一種面向智能電網(wǎng)的系統(tǒng)內(nèi)在堅強(qiáng)性評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)評估技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向智能電網(wǎng)的系統(tǒng)內(nèi)在堅強(qiáng) 性評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今世界面臨能源不足、供應(yīng)壓力增加、環(huán)境保護(hù)矛盾突出等問題。風(fēng)能、水電、太 陽能等可再生能源的有效合理利用成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。而各種分布式發(fā)電的接入對傳統(tǒng) 電網(wǎng)的復(fù)雜性、穩(wěn)定性和可控性提出了挑戰(zhàn)和新的要求。中科院院士周孝信指出可再生能 源的大規(guī)模利用是第三代電網(wǎng)的重要特征之一。
[0003] 目前，關(guān)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究還主要集中在控制策略，故障檢測等問題的研究， 而其結(jié)構(gòu)安全性幾乎無人做相關(guān)研究。然而，智能電網(wǎng)的一個重要內(nèi)涵就是堅強(qiáng)性。即能夠 有效抵御自然災(zāi)害或人為的外力破壞，保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。堅強(qiáng)性是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)， 作為未來電網(wǎng)新成員的微網(wǎng)，其堅強(qiáng)性自然也至關(guān)重要。作為一種孤島運(yùn)行的分布式能源， 光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全性直接影響到局域的用戶。而作為并網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其安全 性則直接關(guān)系到大電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
[0004] 縱觀現(xiàn)有的安全性評估方法，其共同特點(diǎn)是都屬于事后評估，即是針對既定系統(tǒng)， 設(shè)備或者電網(wǎng)，采用某些指標(biāo)進(jìn)行評判。這種評估對于在線監(jiān)測電網(wǎng)及設(shè)備的安全運(yùn)行狀 態(tài)監(jiān)測以及故障預(yù)警具有重要的意義，然而卻不能從根本上消除安全隱患。它借助于量測 體系所獲取的數(shù)據(jù)，其評估具有一定的盲目性，并不能從體系結(jié)構(gòu)的深層意義上理解安全 問題。其實(shí)，系統(tǒng)的安全性在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)確定后，就已經(jīng)確定了，這種由系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)所 決定的安全性，這里稱作內(nèi)在堅強(qiáng)性。電網(wǎng)或者設(shè)備之所以存在安全隱患，是由于其內(nèi)在堅 強(qiáng)性不夠高。所謂內(nèi)在堅強(qiáng)性，是電網(wǎng)或者設(shè)備本身的一種固有屬性，指電網(wǎng)或設(shè)備受到各 種干擾因素(設(shè)備故障，天氣變化，人為破壞)而表現(xiàn)出的維持穩(wěn)定可靠運(yùn)行的特性。高級量 測體系是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要研究內(nèi)容，而高級量測體系的主要任務(wù)就是獲取必要信息。 借助于先進(jìn)的參數(shù)量測技術(shù)獲得數(shù)據(jù)，可以評估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性。然 而這種依賴于量測體系的評估屬于事后評估。所謂事后，是指系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定不變的情 況。此時，如果量測體系獲取的信息量不夠充足，從測試的角度考慮，即使再高明的事后評 估方法和診斷方法，也無法保證安全性，因?yàn)槟承┛赡軐?dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)的影響因素根本在既 定的量測體系下無法檢測到，這勢必會直接影響內(nèi)在堅強(qiáng)性。如果信息量足夠充足，則對于 各種原因引起的故障都能夠及時采取相應(yīng)動作，則系統(tǒng)的內(nèi)在堅強(qiáng)性很高。因而內(nèi)在堅強(qiáng) 性，取決于量測系統(tǒng)所獲取的信息量，也就是取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的量測體系布局設(shè) 計情況。要想從根本上消除安全隱患，必須在事前就進(jìn)行評估，即在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度進(jìn) 行內(nèi)在堅強(qiáng)性評估，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)在堅強(qiáng)性不滿足期望，則需要修改系統(tǒng)設(shè)計。從而使得設(shè)計 出來的系統(tǒng)具有滿意的內(nèi)在堅強(qiáng)性，才能從根本上提高系統(tǒng)防御各類干擾的能力，進(jìn)而提 高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。由此可見，內(nèi)在堅強(qiáng)性評估一方面能指導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于 未來的智能電網(wǎng)而言，則就是指導(dǎo)高級量測體系的設(shè)計和布局，另一方面，還可以對事后的 故障診斷以及系統(tǒng)的事后安全性評估提供指導(dǎo)。不僅有效地避免了純粹進(jìn)行事后評估而具 有的盲目性，同時，還可能對設(shè)備的維修提供指導(dǎo)，因而，對內(nèi)在堅強(qiáng)性進(jìn)行客觀評估具有 重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了能夠評價系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全性，從而為量測體系的設(shè)計及優(yōu)化提供指導(dǎo)，也可 以對運(yùn)行中的系統(tǒng)故障診斷提供指導(dǎo)，本發(fā)明提出了一種面向智能電網(wǎng)的系統(tǒng)內(nèi)在堅強(qiáng)性 評價方法，具體內(nèi)容包括：
[0006] 步驟1、將系統(tǒng)中各組成單元的故障失效模式根據(jù)系統(tǒng)工作是否完全中斷分成兩 類:功能故障和災(zāi)難故障；
[0007] 步驟2、在對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能分析基礎(chǔ)上，通過定義信號以及組成單元、測試與信 號直接關(guān)聯(lián)性，來表征系統(tǒng)組成、功能、故障及測試之間相關(guān)性；
[0008] 步驟3、建立系統(tǒng)的故障矩陣，矩陣的行和列分別對應(yīng)不同的故障失效模式和各組 成單元的信號;并且這些信號按照組成單元不同進(jìn)行區(qū)分，在單元內(nèi)部，又按照測試位置的 不同進(jìn)行區(qū)分;然后通過系統(tǒng)仿真或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)，確定故障矩陣；
[0009] 步驟4、從量測空間角度評估內(nèi)在堅強(qiáng)性，分析冗余量測，去除多余的量測；
[0010] 步驟5、從故障空間角度評價內(nèi)在堅強(qiáng)性，合并模糊組故障；
[0011] 步驟6、從量測空間角度評估內(nèi)在堅強(qiáng)性，確定過量測情況下最小量測集；
[0012] 步驟7、從故障空間角度評價內(nèi)在堅強(qiáng)性，確定可定位故障數(shù)目、隱含性故障以及 虛假故障。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：（1)能夠?qū)⒅悄茈娋W(wǎng)中的機(jī)電系統(tǒng)放在統(tǒng)一的框架下進(jìn) 行系統(tǒng)級故障與性能相關(guān)建模。（2)給出智能電網(wǎng)中機(jī)電系統(tǒng)內(nèi)在堅強(qiáng)性評價的體系。（3) 能夠從量測角度進(jìn)行內(nèi)在堅強(qiáng)性評估(4)能夠從故障角度進(jìn)行內(nèi)在堅強(qiáng)性評估。（5)利用最 小量測集和模糊組集合可以指導(dǎo)設(shè)計整個系統(tǒng)的量測體系。（6)利用冗余量測，模糊組故 障，以及隱含故障和虛假故障可以指導(dǎo)故障診斷算法的設(shè)計。（7)可以客觀地評價智能電網(wǎng) 中各種機(jī)電系統(tǒng)的內(nèi)在堅強(qiáng)性屬性，并且做到在故障發(fā)生之前進(jìn)行，對于指導(dǎo)故障診斷算 法以及量測體系設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義，進(jìn)而可以提高系統(tǒng)的內(nèi)在堅強(qiáng)性，從而使之具 有更好的智能性。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的內(nèi)在堅強(qiáng)性評估流程圖；圖中IREM( inherent robustness evaluation metrics)為內(nèi)在堅強(qiáng)性評估指標(biāo)；
[0015]圖2為本發(fā)明的內(nèi)在堅強(qiáng)性評估體系；
[0016] 圖3為采用本發(fā)明的實(shí)施例中的光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖，對實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0018] 本發(fā)明提出的一種面向智能電網(wǎng)的系統(tǒng)內(nèi)在堅強(qiáng)性評價方法一般流程如下圖1所 示，內(nèi)在堅強(qiáng)性評價方法對應(yīng)的內(nèi)在堅強(qiáng)性評估體系如圖2所述，包括故障空間內(nèi)分析和量 測空間內(nèi)分析，該方法是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0019] 步驟1、將系統(tǒng)中各組成單元的故障失效模式根據(jù)系統(tǒng)工作是否完全中斷分成兩 類:功能故障和災(zāi)難故障；
[0020] 步驟2、在對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能分析基礎(chǔ)上，通過定義信號以及組成單元、測試與信 號直接關(guān)聯(lián)性，來表征系統(tǒng)組成、功能、故障及測試之間相關(guān)性；
[0021] 步驟3、建立系統(tǒng)的故障矩陣，矩陣的行和列分別對應(yīng)不同的故障失效模式和各組 成單元的信號;并且這些信號按照組成單元不同進(jìn)行區(qū)分，在單元內(nèi)部，又按照測試位置的 不同進(jìn)行區(qū)分;然后通過系統(tǒng)仿真或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)，確定故障矩陣；
[0022] 所述信號是指表征系統(tǒng)或其組成單元特性的特征、狀態(tài)、屬性及參量，為定量的參 數(shù)值或定性的特征描述，并能夠區(qū)分為正常和異常兩種狀態(tài)，相應(yīng)測試結(jié)論為通過或不通 過兩種情況。
[0023] 所述信號是描述系統(tǒng)的獨(dú)立變量，對應(yīng)于系統(tǒng)傳遞函數(shù)中的獨(dú)立單元，或者是構(gòu) 成系統(tǒng)功能規(guī)范指標(biāo)的截然不同的屬性。
[0024] 所述故障矩陣中，如果某種故障失效模式能夠?qū)δ硞€信號造成影響，使之偏離正 常狀態(tài)，則故障矩陣相應(yīng)的位置為1，否則為〇;并且故障失效模式和信號的關(guān)系按照系統(tǒng)各 部分的連接向后依次傳遞。
[0025] 步驟4、從量測空間角度評估內(nèi)在堅強(qiáng)性，分析冗余量測，去除多余的量測；
[0026] 所述冗余量測的分析方法為:如果故障矩陣中存在完全相同的N個列向量，則稱這 N個列向量互為冗余量測;如果是全1或全0的列亦為冗余量測。
[0027] 步驟5、從故障空間角度評價內(nèi)在堅強(qiáng)性，合并模糊組故障；
[0028] 所述的模糊組故障，是指如果故障矩陣中存在完全相同的Μ個行向量，則稱這Μ個 行向量是屬于同一個模糊組的故障，它們在現(xiàn)有量測體系下是不能診斷定位的。若想進(jìn)一 步區(qū)分模糊組內(nèi)的故障，必須增加新的量測。
[0029] 步驟6、從量測空間角度評估內(nèi)在堅強(qiáng)性，確定過量測情況下最小量測集；
[0030] 所述過量測情況下最小量測集的定義為：假設(shè)過量測情況下，即現(xiàn)有量測一定可 以實(shí)現(xiàn)100%診斷，則最小量測集是指能夠達(dá)到故障診斷目的所需的最少的量測集合。
[0031] 所述最小量測集的確定方法為采用基于信息熵的方法來依次選取具有最大信息 熵的量測信號;假設(shè)測試點(diǎn)是相互獨(dú)立的，并且每個故障發(fā)生的可能性是均等的，則對于某 個特定的測試點(diǎn)nj而言，信息熵或者信息含量I (j)為：
[0033]其中信息熵E(j)定義為：
Η言息含量I(j)的物理意義是:從測 試點(diǎn)W所包含的非精確信息中所捕獲的信息；
[0034] 其中假設(shè)對于某個測試點(diǎn)有k個不互相重疊的模糊組，并且是與測試點(diǎn)1^和 整數(shù)編碼i相關(guān)聯(lián)的模糊組茍中故障的數(shù)目，故障被從模糊組努隔離開的概率為F^/f，其 中f是字典中所列出的所有故障數(shù)目。
[0035] 步驟7、從故障空間角度評價內(nèi)在堅強(qiáng)性，確定可定位故障數(shù)目、隱含性故障以及 虛假故障。
[0036] 所述可定位故障，是指通過一定的故障診斷方法可以唯一定位的那類故障。尋找 模糊組其實(shí)質(zhì)就是在故障矩陣中尋找完全相同的行。用簡單的搜索算法就可以實(shí)現(xiàn)。搜索 到所有的模糊組后，每個模糊組中的所有故障，其特征都相同，所以從診斷的角度來看，它 們只能被當(dāng)作一個故障，則可診斷定位的故障數(shù)目應(yīng)為故障總數(shù)分別扣除每個模糊組的故 障數(shù)，再加上補(bǔ)償，即模糊組總數(shù);而故障可診斷率則為可診斷的故障數(shù)目與故障總數(shù)的比 值。
[0037] 所述隱含性故障，就是指其故障征兆被其它的故障的故障征兆所包含。在單故障 假設(shè)的的情況下，這類故障能夠被診斷定位。然而，實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)往往存在多個故障，假 設(shè)隱含性故障與包含其故障征兆的那個故障同時發(fā)生，則這類隱含性故障就被某個故障 "遮蓋"掉，而不能顯現(xiàn)出來，從而造成漏報現(xiàn)象。那些被某個故障的故障特征"遮蓋"的故障 構(gòu)成了