計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法，構(gòu)建電力設備時變故障率模型；根據(jù)時變故障率模型；從平均無效度角度建立計劃檢修周期與系統(tǒng)可靠性之間的函數(shù)關系，計算系統(tǒng)可靠性指標；考慮電力設備檢修成本、停電成本建立系統(tǒng)總成本與計劃檢修周期之間的函數(shù)關系，利用該函數(shù)關系求取系統(tǒng)總成本對計劃檢修率的靈敏度，利用該靈敏度大小判別電網(wǎng)各設備是否處于最優(yōu)計劃檢修周期和優(yōu)化調(diào)整各設備計劃檢修周期，最終實現(xiàn)電網(wǎng)各設備計劃檢修周期都達到最優(yōu)；采用本發(fā)明可發(fā)現(xiàn)并解決現(xiàn)有電網(wǎng)計劃檢修周期安排中部分電力設備存在過檢修或欠檢修的問題，綜合協(xié)調(diào)電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟性。
【專利說明】計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力檢修技術(shù)，具體涉及一種計及電力設備故障率時變條件下基于可靠性成本/效益分析的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法，屬于電力系統(tǒng)可靠性評估和計劃檢修周期優(yōu)化領域。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電機、變壓器、輸電線路作為發(fā)輸電組合系統(tǒng)的關鍵組成設備，其可靠性對整個電網(wǎng)的安全可靠運行至關重要。電力設備在長期運行中受損耗、自身老化和隱藏故障等因素的影響，可靠性水平隨著時間的增長具有累積效應，為了規(guī)避因電力設備失效概率的攀升導致系統(tǒng)停電風險的增加，需要對電力設備進行定期檢修。根據(jù)電力設備相關檢修導則，發(fā)電機組、變壓器、輸電線路按照檢修規(guī)模和停用時間劃分為A、B、C、D四個檢修等級，其中C級檢修根據(jù)設備的磨損、老化規(guī)律，有重點地進行檢查、修理和少量零件的更換。
[0003]現(xiàn)有計劃檢修研究大多在設備故障率為恒定值的假設下進行檢修時段的優(yōu)化安排，而對故障率非恒定情況下電力設備的計劃檢修周期少有研究，計劃檢修周期常以相關檢修導則為參考予以確定。然而，檢修導則中相同類型和容量的設備在各檢修等級下對應的周期都相同，沒有考慮設備自身老化磨損規(guī)律、運行條件以及運行環(huán)境的不同。此外，即使是相同設備，其在系統(tǒng)中位置的不同，對系統(tǒng)可靠性的影響程度也大不一樣，對系統(tǒng)可靠性影響較大的設備理應需要相對更多的檢修以獲得更優(yōu)的可靠性水平。因而有必要從系統(tǒng)層面，綜合考慮設備的主要停運因素開展設備的計劃檢修周期優(yōu)化規(guī)劃研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有電網(wǎng)計劃檢修周期未考慮設備故障率時變規(guī)律和設備類型、位置等對系統(tǒng)可靠性影響的不足，本發(fā)明的目的是提供一種計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法，本方法能夠發(fā)`現(xiàn)并解決現(xiàn)有電網(wǎng)計劃檢修周期安排中部分電力設備過檢修或欠檢修的問題，綜合協(xié)調(diào)電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟性。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法，具體步驟如下:
[0007]I)采用狀態(tài)枚舉法枚舉電力系統(tǒng)一定故障階數(shù)范圍內(nèi)的系統(tǒng)低階故障狀態(tài)，并基于直流潮流最優(yōu)削負荷模型計算各枚舉狀態(tài)下的系統(tǒng)最小削負荷量；若削負荷量大于0，則記錄下該系統(tǒng)狀態(tài)及對應的削負荷量，否則繼續(xù)枚舉，直到枚舉結(jié)束，從而最終得到一組系統(tǒng)故障狀態(tài)(X1, X2,…，Xm)以及對應的削負荷量(LC1, LC2,…，LCm)，其中m為枚舉到的系統(tǒng)故障狀態(tài)數(shù)；
[0008]2)根據(jù)電力設備自身老化、外界環(huán)境和檢修等主要因素對其故障率的影響構(gòu)建計及計劃檢修周期的電力設備時變故障率模型；所述電力設備為發(fā)電機、變壓器和輸電線路；該外界環(huán)境包括天氣和溫度；得到電網(wǎng)系統(tǒng)中各電力設備時變故障率模型的參數(shù)；并輸入各電力設備修復時間、初始計劃檢修率；[0009]3)根據(jù)各電力設備的計劃檢修率、修復時間和故障率函數(shù)，計算各電力設備平均無效度，基于平均無效度計算各系統(tǒng)故障狀態(tài)的概率；再根據(jù)可靠性指標計算公式，利用電力設備的平均無效度和第I)步得到的系統(tǒng)故障狀態(tài)(X1,x2，-,Xffl)以及對應的削負荷量(LC1, LC2,…，LCffl)計算系統(tǒng)可靠性指標，系統(tǒng)可靠性指標包括系統(tǒng)失負荷概率LOLP和系統(tǒng)期望缺供電量EENS ；
[0010]雖然LOLP與系統(tǒng)停電成本之間沒有直接的數(shù)學關系，但間接相關。LOLP表示的是系統(tǒng)失去負荷的概率，即系統(tǒng)發(fā)生停電現(xiàn)象可能性大小的宏觀描述，一般來說，系統(tǒng)LOLP越大，各故障狀態(tài)導致的停電量越大，則EENS會越高，停電成本就會越大。雖然LOLP沒有反映停電的嚴重度，但LOLP也能反映出一定的系統(tǒng)可靠性水平。計算L0LP、EENS是為了評估系統(tǒng)的可靠性水平。
[0011]4)根據(jù)單位停電成本和系統(tǒng)可靠性指標計算系統(tǒng)停電成本，根據(jù)各電力設備單位計劃檢修成本和故障檢修成本結(jié)合第3)步的計劃檢修率和故障率函數(shù)得到系統(tǒng)檢修成本，系統(tǒng)停電成本和系統(tǒng)檢修成本共同構(gòu)成系統(tǒng)總成本；建立系統(tǒng)總成本與計劃檢修周期之間的函數(shù)關系，利用該函數(shù)關系求取系統(tǒng)總成本對計劃檢修率的靈敏度；
[0012]5)將靈敏度由大到小排序，如果所有電力設備的靈敏度絕對值都小于預設的門檻值esp，則該靈敏度對應的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期；否則調(diào)整計劃檢修周期，直到系統(tǒng)總成本對計劃檢修率的靈敏度小于預設的門檻值esp，滿足該要求的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期。
[0013]其中第5)步的計劃檢修周期按下述方法進行調(diào)整:設序號為X的電力設備經(jīng)靈敏度排序后序號變?yōu)閒，若滿足X' Snsrt，且靈敏度I(X)滿足I(X) >esp，則令序號為χ的電力設備計劃檢修率λ " (χ) =0.99 λ " (χ);若義'≥N-nset,且I (χ)〈-esp,則令λ" (χ)=1.01λ" (χ)，基于重新確定的電力設備計劃檢修率得到新的計劃檢修周期，從而得到系統(tǒng)總成本相對于新的計劃檢修率靈敏度100，再判斷靈敏度100是否小于預設的門檻值esp，如果滿足，則調(diào)整后的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期，否則重復步驟3) _5)，直到靈敏度I (χ)小于預設的門檻值esp。
[0014]N為系統(tǒng)的電力設備數(shù)量，nset為設定序號，代表每次預設進行計劃檢修周期調(diào)大或調(diào)小的電力設備數(shù)量；esp為靈敏度門檻值；λ " (χ)為序號為χ的電力設備計劃檢修率。
[0015]進一步地，第3)步系統(tǒng)失負荷概率LOLP和系統(tǒng)期望缺供電量EENS按下述過程求得，設N個電力設備組成的系統(tǒng),各電力設備狀態(tài)相互獨立,分別為S1, S2, S3,…，SN, Sk=O表示電力設備k處于正常狀態(tài)，Sk=I表示其處于故障狀態(tài)，則該系統(tǒng)狀態(tài)χ的概率可表示為:
[0016]P(X) =P(S1).P(S2).P(S3)...P(Sn)
[0017]那么，系統(tǒng)失負荷概率LOLP和系統(tǒng)期望缺供電量EENS計算公式如下；
【權(quán)利要求】
1.計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法，其特征在于:具體步驟如下:. 1)采用狀態(tài)枚舉法枚舉電力系統(tǒng)一定故障階數(shù)范圍內(nèi)的系統(tǒng)低階故障狀態(tài)，并基于直流潮流最優(yōu)削負荷模型計算各枚舉狀態(tài)下的系統(tǒng)最小削負荷量；若削負荷量大于O，則記錄下該系統(tǒng)狀態(tài)及對應的削負荷量，否則繼續(xù)枚舉，直到枚舉結(jié)束，從而最終得到一組系統(tǒng)故障狀態(tài)(X1, X2,…，Xm)以及對應的削負荷量(LC1, LC2,…，LCm)，其中m為枚舉到的系統(tǒng)故障狀態(tài)數(shù)； .2)根據(jù)電力設備自身老化、外界環(huán)境和檢修等主要因素對其故障率的影響構(gòu)建計及計劃檢修周期的電力設備時變故障率模型；所述電力設備為發(fā)電機、變壓器和輸電線路；該外界環(huán)境包括天氣和溫度；得到電網(wǎng)系統(tǒng)中各電力設備時變故障率模型的參數(shù)；并輸入各電力設備修復時間、初始計劃檢修率； . 3)根據(jù)各電力設備的計劃檢修率、修復時間和故障率函數(shù)，計算各電力設備平均無效度，基于平均無效度計算各系統(tǒng)故障狀態(tài)的概率；再根據(jù)可靠性指標計算公式，利用電力設備的平均無效度和第I)步得到的系統(tǒng)故障狀態(tài)(X1, X2，-,Xffl)以及對應的削負荷量(LC1, LC2,…，LCffl)計算系統(tǒng)可靠性指標，系統(tǒng)可靠性指標包括系統(tǒng)失負荷概率LOLP和系統(tǒng)期望缺供電量EENS ； .4)根據(jù)單位停電成本和系統(tǒng)可靠性指標計算系統(tǒng)停電成本，根據(jù)各電力設備單位計劃檢修成本和故障檢修成本結(jié)合第3)步的計劃檢修率和故障率函數(shù)得到系統(tǒng)檢修成本，系統(tǒng)停電成本和系統(tǒng)檢修成本共同構(gòu)成系統(tǒng)總成本；建立系統(tǒng)總成本與計劃檢修周期之間的函數(shù)關系，利用該函數(shù)關系求取系統(tǒng)總成本對計劃檢修率的靈敏度； .5)將靈敏度由大到小排序，如果所有電力設備的靈敏度絕對值都小于預設的門檻值esp,則該靈敏度對應的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期；否則調(diào)整計劃檢修周期，直到系統(tǒng)總成本對計劃檢修率的靈敏度小于預設的門檻值esp，滿足該要求的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法，其特征在于:其中第5)步的計劃檢修周期按下述方法進行調(diào)整:設序號為X的電力設備經(jīng)靈敏度排序后序號變?yōu)閂，若滿足X' Snsrt，且靈敏度I(X)滿足1(X) >esp，則令序號為X的電力設備計劃檢修率λ " (Χ)=0.99λ〃 (X);若X'≥N-nset,且I (X)〈-esp,則令λ" (χ)=1.01λ" (χ)，基于重新確定的電力設備計劃檢修率得到新的計劃檢修周期，從而得到系統(tǒng)總成本相對于新的計劃檢修率靈敏度100，再判斷靈敏度100是否小于預設的門檻值esp，如果滿足，則調(diào)整后的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期，否則重復步驟3) _5)，直到靈敏度I (χ)小于預設的門檻值esp。 N為系統(tǒng)的電力設備數(shù)量，nset為設定序號，代表每次預設進行計劃檢修周期調(diào)大或調(diào)小的電力設備數(shù)量；esp為靈敏度門檻值；λ " (χ)為序號為χ的電力設備計劃檢修率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法，其特征在于--第3)步系統(tǒng)失負荷概率LOLP和系統(tǒng)期望缺供電量EENS按下述過程求得，設N個電力設備組成的系統(tǒng)，各電力設備狀態(tài)相互獨立，分別為S1, S2, S3,…，SN, Sk=O表不電力設備k處于正常狀態(tài)，Sk=I表示其處于故障狀態(tài)，則該系統(tǒng)狀態(tài)χ的概率可表示為:
P(X)=P(S1).P(S2).P (S3)…P (Sn)那么，系統(tǒng)失負荷概率LOLP和系統(tǒng)期望缺供電量EENS計算公式如下；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計及電力設備時變故障率的電網(wǎng)計劃檢修周期確定方法，其特征在于--第4)步系統(tǒng)停電成本根據(jù)單位停電成本和系統(tǒng)期望缺供電量EENS計算，系統(tǒng)檢修包括事后檢修和計劃檢修兩種；每次檢修成本包括材料費和施工費兩大部分，其中材料費與電力設備的類型、容量有關；設電力設備k(k=l，2，...，N)進行一次事后檢修費用為CKk,包括材料費CMk、單位時間的施工費用CKft/h ;進行一次計劃檢修費用為Cpk,包括材料費CPMk、單位時間施工費用CPft/h ;單位停電成本設為CN/WMh，系統(tǒng)的總費用設為Cttrtal ； 則系統(tǒng)總成本與計劃檢修周期之間的函數(shù)關系如下式，
【文檔編號】G06Q50/06GK103646358SQ201310746200
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】趙淵, 張煦, 謝開貴, 宿曉嵐, 鐘家華, 楊高峰 申請人:重慶大學, 國網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電分公司