一種評估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法
【專利摘要】一種對數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的評估方法，本發(fā)明根據(jù)數(shù)字化繼電保護(hù)的組成和1特點，以保護(hù)功能的信息流作為研究對象，以圖形建模和可靠性框圖的分析原理為基礎(chǔ)建立數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析的模型，并以實例計算作為【具體實施方式】。本發(fā)明提出的可靠性分析方法是以已知構(gòu)成繼電保護(hù)系統(tǒng)各元件的元件可靠度為基礎(chǔ)進(jìn)行分析和計算，其結(jié)果可以作為評價不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性的高低，以此來選出更為合適的系統(tǒng)組成方式，可用于數(shù)字化變電站前期的規(guī)劃。本發(fā)明的方法所提出的可靠性的建模及計算方法比較直觀，思路清晰，可以直接通過數(shù)字化變電站的拓?fù)鋱D直接抽象出可靠性的計算模型。
【專利說明】一種評估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的評估方法，屬變電站繼電保護(hù)系 統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 在20世紀(jì)80年代，可靠性分析開始應(yīng)用于電力系統(tǒng)之中，由最初的規(guī)劃可靠性分 析逐漸擴(kuò)展到電力系統(tǒng)的各個方面。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，最初常用正確動作率、平均無故障 工作時間（MTBF)、平均壽命（MTTF)等指標(biāo)來作為可靠性的評價指標(biāo)，然而這些指標(biāo)只能通 過以往的數(shù)據(jù)來對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行一個大致的評價，而無法預(yù)測和估計一個系統(tǒng)可能具有 的可靠性，在指導(dǎo)繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)方面的應(yīng)用具有一定的局限性。
[0003] 目前在保護(hù)可靠性評估建模及指標(biāo)求解方面，主要分為解析法和模擬法兩種。解 析法主要是利用系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)內(nèi)部各元件之間的邏輯關(guān)系，建立起可靠性的計 算模型，再通過代入數(shù)值進(jìn)行迭代運(yùn)算等過程，最終計算出系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，可靠性評 估中廣泛采用的主要是馬爾可夫模型法、故障樹法等，另外還有比較新穎的成功流方法 (Goal Oriented，G0)，都屬于解析法求解可靠性的范疇。而模擬法則是利用統(tǒng)計學(xué)的方法， 通過對概率分布采樣選擇和估計狀態(tài)，其中包括蒙特卡羅模擬法和非指數(shù)分布法等等。解 析法與模擬法分別有著各自的優(yōu)缺點，解析法的物理概念相比較而言更為清晰，模型的精 度更高，但是計算量偏大，尤其是對于復(fù)雜的系統(tǒng)而言，其計算時長會隨著系統(tǒng)的復(fù)雜程度 呈指數(shù)上升，模擬法計算可靠性的方法較為直觀，但由于其與統(tǒng)計性質(zhì)相關(guān)，計算結(jié)果準(zhǔn)確 性較差，且計算時間與精度緊密相關(guān)。
[0004] 數(shù)字化變電站通過將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)等新興科學(xué)引入到變 電站的自動化控制系統(tǒng)中，使得變電站中的信息傳遞更加趨向于數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。隨著非 常規(guī)互感器和智能斷路器等新技術(shù)的發(fā)展以及IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的提出，數(shù)字化變電站逐漸 形成一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的架構(gòu)體系，以往變電站自動化系統(tǒng)中信息難以共 享，設(shè)備之間不具備互操作性，系統(tǒng)可展性差等不足之處將得以克服。
[0005] 作為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的第一道防線，繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行不可或 缺的組成部分，其正確動作與否將對電力設(shè)備安全和供電可靠性產(chǎn)生直接的影響，正是由 于其所處的特殊地位，繼電保護(hù)系統(tǒng)一般被要求具有很高的可靠程度，包括故障時的可靠 動作與非故障時的可靠不動作。對繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的可靠性評估，可以發(fā)現(xiàn)其中的 薄弱環(huán)節(jié)并加以克服和改正，對繼電保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)具有重要意義。
[0006] 數(shù)字化變電站獨(dú)有的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、元件特性和通信方式，使其繼電保護(hù)系統(tǒng)面 臨著完全不同的現(xiàn)狀，主要有：（1)元件眾多。諸如合并單元、智能終端和交換機(jī)等傳統(tǒng)變 電站中沒有的元件出現(xiàn)在了數(shù)字化的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，給保護(hù)功能帶來便捷的同時，對其 可靠性能也產(chǎn)生了一定的影響。（2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以往點對點的傳輸方式被以太網(wǎng)所取代，由 交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)改變了以往單一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使之變得更加復(fù)雜，因而交換機(jī)的接線方 式在很大程度上決定了整個繼電保護(hù)系統(tǒng)信息通路的可靠性。（3)信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸。數(shù) 字變電站以報文式的網(wǎng)絡(luò)通信方式通信，總是會存在有不可靠的因素，有可能會發(fā)生丟包 或是網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等現(xiàn)象，這在繼電保護(hù)系統(tǒng)中是不允許出現(xiàn)的。因此諸如VLAN分區(qū)隔離技 術(shù)、優(yōu)先級隊列技術(shù)、快速生成樹協(xié)議、IGMPSnooping組播過濾技術(shù)等將會應(yīng)用于數(shù)字化變 電站之中，以確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0007] 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中存在有同步對時信息、以SV報文形式傳輸?shù)牟蓸?信息、以GOOSE報文形式傳輸?shù)臄嗦菲骺刂萍盃顟B(tài)信息三種信息流，三種信息流的連通性 對于繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要，除此之外，有的保護(hù)功能會需要與其他保護(hù)單元配 合，所以保護(hù)單元之間有時也會存在GOOSE報文的交換。
[0008] 本發(fā)明利用可靠性框圖的分析原理，結(jié)合數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)信息流的特 點，建立起可靠性的分析摸型，提出一種針對數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性評估方 法?？煽啃钥驁D的分析方法是利用系統(tǒng)內(nèi)部元件之間的邏輯關(guān)系，以節(jié)點和連線的形式表 現(xiàn)出來，并最終框圖進(jìn)行數(shù)學(xué)分析從而得出系統(tǒng)可靠性的方法。這種分析方法在結(jié)構(gòu)上 一目了然，可以清楚的知道系統(tǒng)與其內(nèi)部構(gòu)成元件之間的關(guān)系，邏輯清晰，并且計算過程簡 單，計算速度快。在可靠性框圖中，有節(jié)點和連線兩種結(jié)構(gòu)，其都是從實際的物理結(jié)構(gòu)中抽 象而來，代表了其中的各個元件。每個元件都有自身的可靠性數(shù)值，稱為元件可靠度，有時 為了計算方便，可以不考慮連線的可靠性數(shù)值。每個可靠性框圖代表了一種或多種功能的 實現(xiàn)，其能成功完成的可能性，也就是該功能的可靠性既與元件可靠度有關(guān)，也與元件之間 的結(jié)構(gòu)關(guān)系有關(guān)，可靠性框圖的分析方法就是綜合考慮這兩點，利用數(shù)學(xué)的計算方法，得到 最終的結(jié)果。
[0009] 對于一個由若干元件組成的系統(tǒng)，如果任一元件故障或是失效就會引起系統(tǒng)故 障，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就被稱為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)內(nèi)元件之間的關(guān)系就是串聯(lián)關(guān)系，如圖1所 /_J、1 〇
[0010] 對于一個由m個元件串聯(lián)組成的系統(tǒng)，其可靠性表達(dá)式為：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種評估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，包括， 所述方法把整個智能變電站的信息流系統(tǒng)等效為一個二端網(wǎng)絡(luò)式的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)要完成 其功能，其組成元件所連接成的必要回路必須連通，此時回路連通的概率就可以作為該系 統(tǒng)的可靠性數(shù)值；所述方法利用最小路集法求解二端網(wǎng)絡(luò)可靠性； 所述方法利用框圖模型建立數(shù)字化變電站同步對時系統(tǒng)框圖模型、SV報文信息回路的 框圖模型、斷路器回路GOOSE報文信息回路框圖模型和輔助保護(hù)單元回路GOOSE報文信息 回路框圖模型，從而獲得相應(yīng)的信息回路； 所述方法在所述信息回路和組成元件的基礎(chǔ)上，求解數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的整 體可靠性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的評估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法，其特征是， 所述方法求解數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體可靠性時，將傳輸介質(zhì)看作節(jié)點間的連 線，而其他元件看作節(jié)點，數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)就可以看作是一個連通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所述同 步對時系統(tǒng)框圖模型、SV報文信息回路、斷路器回路GOOSE報文信息回路和輔助保護(hù)單元 回路GOOSE報文信息回路的各類信息回路的可靠性運(yùn)用最小路集法計算二端網(wǎng)絡(luò)連通率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電臺區(qū)電壓偏低判別方法，其特征是，所述求解整個繼電 保護(hù)系統(tǒng)可靠性按下面的步驟進(jìn)行： (1) 對時回路的元件可靠性較為特殊，應(yīng)放在首要的位置計算，對時回路的可靠性應(yīng)該 加入設(shè)備本身的可靠性，形成修正后的元件可靠性表達(dá)式，如下所示：
式中：R'm、R'PK和R'IT分別表示修正后的合并單元、保護(hù)單元和智能終端的可靠性； LTSiu、LTS_PIU和LTS_ITii分別表示同步時鐘源分別到合并單元、保護(hù)單元和智能終端的第i 條最小路徑，η表不最小路徑的數(shù)量；P(L TS_PIU)、P(LTS_PIU)和P(LTS_ IT，i)分別表不 LtS-PR，i 和 Lts-IT，i 的可靠性； 每個互感器到主保護(hù)單元之間都存在一條SV信息回路，每個斷路器到主保護(hù)單元之 間都存在一條GOOSE信息回路，運(yùn)用最小路集法，SV信息回路、GOOSE信息回路的可靠性可 按下式求解；
其中，RSu表示第j個互感器所對應(yīng)的SV信息回路的可靠性，R_SE。.表示第j個斷路 器所對應(yīng)的GOOSE信息回路的可靠性，LMI_PIU和LPK_ BIU分別表示第j條SV信息回路和第j 條GOOSE信息回路的第i條路徑； (2) SV信息可靠性和GOOSE信息可靠性則根據(jù)各條路徑是串聯(lián)關(guān)系還是并聯(lián)關(guān)系進(jìn)行 計算，如果一個保護(hù)單元需采集多個互感器信息，或是控制多臺斷路器，則每條信息的可靠 性為串聯(lián)關(guān)系，SV信息可靠性和GOOSE信息可靠性按下式求解：
對于一套保護(hù)而言，其需要SV信息和GOOSE信息同時正常工作，因此兩者之間為串聯(lián) 關(guān)系，其可靠性計算表達(dá)式如下式所示： RsYS，i - Rsv · R&XISE 式中，RSYS，i表示第i個保護(hù)單元對應(yīng)的單套繼電保護(hù)的可靠性； (3)根據(jù)單套繼電保護(hù)可靠性表達(dá)式計算得系統(tǒng)的整體可靠性表達(dá)式，如下式所示：
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4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種評估數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法，其特 征在于，所述同步對時系統(tǒng)框圖模型中，同步對時信息回路的起點是同步時鐘源，終點是各 個需要同步對時的智能電子裝置，包括合并單元、保護(hù)單元和智能終端；所述SV報文信息 回路的框圖模型中，SV報文的信息回路起始于互感器，經(jīng)由合并單元和交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)后，最 終到達(dá)保護(hù)單元；所述斷路器回路GOOSE報文信息回路框圖模型中，GOOSE報文信息回路， GOOSE報文作為跳合鬧信號、開關(guān)位置信息和閉鎖信號信息的載體，通過交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)在保 護(hù)單元和智能終端之間傳輸，并最終達(dá)到控制斷路器；GOOSE報文信息回路框圖模型，輔助 保護(hù)單元回路GOOSE報文信息回路，通過交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)在主保護(hù)單元與輔助保護(hù)單元之間傳 輸。
【文檔編號】G06F19/00GK104217120SQ201410468766
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】郭亮, 孫旻, 熊華強(qiáng), 榮彩霞, 王文彬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院