一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法技术方案

一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，所述方法建立设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型；考虑设备时变故障率对系统可靠性分析的影响，采用序贯仿真方法产生老化失效时间，确定在同一老化时间分布下的设备老化不可用率；在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真方法中，建立设备全寿命周期故障率的仿真模型，实现基于设备全寿命周期故障率的配电系统可靠性计算。为便于设备可靠性成本的分析比较，在现值法的基础上建立可靠性投资/回报分析模型，通过算例说明设备全寿命周期故障率对于配电系统可靠性规划的必要性，对于提高电力系统规划的合理性和经济性具有重要意义。

A reliability evaluation method of distribution system based on equipment life cycle

A method for reliability evaluation of distribution system of equipment based on the full life cycle, the method of establishing the fault operation period of the plant life cycle rate model; considering the effect of time-varying failure rate analysis on the reliability of the system, using the sequential simulation method of aging failure at the same time, to determine the distribution of the aging time aging equipment unavailability; sequential Monte Carlo simulation method in the reliability of the system, establish the simulation model of the failure rate of equipment life cycle, achieve the reliability of power distribution system of equipment life cycle based on failure rate calculation. Comparison analysis for equipment reliability cost, establish the reliability analysis model based on investment / return value method, through an example of equipment life cycle failure rate is necessary for reliability planning and distribution system, has an important significance for improving power system planning rationality and economy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法
本专利技术涉及一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，属配电系统可靠性

技术介绍
随着电力体制改革的不断推进，电网对电网运行的经济性分析越来越重视，其中电网规划是提高电网中长期经济运行的重要手段。在配电系统的可靠性规划和设计阶段，主变、开关和线路等电气设备的在使用年限内的故障率对于配电系统的经济运行具有重要影响。配电系统常用的可靠性评估方法分为解析方法与仿真方法。解析评估方法虽然具有评估耗时短的优势，但一旦遭遇系统规模扩大以及复杂多变的运行工况，其建模往往会遇到比较大的困难。相比之下，仿真评估方法能够从组成系统的单个元件入手，处理更加复杂的元件状态特性和相互之间的影响，因此，可以更加方便地模拟整个复杂系统的随机行为。在仿真方法中，序贯蒙特卡洛方法具备了模拟具有时间相关性的复杂系统行为的能力，因而对系统的可靠性评价也最为精确。显然，在仿真方法中，各个电气元件的故障率对于可靠性评估的结果具有直接的影响。传统的评估方法一般以年平均故障/修复率为已知参数，这种考虑虽然简化了分析过程，同时也忽略了元件的运行条件、环境状况以及自身老化等因素在其全寿命运行周期中不断变化的规律，由此导致的系统可靠性估计偏差不可忽略。有的文献详细分析了随天气变化的设备故障/修复率对系统可靠性的影响；考虑了元件的老化特性和修复条件对系统可靠性的影响，并分别用3种序贯仿真方法进行了对比分析；提出了老化不可用率的概念，在此基础上，推导了一种老化不可用率的解析求解方法，并进一步说明了电气元件老化对系统可靠性的显著影响。由此可见，处于不同运行时期下的元件故障率对系统可靠性均会造成不同程度的影响，进而影响系统的最终规划决策。尤其随着分布式电源和新型负荷的接入，配电系统的规模越来越大，电气设备的种类也越来越丰富，设备对系统的最终规划决策的影响也越来越复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，所述方法建立设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型；考虑设备时变故障率对系统可靠性分析的影响，采用反变换法产生老化失效时间，确定在同一老化时间分布下的设备不可用率；在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真方法中，建立设备全寿命周期故障率的仿真模型，实现基于设备全寿命周期故障率的配电系统可靠性计算。所述方法按照如下步骤实现：步骤1：在设备的全寿命运行周期内，依据故障诱发的主导因素，将故障划分为典型的3种模式：早期磨合故障、偶然失效故障和老化疲劳故障。依据故障与诱因关联数据分门别类的统计提取各故障模式故障率。步骤2：综合考虑元件的运行年限和修复作用的影响，建立设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型。步骤3：考虑元件时变故障率对系统可靠性分析的影响，采用序贯仿真方法(反变换法)产生老化失效时间，确定在同一老化时间分布下的设备不可用率。步骤4：在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真方法中，建立设备全寿命周期故障率的仿真模型，实现基于设备全寿命周期故障率的配电系统可靠性计算。步骤5：在现值法的基础上建立可靠性投资/回报分析模型，计算设备投资维护成本，为规划设计提供决策。所述设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型包括投运早期故障率数学模型、常态运行期的故障率模型、老化维修期的故障率模型和加速老化期故障率模型；所述投运早期故障率数学模型为：λel(t)＝λin(t)+λrm(t)，0≤t<Tin；其中，λin(t)为早期故障率，为指数模型；λrm(t)为偶然故障率；所述常态运行期的故障率模型：λno(t)＝λrm(t)，Tin≤t<Tno；其中，Tno为常态运行期的结束时刻；所述老化维修期的故障率模型：λma(t)＝λ′om(t)+λrm(t)，Trm≤t<Tom；其中，λo'm(t)为元件在t′时刻发生故障，经过tr时间得以修复，元件在t＝t′+tr+△t时刻的故障率；所述加速老化期故障率模型：λaa(t)＝had(t)+λrm(t)Tom≤t≤TL；其中，had(t)为设备老化失效危险率。所述设备全寿命周期故障率的仿真模型为：λc(t)＝λel(t)+λno(t)+λma(t)+λaa(t)Ts-T0≤t≤Ts-T0+Φ其中，Ts为待评估时间段的起始时刻；T0为设备的投运时刻；Φ为时间段跨度。所述偶然故障率λrm(t)与某种外部条件相依的连续模型为：λrm＝F(Ω)；式中：Ω为外部环境变量矢量，由于外部环境随时间连续变化，偶然故障率亦可看成是时间的函数，即λrm(t)，由于偶然故障存在于设备的整个生命周期，因此，0≤t≤TL，TL为元件的寿命；所述早期故障率λin(t)为指数模型，其表达式为：λin(t)＝αe-βt，0≤t<Tin；式中：α>0为投运早期的初始故障率；Tin为投运早期的结束时间阈值。所述元件在t＝t′+tr+△t时刻的故障率λ′om(t)为：λ′om(t)＝λom[q(t′+tr)+△t]故障后的元件，在某一修复策略下，其故障率降低的幅度可以通过“缩减”元件的实际服役年龄得以实现，年龄缩减量则与修复因子q有关，0≤q≤1，q值越小修复效果越明显。所述设备老化失效危险率had(t)为，式中，Fad(t)，fad(t)分别为老化故障时间的积累概率和概率密度函数；而老化危险率与故障时间的概率分布之间具有一一对应的关系：所述老化失效时间的仿真方法采用反变换法实现；历史运行时间T的元件在[T,T+X]间隔内发生故障的条件概率可以表达为：通过随机产生服从(0，1)区间均匀分布的随机数；借助上式即可求得以正常运行时刻T为参考时刻的老化失效随机故障时间x：其中，u表示随机数。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出了一种计及设备全寿命周期故障率的配电系统可靠性评估方法，考虑元件时变故障率对系统可靠性分析的影响，采用序贯仿真方法(反变换法)产生老化失效时间，确定在同一老化时间分布下的设备不可用率，并结合现值分析法讨论了全寿命周期故障率对于设备投资维护成本的影响。本专利技术可为考虑全寿命周期故障的配电网可靠性评估工作提供重要的指导意义。附图说明图1为本专利技术实施例中RBTS系统网络拓扑；图2为本专利技术实施例中全寿命周期故障率曲线图；图3为本专利技术实施例中系统各项成本现值与线路9的役龄关系；图4为本专利技术实施例中不同I0′值与出现R>0的年份之间关系；图5为设备全寿命周期阶段划分及对应故障模式示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，首先对故障模式和设备全寿命周期阶段划分：在建立设备全寿命周期的故障率模型前，综合3种故障模式(早期磨合故障、偶然失效故障和老化疲劳故障)，并将设备全寿命周期划分为4个阶段：投运早期、常态运行期、老化维护期、加速老化期。如图5所示。其次，基于设备的全寿命周期理论和周期划分，建立配电设备的全寿命周期故障率数学模型；并考虑不同运行期的设备所经历的故障模式特点以及修复等因素，可以对每个运行期的故障率分别建模。然后，考虑故障时间与更换时间对系统可靠性分析的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，其特征在于，所述方法建立设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型；考虑设备时变故障率对系统可靠性分析的影响，采用序贯仿真方法产生老化失效时间，确定在同一老化时间分布下的设备老化不可用率；在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真方法中，建立设备全寿命周期故障率的仿真模型，实现基于设备全寿命周期故障率的配电系统可靠性计算。

【技术特征摘要】
1.一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，其特征在于，所述方法建立设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型；考虑设备时变故障率对系统可靠性分析的影响，采用序贯仿真方法产生老化失效时间，确定在同一老化时间分布下的设备老化不可用率；在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真方法中，建立设备全寿命周期故障率的仿真模型，实现基于设备全寿命周期故障率的配电系统可靠性计算。2.根据权利要求1所述的一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，其特征在于，所述设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型包括投运早期故障率数学模型、常态运行期的故障率模型、老化维修期的故障率模型和加速老化期故障率模型；所述投运早期故障率数学模型为：λel(t)＝λin(t)+λrm(t)，0≤t<Tin；其中，λin(t)为早期故障率，为指数模型；λrm(t)为偶然故障率；所述常态运行期的故障率模型：λno(t)＝λrm(t)，Tin≤t<Tno；其中，Tno为常态运行期的结束时刻；所述老化维修期的故障率模型：λma(t)＝λ′om(t)+λrm(t)，Trm≤t<Tom；其中，λo'm(t)为元件在t′时刻发生故障，经过tr时间得以修复，元件在t＝t′+tr+△t时刻的故障率；所述加速老化期故障率模型：λaa(t)＝had(t)+λrm(t)Tom≤t≤TL；其中，had(t)为设备老化失效危险率。3.根据权利要求1所述的一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，其特征在于，所述设备全寿命周期故障率的仿真模型为：λc(t)＝λel(t)+λno(t)+λma(t)+λaa(t)Ts-T0≤t≤Ts-T0+Φ其中，Ts为待评估时间段的起始时刻；T0为设备的投运时刻；Φ为时间段跨度。4.根据权利要求2所述的一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，其特征在于，所述偶然故障率λrm(t)与某种外部条件相依的连续模型为：λrm＝F(Ω)；式中：Ω为外部环境变量矢量，由于外部环境随时间连续变化，偶然故障率亦可看成是时间的函数，即λrm(t)，由于偶然故障存在于设备的整个生命周期，因此，0≤t≤TL，TL为元件的寿命；所述早期故障率λin(t)为指数模型，其表达式为：λin(t)＝αe-βt，0≤t<Tin；式中：α>0为投运早期的初始故障率；Tin为投运早期的结束时间阈值。5.根据权利要求2所述的一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，其特征在于，所述元件在t＝t′+tr+△t时刻的故障率λ′om(t)为：λ′om(t)＝λom[q(t′+tr)+△t]故障后的元件，在某一修复策略下，其故障率降低的幅度可以通过“缩减...

【专利技术属性】
技术研发人员：程虹，陈会员，熊宁，朱文广，肖园，钟士元，李海坤，
申请(专利权)人：国网江西省电力公司经济技术研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江西,36