CN108649542B - 一种继电保护设备的状态评估系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种继电保护设备的状态评估系统与方法，继电保护设备的状态评估系统中，继电保护设备所保护元件运行方式信息输入模块连接位置重要度计算模块，继电保护设备状态监测量输入模块连接状态绩效值计算模块，位置重要度计算模块、状态绩效值计算模块连接综合状态绩效值计算模块，状态评估分析模块连接综合状态绩效值计算模块和状态评估结果输出模块。本发明提供的一种继电保护设备的状态评估系统与方法，它充分考虑了继电保护设备所保护元件的电气属性，突破针对单一设备状态评分的局限性，可以更有针对性地评估继电保护设备的状态，有利于实现继电保护设备的差异化状态感知与运维。

Description

一种继电保护设备的状态评估系统与方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种继电保护设备的状态评估系统与方法。

背景技术

目前，继电保护是保障电力系统安全稳定的第一道防线，其功能能否正常发挥作用直接影响着电力系统的可靠性，因此对继电保护设备实施得当的运维措施至关重要。目前对继电保护设备实施的检修已经从故障后检修等检修模式逐渐转变成状态检修模式，前者以事件为驱动，后者以状态为驱动，实验与理论均证明了状态检修对于保证继电保护设备正常工作继而保障电力系统可靠性的作用，国内外众多学者也致力于研究适应电网发展趋势的继电保护状态检修模式。状态检修的首要任务和前提是感知当前继电保护设备的状态，并对状态进行有效的评估和分析。

状态评估方法有很多种类，其中一类是以故障率可靠性等统计概率表征继电保护设备的状态，这种方法利用大量的统计数据反映个体设备情况，但实际运行中各种设备所处环境和工况不同，因此这类方法不能反映单一设备当前的状态，具有一定的弊端。还有一类方法是利用实时状态监测量，并利用数值分析方法得出状态评估量，这类方法比较适合评估单一设备的实时状态，应用也较为广泛。

现有技术存在这样一个问题，就是对继电保护设备的状态评估局限于单一设备的状态绩效，没有考虑继电保护设备所保护元件的运行方式，缺乏系统整体考虑，这样会导致重要元件的继电保护设备与一般元件的继电保护设备共享同等的运维策略，甚至重要元件的继电保护设备状态会被淹没和忽视。此外，复杂网络理论中的节点重要度计算方法将所有节点看作等价的无特殊属性的一般节点，仅用简单的相连边条数计算节点度，而在电力系统中各个节点不仅有联系紧密程度之分，还有电压等级、负荷等级等区别，即每个电气元件(节点)是具有不同属性的，因此考虑位置重要度时不能单纯计算节点度，还应该考虑电气元件的电气属性。

因此，需要提供一种继电保护设备的状态评估系统与方法以解决上述技术问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种继电保护设备的状态评估系统与方法，它充分考虑了继电保护设备所保护元件的电气属性，突破针对单一设备状态评分的局限性，可以更有针对性地评估继电保护设备的状态，有利于实现继电保护设备的差异化状态感知与运维。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种继电保护设备的状态评估系统，包括：

继电保护设备所保护元件运行方式信息输入模块1，用于采集继电保护设备所保护元件运行方式信息；

继电保护设备状态监测量输入模块2，用于抓取运维子站中保存的继电保护设备的所有状态监测量；

位置重要度计算模块3，用于计算表征继电保护设备所保护元件的重要度的位置重要度K_p：

其中，A_i为第i个影响位置重要度因素的影响等级，m为影响因素总个数，w_i为第i个影响因素所对应的权重，K_p取值范围为[1，9]，K_p越大，表示保护元件的重要等级越高；

状态绩效值计算模块4，继电保护设备有n个状态监测量z，当z达到其最小值Z_min时表示状态最佳，且正常取值范围为[Z_min，H]，当z大于H时状态异常，z的归一化式为：

当z达到其最大值Z_max时表示状态最佳，且正常取值范围为[H，Z_max]，当z小于H时状态异常，z的归一化式为：

用式(d)将n个状态监测量的数值统一起来，为了扩展至[1，9]取值范围，需要乘以系数9，得到状态绩效值K_I，数值越大表示状态越需要关注，

其中，w_j为状态绩效值计算中第j个影响因素所对应的权重；

综合状态绩效值计算模块5，用于计算继电保护设备的综合状态绩效值K：

K＝αK_P+βK_I (e)，

α和β分别表示位置重要度K_p与状态绩效值K_I对综合状态绩效值K的贡献比例，且有α+β＝1，K值越大表示继电保护设备状态越需要注意和处理；

状态评估分析模块6，用于根据综合状态绩效值计算模块5计算出的K值的范围评估继电保护设备所处的状态；

状态评估结果输出模块7，用于将状态评估分析模块6的评估结果进行输出；

其中，继电保护设备所保护元件运行方式信息输入模块1连接位置重要度计算模块3，继电保护设备状态监测量输入模块2连接状态绩效值计算模块4，位置重要度计算模块3、状态绩效值计算模块4连接综合状态绩效值计算模块5，状态评估分析模块6连接综合状态绩效值计算模块5和状态评估结果输出模块7。

优选，所述继电保护设备所保护元件运行方式信息包括电压等级、所连负荷等级以及根据拓扑线计算的节点度。

优选，继电保护设备所处的状态包括四种：健康、注意、异常、紧急，其中，健康对应K值范围[1，3)；注意对应K值范围[3，6)，异常对应K值范围[6，8)，紧急对应K值范围为[8，9]。

优选，所述α＝0.3，β＝0.7。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供利用上述的一种继电保护设备的状态评估系统的继电保护设备的状态评估方法，包括步骤：

S1、确定要评估的目标继电保护设备；

S2、输入目标继电保护设备所保护元件的运行方式信息，输入目标继电保护设备的所有状态监测量；

S3、根据所述运行方式信息计算出继电保护设备所保护元件的位置重要度K_p，根据所述所有的状态监测量计算出继电保护设备的状态绩效值K_I，其中，K_p用式(a)计算出，K_I用式(d)计算出；

S4、计算出综合状态绩效值K；

S5、判断K值所落入的范围；

S6、根据综合状态绩效值K的取值范围确定继电保护设备的状态并输出评估结果；

S7、结束。

优选，所述继电保护设备所保护元件运行方式信息包括电压等级、所连负荷等级以及根据拓扑线计算的节点度。

优选，继电保护设备所处的状态包括四种：健康、注意、异常、紧急，其中，健康对应K值范围[1，3)；注意对应K值范围[3，6)，异常对应K值范围[6，8)，紧急对应K值范围为[8，9]。

优选，所述α＝0.3，β＝0.7。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种继电保护设备的状态评估系统与方法，它充分考虑了继电保护设备所保护元件的电气属性，突破针对单一设备状态评分的局限性，可以更有针对性地评估继电保护设备的状态，有利于实现继电保护设备的差异化状态感知与运维。

附图说明

图1是本发明提供的一种继电保护设备的状态评估系统的第一优选实施例的结构框图；

图2是本发明提供的一种继电保护设备的状态评估方法的第一优选实施例的流程示意图；

图3是图2所示的继电保护设备的状态评估方法的第一优选实施例的结构框图。

具体实施方式

为了分析评估继电保护设备的状态，研究者提出一种基于状态监测量的继电保护设备状态评估方法。该方法的基本思想是根据所有状态监测量，并利用模糊数学中的分层评价方法，通过建立不同层次的评价体系，结合模糊因子计算得到状态评估量。该方法可以降低专家评价的主观性因素，综合分析各种状态监测量对整体状态的贡献。

为了分析电气设备的重要度，研究者提出了一种基于复杂网络理论的节点重要度分析方法，该方法首先将电力网的各种电气设备抽象为节点，电气设备之间的电气联系抽象为边，通过计算与某一节点相连的边数得到节点的度，度的大小即为节点重要度大小，度越大，节点越重要。

下面结合图示对本发明的技术方案进行详述。

请参见图1所示，本实施例的继电保护设备的状态评估系统，包括2个输入模块、3个状态评估计算模块，1个状态评估分析模块以及1个状态评估结果输出模块，2个输入模块输入的系统计算所需要的数据信息，具体的，包括：

继电保护设备所保护元件运行方式信息输入模块1，用于采集继电保护设备所保护元件运行方式信息；实际情况下，继电保护设备所保护元件包括线路、母线、变压器等电气设备，在某一电气系统运行方式下不同电气设备所处的拓扑位置不同，所连负荷等级不同，电压等级等不尽相同，因此在一次系统中各种电气设备的重要度也不尽相同，继电保护设备所保护元件的位置重要度可以在一定程度上反映继电保护设备所保护元件的运行方式；

继电保护设备状态监测量输入模块2，用于抓取运维子站中保存的继电保护设备的所有状态监测量；《设备状态评价与风险评估技术导则》规定了继电保护设备的所有状态监测量，这些状态监测量上传并保存在运维子站；

位置重要度计算模块3，用于计算表征继电保护设备所保护元件的重要度的位置重要度K_p：

其中，A_i为第i个影响位置重要度因素的影响等级，m为影响因素总个数，w_i为第i个影响因素所对应的权重，K_p取值范围为[1，9]，K_p越大，表示保护元件的重要等级越高，相应的继电保护设备的重要等级也越高，其状态对系统可靠性敏感程度越高；其中，继电保护设备的位置重要度主要由所保护元件的运行方式决定。继电保护设备所保护的元件包括线路、母线、变压器、发电机等电气设备，这些电气设备在电力网中各自承担着重要的发、输、配电角色，而继电保护设备是保证其正常工作的“守护者”，因此电气设备的重要度直接决定着对应继电保护设备的重要度；

状态绩效值计算模块4，继电保护设备有n个状态监测量z，当z达到其最小值Z_min时表示状态最佳，且正常取值范围为[Z_min，H]，当z大于H时状态异常，z的归一化式为：

当z达到其最大值Z_max时表示状态最佳，且正常取值范围为[H，Z_max]，当z小于H时状态异常，z的归一化式为：

用式(d)将n个状态监测量的数值统一起来，为了扩展至[1，9]取值范围，需要乘以系数9，得到状态绩效值K_I，数值越大表示状态越需要关注，

其中，w_j为状态绩效值计算中第j个影响因素所对应的权重；

综合状态绩效值计算模块5，用于计算继电保护设备的综合状态绩效值K：

K＝αK_P+βK_I (e)，

α和β分别表示位置重要度K_p与状态绩效值K_I对综合状态绩效值K的贡献比例，且有α+β＝1，K值越大表示继电保护设备状态越需要注意和处理；

状态评估分析模块6，用于根据综合状态绩效值计算模块5计算出的K值的范围评估继电保护设备所处的状态；

状态评估结果输出模块7，用于将状态评估分析模块6的评估结果进行输出；

其中，继电保护设备所保护元件运行方式信息输入模块1连接位置重要度计算模块3，继电保护设备状态监测量输入模块2连接状态绩效值计算模块4，位置重要度计算模块3、状态绩效值计算模块4连接综合状态绩效值计算模块5，状态评估分析模块6连接综合状态绩效值计算模块5和状态评估结果输出模块7。输出状态评估结果给运维人员，运维人员可以根据这个结果开展相应的状态检修工作。这个结果综合考虑了继电保护设备所保护元件的重要度，加以区分不同继电保护设备之间的重要程度，可以更有针对性地筛选出需要关注的继电保护设备，实现差异化运维。

本实施例的继电保护设备的状态评估系统，充分考虑了继电保护设备所保护元件的电气属性，突破针对单一设备状态评分的局限性，可以更有针对性地评估继电保护设备的状态，有利于实现继电保护设备的差异化状态感知与运维。

在本发明的一个优选实施例中，所述继电保护设备所保护元件运行方式信息包括电压等级、所连负荷等级以及根据拓扑线计算的节点度。位置重要度指标各个影响因素的量化规则如下表1所示：

表1

其中，节点度指的是该继电保护设备所保护元件在电力网中连接其他元件的紧密程度，节点度是指和该节点相关联的边的条数。比如在变电站内1条母线连接10条馈线，则该母线的节点度为10，在该变电站内节点度最高，因此等级为3。具体节点度数属于哪个等级可由相关专家制定。

在发明的一个优选实施例中，继电保护设备所处的状态包括四种：健康、注意、异常、紧急，其中，健康对应K值范围[1，3)；注意对应K值范围[3，6)，异常对应K值范围[6，8)，紧急对应K值范围为[8，9]。

在发明的一个优选实施例中，所述α＝0.3，β＝0.7。当然，在其他实施例中，α和β的值，还可以根据具体的情况进行选择，对此不作限制。

本发明的提供的一种继电保护设备的状态评估系统的继电保护设备的状态评估方法，请参看图2和图3所示，包括步骤：

S1、确定要评估的目标继电保护设备；

S2、输入目标继电保护设备所保护元件的运行方式信息(步骤S21)，输入目标继电保护设备的所有状态监测量(步骤S22)；

S3、根据所述运行方式信息计算出继电保护设备所保护元件的位置重要度K_p(S31)，根据所述所有的状态监测量计算出继电保护设备的状态绩效值K_I(S32)，其中，K_p用式(a)计算出，K_I用式(d)计算出；

S4、计算出综合状态绩效值K；

S5、判断K值所落入的范围；

S6、根据综合状态绩效值K的取值范围确定继电保护设备的状态并输出评估结果；

S7、结束。

本实施例中的K_p、K_I、K的计算公式在上文中都有详细说明，对此不再赘述。

本实施的继电保护设备的状态评估方法，把继电保护设备与一次电力网关联起来综合考察其状态性能，凸显处于“重要位置”的继电保护设备，可以避免统一分类标准下将重要节点与一般节点的继电保护设备同等对待的弊端；根据本发明求得的综合状态绩效值取值范围在[1，9]，数字越大表示该继电保护设备风险越大，需要及时处理隐患，结果直观简洁，可读性强；本发明方法对继电保护设备的状态评估仅需要简单的保护元件属性以及从运维子站获得状态监测量，信息获取不需要额外建设光纤或软件系统，操作简便，易于实现，有一定的工程实用价值。

在本发明的一个优选实施例中，所述继电保护设备所保护元件运行方式信息包括电压等级、所连负荷等级以及根据拓扑线计算的节点度。

在本发明的一个优选实施例中，继电保护设备所处的状态包括四种：健康、注意、异常、紧急，其中，健康对应K值范围[1，3)；注意对应K值范围[3，6)，异常对应K值范围[6，8)，紧急对应K值范围为[8，9]。

在本发明的一个优选实施例中，所述α＝0.3，β＝0.7。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种继电保护设备的状态评估系统，其特征在于，包括：

继电保护设备所保护元件运行方式信息输入模块(1)，用于采集继电保护设备所保护元件运行方式信息；

继电保护设备状态监测量输入模块(2)，用于抓取运维子站中保存的继电保护设备的所有状态监测量；

位置重要度计算模块(3)，用于计算表征继电保护设备所保护元件的重要度的位置重要度K_p：

其中，A_i为第i个影响位置重要度因素的影响等级，m为影响因素总个数，w_i为第i个影响因素所对应的权重，K_p取值范围为[1，9]，K_p越大，表示保护元件的重要等级越高；

状态绩效值计算模块(4)，继电保护设备有n个状态监测量z，当z达到其最小值Z_min时表示状态最佳，且正常取值范围为[Z_min，H]，当z大于H时状态异常，z的归一化式为：

当z达到其最大值Z_max时表示状态最佳，且正常取值范围为[H，Z_max]，当z小于H时状态异常，z的归一化式为：

用式(d)将n个状态监测量的数值统一起来，为了扩展至[1，9]取值范围，需要乘以系数9，得到状态绩效值K_I，数值越大表示状态越需要关注，

其中，w_j为状态绩效值计算中第j个影响因素所对应的权重；

综合状态绩效值计算模块(5)，用于计算继电保护设备的综合状态绩效值K：

K＝αK_P+βK_I (e)，

α和β分别表示位置重要度K_p与状态绩效值K_I对综合状态绩效值K的贡献比例，且有α+β＝1，K值越大表示继电保护设备状态越需要注意和处理；

状态评估分析模块(6)，用于根据综合状态绩效值计算模块(5)计算出的K值的范围评估继电保护设备所处的状态；

状态评估结果输出模块(7)，用于将状态评估分析模块(6)的评估结果进行输出；

其中，继电保护设备所保护元件运行方式信息输入模块(1)连接位置重要度计算模块(3)，继电保护设备状态监测量输入模块(2)连接状态绩效值计算模块(4)，位置重要度计算模块(3)、状态绩效值计算模块(4)连接综合状态绩效值计算模块(5)，状态评估分析模块(6)连接综合状态绩效值计算模块(5)和状态评估结果输出模块(7)；

所述α＝0.3，β＝0.7；

所述继电保护设备所保护元件运行方式信息包括电压等级、所连负荷等级以及根据拓扑线计算的节点度。

2.根据权利要求1所述的继电保护设备的状态评估系统，其特征在于：继电保护设备所处的状态包括四种：健康、注意、异常、紧急，其中，健康对应K值范围[1，3)；注意对应K值范围[3，6)，异常对应K值范围[6，8)，紧急对应K值范围为[8，9]。

3.一种利用权利要求1所述的继电保护设备的状态评估系统的继电保护设备的状态评估方法，其特征在于：包括步骤：

S1、确定要评估的目标继电保护设备；

S2、输入目标继电保护设备所保护元件的运行方式信息，输入目标继电保护设备的所有状态监测量；

S3、根据所述运行方式信息计算出继电保护设备所保护元件的位置重要度K_p，根据所述所有的状态监测量计算出继电保护设备的状态绩效值K_I，其中，K_p用式(a)计算出，K_I用式(d)计算出；

S4、计算出综合状态绩效值K；

S5、判断K值所落入的范围；

S6、根据综合状态绩效值K的取值范围确定继电保护设备的状态并输出评估结果；

S7、结束。

4.根据权利要求3所述的继电保护设备的状态评估方法，特征在于：继电保护设备所处的状态包括四种：健康、注意、异常、紧急，其中，健康对应K值范围[1，3)；注意对应K值范围[3，6)，异常对应K值范围[6，8)，紧急对应K值范围为[8，9]。