一種評(píng)估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法
【專利摘要】一種對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的評(píng)估方法，本發(fā)明根據(jù)數(shù)字化繼電保護(hù)的組成和1特點(diǎn)，以保護(hù)功能的信息流作為研究對(duì)象，以圖形建模和可靠性框圖的分析原理為基礎(chǔ)建立數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析的模型，并以實(shí)例計(jì)算作為【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明提出的可靠性分析方法是以已知構(gòu)成繼電保護(hù)系統(tǒng)各元件的元件可靠度為基礎(chǔ)進(jìn)行分析和計(jì)算，其結(jié)果可以作為評(píng)價(jià)不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性的高低，以此來選出更為合適的系統(tǒng)組成方式，可用于數(shù)字化變電站前期的規(guī)劃。本發(fā)明的方法所提出的可靠性的建模及計(jì)算方法比較直觀，思路清晰，可以直接通過數(shù)字化變電站的拓?fù)鋱D直接抽象出可靠性的計(jì)算模型。
【專利說明】一種評(píng)估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的評(píng)估方法，屬變電站繼電保護(hù)系 統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 在20世紀(jì)80年代，可靠性分析開始應(yīng)用于電力系統(tǒng)之中，由最初的規(guī)劃可靠性分 析逐漸擴(kuò)展到電力系統(tǒng)的各個(gè)方面。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，最初常用正確動(dòng)作率、平均無故障 工作時(shí)間（MTBF)、平均壽命（MTTF)等指標(biāo)來作為可靠性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，然而這些指標(biāo)只能通 過以往的數(shù)據(jù)來對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行一個(gè)大致的評(píng)價(jià)，而無法預(yù)測(cè)和估計(jì)一個(gè)系統(tǒng)可能具有 的可靠性，在指導(dǎo)繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)方面的應(yīng)用具有一定的局限性。
[0003] 目前在保護(hù)可靠性評(píng)估建模及指標(biāo)求解方面，主要分為解析法和模擬法兩種。解 析法主要是利用系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)內(nèi)部各元件之間的邏輯關(guān)系，建立起可靠性的計(jì) 算模型，再通過代入數(shù)值進(jìn)行迭代運(yùn)算等過程，最終計(jì)算出系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，可靠性評(píng) 估中廣泛采用的主要是馬爾可夫模型法、故障樹法等，另外還有比較新穎的成功流方法 (Goal Oriented，G0)，都屬于解析法求解可靠性的范疇。而模擬法則是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法， 通過對(duì)概率分布采樣選擇和估計(jì)狀態(tài)，其中包括蒙特卡羅模擬法和非指數(shù)分布法等等。解 析法與模擬法分別有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，解析法的物理概念相比較而言更為清晰，模型的精 度更高，但是計(jì)算量偏大，尤其是對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)而言，其計(jì)算時(shí)長(zhǎng)會(huì)隨著系統(tǒng)的復(fù)雜程度 呈指數(shù)上升，模擬法計(jì)算可靠性的方法較為直觀，但由于其與統(tǒng)計(jì)性質(zhì)相關(guān)，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確 性較差，且計(jì)算時(shí)間與精度緊密相關(guān)。
[0004] 數(shù)字化變電站通過將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)等新興科學(xué)引入到變 電站的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，使得變電站中的信息傳遞更加趨向于數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。隨著非 常規(guī)互感器和智能斷路器等新技術(shù)的發(fā)展以及IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的提出，數(shù)字化變電站逐漸 形成一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的架構(gòu)體系，以往變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中信息難以共 享，設(shè)備之間不具備互操作性，系統(tǒng)可展性差等不足之處將得以克服。
[0005] 作為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的第一道防線，繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行不可或 缺的組成部分，其正確動(dòng)作與否將對(duì)電力設(shè)備安全和供電可靠性產(chǎn)生直接的影響，正是由 于其所處的特殊地位，繼電保護(hù)系統(tǒng)一般被要求具有很高的可靠程度，包括故障時(shí)的可靠 動(dòng)作與非故障時(shí)的可靠不動(dòng)作。對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的可靠性評(píng)估，可以發(fā)現(xiàn)其中的 薄弱環(huán)節(jié)并加以克服和改正，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)具有重要意義。
[0006] 數(shù)字化變電站獨(dú)有的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、元件特性和通信方式，使其繼電保護(hù)系統(tǒng)面 臨著完全不同的現(xiàn)狀，主要有：（1)元件眾多。諸如合并單元、智能終端和交換機(jī)等傳統(tǒng)變 電站中沒有的元件出現(xiàn)在了數(shù)字化的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，給保護(hù)功能帶來便捷的同時(shí)，對(duì)其 可靠性能也產(chǎn)生了一定的影響。（2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以往點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式被以太網(wǎng)所取代，由 交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)改變了以往單一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使之變得更加復(fù)雜，因而交換機(jī)的接線方 式在很大程度上決定了整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)信息通路的可靠性。（3)信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸。數(shù) 字變電站以報(bào)文式的網(wǎng)絡(luò)通信方式通信，總是會(huì)存在有不可靠的因素，有可能會(huì)發(fā)生丟包 或是網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等現(xiàn)象，這在繼電保護(hù)系統(tǒng)中是不允許出現(xiàn)的。因此諸如VLAN分區(qū)隔離技 術(shù)、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列技術(shù)、快速生成樹協(xié)議、IGMPSnooping組播過濾技術(shù)等將會(huì)應(yīng)用于數(shù)字化變 電站之中，以確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0007] 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中存在有同步對(duì)時(shí)信息、以SV報(bào)文形式傳輸?shù)牟蓸?信息、以GOOSE報(bào)文形式傳輸?shù)臄嗦菲骺刂萍盃顟B(tài)信息三種信息流，三種信息流的連通性 對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要，除此之外，有的保護(hù)功能會(huì)需要與其他保護(hù)單元配 合，所以保護(hù)單元之間有時(shí)也會(huì)存在GOOSE報(bào)文的交換。
[0008] 本發(fā)明利用可靠性框圖的分析原理，結(jié)合數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)信息流的特 點(diǎn)，建立起可靠性的分析摸型，提出一種針對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估方 法?？煽啃钥驁D的分析方法是利用系統(tǒng)內(nèi)部元件之間的邏輯關(guān)系，以節(jié)點(diǎn)和連線的形式表 現(xiàn)出來，并最終框圖進(jìn)行數(shù)學(xué)分析從而得出系統(tǒng)可靠性的方法。這種分析方法在結(jié)構(gòu)上 一目了然，可以清楚的知道系統(tǒng)與其內(nèi)部構(gòu)成元件之間的關(guān)系，邏輯清晰，并且計(jì)算過程簡(jiǎn) 單，計(jì)算速度快。在可靠性框圖中，有節(jié)點(diǎn)和連線兩種結(jié)構(gòu)，其都是從實(shí)際的物理結(jié)構(gòu)中抽 象而來，代表了其中的各個(gè)元件。每個(gè)元件都有自身的可靠性數(shù)值，稱為元件可靠度，有時(shí) 為了計(jì)算方便，可以不考慮連線的可靠性數(shù)值。每個(gè)可靠性框圖代表了一種或多種功能的 實(shí)現(xiàn)，其能成功完成的可能性，也就是該功能的可靠性既與元件可靠度有關(guān)，也與元件之間 的結(jié)構(gòu)關(guān)系有關(guān)，可靠性框圖的分析方法就是綜合考慮這兩點(diǎn)，利用數(shù)學(xué)的計(jì)算方法，得到 最終的結(jié)果。
[0009] 對(duì)于一個(gè)由若干元件組成的系統(tǒng)，如果任一元件故障或是失效就會(huì)引起系統(tǒng)故 障，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就被稱為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)內(nèi)元件之間的關(guān)系就是串聯(lián)關(guān)系，如圖1所 /_J、1 〇
[0010] 對(duì)于一個(gè)由m個(gè)元件串聯(lián)組成的系統(tǒng)，其可靠性表達(dá)式為：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種評(píng)估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，包括， 所述方法把整個(gè)智能變電站的信息流系統(tǒng)等效為一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)式的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)要完成 其功能，其組成元件所連接成的必要回路必須連通，此時(shí)回路連通的概率就可以作為該系 統(tǒng)的可靠性數(shù)值；所述方法利用最小路集法求解二端網(wǎng)絡(luò)可靠性； 所述方法利用框圖模型建立數(shù)字化變電站同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)框圖模型、SV報(bào)文信息回路的 框圖模型、斷路器回路GOOSE報(bào)文信息回路框圖模型和輔助保護(hù)單元回路GOOSE報(bào)文信息 回路框圖模型，從而獲得相應(yīng)的信息回路； 所述方法在所述信息回路和組成元件的基礎(chǔ)上，求解數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的整 體可靠性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法，其特征是， 所述方法求解數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體可靠性時(shí)，將傳輸介質(zhì)看作節(jié)點(diǎn)間的連 線，而其他元件看作節(jié)點(diǎn)，數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)就可以看作是一個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所述同 步對(duì)時(shí)系統(tǒng)框圖模型、SV報(bào)文信息回路、斷路器回路GOOSE報(bào)文信息回路和輔助保護(hù)單元 回路GOOSE報(bào)文信息回路的各類信息回路的可靠性運(yùn)用最小路集法計(jì)算二端網(wǎng)絡(luò)連通率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電臺(tái)區(qū)電壓偏低判別方法，其特征是，所述求解整個(gè)繼電 保護(hù)系統(tǒng)可靠性按下面的步驟進(jìn)行： (1) 對(duì)時(shí)回路的元件可靠性較為特殊，應(yīng)放在首要的位置計(jì)算，對(duì)時(shí)回路的可靠性應(yīng)該 加入設(shè)備本身的可靠性，形成修正后的元件可靠性表達(dá)式，如下所示：
式中：R'm、R'PK和R'IT分別表示修正后的合并單元、保護(hù)單元和智能終端的可靠性； LTSiu、LTS_PIU和LTS_ITii分別表示同步時(shí)鐘源分別到合并單元、保護(hù)單元和智能終端的第i 條最小路徑，η表不最小路徑的數(shù)量；P(L TS_PIU)、P(LTS_PIU)和P(LTS_ IT，i)分別表不 LtS-PR，i 和 Lts-IT，i 的可靠性； 每個(gè)互感器到主保護(hù)單元之間都存在一條SV信息回路，每個(gè)斷路器到主保護(hù)單元之 間都存在一條GOOSE信息回路，運(yùn)用最小路集法，SV信息回路、GOOSE信息回路的可靠性可 按下式求解；
其中，RSu表示第j個(gè)互感器所對(duì)應(yīng)的SV信息回路的可靠性，R_SE。.表示第j個(gè)斷路 器所對(duì)應(yīng)的GOOSE信息回路的可靠性，LMI_PIU和LPK_ BIU分別表示第j條SV信息回路和第j 條GOOSE信息回路的第i條路徑； (2) SV信息可靠性和GOOSE信息可靠性則根據(jù)各條路徑是串聯(lián)關(guān)系還是并聯(lián)關(guān)系進(jìn)行 計(jì)算，如果一個(gè)保護(hù)單元需采集多個(gè)互感器信息，或是控制多臺(tái)斷路器，則每條信息的可靠 性為串聯(lián)關(guān)系，SV信息可靠性和GOOSE信息可靠性按下式求解：
對(duì)于一套保護(hù)而言，其需要SV信息和GOOSE信息同時(shí)正常工作，因此兩者之間為串聯(lián) 關(guān)系，其可靠性計(jì)算表達(dá)式如下式所示： RsYS，i - Rsv · R&XISE 式中，RSYS，i表示第i個(gè)保護(hù)單元對(duì)應(yīng)的單套繼電保護(hù)的可靠性； (3)根據(jù)單套繼電保護(hù)可靠性表達(dá)式計(jì)算得系統(tǒng)的整體可靠性表達(dá)式，如下式所示：
0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種評(píng)估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法，其特 征在于，所述同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)框圖模型中，同步對(duì)時(shí)信息回路的起點(diǎn)是同步時(shí)鐘源，終點(diǎn)是各 個(gè)需要同步對(duì)時(shí)的智能電子裝置，包括合并單元、保護(hù)單元和智能終端；所述SV報(bào)文信息 回路的框圖模型中，SV報(bào)文的信息回路起始于互感器，經(jīng)由合并單元和交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)后，最 終到達(dá)保護(hù)單元；所述斷路器回路GOOSE報(bào)文信息回路框圖模型中，GOOSE報(bào)文信息回路， GOOSE報(bào)文作為跳合鬧信號(hào)、開關(guān)位置信息和閉鎖信號(hào)信息的載體，通過交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)在保 護(hù)單元和智能終端之間傳輸，并最終達(dá)到控制斷路器；GOOSE報(bào)文信息回路框圖模型，輔助 保護(hù)單元回路GOOSE報(bào)文信息回路，通過交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)在主保護(hù)單元與輔助保護(hù)單元之間傳 輸。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104217120SQ201410468766
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】郭亮, 孫旻, 熊華強(qiáng), 榮彩霞, 王文彬 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院