《电力系统IEEE汇刊》，第34卷第1期。2019年1月1日

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基于风险的自动化设备配置在基于绩效的分销网络供应连续性的调节

泽尔科- n .瑞尔 Stanko D. Knezevic 德拉甘,Popovic

摘要

本文提出了一种基于风险的方法来确定存在不确定性的配电网中最优网络自动化方案。该方法考虑了负载、故障率和故障持续时间的不确定性。它采用模糊集、模糊混合整数线性规划算法和风险管理工具，在上述不确定性存在的情况下，确定不同类型自动化设备的最优数量、类型和位置。该方法考虑了网络可靠性指数(、、和)扩展组的基于性能(奖励/惩罚)的方案，以及新的自动化设备的成本和现有设备的迁移成本。

指标术语-配电网，网络自动化，风险分析，基于性能的监管，可靠性指标，混合整数线性规划。

命名法

变量

新自动化设备成本和现有设备搬迁成本

模糊惩罚/奖励

可靠性指数

经历馈线()故障导致节点()长期中断和节点()短期中断的客户数量

基于惩罚和奖励区域模糊可靠性的数量指数

衡量供应连续性的模糊可靠性指标

馈线()故障导致节点()的模糊中断时间

分别为对馈线()的瞬时故障和永久故障的模糊故障率（）

单位成本惩罚和复核可靠性指标

节点()负载类型

网络自动化方案的总期望可靠性成本

馈线()节点()中类型()消耗的大致负荷

考虑网络中用户在年的总大致负荷

馈线()处线路长度()

分别为对网络中的馈线集、馈线()处的线路集和馈线()处的节点集

在考虑的网络中连接的客户总数

年负载增长率

分别为时间范围和年度除数率

故障导致节点()早剥持续时间不确定性的模糊系数()

缩写

自动化设备

平均系统中断持续时间指数

配电系统操作员

故障通道指示器

左半边值

瞬时平均间歇频率指数

整数线性规划

基于性能的方案

遥控开关

右边的值

系统平均中断持续时间指数

系统平均中断频率指标

三角模糊数

1引言

分配系统是顾客满意度的关键。因此，监管当局必须确保配电系统的实际可靠性水平是保持（如果供应的连续性已经达到可接受的水平）还是提高(如果供应的连续性尚未达到可接受的水平)。为了达到这些目标，监管者采用了不同的策略[1][2]。其中一个常用的策略是实施基于绩效的(奖励/惩罚)方案[1]--[4]。在其最普遍的形式中，基于绩效的计划()是一种监管法规，它对可靠度高的公用事业公司进行奖励，对可靠性低的公用事业公司进行惩罚。其性能通常基于平均客户中断措施，如系统平均中断持续时间指数()和系统平均中断频率指数()[1]-[4]。由此，维护和提高服务可靠性成为配电系统运行可靠性的主要关注点。网络自动化是配电企业提高可靠性和效率的有效策略之一。在自动化配电网中，采用远程控制交换机()和远程监控故障通道指示器()来减少中断时间和受影响客户数量，从而提高可靠性。摘要所确定配电网络中安装的最优自动化设备()的数量、类型和位置问题是一个复杂的组合优化问题。本文所提出的方法考虑了客户由于长期中断[5][12]和短期中断[8][12]以及自动化设备所带来的成本[5][14]以获得最佳的网络自动化场景。一些方法建议[12][14]在确定最优的网络自动化场景时考虑可靠性指标。然而，在确定最佳的网络自动化方案时，所提出的方法没有考虑支持层连续性的基于性能的调节。此外，其没有考虑构成可靠性研究基础的许多输入的不确定性[15]。这些输入通常带有原因诸多的不确定性[15][16]，其消耗只能在规划期内粗略预测。网络单元的故障率和中断时间也是如此，这对于可靠性评估是非常重要的[15]。在这种不确定性的存在下，可能会出现多种情况以及各种级别的可靠性。在这种环境下，无论出现何种可信的可靠性水平，都应该确定哪一种自动化反应是有效的，将显著的可靠性成本(财务损失)风险最小化。由于可靠性指标(,)的不确定性，在基于绩效的方案下，公用事业可能面临的财务风险在[3]，[17]中进行了讨论。在[18]中强调，在这种环境下需要新的可靠性投资决策方法。在[19]中提出了一种基于可靠性指标不确定性和存在的情况下提高可靠性的网络翻新策略的改进方法。然而，所提出的方法没有考虑作为可靠性指标评估基础的输入的不确定性(故障率、负载、中断时间)。此外，它们没有涉及在和可靠性指标的不确定性存在的情况下网络自动化的设计。

本文使用模糊集来描述负载、故障率和中断时间的不确定性。提出了一种模糊混合整数线性规划()算法，利用三角模糊数()来描述上述不确定性，从而将经典的模型转化为模糊域。该方法对考虑的模糊数的所有可能区间同时进行不确定性分析。对于每个区间，所提出的算法同时确定了各种新型自动化设备(重合闸、开关、)的数量、类型和位置，以及现有设备的新位置，从而使可靠性成本最小化。这个成本包括新广告的成本、现有广告的搬迁成本，以及根据不同可靠性指标(、、和)的简单绩效方案()定义的奖惩。通过这种方式，所提出的方法可以获得许多不同的自动化场景，并通过使用最大期望货币价值()标准来评估和管理风险[20]，从而选择最佳的自动化场景。本文的主要贡献是一个基于风险的过程，它为决策支持系统提供了一种方法来确定将财务风险降至最低的净工作自动化场景，即，由于可靠性指标(、、和)的不确定性，存在显著可靠性成本的风险。本文的另一个贡献是介绍了在框架下设计网络自动化场景的过程。这提供了一个用于场景基于的工具，在拟议的基于风险的流程的每个步骤中获得最佳的网络自动化场景。在总线4和 123节点馈线测试系统上测试了该方法的有效性，并给出了实验结果与详细分析。。

图1 TFN的模糊隶属函数

2 不确定性建模和基于性能的方案

2.1建模的不确定性

配电网运行条件(湿度、污染等)的变化、测量不完全、规划范围内经济变化的不可预测和不可控制的事件，都会造成配电网负荷、故障率和中断时间的不确定性[15],[16]。为了量化上述不确定性对配电网自动化规划的影响，采用了模糊集。在不完全或不精确信息存在不确定性的情况下，模糊集方法比精确概率方法更能提供一个更好的见解和理解问题的效率[21]，[22]，[23]，[24]。利用三角模糊数()描述了负载的不确定性、瞬态故障和持续故障的故障率以及中断时间。之所以使用模糊数表示，是因为它在提供高质量的系统可靠性不确定性描述的同时，最便于处理[15],[21],[25]。图1表明，变量的值不确定，表示为三角模糊数，该模糊数完全由三重()定义。根据这个预估，的值应该在均值附近，不小于，不大于，如图1所示。每个模糊数完全独特的可以由其的封闭区间所有内的实数来表示[26]。因此, TFN的的值定义为闭区间的上界与下界，如图1所示。本文提出模糊数的表示允许定义模糊数的算术运算对应的算术运算，即，闭区间上的算术运算[21]，[26]；模糊数的算术运算，即, [26]。

不确定数量的 (负荷、故障率和中断时间)的构建数据来源于经验丰富的专家意见和工程师经验以及有限的测量和中断记录[15]、[26]、[27]。在[15]中，提出传统(基于精确数值)分析中使用的值是 的核心()。第3.2节采用了这一概念。

2.2基于性能的方案建模

一般形式下基于性能的供给连续性调节机制如图2所示[1]，[2]。考虑可靠性指标的要求值，作为供应连续性的衡量指标，如图2所示，用表示。网络可靠性等级的惩罚或奖励金额是根据可靠性指标的实现值与通常由监管机构设定的要求值()进行计算的。结合可靠性指标的要求值，设定了可靠性指标的下限()和上限()，在此基础上应用最大奖赏值()或最大惩罚值()。死区限制由下死区限制()和上死区限制()定义，在没有奖励或惩罚的情况下。设计一个足够的性能为基础的方案()已经被广泛的研究，并在最近几年，已被提出[28]-[30]。

中常用的可靠性指标为和 [1]-[4]。此外，本文还考虑了和的应用，并对它们在确定最佳网络自动化方案中的作用进行了评价。考虑瞬时和短期中断的在大型工业试验和商业客户的案例中尤其重要，因为在电机负载较大和电子设备损坏的情况下，这些中断可能导致设备损坏[1]。考虑到长期中断的和，以及都是基于受影响的客户数量，而在负荷相对集中的客户相对较少的地区(工商业客户)，则适于采用基于负荷的指标如来测量可靠性[1]、[2]。

图5绩效计划

3 基于风险的网络程序自动化计划

3.1计算程序

确定存在不确定性的最佳网络自动化场景包括以下步骤。

1)获得一组网络自动化场景:

1.1设置。

1.2由当前值确定左边(LHS) 的值和右边(RHS)的值的隶属度函数的模糊输入量。在这里,模糊输入量是:模糊故障率持续()和瞬态()错误,模糊负荷（）和模糊中断持续系数（）。

1.3利用先前的步骤得到的值，求解第三-B节给出的模糊模型。通过和的值和当前获得的值,获得自动化场景(最优数量、类型和位置的新广告和现有广告)的最优位置。

1.4以增大的值并以增加过的的值重复步骤1.2和1.3。

1.5重复步骤1.4逐渐增加值直到。通过步骤1.2-1.5 获得一系列不同的自动化情况,通过进一步表示。下面将对这些场景进行评估。

2)模糊可靠性指标的计算:

2.1选择场景之一。这个场景进一步由表示。

2.2设置。

2.3由当前值确定隶属度函数的模糊输入量的值()和的值()。

2.4使用步骤2.3中获得的和的值获得当网络自动化场景可控应用时计算模糊可靠性指标，，及的和的值。

2.5以增大的值并以增加过的的值重复步骤2.3和2.4。

2.6重复步骤2.5逐渐增加值直到。通过这种方法，确定了用于自动化场景描述模糊可靠性指标(，，，)的完全模糊数。

2.7重复步骤2.1，2.6，直到对所有场景进行评估。通过这种方法，得到了所有场景的模糊数描述的可靠性指标。

3)选择最优的网络自动化场景：

最优网络自动化方案()是通过使用最大期望货币价值()标准来衡量风险来确定的[20]。在网络自动化规划问题中，该准则适用于总期望可靠性成本最小的情况。

（1）

可靠性预计总成本()是通过下列方式在时间T总结预期成本/收益,所有可能的时间间隔()模糊可靠性指标：

（2）

确定性的程度，即LHS(RHS)值的模糊可靠性指数可能性()是通过应用概念提出[25]。这个概念如图3所示，表达如下：

（3）

是模糊数的隶属函数下的面积对应于值的共同,如图3所示，而是合计下的总面积的隶属函数。

惩罚的成本(奖励)由于对中值在场景的模糊可靠性指数（）和新广告的成本()和现有的广告搬迁成本()将在3.2中叙述。注意到术语在图3对应的奖励的值视为模糊可靠性指标。

图3 预期的成本的计算

3.2模糊混合整数线性规划模型

基于的模型来确定最佳的数量,类型和

英语原文共 11 页

资料编号：[4805]