一种层次化保护可靠性评估方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种层次化保护可靠性评估方法和系统，包括根据层次化保护系统在不同层面的失效情况构建对应的故障树模型，故障树模型描述了层次化保护系统运行过程中，影响保护系统可靠性的基本事件与失效结果之间的关系；基于故障树模型中不同基本事件与失效结果之间的关系，构建故障树结构函数；基于故障树结构函数进行序贯蒙特卡洛仿真，根据仿真情况计算层次化保护系统在不同层面的失效概率，并利用失效概率进行系统整体可靠性的评估。本发明专利技术对故障树的底事件的失效分布没有限制，通过模拟系统运行的随机过程来实现可靠性指标的统计计算，具有很强的适应性和解决问题的能力，大大提高了电网运行风险在线评估可靠性和可靠性评估的时间效率。靠性评估的时间效率。靠性评估的时间效率。

【技术实现步骤摘要】
一种层次化保护可靠性评估方法和系统


[0001]本专利技术属于继电保护的可靠性评估
，具体涉及一种层次化保护可靠性评估方法和系统。

技术介绍

[0002]随着国民经济的持续发展，电网规模日益扩大，随大容量间歇性清洁能源不断并网，电网的结构和运行方式越来越复杂，继电保护的可靠性被提出较高的要求，依赖于就地信息的传统继电保护遇到越来越多问题。主要概括为：1)主保护因灵敏度不足或设备硬件故障等原因拒动时造成过长延时或扩大范围的跳闸，可能引发电网局部灾难；2)传统后备保护的整定配合基于固定的运行方式，缺乏自适应应变能力。当电网的网架结构及运行方式因故发生频繁和大幅改变时，易导致后备保护动作特性失配，可能造成误动或扩大事故；3)在电网发生大负荷潮流转移过程中可能引起线路后备保护非预期连锁跳闸，这是导致电网事故扩大甚至大面积停电的一个主要原因。为从根本上克服当前传统继电保护存在的问题，改善继电保护的性能，近年来随着智能电网变电站信息共享技术和光纤通信技术的发展，基于多源信息的继电保护的研究受到了持续关注的热点领域。层次化保护控制是指综合应用电网全景数据信息，通过多原理的故障判别方法和自适应的保护配置，实现时间维、空间维和功能维的协调配合，提升继电保护性能和系统安全稳定运行能力的保护控制系统。层次化保护控制系统由面向被保护对象的就地级保护、面向变电站的站域保护控制和面向区域多个变电站的广域保护控制组成。继电保护正常工作与否直接关系到电力系统的运行可靠性，提高继电保护可靠性是提高电力系统安全可靠运行水平的前提和基础。
[0003]在工程应用中，提高继电保护可靠性的措施不外乎两种：提高装置可靠性和实行多重化的保护配置。目前研究可靠性的常用方法主要分为解析法和模拟法，解析法包括：网络法、最小路集法、最小割集法、Markov状态空间法、故障树分析法、GO法；模拟法主要有蒙特卡罗仿真法。根据所分析对象的功能特点不同，相应的评估方法和可靠性指标也会有所不同，可选择适当的可靠性评估方法进行可靠性分析。一般认为继电保护系统属于可修复系统。网络法利用组件串并联关系进行系统可靠性相关概率的计算，构造故障树时易发生错误，忽略系统内部的作用关系，有的不能进行定量分析，通用性较差且难以独立反映组件的修复过程。常规故障树分析法、最小路集法、最小割集法和GO法涉及修复过程时还需结合Markov模型的模块化算法，增加了计算复杂度。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在解决现有针对层次化保护控制的继电保护系统可靠性的评估方法具有的上述问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种层次化保护可靠性评估方法，包括如下步骤：
[0007]根据层次化保护系统在不同层面的失效情况构建对应的故障树模型，故障树模型
描述了层次化保护系统运行过程中，影响保护系统可靠性的基本事件与失效结果之间的关系；
[0008]基于故障树模型中不同基本事件与失效结果之间的关系，构建故障树结构函数；
[0009]基于故障树结构函数进行序贯蒙特卡洛仿真，根据仿真情况计算层次化保护系统在不同层面的失效概率，并利用失效概率进行系统整体可靠性的评估。
[0010]进一步的，根据层次化保护系统构建的故障树模型包括就地层、站域层和广域层三个层面，其中，就地层和广域层的故障树模型具体包括：
[0011]就地层包括就地保护采样系统拒动失效、就地保护采样系统误动失效、就地保护跳闸系统拒动失效和就地保护跳闸系统误动失效四种类型的故障树；
[0012]广域层包括广域后备保护采样系统拒动失效、广域后备保护采样系统误动失效、广域后备保护跳闸系统拒动失效、广域后备保护跳闸系统误动失效、广域通信网络系统失效以及广域后备保护系统整体误动和拒动。
[0013]进一步的，故障树结构函数，具体如下：
[0014]φ[X(t)]＝φ[x1(t),......,x
n
(t)][0015]φ(t)＝φ[x(t)][0016]式中，x
i
(t)表示第i个基本事件在t时刻的状态，发生记为1，未发生记为0；φ(t)表示系统在t时刻的状态，发生记为1，未发生记为0；φ[X(t)]为定义的故障树结构函数，n为基本事件的数量。
[0017]进一步的，基于故障树结构函数进行序贯蒙特卡洛仿真，根据仿真情况计算层次化保护系统在不同层面的失效概率，具体包括：
[0018]设置系统的最大工作时间，将它等分为若干个时间间隔；
[0019]确定系统中第j个基本部件的失效分布函数；
[0020]确定第i次仿真中第j个部件的失效时间t
ij
并按抽样时间由小到大的顺序排序，失效时间基于抽样时间计算得到；
[0021]初始化仿真时间、系统正常运行的时间和次数以及失效的时间和失效次数；
[0022]开始进行序贯蒙特卡洛仿真并基于故障树结构函数判断每个时间间隔内的系统状态，分别记录系统正常运行和失效状态的次数，直到仿真达到最大工作时间；
[0023]累积计算每个时间间隔内系统失效次数并计算系统的失效率。
[0024]进一步的，系统的失效率的计算式具体如下：
[0025][0026]式中，P
CF
为系统的失效率，ΔN
sr
为第r个时间间隔内的系统失效次数，N为总计算次数。
[0027]第二方面，本专利技术提供了一种层次化保护可靠性评估系统，包括：
[0028]故障树单元，用于存储根据层次化保护系统在不同层面的失效情况构建的对应的故障树模型，故障树模型描述了层次化保护系统运行过程中，影响保护系统可靠性的基本事件与失效结果之间的关系；
[0029]故障树结构函数单元，用于存储基于故障树模型中不同基本事件与失效结果之间的关系，构建的故障树结构函数；
[0030]评估单元，用于基于故障树结构函数进行序贯蒙特卡洛仿真，根据仿真情况计算层次化保护系统在不同层面的失效概率，并利用失效概率进行系统整体可靠性的评估。
[0031]进一步的，在故障树单元中，根据层次化保护系统构建的故障树模型包括就地层、站域层和广域层三个层面，其中，就地层和广域层的故障树模型具体包括：
[0032]就地层包括就地保护采样系统拒动失效、就地保护采样系统误动失效、就地保护跳闸系统拒动失效和就地保护跳闸系统误动失效四种类型的故障树；
[0033]广域层包括广域后备保护采样系统拒动失效、广域后备保护采样系统误动失效、广域后备保护跳闸系统拒动失效、广域后备保护跳闸系统误动失效、广域通信网络系统失效以及广域后备保护系统整体误动和拒动。
[0034]进一步的，在故障树结构函数单元中，故障树结构函数，具体如下：
[0035]φ[X(t)]＝φ[x1(t),......,x
n
(t)][0036]φ(t)＝φ[x(t)][0037]式中，x<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层次化保护可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：根据层次化保护系统在不同层面的失效情况构建对应的故障树模型，所述故障树模型描述了所述层次化保护系统运行过程中，影响保护系统可靠性的基本事件与失效结果之间的关系；基于所述故障树模型中不同基本事件与失效结果之间的关系，构建故障树结构函数；基于所述故障树结构函数进行序贯蒙特卡洛仿真，根据仿真情况计算所述层次化保护系统在不同层面的失效概率，并利用所述失效概率进行系统整体可靠性的评估。2.根据权利要求1所述的层次化保护可靠性评估方法，其特征在于，根据层次化保护系统构建的故障树模型包括就地层、站域层和广域层三个层面，其中，所述就地层和所述广域层的故障树模型具体包括：就地层包括就地保护采样系统拒动失效、就地保护采样系统误动失效、就地保护跳闸系统拒动失效和就地保护跳闸系统误动失效四种类型的故障树；广域层包括广域后备保护采样系统拒动失效、广域后备保护采样系统误动失效、广域后备保护跳闸系统拒动失效、广域后备保护跳闸系统误动失效、广域通信网络系统失效以及广域后备保护系统整体误动和拒动。3.根据权利要求1所述的层次化保护可靠性评估方法，其特征在于，所述故障树结构函数，具体如下：φ[X(t)]＝φ[x1(t),......,x
n
(t)]φ(t)＝φ[x(t)]式中，x
i
(t)表示第i个基本事件在t时刻的状态，发生记为1，未发生记为0；φ(t)表示系统在t时刻的状态，发生记为1，未发生记为0；φ[X(t)]为定义的所述故障树结构函数，n为基本事件的数量。4.根据权利要求3所述的层次化保护可靠性评估方法，其特征在于，基于所述故障树结构函数进行序贯蒙特卡洛仿真，根据仿真情况计算所述层次化保护系统在不同层面的失效概率，具体包括：设置系统的最大工作时间，将它等分为若干个时间间隔；确定系统中第j个基本部件的失效分布函数；确定第i次仿真中第j个部件的失效时间t
ij
并按抽样时间由小到大的顺序排序，所述失效时间基于所述抽样时间计算得到；初始化仿真时间、系统正常运行的时间和次数以及失效的时间和失效次数；开始进行序贯蒙特卡洛仿真并基于所述故障树结构函数判断每个时间间隔内的系统状态，分别记录系统正常运行和失效状态的次数，直到仿真达到所述最大工作时间；累积计算每个时间间隔内系统失效次数并计算系统的失效率。5.根据权利要求4所述的层次化保护可靠性评估方法，其特征在于，所述系统的失效率的计算式具体如下：式中，P
CF
为所述系统的失效率，ΔN
sr
为第r个时间间隔内的系统失效次数，N为总计算次数。
6.一种层次化保护可靠性评估系统，其特征在于，包括：故障树单元，用于存储根据层...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雄辉，陈钢，邓瑞麒，赖颍东，刘玮，张俊杰，罗振威，郭亮，余栋斌，赵立文，王龙，吴昌盛，司徒枭鸿，温健龙，梁宇鹏，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：