一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法
文献发布时间：2023-06-19 16:09:34
技术领域
本发明涉及电力领域，特别涉及一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法。
背景技术
电力供应是推动国民经济发展的重要基础，是维护社会稳定的重要保障，在可持续发展战略中起到非常关键的作用。目前传统的电力系统是集大机组、大电网为一体的集中式系统，其建设成本高、维护困难、局部故障引起大规模供电故障等问题，已经无法满足电力用户高可靠性的需求；另外，随着科学技术水平的提高，各行各业对电力系统的系的需求越来越多，传统的煤炭、石油等不可再生能源日益减小，导致的环境污染日益严重，电力系统作为传统能源的主要消耗单元，对其的改革刻不容缓。为了解决传统发电系统的一系列问题，风力发电、光伏发电、储能电池等新型可再生能源技术相继涌现，而微电网在此背景下应运而生，成为解决能源及环境问题的关键技术；
微电网的出现，有效的解决了传统电力系统所存在的设备维护成本高、维护困难、能源短缺、环境污染严重等问题，但是，分布式电源在出力的过程中存在着间歇性和随机性的问题，会对微电网的供电侧可靠性产生消极影响，另外储能装置、线路及物理元件、信息控制系统的随机性故障问题也对微电网运行的可靠性产生了干扰。因此，建立微电网的可靠性评估模型是微电网建设需要重点研究的方向，为此，提出一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法，包括以下步骤：
(1)、初始化微电网信息物理系统，分析微电网信息物理系统架构；
(2)、明确微电网信息物理系统的影响因素，并对影响因素进行加权处理；
(3)、对加权处理后的影响因素单独构建可靠性模型；
(4)、采用序贯蒙特卡罗方法，基于可靠性模型进行微电网信息物理系统的可靠性评估。
优选的，步骤(1)中初始化微电网信息物理系统包括初始化微电网信息物理系统的初始状态、运行策略和通信网络拓扑。
优选的，步骤(2)中明确微电网信息物理系统的影响因素时对确微电网信息物理系统进行分析，分析且按照权重排列包括：
A、分布式电源的随机性和时序性；
B、元件故障对系统运行的直接和间接影响；
C、通信网络结构的拓扑复杂度；
D、微电网信息物理系统其他因数。
优选的，步骤(3)中对加权处理后的影响因素单独构建可靠性模型时根据分布式电源的随机性和时序性建立分布式电源出力模型及储能系统充放电模型，并且制定优化运行策略。
优选的，制定优化运行策略制定时对风力发电、光伏发电采油发电机发电出力建模，利用出力历史数据，结合日特性和季节特性，使用时间序列进行分析和预测，结合储能系统及负荷，以运行成本最小为优化目标，制定微电网优化运行策略。
优选的，步骤(3)中对加权处理后的影响因素单独构建可靠性模型时根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立断路器的可靠性模型。
优选的，步骤(3)中对加权处理后的影响因素单独构建可靠性模型时根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立针对通信链路连通性评价的可靠性模型。
优选的，步骤(3)中建立针对通信链路连通性评价的可靠性模型时通过时序抽样，得出故障元件类型，对通信网络的拓扑邻接矩阵进行修改，构建新的通信网络拓扑结构模型；使用DFS(深度优先搜索)算法，找到过程层中各个节点与中央控制器节点的链接路径；通过故障元件类别及网络结构评价，进行信息网络的可靠性评价。
优选的，步骤(3)中对加权处理后的影响因素单独构建可靠性模型时根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立其他微电网信息物理系统元件可靠性模型。
优选的，步骤(4)中进行微电网信息物理系统的可靠性评估时计算出微电网信息物理系统的平均停电频率指标、负荷点平均停电频率指标、系统平均停电持续时间、负荷点平均停电持续时间、平均供电可用率指标和期望缺供电量。
与现有技术相比，本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法，具有如下有益效果：
其一、本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法能够提升微电网系统的性能和运行效率，从而保证微电网系统运行过程的稳定性，规避因系统故障所引起的停电以及设备损耗，提高负荷供电的可靠性以及保证电能质量，为微电网可靠性评估提供理论支撑，也为微电网的稳定运行奠定基础。
其二、本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法分析元件故障对系统运行的直接和间接影响，提出断路器的可靠性模型，充分考虑通信网络结构的拓扑复杂度，建立针对通信链路连通性评价的可靠性模型，在生成可靠性评估中系统状态时考虑了微电网优化运行策略，建立优化调度模型并求解，提高可靠性指标的精准度；
其三、本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法采用序贯蒙特卡洛分析方法，对微电网信息物理融合可靠性进行评估，通过微电网系统进行测试，验证所构建模型及可靠性分析方法的准确性，为微电网可靠性评估提供理论支撑，也为微电网的稳定运行奠定基础，使用效果比较好。
附图说明
图1为本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法的流程图；
图2为本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法中序贯蒙特卡罗方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法，包括以下步骤：
(1)、初始化微电网信息物理系统，分析微电网信息物理系统架构；
初始化微电网信息物理系统包括初始化微电网信息物理系统的初始状态、运行策略和通信网络拓扑；
(2)、明确微电网信息物理系统的影响因素，并对影响因素进行加权处理；
明确微电网信息物理系统的影响因素时对确微电网信息物理系统进行分析，分析且按照权重排列包括：
A、分布式电源的随机性和时序性；
B、元件故障对系统运行的直接和间接影响；
C、通信网络结构的拓扑复杂度；
D、微电网信息物理系统其他因数；
A、B、C项内容权重高，D向为其他影响较小的因素。
(3)、对加权处理后的影响因素单独构建可靠性模型；
根据分布式电源的随机性和时序性建立分布式电源出力模型及储能系统充放电模型，并且制定优化运行策略；
制定优化运行策略制定时对风力发电、光伏发电采油发电机发电出力建模，利用出力历史数据，结合日特性和季节特性，使用时间序列进行分析和预测，结合储能系统及负荷，以运行成本最小为优化目标，制定微电网优化运行策略；
根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立断路器的可靠性模型；
根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立针对通信链路连通性评价的可靠性模型；
通过时序抽样，得出故障元件类型，对通信网络的拓扑邻接矩阵进行修改，构建新的通信网络拓扑结构模型；使用DFS算法，找到过程层中各个节点与中央控制器节点的链接路径；通过故障元件类别及网络结构评价，进行信息网络的可靠性评价；
根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立其他微电网信息物理系统元件可靠性模型。
(4)、采用序贯蒙特卡罗方法，基于可靠性模型进行微电网信息物理系统的可靠性评估；
计算出微电网信息物理系统的平均停电频率指标、负荷点平均停电频率指标、系统平均停电持续时间、负荷点平均停电持续时间、平均供电可用率指标和期望缺供电量。
实施例2
微电网信息物理系统采用微电网CPS(信息物理系统)架构，采用IEC61850标准体系，物理系统设备和信息系统信息元件的随机故障都会对微电网CPS可靠性造成影响，因此，对微电网CPS可靠性评估需要从物理系统和信息元件建模及网络节点、通信链路分析入手，下面结合该微电网信息物理系统进行分析；
一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法，包括以下步骤：
(1)、初始化微电网信息物理系统，分析微电网信息物理系统架构；
初始化微电网信息物理系统包括初始化微电网信息物理系统的初始状态、运行策略和通信网络拓扑。
(2)、明确微电网信息物理系统的影响因素，并对影响因素进行加权处理；
明确微电网信息物理系统的影响因素时对确微电网信息物理系统进行分析，分析且按照权重排列包括：
A、分布式电源的随机性和时序性；
B、元件故障对系统运行的直接和间接影响；
C、通信网络结构的拓扑复杂度；
D、微电网信息物理系统其他因数；
A、B、C项内容权重高，D向为其他影响较小的因素。
(3)、对加权处理后的影响因素单独构建可靠性模型；
根据分布式电源的随机性和时序性建立分布式电源出力模型及储能系统充放电模型，并且制定优化运行策略；
制定优化运行策略制定时对风力发电、光伏发电采油发电机发电出力建模，利用出力历史数据，结合日特性和季节特性，使用时间序列进行分析和预测，结合储能系统及负荷，以运行成本最小为优化目标，制定微电网优化运行策略；
根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立断路器的可靠性模型；
构建断路器元件的数学模型，分为三个状态(运行状态、在修状态和预停运状态)，采用马尔科夫算法求解出预停运状态和运行状态的平稳状态概率。
根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立针对通信链路连通性评价的可靠性模型；
通过时序抽样，得出故障元件类型，对通信网络的拓扑邻接矩阵进行修改，构建新的通信网络拓扑结构模型；使用DFS算法，找到过程层中各个节点与中央控制器节点的链接路径；通过故障元件类别及网络结构评价，进行信息网络的可靠性评价；
根据元件故障对系统运行的直接和间接影响建立其他微电网信息物理系统元件可靠性模型。
(5)、采用序贯蒙特卡罗方法，基于可靠性模型进行微电网信息物理系统的可靠性评估；
计算出微电网信息物理系统的平均停电频率指标、负荷点平均停电频率指标、系统平均停电持续时间、负荷点平均停电持续时间、平均供电可用率指标和期望缺供电量，更具各项结果综合判断其可靠性。
其步骤如图2所示，经过该步骤获取评估结果。
需要说明的是，本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法，本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法能够提升微电网系统的性能和运行效率，从而保证微电网系统运行过程的稳定性，规避因系统故障所引起的停电以及设备损耗，提高负荷供电的可靠性以及保证电能质量，为微电网可靠性评估提供理论支撑，也为微电网的稳定运行奠定基础；
本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法分析元件故障对系统运行的直接和间接影响，提出断路器的可靠性模型，充分考虑通信网络结构的拓扑复杂度，建立针对通信链路连通性评价的可靠性模型，在生成可靠性评估中系统状态时考虑了微电网优化运行策略，建立优化调度模型并求解，提高可靠性指标的精准度；
本发明一种评估微电网信息物理系统可靠性的方法采用序贯蒙特卡洛分析方法，对微电网信息物理融合可靠性进行评估，通过微电网系统进行测试，验证所构建模型及可靠性分析方法的准确性，为微电网可靠性评估提供理论支撑，也为微电网的稳定运行奠定基础，使用效果比较好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。