专利名称：一种“三取二”方式直流保护系统可靠性评估方法
技术领域：
本发明涉及一种直流保护系统可靠性评估模型和评估方法，属于电力系统保护技术领域。
背景技术：
电力系统的可靠性除取决于一次设备的性能和系统结构的稳定外，还与二次控制保护系统密切相关。直流输电系统的保护功能作为控制功能的后备，其可靠性对全国互联电网的稳定运行有着重要影响。控制保护系统必须确保自身的高可靠性，因此需采用冗余配置。“三取二”冗余方式是一种常用的直流保护系统的配置方案，但这与交流保护系统常用的配置方案不同，因而相应的可靠性评估方法也会有差异。目前，继电保护可靠性的研究主要针对交流继电保护系统。继电保护系统是可修复的系统，这样的系统可以用Markov过程来描述，因而Markov状态空间法常用于继电保护系统的可靠性建模。通过列写继电保护系统所处的状态:正常运行、故障、检修等，来建立状态空间，得到可靠性评估模型。现有研究更多的是关注继电保护装置的可靠性，以单套装置为研究对象，很少能从系统级角度实现整个继电保护系统的可靠性评估。实际上，直流保护系统采用“三取二”冗余配置，3套直流保护的保护功能完全相同，至少两个系统启动保护跳闸，直流保护系统的跳闸信号才能最终执行。针对单套装置的评估结果并不能直接反映整个系统的可靠性，因此需要考虑冗余配置建立整个系统级的可靠性评估模型。同时，现有高压继电保护可靠性评估模型虽然考虑到保护的冗余，但其针对的是双重化配置。本发明同时考虑了保护系统的自检功能，能够更好地模拟实际情况。
发明内容
本发明针对现有继电保护系统的可靠性评估模型中，仅已单套保护为研究对象或考虑了保护的双重化配置，而未考虑保护可靠性的其他冗余配置方案，因而无法实现“三取二”方式下直流保护系统的可靠性评估。本发明从系统级的角度考虑“三取二”系统冗余配置，同时考虑保护自检功能，建立了能够有效模拟直流保护系统状态转移情况的可靠性模型，给出了相应的评估方法。一种“三取二”方式直流保护系统可靠性评估方法，该评估方法主要步骤包括:I)考虑一次设备和直流保护自检功能，定义一次设备和直流保护状态；2)确定不同状态之间的状态转移关系，建立“三取二”方式直流保护系统Markov状态空间；3)根据Markov状态空间计算系统不可用率。所述定义的一次设备和直流保护状态，具体UP表示处于运行状态，DN表示处于停运状态，ISO表示处于一次设备被隔离的状态，REP表示对一次或二次设备故障后维修状态，NS表示对一次或二次设备进行检修状态；所述的系统不可用率的计算方法，是根据Markov状态空间，得该系统的状态转移矩阵，推导得到系统在各个状态的平稳状态概率，系统不可用率即为指保护不可用状态的驻留概率之和。本发明解决了现有继电保护设备可靠性评估中，由于交直流保护系统的冗余配置方案的差异，现有方法不能实现“三取二”方式下直流保护系统可靠性评估的问题。本发明同时考虑一次设备和保护自检功能，使得评估模型更加准确，评估方法更加有效。
图1是直流保护系统可靠性评估方法流程图。图2是“三取二”方式下直流保护系统的状态空间模型图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。图1是直流保护系统可靠性评估方法流程图。图1中，基于状态空间理论理论，考虑”三取二”配置方案及一次设备和保护自检功能，计算直流保护系统不可用率的过程包括:一种“三取二”方式直流保护系统可靠性评估方法，该方法步骤如下:步骤1:考虑一次设备和直流保护自检功能，定义一次设备和直流保护状态。状态空间中符号说明:I) C表示被保护的一次设备；2) Pl> P2、P3分别表不保护系统1、保护系统2、保护系统3 ；3 ) UP表示处于运行状态；4) DN表示处于停运状态；5) ISO表示处于一次设备被隔离的状态；6) REP表示对一次或二次设备故障后维修状态；7 ) NS表示对一次或二次设备进行检修状态；建立状态空间的假设条件包括:I)装置故障率和维修率都为常数；2)装置检修时必须退出运行；3)装置检修后能够发现装置所有缺陷，并将其修复到完好的状态；4)不考虑保护系统P1、P2、P3和保护对象C同时发生故障的情况(P1、P2、P3发生故障总有先后);5)保护P1、P2、P3的检修相互独立，不同时对两套保护进行检修；6)不考虑人为失误的影响。步骤2:确定不同状态之间的状态转移关系，建立“三取二”方式直流保护系统Markov状态空间。状态空间中参数说明:DFp, Rr分别表示继电保护装置的故障率、维修效率2) Fe、Re分别保护对象的故障率、维修效率
3) ST表示继电保护装置的自检有效系数4) Fst表示可被自检的保护装置故障，Fst=Fp*ST5) Fpp表示未被自检的保护装置故障，Fpp=Fp* (1_ST)6) Fcc表示保护对象和保护装置同时发生故障的故障率7) Rt表示继电保护装置的检修效率(检修所需时间倒数)8) Sn表示主保护故障跳闸切除率9) Sb表示后备保护故障跳闸切除率10) IRpm表示保护装置检修率(检修周期倒数)如图2，状态I表示保护对象C、保护装置P1、P2、P3都处于正常运行状态的情况。状态2、3、4表示保护对象C处于正常运行状态，三套保护中的一套由于各种原因不能正常工作的情况。状态9、10、11表示保护对象C处于正常运行状态，三套保护中的两套由于各种原因不能正常工作的情况。状态14表示保护对象C处于正常运行状态，三套保护由于各种原因都不能正常工作的情况。状态5、6表示保护对象C发生故障，三套保护都能正常工作的情况。状态7、8表示保护对象C发生故障，三套保护中的一套由于各种原因不能正常工作的情况。状态12、13表示保护对象C发生故障，三套保护中的两套由于各种原因不能正常工作的情况。状态15、16表示保护对象C发生故障，三套保护由于各种原因都不能正常工作的情况。步骤3:根据Markov状态空间计算系统不可用率。对保护系统可靠性的评价，采用不可用率指标表示。直流保护系统不可用率实际上指保护不可用的概率，是图中所示状态9、10、11、12、13、14、15、16的概率之和。利用图2的状态空间模型，可以得到状态转移矩阵A，其中an=l- (Fc+FST+Fpp+IRpm)a22=l-(Rt+Fc+Fcc)a33=l- (Fc+Fcc+FST+Fpp+IRpm)a44=l- (Rr+Fc+Fcc)a55=l-SnB66=1-Rca77=l-SnB88=1-Rca99=l- (Fc+Fcc+Fpp+Rt)a，n=l_(Fc+Fcc+Fpp)a，12=l-Sba，13=1_0.5Rra，14=1_Fca，15=l-Sba，16=l-l/3Sr
权利要求
1.一种“三取二”方式直流保护系统可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤: 步骤1:考虑一次设备和直流保护自检功能，定义一次设备和直流保护状态； 步骤2:确定不同状态之间的状态转移关系，建立“三取二”方式直流保护系统Markov状态空间； 步骤3:根据Markov状态空间计算系统不可用率。
2.根据权利要求1所述的一种“三取二”方式直流保护系统可靠性评估方法，其特征在于，在所述评估方法之前先作如下假设:(I)装置故障率和维修率都为常数；(2)装置检修时必须退出运行；(3)装置检修后能够发现装置所有缺陷，并将其修复到完好的状态；(4)不考虑保护系统P1、P2、P3和保护对象C同时发生故障的情况(P1、P2、P3发生故障总有先后)；(5)保护P1、P2、P3的检修相互独立，不同时对两套保护进行检修；(6)不考虑人为失误的影响。
3.根据权利要求1所述的一种“三取二”方式直流保护系统可靠性评估方法，其特征在于，所述定义的一次设备和直流保护状态为:UP表示处于运行状态，DN表示处于停运状态，ISO表不处于一次设备被隔离的状态,REP表不对一次或二次设备故障后维修状态,NS表不对一次或二次设备进行检修状态。
4.根据权利要求1所述的一种“三取二”方式直流保护系统可靠性评估方法，其特征在于，所述系统不可用率计算方法为:根据Markov状态空间，得该系统的状态转移矩阵，推导得到系统在各个状态的平稳状态概率，系统不可用率即为指保护不可用状态的驻留概率之和。
全文摘要
一种直流保护系统可靠性评估模型和评估方法,属于电力系统保护技术领域。结合一次设备，同时考虑保护自检情况，定义一次设备和保护状态；基于Markov状态空间理论，根据实际直流继电保护系统“三取二”配置方案，确定不同状态之间状态转移关系；由状态空间图得该系统的状态转移矩阵，推导得到系统在各个状态的平稳状态概率，系统不可用率即为保护不可用状态的驻留概率之和；从而得到保护系统的不可用率。本发明解决了现有继电保护设备可靠性评估中由于交直流保护系统的冗余配置方案的差异，现有方法不能实现“三取二”方式下直流保护系统可靠性评估问题。本发明同时考虑一次设备和保护自检功能，使得评估模型更加准确，评估方法更加有效。
文档编号G01R31/00GK103197172SQ20131006978
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者薛安成, 王宝, 曹小拐, 章沈泉, 罗麟, 王睿琛, 黄少锋 申请人:华北电力大学, 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局