理单元2065用于根据预设的统计时间、各负荷点的总故障停电时间以及对应的用户数确定所述平均供电可用率指标； 

第六处理单元2066用于根据接入各负荷点的平均负荷以及各负荷点的总故障停电时间确定所述系统缺供电量指标。 

本发明的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化系统与本发明的基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法一一对应，在上述基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于基于可靠性效益评估的配电自动化方案优化系统的实施例中，特此声明。 

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。