基于蒙特卡洛模拟的电网DICP系统可靠性评估方法_花洁.pdf

控制理论与应用Control Theory and Applications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications基于蒙特卡洛模拟的电网DICP系统可靠性评估方法*花 洁（广东电网有限责任公司佛山供电局,广东 佛山 528000）摘要:当前的电网DICP系统可靠性评估方法无法获取信道干扰项和损耗，导致评估结果准确性偏低。为此，提出蒙特卡洛模拟下的电网DICP系统可靠性评估方法。将电网DICP系统可靠性与电力数据传输模型相结合，分析蒙特卡洛模拟下信道干扰项和损耗对电网DICP系统可靠性的影响，通过计算电力数据在两个传输节点之间的链路分组丢失率，建立DICP系统信道模型。利用电网DICP系统的网络模型示意图，合理规划电网的边权重，形成一个新的网络节点运行体系。将电网DICP系统节点数量规划看成电网流量规划，计算电网DICP系统可靠性评估指标。实验结果表明方法的耗时更短，准确性更高，具有更好的评估性能。关键词:蒙特卡洛模拟；DICP系统；可靠性评估中图分类号：TP391;TM743文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)06-0050-04Reliability Evaluation Method of Power Grid DICP SystemBased on Monte Carlo SimulationHUA Jie(Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.,Ltd.,Foshan 528000 China)Abstract:Current reliability evaluation methods of power grid DICP system cannot obtain channel interference and loss,which leads to lowaccuracy of evaluation results.Therefore,the reliability evaluation method of power grid DICP system under Monte Carlo simula-tion is proposed.The reliability of DICP system is combined with the power data transmission model,and the influence of chan-nel interference items and losses on the reliability of DICP system is analyzed under Monte Carlo simulation.The channel modelof DICP system is established by calculating the link packet loss rate of power data between two transmission nodes.Using thenetwork model diagram of power grid DICP system,the edge weight of power grid is reasonably planned,and a new networknode operation system is formed.The grid DICP system node number planning is regarded as the grid flow planning,and the reli-ability evaluation index of the grid DICP system is calculated.Experimental results show that the proposed method has shortertime consumption,higher accuracy and better evaluation performance.Keywords:Monte Carlo simulation;DICP system;reliability assessment*基金项目：广东电网有限责任公司佛山供电局资助项目（030600KK52200033）收稿日期:2021-07-09DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）06-0050-04.1引言电力系统在运行过程中的主要目标就是将一部分电力通过调度智能指挥系统(DICP)可靠地分配给各级用户，其运行的根本要求就是可靠性、经济性和安全性1。由于城市电网结构相对比较复杂，影响电网DICP系统可靠性的因素有很多，很难通过建立数学模型的方式分析电网DICP系统的可靠性变化过程。在电网DICP系统可靠性评估中，由于受到网络规模和元件数量的影响，蒙特卡洛模拟法是电网DICP系统可靠性评估的常用方法2。将解析和模拟结合，获取电网DICP系统的可靠性指标，将马尔可夫链蒙特卡洛模拟的方式应用到电网DICP系统的可靠性评估中，采用抽样器模拟马尔科夫链，抽取元件状态，但是这一方法无法从根本上解决电网干扰以及损耗问题3。因此，需要利用最小割集的思想，在电网DICP系统运行的条件下，掌握电网DICP系统的可靠性评估基础，预测出电网DICP系统在今后运行中的可靠性水平，保证电网DICP系统的安全运行。许鹏程等人考虑到传统蒙特卡洛模拟受到电网规模的影响，无法满足电力系统可靠性评估的实时性，将交叉熵与极限学习机结合，设计一种可靠性评估方法，通过引入交叉熵的方式，在抽样环节建立元件的最优概率分布，加快可靠性评估指标的收敛速度，利用极限学习机监督并学习抽样的状态样本，对大电网的可靠性进行评估，结果显示，在一定的误差范围内，该评估方法的计算效率出现了明显的提高4；崔凯等人针对分布式电源输出功率的分布特点，采用马尔可夫链-蒙特卡洛法，建立了多状态50自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期控制理论与应用Control Theory and ApplicationsTechniques ofAutomation&Applications概率模型，提出了基于微电网内电源输出功率的多状态估计方法，对微电网内储能装置充放电特性及负荷水平的不确定性进行了分析，提出了微电网可靠度估计流程，并通过实例验证了该方法在实际应用中的有效性5。基于以上研究背景，本文将蒙特卡洛模拟应用到了电网DICP系统的可靠性评估中，从而提高电网DICP系统的可靠性评估性能。2电网DICP系统可靠性评估方法2.1建立DICP系统信道模型为评估电网DICP系统的可靠性，需要建立一个DICP系统信道模型，先制定电网DICP系统信道的损失模型，表示为：(1)式中，表示电网DICP系统信道的损失因子，d表示电网DICP系统与用户之间的平均距离，d表示电网DICP系统与用户之间的初始距离，s表示衰减因子，A表示电网DICP系统信道损耗，Xf表示频率修正因子，其中、A和Xf的计算公式为：(2)式中，a、b、hb和c表示常数。通常情况下，电网DICP系统信道的变化与用户的移动速度具有非常密切的关系6，并且电网DICP系统信道的时间特征需要符合Rice分布，利用公式(3)可以计算电网DICP系统信道的概率密度函数，表示为：(3)式中，rd表示电网DICP系统信道的幅度，表示多径幅度，I0表示零阶Bessel函数，r表示电力数据的有效成分，K表示Rice因子，利用公式(4)可以表示出电网DICP系统信道的累计分布函数，即：(4)式中，Q表示蒙特卡洛模拟函数。假设电网DICP系统信道接收数据的瞬时功率为P0，与干扰对应的瞬时功率为P，电网DICP系统信道受到衰减造成的信道损耗率为，通过Rice分布干扰造成的损耗率为，那么电网 DICP 系统信道的损耗率计算公式为：(5)假设电网DICP系统信道的上、下链路都是相互独立的7，那么电力数据在两个传输节点之间的链路分组丢失率可以通过下式计算，即：(6)式中，表示电网DICP系统信道的上链路损耗率，表示电网DICP系统信道的下链路损耗率。将电网DICP系统可靠性与电力数据传输模型相结合，分析蒙特卡洛模拟下的信道干扰项和损耗对电网DICP系统可靠性的影响，通过计算电力数据在两个传输节点之间的链路分组丢失率，建立了DICP系统信道模型。2.2电网DICP系统的可靠性指标以电网DICP系统为载体8，分析了电网DICP系统节点的权重，塑造一个加权的电网DICP系统，如图1所示。图1电网DICP系统的网络模型示意图网络站点表示电网DICP系统的站点，边线表示电力传输路线，在图1中共包括11个站点，电网DICP系统的稳定性可以保证电网的正常运行9。在保证电网DICP系统处于稳定的状态下，对电网的权重进行合理地规划，形成一个新的网络节点运行体系，确保电网DICP系统运行节点的数量达到最低，增强电网DICP系统的可靠性10。在电网DICP系统可靠性评估中，传统的可靠性评估指标已经不适用，需要提出一个新的可靠性评估指标11。根据电网流量的分配原理，将电网DICP系统中的节点运行数量规划过程，看成电网流量的规划过程。对电网流量和DICP系统的可靠性进行全面分析，计算了电网DICP系统可靠性的评估指标，公式为：51控制理论与应用Control Theory and Applications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications(7)式中，si表示电网DICP系统的电网节点数，s表示电网DICP系统运行节点数，di表示不同节点的可靠性，D表示节点的总度数，N表示电网DICP系统站点数。电网DICP系统的可靠性指标可以分析出电网DICP系统的流量和节点度数，度数越高、电网流量越大，说明电网DICP系统节点的价值度越高，可以真实反映出电网DICP系统节点的实际价值12。在公式(7)中，评估指标f的值越大，说明电网流量的均衡性越好，避免单个电网DICP系统节点失效引起电网失效或崩溃，增强了电网DICP系统的可靠性。利用电网DICP系统的网络模型示意图，对电网的权重合理地规划，形成一个新的网络节点运行体系，将电网DICP系统中的节点运行数量规划过程，看成电网流量的规划过程，计算了电网DICP系统可靠性的评估指标。2.3电网DICP系统可靠性评估流程根据电网DICP系统可靠性的评估指标计算结果，采用正态分布的方式，描述电力数据在电网DICP系统中传输时间的分布情况13，传输的电力数据应该遵循N(,2)分布，alink表示电力数据在电网DICP系统中的传输速率，用来衡量电网DICP系统链路的传输能力，表示为：(8)假设(tR)表示电网DICP系统链路中剩余生命时间分布情况，fT(t)表示电力数据在电网DICP系统链路中单次传输时间分布情况，在蒙特卡洛模拟下，由于电力数据在电网DICP系统中传输的剩余生命时间与传输时间都是相互独立的14，利用公式(9)可以描述出电力数据在电网DICP系统中传输的剩余生命时间与传输时间之间的联合分布情况，即：(9)利用公式(10)可以反映出电力数据所在电网DICP系统中传输的成功概率，即：(10)式中，tR表示电网DICP系统信道出现繁忙的概率，在评估电网DICP系统的可靠性时，采用电网DICP系统链路的剩余时间生命时间估计值来描述指数分布情况，fT(t)应该遵循正态分布，考虑到电网DICP系统链路的生命时间和时间分布，计算出电力数据在电网DICP系统中传输的成功概率，公式为：(11)根据公式(11)的计算结果，可以得到电网DICP系统可靠性评估模型，表示为：(12)式中，T表示电力数据在电网DICP系统中的传输节点。假设L=l1,ln表示电网DICP系统节点s与节点