專利名稱：一種“三取二”方式直流保護系統可靠性評估方法
技術領域：
本發明涉及一種直流保護系統可靠性評估模型和評估方法，屬于電力系統保護技術領域。
背景技術：
電力系統的可靠性除取決于一次設備的性能和系統結構的穩定外，還與二次控制保護系統密切相關。直流輸電系統的保護功能作為控制功能的后備，其可靠性對全國互聯電網的穩定運行有著重要影響。控制保護系統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系統的配置方案，但這與交流保護系統常用的配置方案不同，因而相應的可靠性評估方法也會有差異。目前，繼電保護可靠性的研究主要針對交流繼電保護系統。繼電保護系統是可修復的系統，這樣的系統可以用Markov過程來描述，因而Markov狀態空間法常用于繼電保護系統的可靠性建模。通過列寫繼電保護系統所處的狀態:正常運行、故障、檢修等，來建立狀態空間，得到可靠性評估模型。現有研究更多的是關注繼電保護裝置的可靠性，以單套裝置為研究對象，很少能從系統級角度實現整個繼電保護系統的可靠性評估。實際上，直流保護系統采用“三取二”冗余配置，3套直流保護的保護功能完全相同，至少兩個系統啟動保護跳閘，直流保護系統的跳閘信號才能最終執行。針對單套裝置的評估結果并不能直接反映整個系統的可靠性，因此需要考慮冗余配置建立整個系統級的可靠性評估模型。同時，現有高壓繼電保護可靠性評估模型雖然考慮到保護的冗余，但其針對的是雙重化配置。本發明同時考慮了保護系統的自檢功能，能夠更好地模擬實際情況。
發明內容
本發明針對現有繼電保護系統的可靠性評估模型中，僅已單套保護為研究對象或考慮了保護的雙重化配置，而未考慮保護可靠性的其他冗余配置方案，因而無法實現“三取二”方式下直流保護系統的可靠性評估。本發明從系統級的角度考慮“三取二”系統冗余配置，同時考慮保護自檢功能，建立了能夠有效模擬直流保護系統狀態轉移情況的可靠性模型，給出了相應的評估方法。一種“三取二”方式直流保護系統可靠性評估方法，該評估方法主要步驟包括:I)考慮一次設備和直流保護自檢功能，定義一次設備和直流保護狀態；2)確定不同狀態之間的狀態轉移關系，建立“三取二”方式直流保護系統Markov狀態空間；3)根據Markov狀態空間計算系統不可用率。所述定義的一次設備和直流保護狀態，具體UP表示處于運行狀態，DN表示處于停運狀態，ISO表示處于一次設備被隔離的狀態，REP表示對一次或二次設備故障后維修狀態，NS表示對一次或二次設備進行檢修狀態；所述的系統不可用率的計算方法，是根據Markov狀態空間，得該系統的狀態轉移矩陣，推導得到系統在各個狀態的平穩狀態概率，系統不可用率即為指保護不可用狀態的駐留概率之和。本發明解決了現有繼電保護設備可靠性評估中，由于交直流保護系統的冗余配置方案的差異，現有方法不能實現“三取二”方式下直流保護系統可靠性評估的問題。本發明同時考慮一次設備和保護自檢功能，使得評估模型更加準確，評估方法更加有效。
圖1是直流保護系統可靠性評估方法流程圖。圖2是“三取二”方式下直流保護系統的狀態空間模型圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。圖1是直流保護系統可靠性評估方法流程圖。圖1中，基于狀態空間理論理論，考慮”三取二”配置方案及一次設備和保護自檢功能，計算直流保護系統不可用率的過程包括:一種“三取二”方式直流保護系統可靠性評估方法，該方法步驟如下:步驟1:考慮一次設備和直流保護自檢功能，定義一次設備和直流保護狀態。狀態空間中符號說明:I) C表示被保護的一次設備；2) Pl> P2、P3分別表不保護系統1、保護系統2、保護系統3 ；3 ) UP表示處于運行狀態；4) DN表示處于停運狀態；5) ISO表示處于一次設備被隔離的狀態；6) REP表示對一次或二次設備故障后維修狀態；7 ) NS表示對一次或二次設備進行檢修狀態；建立狀態空間的假設條件包括:I)裝置故障率和維修率都為常數；2)裝置檢修時必須退出運行；3)裝置檢修后能夠發現裝置所有缺陷，并將其修復到完好的狀態；4)不考慮保護系統P1、P2、P3和保護對象C同時發生故障的情況(P1、P2、P3發生故障總有先后);5)保護P1、P2、P3的檢修相互獨立，不同時對兩套保護進行檢修；6)不考慮人為失誤的影響。步驟2:確定不同狀態之間的狀態轉移關系，建立“三取二”方式直流保護系統Markov狀態空間。狀態空間中參數說明:DFp, Rr分別表示繼電保護裝置的故障率、維修效率2) Fe、Re分別保護對象的故障率、維修效率
3) ST表示繼電保護裝置的自檢有效系數4) Fst表示可被自檢的保護裝置故障，Fst=Fp*ST5) Fpp表示未被自檢的保護裝置故障，Fpp=Fp* (1_ST)6) Fcc表示保護對象和保護裝置同時發生故障的故障率7) Rt表示繼電保護裝置的檢修效率(檢修所需時間倒數)8) Sn表示主保護故障跳閘切除率9) Sb表示后備保護故障跳閘切除率10) IRpm表示保護裝置檢修率(檢修周期倒數)如圖2，狀態I表示保護對象C、保護裝置P1、P2、P3都處于正常運行狀態的情況。狀態2、3、4表示保護對象C處于正常運行狀態，三套保護中的一套由于各種原因不能正常工作的情況。狀態9、10、11表示保護對象C處于正常運行狀態，三套保護中的兩套由于各種原因不能正常工作的情況。狀態14表示保護對象C處于正常運行狀態，三套保護由于各種原因都不能正常工作的情況。狀態5、6表示保護對象C發生故障，三套保護都能正常工作的情況。狀態7、8表示保護對象C發生故障，三套保護中的一套由于各種原因不能正常工作的情況。狀態12、13表示保護對象C發生故障，三套保護中的兩套由于各種原因不能正常工作的情況。狀態15、16表示保護對象C發生故障，三套保護由于各種原因都不能正常工作的情況。步驟3:根據Markov狀態空間計算系統不可用率。對保護系統可靠性的評價，采用不可用率指標表示。直流保護系統不可用率實際上指保護不可用的概率，是圖中所示狀態9、10、11、12、13、14、15、16的概率之和。利用圖2的狀態空間模型，可以得到狀態轉移矩陣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
權利要求
1.一種“三取二”方式直流保護系統可靠性評估方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟: 步驟1:考慮一次設備和直流保護自檢功能，定義一次設備和直流保護狀態； 步驟2:確定不同狀態之間的狀態轉移關系，建立“三取二”方式直流保護系統Markov狀態空間； 步驟3:根據Markov狀態空間計算系統不可用率。
2.根據權利要求1所述的一種“三取二”方式直流保護系統可靠性評估方法，其特征在于，在所述評估方法之前先作如下假設:(I)裝置故障率和維修率都為常數；(2)裝置檢修時必須退出運行；(3)裝置檢修后能夠發現裝置所有缺陷，并將其修復到完好的狀態；(4)不考慮保護系統P1、P2、P3和保護對象C同時發生故障的情況(P1、P2、P3發生故障總有先后)；(5)保護P1、P2、P3的檢修相互獨立，不同時對兩套保護進行檢修；(6)不考慮人為失誤的影響。
3.根據權利要求1所述的一種“三取二”方式直流保護系統可靠性評估方法，其特征在于，所述定義的一次設備和直流保護狀態為:UP表示處于運行狀態，DN表示處于停運狀態，ISO表不處于一次設備被隔離的狀態,REP表不對一次或二次設備故障后維修狀態,NS表不對一次或二次設備進行檢修狀態。
4.根據權利要求1所述的一種“三取二”方式直流保護系統可靠性評估方法，其特征在于，所述系統不可用率計算方法為:根據Markov狀態空間，得該系統的狀態轉移矩陣，推導得到系統在各個狀態的平穩狀態概率，系統不可用率即為指保護不可用狀態的駐留概率之和。
全文摘要
一種直流保護系統可靠性評估模型和評估方法,屬于電力系統保護技術領域。結合一次設備，同時考慮保護自檢情況，定義一次設備和保護狀態；基于Markov狀態空間理論，根據實際直流繼電保護系統“三取二”配置方案，確定不同狀態之間狀態轉移關系；由狀態空間圖得該系統的狀態轉移矩陣，推導得到系統在各個狀態的平穩狀態概率，系統不可用率即為保護不可用狀態的駐留概率之和；從而得到保護系統的不可用率。本發明解決了現有繼電保護設備可靠性評估中由于交直流保護系統的冗余配置方案的差異，現有方法不能實現“三取二”方式下直流保護系統可靠性評估問題。本發明同時考慮一次設備和保護自檢功能，使得評估模型更加準確，評估方法更加有效。
文檔編號G01R31/00GK103197172SQ20131006978
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月5日 優先權日2013年3月5日
發明者薛安成, 王寶, 曹小拐, 章沈泉, 羅麟, 王睿琛, 黃少鋒 申請人:華北電力大學, 中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局
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