一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统资产管理领域，尤其涉及一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法。所述方法包括如下步骤：(S1)建立数学模型：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；(S2)系统仿真：在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真中，当考虑设备全寿命周期故障率的特性时，需要按照待评估时间段的起始时刻和设备投运时刻的差值来确定各个设备所处的运行期，从而决定全寿命周期的故障率模型。本发明专利技术能够量化判别设备全寿周期故障率的变化对于系统可靠性评估所具有的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法
本专利技术涉及电力系统资产管理领域，尤其涉及一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法。
技术介绍
目前，用于可靠性分析的方法可以分为两类：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，因此可以更加方便的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。从现有技术中可以看到随天气条件变化的设备故障/修复率对系统可靠性存在较大影响，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种序贯仿真方法作了对比分析。有的文献则在建立的老化不可用率概念的基础上推导了一种老化不可用率的解析求解方法，同时也说明了元件老化对系统可靠的显著影响。有的文献考察了运行环境与故障后服务恢复策略对配电系统供电可靠性的影响。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。目前，传统的互联系统可靠性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。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法。为了实现上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(S1)建立数学模型：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；(S2)系统仿真：在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真中，当考虑设备全寿命周期故障率的特性时，需要按照待评估时间段的起始时刻和设备投运时刻的差值来确定各个设备所处的运行期，从而决定全寿命周期的故障率模型；所述故障模式包括可修复元件故障模式、偶然性故障模式和偶然故障率与某种外部条件相依的连续模式；所述不同运行期包括投运早期、常态运行期、老化维护期和加速老化期。进一步地，所述可修复元件故障模式的故障率的数学定义为：其中，分别代表可修复元件在某一种遵循泊松过程的故障模式c下，[0,t]时间段内的故障率和故障次数，c代表偶然故障模式(rm)或者早期故障模式(in)，E(·)表示数学期望值；所述偶然性故障模式的故障率为常数，可以基于公式(1)在t→∞的条件下经过推导得到：式中，x表示相邻两次故障的随机故障时间；所述偶然故障率亦也看成是时间的函数，即λrm(t)，其中0≤t≤TL，TL为元件的寿命；所述偶然故障率与某种外部条件相依的连续模式的故障率的公式为：λrm＝F(Ω)(18)式中，Ω为外部环境变量矢量。进一步地，所述投运早期的故障率：投运早期的元件故障遵循早期和偶然两种故障模式，在[0,t]内两种故障模式作用下的总期望故障次数可以分解为两部分之和，即：E[Nel(t)]＝E[Nrm(t)]+E[Nin(t)](19)根据公式(1)可知，元件早期故障率亦可通过叠加得到：λel(t)＝λin(t)+λrm(t)(20)对于λin(t)，一种典型的模型为指数模型，其表达式为：λin(t)＝αe-βt，0≤t<Tin(21)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阀值，λin(t≥Tin)≈0；将公式(6)带入公式(5)得到设备早期故障率模型为：λel(t)＝λin(t)+λrm(t)，0≤t<Tin(22)所述常态运行期的故障率：常态运行期的设备所经历的主要故障模式为偶然故障模式，故其故障率为：λno(t)＝λrm(t)，Tin≤t<Tno(23)式中，Tno为常态运行期的结束时刻；所述老化维护期的故障率：处于老化维护期的设备故障以偶然故障为主，其故障是可修复的，具体建模过程如下：首先从元件修复效果来看，可以将修复作用由弱到强依次划分为最小修复、不完全修复、完全修复；若不考虑定期维护作用或认为仅仅采用最小修复时，修复前后的故障率特性不变，典型的故障率模型采用幂律过程进行描述：式中，η>0，σ>1，η和σ分别表示老化维护期的范围scale参数和形状shape参数，Tno为老化维护期的开始时刻，Tom为老化维护期的结束时刻，λom(t<Trm)＝0；若考虑定期维护的修复作用，则可以引入役龄回退因子q来建立修复前后元件故障率关系，表述如下：设元件在t′时刻发生故障，经过tr时间得以修复，则元件在t＝t′+tr+Δt时刻的故障率可以表达为：λ′om(t)＝λom[q(t′+tr)+Δt](25)老化维护期的故障率可以由(3)(10)两部分取和得到：λma(t)＝λ′o′m(t)+λrm(t)，Trm≤t<Tom(26)所述加速老化期的故障率：相对公式(1)可修复元件故障率的定义，不可修复元件故障率用危险率的概念替代，其数学定义为：式中，had(t)为设备老化失效危险率，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；根据式(12)的定义，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：加速老化期的最终的故障率可以由(3)(12)叠加得到：λaa(t)＝had(t)+λrm(t)Tom≤t≤TL(29)进一步地，所述步骤(S2)的具体方法为：设待评估时间段的起始时刻为Ts，时间段跨度为Φ，设备的投运时刻为T0，则设备全寿命周期故障率的仿真模型可由四个时期运行故障率(5)(8)(11)(14)叠加得到式(15)：λc(t)＝λel(t)+λno(t)+λma(t)+λaa(t)，Ts-T0≤t≤Ts-T0+Φ(30)进一步地，在处理老化失效时间仿真问题时，采用稀疏仿真方法，具体为：分别产生两个独立的(0,1)区间均匀分布随机数a，b，从时刻Ts出发，首先以λmax＝max[λad(t):Ts-T0≤t≤Ts-T0+Φ]和a为已知参数，采用反变换法随机产生相应指数分布下的老化故障时间TTF；若λad(TTF+T)/λmax≥b，则接受TTF；否则，重新产生a，b重复上述过程。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种计及设备全寿命周期故障率的互联电力系统可靠性评估方法，能够量化判别设备全寿周期故障率的变化对于系统可靠性评估所具有的影响。同时，针对全寿命周期管理的评价过程中，设备故障率发生波动的情况下，有效的判别设备全寿周期故障率的变化。附图说明图1是全寿命周期故障率曲线示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术的具体实施方案作详细的阐述。这些具体实施方式仅供叙述而并非用来限定本专利技术的范围或实施原则，本专利技术的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。本专利技术提供了一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，所述方法包括如下步骤：(S1)建立数学模型：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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(S1)建立数学模型：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；(S2)系统仿真：在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真中，当考虑设备全寿命周期故障率的特性时，需要按照待评估时间段的起始时刻和设备投运时刻的差值来确定各个设备所处的运行期，从而决定全寿命周期的故障率模型；所述故障模式包括可修复元件故障模式、偶然性故障模式和偶然故障率与某种外部条件相依的连续模式；所述不同运行期包括投运早期、常态运行期、老化维护期和加速老化期。

【技术特征摘要】
1.一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(S1)建立数学模型：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；(S2)系统仿真：在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真中，当考虑设备全寿命周期故障率的特性时，需要按照待评估时间段的起始时刻和设备投运时刻的差值来确定各个设备所处的运行期，从而决定全寿命周期的故障率模型；所述故障模式包括可修复元件故障模式、偶然性故障模式和偶然故障率与某种外部条件相依的连续模式；所述不同运行期包括投运早期、常态运行期、老化维护期和加速老化期。2.根据权利要求1所述的一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，其特征在于：所述可修复元件故障模式的故障率的数学定义为：其中，分别代表可修复元件在某一种遵循泊松过程的故障模式c下，[0,t]时间段内的故障率和故障次数，c代表偶然故障模式(rm)或者早期故障模式(in)，E(·)表示数学期望值；所述偶然性故障模式的故障率为常数，可以基于公式(1)在t→∞的条件下经过推导得到：式中，x表示相邻两次故障的随机故障时间；所述偶然故障率亦也看成是时间的函数，即λrm(t)，其中0≤t≤TL，TL为元件的寿命；所述偶然故障率与某种外部条件相依的连续模式的故障率的公式为：λrm＝F(Ω)(3)式中，Ω为外部环境变量矢量。3.根据权利要求2所述的一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，其特征在于：所述投运早期的故障率：投运早期的元件故障遵循早期和偶然两种故障模式，在[0,t]内两种故障模式作用下的总期望故障次数可以分解为两部分之和，即：E[Nel(t)]＝E[Nrm(t)]+E[Nin(t)](4)根据公式(1)可知，元件早期故障率亦可通过叠加得到：λel(t)＝λin(t)+λrm(t)(5)对于λin(t)，一种典型的模型为指数模型，其表达式为：λin(t)＝αe-βt，0≤t<Tin(6)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阀值，λin(t≥Tin)≈0；将公式(6)带入公式(5)得到设备早期故障率模型为：λel(t)＝λin(t)+λrm(t)，0≤t<Tin(7)所述常态运行期的故障率：常态运行期的设备所经历的主要故障模式为偶然故障模式，故其故障率为：λno(t)＝λrm(t)，Tin≤t<Tno(8)式中，Tno为常态运行期的结束时刻；所述老化维护期的故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨可，凌亮，董昱，张蓓，文旭，高春成，史述红，代勇，方印，王清波，陶力，汪涛，王蕾，袁明珠，李守保，刘杰，赵显，谭翔，王春艳，常新，吴雨健，
申请(专利权)人：国家电网公司，北京科东电力控制系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11