一种基于模糊故障率的电网变压器运行风险评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于模糊故障率的电网变压器运行风险评估方法，属于电力系统运行风险评估领域。本发明专利技术划分了变压器的各种运行状态，给出了三角模糊数形式表示的变压器突发故障率和老化故障率，建立基于模糊故障率的变压器马尔可夫状态转移微分方程组，以描述变压器状态转移行为，通过拉氏变换求解变压器状态转移微分方程组，给出基于模糊故障率的变压器可用度解析式，并基于变压器可用度解析式计算电网处于各种运行方式的概率，最后，计算电网各个时刻的变压器运行风险指标。本方法可用于历史统计数据不足情况下的电网变压器运行风险评估，通过借鉴人工经验，给出电网变压器运行风险指标乐观值、悲观值和中间值，给调度人员提供更充分的决策支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊故障率的电网变压器运行风险评估方法
本专利技术涉及一种基于模糊故障率的电网变压器运行风险评估方法，属于电力系统运行风险评估领域。
技术介绍
风险是事件发生可能性和严重性的综合度量，电网运行风险评估可以综合考虑电网运行中所发生故障的严重程度和发生概率，从而揭示电网薄弱环节，给电网调度人员决策提供参考依据。在传统电网运行风险评估中，故障发生可能性的计算主要取决于电力设备故障率参数，而设备故障率参数主要来源于长期历史统计数据或设备生产厂商提供的参考值，这一方法目前面临以下问题：1、由于设备发生故障的可能性极低，故障率数据统计周期极为漫长，这就导致许多地区电网中电力设备历史统计数据样本较少，难以准确计算设备故障率；2、在一些基础设施较为薄弱的地区配电网中，由于设施落后、资金短缺或人力不足等原因，许多设备缺乏历史统计数据，无法计算设备故障率；3、设备故障率通常会随设备运行工况和外界环境而变化，存在一个波动区间，而设备生产厂商提供的故障率参考值，难以反映设备所处的实际运行工况和外部环境等因素，因此准确性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于模糊故障率的电网变压器运行风险评估方法，给出了三角模糊数形式表示的变压器突发故障率和老化故障率，并建立了基于模糊故障率的变压器马尔可夫状态转移微分方程组，通过求解变压器状态转移微分方程组得到变压器可用度解析式，并基于变压器可用度解析式计算电网各个时刻的变压器运行风险指标。本专利技术提出的基于模糊故障率的电网变压器运行风险评估方法，包括以下步骤：（1）将变压器的状态划分为工作状态和故障状态，其中工作状态包括正常、注意和异常，分别记为0、1和2，故障状态根据故障原因细分为突发故障和老化故障，分别记为3和4；（2）分别用和和表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率，用表示变压器的老化故障率，用如下所示的三角模糊数形式表示突发故障率和老化故障率：其中λ03、λ13和λ23分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率的下限值，和分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率上限值，和分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率中间值，λ24表示变压器的老化故障率下限值，表示变压器的老化故障率上限值，表示变压器的老化故障率中间值；下限值为调度人员基于经验给出的故障率乐观估计值，取值范围为0～0.005次/天，上限值为调度人员基于经验给出的故障率悲观估计值，取值范围为0～0.1次/天，中间值为调度人员基于经验和变压器当前运行工况给出的实际估计值，取值范围为0～0.01次/天。（3）建立一个如下所示的变压器马尔可夫状态转移微分方程组：其中，λ01表示变压器由正常状态到注意状态的转移速率，λ12表示变压器由注意状态到异常状态的转移速率，μc表示变压器老化故障的修复率，取值范围为0～1次/天，μb表示变压器突发故障的修复率，取值范围为0～10次/天，和分别表示变压器处于正常、注意和异常状态的概率，表示变压器处于老化故障状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于正常状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于注意状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于异常状态的概率；（4）根据马尔可夫状态转移微分方程组，得到变压器的可用度解析式，具体过程包括以下步骤：（4-1）设变压器初始化时处于正常状态，采用拉氏变换，将上述微分方程组转化成如下代数方程组：其中，s为拉氏变换中的复频率，拉氏变换是将时域内的函数变换到复频域内的复变函数的一个积分变换过程；（4-2）以拉氏变换复频率s为自变量，以变压器处于正常、注意和异常状态的概率和为因变量，将和与s的关系以如下标准形式表达：其中和为标准形式中的中间系数，通常为复数，其模的取值范围通常为0～1；（4-3）将上述标准形式进行拉氏反变换，得到变压器在t时刻处于正常、注意和异常状态的概率的时域解析表达式如下：（4-4）根据步骤（4-3）的时域解析表达式，得到变压器在t时刻的可用度解析式如下：（5）将上述变压器在t时刻的可用度表示为三角模糊数形式如下：...

【技术保护点】
一种基于模糊故障率的电网变压器运行风险评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）将变压器的状态划分为工作状态和故障状态，其中工作状态包括正常、注意和异常，分别记为0、1和2，故障状态根据故障原因细分为突发故障和老化故障，分别记为3和4；（2）分别用和表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率，用表示变压器的老化故障率，用如下所示的三角模糊数形式表示突发故障率和老化故障率：λ~03=(λ‾03,λ^03,λ‾03)]]>λ~13=(λ‾13,λ^13,λ‾13)]]>λ~23=(λ‾23,λ^23,λ‾23)]]>λ~24=(λ‾24,λ^24,λ‾24)]]>其中λ03、λ13和λ23分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率的下限值，和分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率上限值，和分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率中间值，λ24表示变压器的老化故障率下限值，表示变压器的老化故障率上限值，表示变压器的老化故障率中间值；下限值为调度人员基于经验给出的故障率乐观估计值，取值范围为0～0.005次/天，上限值为调度人员基于经验给出的故障率悲观估计值，取值范围为0～0.1次/天，中间值为调度人员基于经验和变压器当前运行工况给出的实际估计值，取值范围为0～0.01次/天。（3）建立一个如下所示的变压器马尔可夫状态转移微分方程组：dP~0dt=-(λ01+λ~03)P~0+μbP~3.0+μcP~4dP~1dt=λ01P~0-(λ12+λ~13)P~1+μbP~3.2dP~2dt=λ12P~1-(λ~23+λ~24)P~2+μbP~3.2dP~3.2dt=λ~23P~2-μbP~3.2dP~3.1dt=λ~13P~1-μbP~3.1dP~3.0dt=λ~03P~0-μbP~3.0dP~4dt=λ~24P~2-μcP~4]]>其中，λ01表示变压器由正常状态到注意状态的转移速率，λ12表示变压器由注意状态到异常状态的转移速率，μc表示变压器老化故障的修复率，取值范围为0～1次/天，μb表示变压器突发故障的修复率，取值范围为0～10次/天，和分别表示变压器处于正常、注意和异常状态的概率，表示变压器处于老化故障状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于正常状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于注意状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于异常状态的概率；（4）根据马尔可夫状态转移微分方程组，得到变压器的可用度解析式，具体过程包括以下步骤：（4‑1）设变压器初始化时处于正常状态，采用拉氏变换，将上述微分方程组转化成如下代数方程组：sP~0-1=-(λ01+λ~03)P~0+μbP~3.0+μcP~4sP~1=λ01P~0-(λ12+λ~13)P~1+μbP~3.1sP~2=λ12P~1-(λ~23+λ~24)P~2+μbP~3.2sP~3.2=λ~23P~2-μbP~3.2sP~3.1=λ~13P~1-μbP~3.1sP~3.0=λ~03P~0-μbP~3.0sP~4=λ~24P~2-μcP~4]]>其中，s为拉氏变换中的复频率，拉氏变换是将时域内的函数变换到复频域内的复变函数的一个积分变换过程；（4‑2）以拉氏变换复频率s为自变量，以变压器处于正常、注意和异常状态的概率和为因变量，将和与s的关系以如下标准形式表达：P~0(s)=Σi=06L~0is-s~i]]>P~1(s)=Σi=18L~1is-s~i]]>P~2(s)=Σi=110L~2is-s~i]]>其中和为标准形式中的中间系数，通常为复数，其模的取值范围通常为0～1；（4‑3）将上述标准形式进行拉氏反变换，得到变压器在t时刻处于正常、注意和异常状态的概率的时域解析表达式如下：P~...

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊故障率的电网变压器运行风险评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将变压器的状态划分为工作状态和故障状态，其中工作状态包括正常、注意和异常，分别记为0、1和2，故障状态根据故障原因细分为突发故障和老化故障，分别记为3和4；(2)分别用和表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率，用表示变压器的老化故障率，用如下所示的三角模糊数形式表示突发故障率和老化故障率：其中λ03、λ13和λ23分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率的下限值，和分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率上限值，和分别表示变压器在正常、注意和异常状态下的突发故障率中间值，λ24表示变压器的老化故障率下限值，表示变压器的老化故障率上限值，表示变压器的老化故障率中间值；下限值为调度人员基于经验给出的故障率乐观估计值，取值范围为0～0.005次/天，上限值为调度人员基于经验给出的故障率悲观估计值，取值范围为0～0.1次/天，中间值为调度人员基于经验和变压器当前运行工况给出的实际估计值，取值范围为0～0.01次/天；(3)建立一个如下所示的变压器马尔可夫状态转移微分方程组：其中，λ01表示变压器由正常状态到注意状态的转移速率，λ12表示变压器由注意状态到异常状态的转移速率，μc表示变压器老化故障的修复率，取值范围为0～1次/天，μb表示变压器突发故障的修复率，取值范围为0～10次/天，和分别表示变压器处于正常、注意和异常状态的概率，表示变压器处于老化故障状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于正常状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于注意状态的概率，表示变压器处于突发故障状态且发生故障前变压器处于异常状态的概率；(4)根据马尔可夫状态转移微分方程组，得到变压器的可用度解析式，具体过程包括以下步骤：(4-1)设变压器初始化时处于正常状态，采用拉氏变换，将上述微分方程组转化成如下代数方程组：其中，s为拉氏变换中的复频率，拉氏变换是将时域内的函数变换到复频域内的复变函数的一个积分变换过程；(4-2)以拉氏变换复频率s为自变量，以变压器处于正常、注意和异常状态的概率和为因变量，将和与s的关系以如下标准形式表达：其中和为标准形式中的中间系数，通常为复数，其模的取值范围通常为0～1；(4-3)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文传，张伯明，孙宏斌，郭昆亚，宁辽逸，王英男，汲国强，黄哲洙，郭庆来，
申请(专利权)人：国家电网公司，清华大学，国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司，
类型：发明
国别省市：北京;11