專利名稱：一種“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型和評(píng)估方法，屬于電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的可靠性除取決于一次設(shè)備的性能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定外，還與二次控制保護(hù)系統(tǒng)密切相關(guān)。直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)功能作為控制功能的后備，其可靠性對(duì)全國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)必須確保自身的高可靠性，因此需采用冗余配置。“三取二”冗余方式是一種常用的直流保護(hù)系統(tǒng)的配置方案，但這與交流保護(hù)系統(tǒng)常用的配置方案不同，因而相應(yīng)的可靠性評(píng)估方法也會(huì)有差異。目前，繼電保護(hù)可靠性的研究主要針對(duì)交流繼電保護(hù)系統(tǒng)。繼電保護(hù)系統(tǒng)是可修復(fù)的系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可以用Markov過(guò)程來(lái)描述，因而Markov狀態(tài)空間法常用于繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性建模。通過(guò)列寫繼電保護(hù)系統(tǒng)所處的狀態(tài):正常運(yùn)行、故障、檢修等，來(lái)建立狀態(tài)空間，得到可靠性評(píng)估模型。現(xiàn)有研究更多的是關(guān)注繼電保護(hù)裝置的可靠性，以單套裝置為研究對(duì)象，很少能從系統(tǒng)級(jí)角度實(shí)現(xiàn)整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。實(shí)際上，直流保護(hù)系統(tǒng)采用“三取二”冗余配置，3套直流保護(hù)的保護(hù)功能完全相同，至少兩個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)跳閘，直流保護(hù)系統(tǒng)的跳閘信號(hào)才能最終執(zhí)行。針對(duì)單套裝置的評(píng)估結(jié)果并不能直接反映整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因此需要考慮冗余配置建立整個(gè)系統(tǒng)級(jí)的可靠性評(píng)估模型。同時(shí)，現(xiàn)有高壓繼電保護(hù)可靠性評(píng)估模型雖然考慮到保護(hù)的冗余，但其針對(duì)的是雙重化配置。本發(fā)明同時(shí)考慮了保護(hù)系統(tǒng)的自檢功能，能夠更好地模擬實(shí)際情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估模型中，僅已單套保護(hù)為研究對(duì)象或考慮了保護(hù)的雙重化配置，而未考慮保護(hù)可靠性的其他冗余配置方案，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)“三取二”方式下直流保護(hù)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。本發(fā)明從系統(tǒng)級(jí)的角度考慮“三取二”系統(tǒng)冗余配置，同時(shí)考慮保護(hù)自檢功能，建立了能夠有效模擬直流保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況的可靠性模型，給出了相應(yīng)的評(píng)估方法。一種“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，該評(píng)估方法主要步驟包括:I)考慮一次設(shè)備和直流保護(hù)自檢功能，定義一次設(shè)備和直流保護(hù)狀態(tài)；2)確定不同狀態(tài)之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，建立“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)Markov狀態(tài)空間；3)根據(jù)Markov狀態(tài)空間計(jì)算系統(tǒng)不可用率。所述定義的一次設(shè)備和直流保護(hù)狀態(tài)，具體UP表示處于運(yùn)行狀態(tài)，DN表示處于停運(yùn)狀態(tài)，ISO表示處于一次設(shè)備被隔離的狀態(tài)，REP表示對(duì)一次或二次設(shè)備故障后維修狀態(tài)，NS表示對(duì)一次或二次設(shè)備進(jìn)行檢修狀態(tài)；所述的系統(tǒng)不可用率的計(jì)算方法，是根據(jù)Markov狀態(tài)空間，得該系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，推導(dǎo)得到系統(tǒng)在各個(gè)狀態(tài)的平穩(wěn)狀態(tài)概率，系統(tǒng)不可用率即為指保護(hù)不可用狀態(tài)的駐留概率之和。本發(fā)明解決了現(xiàn)有繼電保護(hù)設(shè)備可靠性評(píng)估中，由于交直流保護(hù)系統(tǒng)的冗余配置方案的差異，現(xiàn)有方法不能實(shí)現(xiàn)“三取二”方式下直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估的問(wèn)題。本發(fā)明同時(shí)考慮一次設(shè)備和保護(hù)自檢功能，使得評(píng)估模型更加準(zhǔn)確，評(píng)估方法更加有效。


圖1是直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法流程圖。圖2是“三取二”方式下直流保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。圖1是直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法流程圖。圖1中，基于狀態(tài)空間理論理論，考慮”三取二”配置方案及一次設(shè)備和保護(hù)自檢功能，計(jì)算直流保護(hù)系統(tǒng)不可用率的過(guò)程包括:一種“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，該方法步驟如下:步驟1:考慮一次設(shè)備和直流保護(hù)自檢功能，定義一次設(shè)備和直流保護(hù)狀態(tài)。狀態(tài)空間中符號(hào)說(shuō)明:I) C表示被保護(hù)的一次設(shè)備；2) Pl> P2、P3分別表不保護(hù)系統(tǒng)1、保護(hù)系統(tǒng)2、保護(hù)系統(tǒng)3 ；3 ) UP表示處于運(yùn)行狀態(tài)；4) DN表示處于停運(yùn)狀態(tài)；5) ISO表示處于一次設(shè)備被隔離的狀態(tài)；6) REP表示對(duì)一次或二次設(shè)備故障后維修狀態(tài)；7 ) NS表示對(duì)一次或二次設(shè)備進(jìn)行檢修狀態(tài)；建立狀態(tài)空間的假設(shè)條件包括:I)裝置故障率和維修率都為常數(shù)；2)裝置檢修時(shí)必須退出運(yùn)行；3)裝置檢修后能夠發(fā)現(xiàn)裝置所有缺陷，并將其修復(fù)到完好的狀態(tài)；4)不考慮保護(hù)系統(tǒng)P1、P2、P3和保護(hù)對(duì)象C同時(shí)發(fā)生故障的情況(P1、P2、P3發(fā)生故障總有先后);5)保護(hù)P1、P2、P3的檢修相互獨(dú)立，不同時(shí)對(duì)兩套保護(hù)進(jìn)行檢修；6)不考慮人為失誤的影響。步驟2:確定不同狀態(tài)之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，建立“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)Markov狀態(tài)空間。狀態(tài)空間中參數(shù)說(shuō)明:DFp, Rr分別表示繼電保護(hù)裝置的故障率、維修效率2) Fe、Re分別保護(hù)對(duì)象的故障率、維修效率
3) ST表示繼電保護(hù)裝置的自檢有效系數(shù)4) Fst表示可被自檢的保護(hù)裝置故障，F(xiàn)st=Fp*ST5) Fpp表示未被自檢的保護(hù)裝置故障，F(xiàn)pp=Fp* (1_ST)6) Fcc表示保護(hù)對(duì)象和保護(hù)裝置同時(shí)發(fā)生故障的故障率7) Rt表示繼電保護(hù)裝置的檢修效率(檢修所需時(shí)間倒數(shù))8) Sn表示主保護(hù)故障跳閘切除率9) Sb表示后備保護(hù)故障跳閘切除率10) IRpm表示保護(hù)裝置檢修率(檢修周期倒數(shù))如圖2，狀態(tài)I表示保護(hù)對(duì)象C、保護(hù)裝置P1、P2、P3都處于正常運(yùn)行狀態(tài)的情況。狀態(tài)2、3、4表示保護(hù)對(duì)象C處于正常運(yùn)行狀態(tài)，三套保護(hù)中的一套由于各種原因不能正常工作的情況。狀態(tài)9、10、11表示保護(hù)對(duì)象C處于正常運(yùn)行狀態(tài)，三套保護(hù)中的兩套由于各種原因不能正常工作的情況。狀態(tài)14表示保護(hù)對(duì)象C處于正常運(yùn)行狀態(tài)，三套保護(hù)由于各種原因都不能正常工作的情況。狀態(tài)5、6表示保護(hù)對(duì)象C發(fā)生故障，三套保護(hù)都能正常工作的情況。狀態(tài)7、8表示保護(hù)對(duì)象C發(fā)生故障，三套保護(hù)中的一套由于各種原因不能正常工作的情況。狀態(tài)12、13表示保護(hù)對(duì)象C發(fā)生故障，三套保護(hù)中的兩套由于各種原因不能正常工作的情況。狀態(tài)15、16表示保護(hù)對(duì)象C發(fā)生故障，三套保護(hù)由于各種原因都不能正常工作的情況。步驟3:根據(jù)Markov狀態(tài)空間計(jì)算系統(tǒng)不可用率。對(duì)保護(hù)系統(tǒng)可靠性的評(píng)價(jià)，采用不可用率指標(biāo)表示。直流保護(hù)系統(tǒng)不可用率實(shí)際上指保護(hù)不可用的概率，是圖中所示狀態(tài)9、10、11、12、13、14、15、16的概率之和。利用圖2的狀態(tài)空間模型，可以得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣A，其中an=l- (Fc+FST+Fpp+IRpm)a22=l-(Rt+Fc+Fcc)a33=l- (Fc+Fcc+FST+Fpp+IRpm)a44=l- (Rr+Fc+Fcc)a55=l-SnB66=1-Rca77=l-SnB88=1-Rca99=l- (Fc+Fcc+Fpp+Rt)a，n=l_(Fc+Fcc+Fpp)a，12=l-Sba，13=1_0.5Rra，14=1_Fca，15=l-Sba，16=l-l/3Sr
權(quán)利要求
1.一種“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟: 步驟1:考慮一次設(shè)備和直流保護(hù)自檢功能，定義一次設(shè)備和直流保護(hù)狀態(tài)； 步驟2:確定不同狀態(tài)之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，建立“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)Markov狀態(tài)空間； 步驟3:根據(jù)Markov狀態(tài)空間計(jì)算系統(tǒng)不可用率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，其特征在于，在所述評(píng)估方法之前先作如下假設(shè):(I)裝置故障率和維修率都為常數(shù)；(2)裝置檢修時(shí)必須退出運(yùn)行；(3)裝置檢修后能夠發(fā)現(xiàn)裝置所有缺陷，并將其修復(fù)到完好的狀態(tài)；(4)不考慮保護(hù)系統(tǒng)P1、P2、P3和保護(hù)對(duì)象C同時(shí)發(fā)生故障的情況(P1、P2、P3發(fā)生故障總有先后)；(5)保護(hù)P1、P2、P3的檢修相互獨(dú)立，不同時(shí)對(duì)兩套保護(hù)進(jìn)行檢修；(6)不考慮人為失誤的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述定義的一次設(shè)備和直流保護(hù)狀態(tài)為:UP表示處于運(yùn)行狀態(tài)，DN表示處于停運(yùn)狀態(tài)，ISO表不處于一次設(shè)備被隔離的狀態(tài),REP表不對(duì)一次或二次設(shè)備故障后維修狀態(tài),NS表不對(duì)一次或二次設(shè)備進(jìn)行檢修狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種“三取二”方式直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述系統(tǒng)不可用率計(jì)算方法為:根據(jù)Markov狀態(tài)空間，得該系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，推導(dǎo)得到系統(tǒng)在各個(gè)狀態(tài)的平穩(wěn)狀態(tài)概率，系統(tǒng)不可用率即為指保護(hù)不可用狀態(tài)的駐留概率之和。
全文摘要
一種直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型和評(píng)估方法,屬于電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。結(jié)合一次設(shè)備，同時(shí)考慮保護(hù)自檢情況，定義一次設(shè)備和保護(hù)狀態(tài)；基于Markov狀態(tài)空間理論，根據(jù)實(shí)際直流繼電保護(hù)系統(tǒng)“三取二”配置方案，確定不同狀態(tài)之間狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系；由狀態(tài)空間圖得該系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，推導(dǎo)得到系統(tǒng)在各個(gè)狀態(tài)的平穩(wěn)狀態(tài)概率，系統(tǒng)不可用率即為保護(hù)不可用狀態(tài)的駐留概率之和；從而得到保護(hù)系統(tǒng)的不可用率。本發(fā)明解決了現(xiàn)有繼電保護(hù)設(shè)備可靠性評(píng)估中由于交直流保護(hù)系統(tǒng)的冗余配置方案的差異，現(xiàn)有方法不能實(shí)現(xiàn)“三取二”方式下直流保護(hù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估問(wèn)題。本發(fā)明同時(shí)考慮一次設(shè)備和保護(hù)自檢功能，使得評(píng)估模型更加準(zhǔn)確，評(píng)估方法更加有效。
文檔編號(hào)G01R31/00GK103197172SQ20131006978
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者薛安成, 王寶, 曹小拐, 章沈泉, 羅麟, 王睿琛, 黃少鋒 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué), 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局