CN111241654A - 一种基于数学模型的变电站管控方法 - Google Patents

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郭欢
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Abstract

本发明属于智能电网变电站设计系统领域，具体涉及一种基于数学模型的变电站管控方法，主要包括配置继电保护保护系统可靠性模型和配置继电保护系统风险评测模型，根据两者模型中的可靠系数与风险系数，并求取两者模型中可靠系数的平均值与风险系数的平均值，两平均值与相应的定值进行比较，评估变电站继电保护系统的运行情况，评价变电站继继电保护系统保护方案的可靠性与风险性，根据所评估的结果对继电保护系统的运行采取相应的管控措施，提高了变电站继电保护的运行可靠性和效率。

Description

一种基于数学模型的变电站管控方法
技术领域
本发明属于智能电网变电站设计系统领域，具体涉及一种基于数学模型的变电站管控方法。
背景技术
近年来，各行各业技术革新的速度加速前进，尤其对于电力行业，基于 IEC61850的智能变电站技术得到了前所未有的发展，智能电网进入全面建设阶段，新技术的推广，使得变电站从设计、施工到运维、管理，生产方式都发生了巨大的变化：二次设备网络化和设计信息数字化使得智能变电站通信系统传输的信息更加完整和可靠，通信的实时性大幅度提高，变电站可实现更复杂自动化和智能化的功能，对于变电站的自动化运行和管理水平提升具有重要意义。
常规变电站继电保护系统在可靠性分析方法、设备与系统的特性、在线监测、测试方法与运维体系等方面已建立起完整的理论与技术支撑体系。但在智能变电站技术背景下，电子式互感器和信息网络化传输等新技术的引入使得继电保护可靠性的内涵和外延都发生了很大变化，继电保护的动作性能越来越依赖于网络通信系统，设备间的耦合关系也越来越紧密，继电保护系统风险点和运行特性等需要重新理解和认识，传统的在线监测手段、测试方法与运维体系等也体现出来诸多的不适应性，亟需面向智能变电站的新特点，充分发挥智能变电站的技术优势，提出更智能、适应性更强的变电站管控方法。与建立更高性能的继电保护架构体系这一目标相适应的智能变电站继电保护理论与基于数学建模的技术支撑体系尚未形成，使得智能变电站继电保护的可靠性存在诸多质疑，也制约了智能变电站的推广进程。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于数学模型的变电站管控方法，本发明中智能变电站继电保护系统，分别采取对多个模块的继电保护元件或子系统进行可靠建模，综合分析，评价变电站继继电保护系统保护方案的可靠性与风险性，相比于手工计算，提高变电站继电保护的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于数学模型的变电站管控方法，其特征在于，所述方法包括：
配置继电保护保护系统可靠性模型，所述继电保护系统包括所述变电站的多个继电保护子元件或子系统，所述可靠性模型为基于可靠系数
Figure 100002_DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE001
而配置，其中m为所述子元件和/或子系统个数，Rj是第j个子元件或子系统运行的可靠系数；
配置继电保护系统风险评测模型，所述风险评测模型基于风险系数
Figure BDA0002113954090000022
而配置，其中Pr(Xi，j)表示由于所述子元件或子系统i出现故障时使第j个所述子元件或子系统退出运行的概率，Pr(Ei)表示第i个子元件或子系统的故障率，Ei为所述子元件或子系统的故障事件，Tcs(Ei，Xi，j)表示由于所述子元件或子系统i出现故障时使第j个所述子元件或子系统退出运行时的事件相对于事件Ei的变化率；
在一定周期内对所述可靠性模型中的可靠系数进行n次计算，及对所述风险评测模型中的风险系数进行n次计算，并分别求取所述可靠系数和风险系数的平均值；
根据所述可靠系数的平均值和所述风险系数的平均自对所述变电站的继电保护系统进行管控；所述管控的模式包括：若所述可靠系数的平均值小于第一定值，且风险系数的平均值大于第二定值，则将所述变电站停止运行；若所述可靠系数的平均值大于第一定值，且所述风险系数的平均值大于第二定值，则发出继电保护故障警示；若所述可靠系数的平均值小于第一定值，且所述风险系数的平均值小于第二定值，则发出继电保护故障警示；若所述可靠系数的平均值大于第一定值，且风险系数的平均值小于第二定值，则将所述变电站的继电保护系统继续投入运行。
进一步地，若所述子元件或所述子系统为备用配置时，各个子元件或子系统部分故障时，则所述可靠性模型的可靠系数为
Figure BDA0002113954090000031
进一步地，所述系统可靠性模型及所述风险评测模型均按照IEC61850标准进行建模。
进一步地，所述风险评测模型还基于绝对风险指标和相对风险指标，绝对风险指标Ra的计算公式如下：
Figure BDA0002113954090000032
上式中，I1为继电保护子元件或子系统的失效模式集合；Pi和Li分别为第 i种失效模式的发生概率与相应的损失负荷量；
相对风险指标Rr的计算公式如下：
Figure BDA0002113954090000033
其中，I2为所述变电站负荷节点集合；Li为所述变电站的节点负荷量。
与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：本发明所提供的基于数学模型的变电站管控方法，对变电站继电保护系统的故障进行研究时，不宜采用传统电力系统可靠性建模方法进行研究，而是建立更为系统的一次设备与二次设备电力系统继电保护模型，在基于可靠系数建立的模型的同时，还建立了基于风险系数的风险评测模型，综合两者模型中的可靠系数与风险系数，评估变电站继电保护系统的运行情况，根据所评估的结果对继电保护系统的运行采取相应的管控措施，提高了变电站继电保护的运行可靠性和效率。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明：
图1是基于可靠系数与风险系数的动作逻辑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供本发明提供的一种基于数学模型的变电站管控方法，其特征在于，所述方法包括：
配置继电保护保护系统可靠性模型，所述继电保护系统包括所述变电站的多个继电保护子元件或子系统，所述可靠性模型为基于可靠系数
Figure 724255DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE001
而配置，其中m为所述子元件和/或子系统个数，Rj是第j个子元件或子系统运行的可靠系数；
配置继电保护系统风险评测模型，所述风险评测模型基于风险系数
Figure BDA0002113954090000042
而配置，其中Pr(Xi，j)表示由于所述子元件或子系统i出现故障时使第j个所述子元件或子系统退出运行的概率，Pr(Ei)表示第i个子元件或子系统的故障率，Ei为所述子元件或子系统的故障事件， Tcs(Ei，Xi，j)表示由于所述子元件或子系统i出现故障时使第j个所述子元件或子系统退出运行时的事件相对于事件Ei的变化率；
在一定周期内对所述可靠性模型中的可靠系数进行n次计算，及对所述风险评测模型中的风险系数进行n次计算，并分别求取所述可靠系数和风险系数的平均值；
如图1所示，根据所述可靠系数的平均值和所述风险系数的平均自对所述变电站的继电保护系统进行管控；所述管控的模式包括：若所述可靠系数的平均值a小于第一定值th1，且风险系数的平均值b大于第二定值th2，则将所述变电站停止运行；若所述可靠系数的平均值a大于第一定值th1，且所述风险系数的平均值b大于第二定值th2，则发出继电保护故障警示；若所述可靠系数的平均值a小于第一定值th1，且所述风险系数的平均值b小于第二定值th2，则发出继电保护故障警示；若所述可靠系数的平均值a大于第一定值th1，且风险系数的平均值b小于第二定值th2，则将所述变电站的继电保护系统继续投入运行。
若所述子元件或所述子系统为备用配置时，各个子元件或子系统部分故障时，则所述可靠性模型的可靠系数为
Figure BDA0002113954090000051
所述系统可靠性模型及所述风险评测模型均按照IEC61850标准进行建模。
所述风险评测模型还基于绝对风险指标和相对风险指标，绝对风险指标Ra 的计算公式如下：
Figure BDA0002113954090000052
上式中，I1为继电保护子元件或子系统的失效模式集合；Pi和Li分别为第 i种失效模式的发生概率与相应的损失负荷量；
相对风险指标Rr的计算公式如下：
Figure BDA0002113954090000053
其中，I2为所述变电站负荷节点集合；Li为所述变电站的节点负荷量。
与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：本发明所提供的基于数学模型的变电站管控方法，对变电站继电保护系统的故障进行研究时，不宜采用传统电力系统可靠性建模方法进行研究，而是建立更为系统的一次设备与二次设备电力系统继电保护模型，在基于可靠系数建立的模型的同时，还建立了基于风险系数的风险评测模型，综合两者模型中的可靠系数与风险系数，评估变电站继电保护系统的运行情况，根据所评估的结果对继电保护系统的运行采取相应的管控措施，提高了变电站继电保护的运行可靠性和效率。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于数学模型的变电站管控方法，其特征在于，所述方法包括：
配置继电保护保护系统可靠性模型，所述继电保护系统包括所述变电站的多个继电保护子元件或子系统，所述可靠性模型为基于可靠系数
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE001
而配置，其中m为所述子元件和/或子系统个数，Rj是第j个子元件或子系统运行的可靠系数；
配置继电保护系统风险评测模型，所述风险评测模型基于风险系数
Figure FDA0002113954080000012
而配置，其中Pr(Xi，j)表示由于所述子元件或子系统i出现故障时使第j个所述子元件或子系统退出运行的概率，Pr(Ei)表示第i个子元件或子系统的故障率，Ei为所述子元件或子系统的故障事件，Tcs(Ei，Xi，j)表示由于所述子元件或子系统i出现故障时使第j个所述子元件或子系统退出运行时的事件相对于事件Ei的变化率；
在一定周期内对所述可靠性模型中的可靠系数进行n次计算，及对所述风险评测模型中的风险系数进行n次计算，并分别求取所述可靠系数和风险系数的平均值；
根据所述可靠系数的平均值和所述风险系数的平均自对所述变电站的继电保护系统进行管控；所述管控的模式包括：若所述可靠系数的平均值小于第一定值，且风险系数的平均值大于第二定值，则将所述变电站停止运行；若所述可靠系数的平均值大于第一定值，且所述风险系数的平均值大于第二定值，则发出继电保护故障警示；若所述可靠系数的平均值小于第一定值，且所述风险系数的平均值小于第二定值，则发出继电保护故障警示；若所述可靠系数的平均值大于第一定值，且风险系数的平均值小于第二定值，则将所述变电站的继电保护系统继续投入运行。
2.根据权利要求1所述的基于数学模型的变电站管控方法，其特征在于：若所述子元件或所述子系统为备用配置时，各个子元件或子系统部分故障时，则所述可靠性模型的可靠系数为
Figure FDA0002113954080000021
3.根据权利要求1所述的基于数学模型的变电站管控方法，其特征在于：所述系统可靠性模型及所述风险评测模型均按照IEC61850标准进行建模。
4.根据权利要求1所述的基于数学模型的变电站管控方法，其特征在于：所述风险评测模型还基于绝对风险指标和相对风险指标，绝对风险指标Ra的计算公式如下：
Figure FDA0002113954080000022
上式中，I1为继电保护子元件或子系统的失效模式集合；Pi和Li分别为第i种失效模式的发生概率与相应的损失负荷量；
相对风险指标Rr的计算公式如下：
Figure FDA0002113954080000023
其中，I2为所述变电站负荷节点集合；Li为所述变电站的节点负荷量。
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