一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法。所述方法首先对电网稳控系统的隐性故障按功能模块划分，并对各个模块可能存在的隐性故障细化至装置状态量。通过采集得到各个装置的故障率参数，在此基础上建立稳控系统的状态空间图，当稳控系统中有元件故障或故障被修复时，整个系统便在正常运行状态与故障状态之间转化。对建立好的状态空间图进行数学分析，可以求出稳控系统处于隐性故障的概率，最终构建出完备的稳控系统隐性故障模型。本发明专利技术能对稳控系统隐性故障状态进行量化分析，并对系统各个环节可能出现隐性故障的概率进行了求解，从而获得电网稳控系统状态评估结果。结果。结果。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法


[0001]本专利技术涉及电力系统保护和控制
，具体涉及一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法。

技术介绍

[0002]安全稳定控制系统(以下简称稳控系统)是电力系统的第二道或第三道防线，可以自动预防稳定破坏，自动消除异步运行工况，消除可能造成电力系统事故的系统频率及电压故障偏差。稳控系统隐性故障的存在往往会导致电力系统事故的进一步扩大，若引起拒动或者误动，将给电网的运行造成严重危害。因此，为了保证电力系统在发生故障时能正确地切机切负荷，对稳控系统进行状态评估，评估稳控系统当前的运行状况并预测稳控系统未来的运行状况是十分有必要的。稳控系统的隐性故障信息难以挖掘，历史故障统计数据较少，具有隐性故障类型多样、隐性故障特征隐蔽、故障模块分布广泛等特点，故对稳控系统隐性故障进行评估存在较大困难。
[0003]稳控系统的状态评估可以从可靠性角度分析，考虑稳控系统的隐性故障。稳控系统的隐性故障定义为：在系统某一事件发生后，直接引起稳控系统误动、拒动或控制措施不当的一种功能性缺陷。稳控系统隐性故障在不正常状态下才能展现，且稳控系统存在分布式、多运行模块的特点。因此对稳控系统隐性故障进行建模，需要考虑稳控系统各模块隐性故障的共同作用。对于稳控系统而言，其隐性故障不仅存在于硬件中，在其软件、断路器动作值、控制策略等方面都可能存在隐性故障。因此对稳控系统隐性故障建模要结合软硬件模型，全面地建立量化的隐性故障模型。马尔可夫状态空间法、事件树分析法和故障树分析法为主流的分析方法。成功流(GO)法、重要度分析法也是较为常用的隐性故障分析方法。
[0004]现有技术中，稳控系统隐性故障分析仅停留在对可能存在隐性故障的运行环节的总结上，对稳控系统隐性故障量化分析的研究则有很大的缺失。稳控系统与继电保护系统的运行原理存在着较大差异，且运行环节、运行装置等原理都有不同，因此亟需结合稳控系统本身独有的特性，建立完善的稳控系统隐性故障模型，实现考虑隐性故障概率的电力系统稳控系统的状态评估。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术实际需要解决的问题是：如何综合稳控系统各模块隐性故障对稳控系统运行的影响，从稳控装置本体提取建模参数，建立稳控系统隐性故障概率模型，基于稳控系统隐性故障概率模型计算稳控系统状态评估指标，实现考虑隐性故障的稳控系统状态评估。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案:
[0007]一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，包括如下步骤：
[0008]S101、采集稳控系统硬件环节包括测量环节、通信环节和定值环节在一个统计周期内硬件故障的次数和自检系数，采集软件环节的无故障运行时间，采集人工环节中执行
人员完成某项任务所用的中值时间；并采集稳控系统测量环节、通信环节、定值环节、软件环节、人工环节的故障修复率；
[0009]S102、根据步骤S101所采集的各个环节的信息，计算得到稳控系统测量、通信、定值、软件、人工环节的故障率；并对应计算得到各个环节对应的误动率和拒动率；
[0010]S103、根据稳控系统在各个环节的误动率和拒动率，以及对应环节的故障修复率，建立出稳控系统不同状态间转移之间的隐性故障概率模型；
[0011]S104、根据隐性故障概率模型，求解稳控系统处于不同状态的概率；
[0012]S105、由稳控系统处于不同状态的概率，计算稳控系统的状态评估指标。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0014]1.从隐性故障概率建模的角度对稳控系统进行状态评估，引入状态空间法对稳控系统进行隐性故障建模，将稳控系统的状态评估与状态空间的概率指标联系在一起，填补了稳控系统隐性故障评估方面的欠缺。
[0015]2.本专利技术根据采集的统计周期内硬件故障的次数，软件的无故障运行时间，执行人员完成某项任务所用的中值时间，计算稳控系统测量、通信、定值、软件、人工环节的故障率，将稳控系统运行情况概率化分析，实现了量化建模。
[0016]3.本专利技术建立稳控系统不同状态间转移之间的隐性故障概率模型，求解稳控系统处于不同状态的概率，计算稳控系统的状态评估指标，完成对稳控系统的状态评估。与现有状态评估方法相比，能充分考虑稳控系统隐性故障对其状态的影响，并直观、量化地描述稳控系统运行中状态转化过程。
[0017]4.本专利技术实施方式明确，仅需采集当前稳控系统运行历史数据，并利用稳控系统现有数据即可实现，且数据处理简单，易于实现，具有较强的经济性和实用性。
附图说明
[0018]为了使专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：
[0019]图1是本专利技术公开的一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法流程图；
[0020]图2是本专利技术实施例中硬件环节的状态转移图；
[0021]图3是本专利技术实施例中软件环节和人工环节的状态转移图；
[0022]图4是本专利技术实施例中稳态系统的状态转移图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]如图1所示，本专利技术公开了一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，包括如下步骤：
[0025]S101、采集稳控系统硬件环节包括测量环节、通信环节和定值环节在一个统计周期内硬件故障的次数和自检系数，采集软件环节的无故障运行时间，采集人工环节中执行
人员完成某项任务所用的中值时间；并采集稳控系统测量环节、通信环节、定值环节、软件环节、人工环节的故障修复率；
[0026]S102、根据步骤S101所采集的各个环节的信息，计算得到稳控系统测量、通信、定值、软件、人工环节的故障率；并对应计算得到各个环节对应的误动率和拒动率；
[0027]S103、根据稳控系统在各个环节的误动率和拒动率，以及对应环节的故障修复率，建立出稳控系统不同状态间转移之间的隐性故障概率模型；
[0028]S104、根据隐性故障概率模型，求解稳控系统处于不同状态的概率；
[0029]S105、由稳控系统处于不同状态的概率，计算稳控系统的状态评估指标。
[0030]在本专利技术实施例中，本专利技术根据采集的统计周期内硬件故障的次数，软件的无故障运行时间，执行人员完成某项任务所用的中值时间，对应计算出稳控系统测量、通信、定值、软件、人工环节的故障率。建立稳控系统不同状态间转移之间的隐性故障概率模型，求解稳控系统处于不同状态的概率，计算稳控系统的状态评估指标，完成对稳控系统的状态评估。本专利技术能准确量化稳控系统各环节概率指标，综合考虑稳控系统隐性故障对于状态评估的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、采集稳控系统硬件环节包括测量环节、通信环节和定值环节在一个统计周期内硬件故障的次数和自检系数，采集软件环节的无故障运行时间，采集人工环节中执行人员完成某项任务所用的中值时间；并采集稳控系统测量环节、通信环节、定值环节、软件环节、人工环节的故障修复率；S102、根据步骤S101所采集的各个环节的信息，计算得到稳控系统测量、通信、定值、软件、人工环节的故障率；并对应计算得到各个环节对应的误动率和拒动率；S103、根据稳控系统在各个环节的误动率和拒动率，以及对应环节的故障修复率，建立出稳控系统不同状态间转移之间的隐性故障概率模型；S104、根据隐性故障概率模型，求解稳控系统处于不同状态的概率；S105、由稳控系统处于不同状态的概率，计算稳控系统的状态评估指标。2.根据权利要求1所述的一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，其特征在于，步骤S102中，通信环节的故障率按以下方法确定：通信环节的故障率包括集线器、交换机、路由器、IED网络接口设备和服务器计算所得的故障率，通信环节的故障率为：λ
t
＝λ
h
+λ
swi
+λ
r
+λ
I
+λ
ser
式中，λ
h
为集线器故障率、λ
swi
为交换机故障率、λ
r
为路由器故障率、λ
I
为IED网络接口设备、λ
ser
为服务器故障率；通信环节的误动率为：通信环节的拒动率为：各通信部件故障率的计算方法如下：式中，λ
tx
表示通信部件tx的故障率，T
atx
为通信部件tx进行统计的时间周期，C
tx
为统计期间通信部件tx发生故障的次数；n
tx
表示所统计同电压等级的通信部件的数量；tx表示通信部件，包括集线器h、交换机swt、路由器r、IED网络接口设备t和服务器ser。3.根据权利要求1所述的一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，其特征在于，步骤S102中，测量环节的故障率按以下方法确定：测量环节的故障率包括CPU、DDR存储器、Flash、合并单元故障率，测量环节的故障率为：λ
c
＝λ
cpu
+λ
ddr
+λ
flash
+λ
hb
式中，λ
cpu
为CPU故障率、λ
ddr
为DDR存储器故障率、λ
flash
为Flash故障率、λ
hb
为合并单元故障率；测量环节的误动率表示为：
测量环节的拒动率表示为：各测量部件故障率的计算方法如下：式中，λ
cx
表示测量部件cx的故障率，T
acx
为测量部件cx进行统计的时间周期，C
cx
为统计期间测量部件cx发生故障的次数；n
cx
表示所统计同电压等级的测量部件的数量；cx表示测量部件，包括CPUcpu、DDR存储器ddr、Flashflash、合并单元hb。4.根据权利要求1所述的一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，其特征在于，步骤S102中，定值环节的故障率按以下方法确定：定值环节的故障率包括开关控制器逻辑节点，隔离开关逻辑节点和断路器逻辑节点处的故障率，以及由于动作定值设置不当导致稳控系统失效的故障率；定值环节的误动率为：定值环节的拒动率为：式中，λ
cs
为开关控制器的故障率、λ
xs
为隔离开关的故障率、λ
xc
为断路器逻辑节点的故障率、λ
W1i,j
为动作定值设置不当造成稳控系统误动的故障率，λ
J1i,j
为由于动作定值设置不当造成稳控系统拒动的故障率；各定值部件故障率的计算方法如下：式中，λ
dx
表示定值部件dx的故障率，T
adx
为定值部件dx进行统计的时间周期，C
dx
为统计期间定值部件dx发生故障的次数；n
dx
表示所统计同电压等级的定值部件的数量；dx表示定值部件，包括开关控制器cs、隔离开关xs和断路器xc；由于动作定值设置不当造成稳控系统误动的故障率为：由于动作定值设置不当造成稳控系统拒动的故障率为：式中，C
J11
和C
W11
为统计期间由于定值设置不当发生一类拒动和误动的次数；C
J12
为统计期间在检测中被发现的会导致一类拒动的次数；C
J13
为可能出现漏检情况的次数。
5.根据权利要求1所述的一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，其特征在于，步骤S102中，软件环节的故障率按以下方法确定：软件环节的故障率为：软件环节的误动率为：软件环节的拒动率为：式中，τ为累积执行时间，即程序从开始运行到本次评估可靠性所经历的时间；τ
′
为程序运行时间，即从本次评估软件可靠性开始程序可无故障运行的时间；λ0为初始故障率，与最初的无故障运行时间T0及软件的缺陷总数M0有关。6.根据权利要求1所述的一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，其特征在于，步骤S102中，人工环节的故障率按以下方法确定：人工环节的误动率为：人工环节的拒动率为：式中：t为操作人员所下达操作任务的响应时间；T
0.5
为执行人员完成某项任务所用的中值时间；η、β分别为认知行为模型的尺度、形状因数。7.根据权利要求1所述的一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，其特征在于，步骤S103中，稳控系统不同状态间转移的隐性故障概率模型为：对于硬件环节中的通信环节、测量环节、定值环节，因具有自检功能，其故障可使得稳控系统转化为误动或拒动状态，转化为误动状态的概率依次为(1
‑
C
t
)λ
tw
，(1
‑
C
c
)λ
cw
和(1
‑
C
d
)λ
dw
，转化为拒动状态的概率依次为(1
‑
C
t
)λ
tj
，(1
‑
C
c
)λ
cj
和(1
‑
C
d
)λ
dj
；当故障被修复后，稳控系统恢复到正常工作状态，恢复到正常工作状态的概率为依次为μ
tw
、μ
tj
、μ
cw
、μ
cj
、μ
dw
和μ
dj
；对于人工环节与软件环节，因无自检功能，环节故障将直接导致稳控系统失效；稳控系统由正常工作状态转化为误动状态的概率依次为λ
sw
和λ
rw
，转化为拒动状态的概率依次为λ
sj
和λ
rj
；当故障被修复后，稳控系统恢复到正常工作状态，恢复到正常工作状态的概率依次为μ
sw
、μ
sj
、μ
rw
和μ
rj
；其中，λ
tw
为通信环节发生故障导致稳控系统误动的误动率；λ
tj
为通信环节发生故障导致稳控系统拒动的拒动率；λ
cw
为测量环节发生故障导致稳控系统误动的误动率；λ
cj
为测量
环节发生故障导致稳控系统拒动的拒动率；λ
dw
为定值环节发生故障导致稳控系统误动的误动率；λ
dj
为定值环节发生故障导致稳控系统拒动的拒动率；λ
sw
为软件环节发生故障导致稳控系统误动的误动率；λ
sj
为软件环节发生故障导致稳控系统拒动的拒动率；λ
rw
为人工环节发生故障导致稳控系统误动的误动率；λ
rj
为人工环节发生故障导致稳控系统拒动的拒动率；μ
tw
为通信环节误动失效的修复率；μ
tj
为通信环节拒动失效的修复率；μ
cw
为测量环节误动失效的修复率；μ
cj
为测量环节拒动失效的修复率；μ
dw
为定值环节误动失效的修复率；μ
dj
为定值环节拒动失效的修复率；μ
sw
为软件环节误动失效的修复率；μ
sj
为软件环节拒动失效的修复率；μ
rw
为人工环节误动失效的修复率；μ
rj
为人工环节拒动失效的修复率；C
t
为通信环节的自检系数；C
c
为测量环节的自检系数；C
d
为定值环节的自检系数。8.根据权利要求1所述的一种考虑隐性故障的电网稳控系统状态评估方法，其特征在于，步骤S103中，稳控系统不同状态间转移的隐性故障概率模型量化为：稳控系统的平稳状态转移概率矩阵P为：P(n)＝[P0,P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9,P
10
]稳控系统的状态转移矩阵为：式中：s1＝λ
tw
(1
‑
C
t
)+λ
tj
(1
‑
C
t
)+λ
cw
(1
‑
C
c
)+λ
cj
(1
‑
C
c
)+λ
dw
(1
‑
C
d
)+λ
dj
(1
‑
C
d
)+λ
sw
+λ
sj
+λ
rw
+λ
rj
其中，P(n)表示系统处于状态n的平稳状态转移概率矩阵，P0表示系统处于正常状态的平稳状态概率；P1表示系统处于由通信环节故障造成系统误动状态的平稳状态概率；P2表示系统处于由通信环节故障造成系统拒动状态的平稳状态概率；P3表示系统处于由测量环节故障造成系统误动状态的平稳状态概率；P4表示系统处于由测量环节故障造成系统拒动状态的平稳状态概率；P5表示系统处于由定值环节故障造成系统误动状态的平稳状态概...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳金鑫，张澳归，熊俊，余建峰，蒋航，
申请(专利权)人：国家电网公司西南分部，
类型：发明
国别省市：