一种考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法

1.本发明涉及电网及电气设备运维技术领域，具体涉及一种考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法。


背景技术：

2.稳控装置作为保障电网安全的第二道防线，其可靠性运行对于电网的安全稳定运行具有重要意义。特别是在大型稳控装置中，由于单个稳控装置的状态与稳控系统可靠性相关、稳控装置的可靠性和性能也与电力系统的稳定运行能力密不可分。
3.电力设备的检修周期决策有三个发展历程：第一历程为事后检修是在装置发生故障后才进行检修，装置运行没有监测手段，且装置故障造成的后果不大。第二历程为定期检修是以时间为基础的预防性检修策略，对于故障次数少的装置会出现检修过盛，对故障次数多的装置会出现检修不足。第三历程为状态检修是与定期检修相同的是都在故障发生前进行检修，与定期检修不同的是如何把握装置的检修时机，它是通过利用先进的装置检测预测技术和故障诊断技术来精准地把握检修时机。
4.近年来，状态检修和机会检修技术在电力设备运维中得到一定的应用，但是在稳控装置运维中仍处于起步阶段。部分研究以可靠性或者经济性为单一性的目标来制定稳控装置的检修计划。但是，满足可靠性就会检修过多，满足经济性就难以避免故障。而检修和故障为相互对立的两方面，检修过度会造成过大的检修风险，检修不足又会造成较大的电网故障风险，所以把握不好稳控装置检修与电网安全风险之间的矛盾和冲突，就有可能造成大面积的安全事故，威胁整个电力系统的安全运行。
5.稳控装置的构成、运行原理与电气一次设备以及保护装置的差异巨大。特别是稳控系统的主辅装置具有一定关联性，主装置故障时辅助装置也会受其影响，所以仅按设备个体性能实施检修往往会引起更大的损失，有时也会造成顾此失彼的现象。现有的电气设备检修周期决策方法在稳控装置中难以适用。因此，有必要考虑稳控装置主辅关联性对稳控系统的影响，从系统角度决策稳控装置的检修周期。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法，以兼顾主辅稳控装置的关联性的影响而更精准地确定稳控装置的最佳检修周期，用以指导电网稳控装置检修维护操作以帮助兼顾提升稳控系统运行的可靠性和经济性。
7.为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
8.一种考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法，包括如下步骤：
9.s1、根据电网中稳控装置的基础故障率，计算电网中考虑关联集影响的稳控装置的复合故障率；
10.s2、统计电网中各稳控装置的重要性指标、可能损失程度指标和影响用户数指标，
计算稳控装置的运行总风险和检修收益；
11.s3、基于电网稳控装置的运行总风险和检修收益，构建稳控装置检修周期决策的目标函数，并确定对应的约束条件；
12.s4、基于所述约束条件对稳控装置检修周期决策的目标函数进行求解，确定稳控装置的检修周期。
13.上述考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法中，优选的，所述步骤s1中，稳控装置的基础故障率为：
[0014][0015]
式中，λi(t)为第i个稳控装置的基础故障率，i表示电网中稳控装置的序号，t表示时段，αi、βi分别为第i个稳控装置的形状参数和尺度参数。
[0016]
上述考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法中，优选的，稳控装置的复合故障率按以下方法确定：
[0017][0018]
式中，pi(t)为第i个稳控装置的复合故障率，k＝1表示故障的稳控装置没有关联装置；k≠1表示故障的稳控装置具有关联装置；ui(t)为第i个稳控装置的关联故障率，且按以下方法计算：
[0019][0020]
其中，m为处于故障状态的装置所在的关联集包含的稳控装置总数目。
[0021]
上述考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法中，优选的，所述步骤s2中，稳控装置的运行总风险按以下方法计算：
[0022][0023]
式中，r为稳控装置的运行总风险；t表示时段，n
t
为决策周期包含的时段数；s(t)为时段t中故障装置的总数量，ps(t)表示时段t中第s个稳控装置的复合故障率；η
lost
为稳控装置故障后的故障损失程度，且按以下方法计算：
[0024]
η
lost
＝k8·
p
im
+k9·
p
lost
+k
10
·
p
cust
；
[0025]
式中，p
im
为稳控装置的重要性指标；p
lost
为稳控装置的可能损失程度指标；p
cust
为影响用户数指标；k8、k9、k
10
分别为p
im
、p
lost
、p
cust
的权重系数。
[0026]
上述考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法中，优选的，所述步骤s2中，稳控装置的检修收益按以下方法计算：
[0027][0028]
式中，v为稳控装置的检修收益；r为稳控装置的运行总风险；t表示时段，n
t
为决策周期包含的时段数；i表示电网中稳控装置的序号，n为电网中的稳控装置总数；f
i,t
、f
′
i,t
分
别为检修前、检修后第i个稳控装置在t时段的故障概率；δt
i,l
为第i个稳控装置采取故障检修等级l的检修时间；pi为第i个稳控装置故障造成的失负荷量，cf为故障造成的单位失负荷费用，c
i,l
为第i个稳控装置采取检修等级l时的检修费用。
[0029]
上述考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法中，优选的，所述步骤s3中，稳控装置检修周期决策的目标函数为：
[0030][0031]
其中：v为稳控装置的检修收益；r为稳控装置的运行总风险；v
max
和r
max
分别为稳控装置检修收益和稳控装置运行总风险的最大值；w
b1
和w
b2
为权重系数。
[0032]
上述考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法中，优选的，权重系数w
b1
和w
b2
按以下方法计算：
[0033][0034]
式中，w1为稳控装置检修收益的常权重系数，w2为稳控装置运行总风险的常权重系数，且常权重系数w1和w2按以下方法计算：
[0035][0036][0037]
式中，a为调整参数，且a≥0.5；r1为状态量稳控装置检修收益的总状态评级数，取值为1.6；r2为状态量稳控装置运行总风险的总状态评级数，取值为1.2。
[0038]
上述考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法中，优选的，步骤s3中，稳控装置检修周期决策的约束条件包括：
[0039]
(1)稳控装置检修时间约束：
[0040][0041]
式中，bi、ei、si、di分别为第i个稳控装置允许检修的最早时段、允许检修最迟时段、检修开始时段、检修持续时段数，xi(t)表示时段t第i个稳控装置的状态，xi(t)＝1表示时段t第i个稳控装置检修，xi(t)＝0表示时段t第i个稳控装置不检修，xi(t)＝{0,1}表示时段t第i个稳控装置可根据需要设定是否检修，设定为1表示检修，设定为0表示不检修；
[0042]
(2)稳控装置检修资源约束：
[0043][0044]
式中，mi代表第i个稳控装置检修需要的资源；s
t
代表t时段的检修资源上限；
[0045]
(3)电网安全约束：
[0046]
p
l
≤p
lmax
；
[0047]
式中，p
l
为线路l实际传输功率；p
lmax
为线路l允许传输的最大功率。
[0048]
相应的，本发明还提供了一种考虑复合故障率的电网稳控装置检修方法，采用如上所述的方法确定电网中稳控装置的检修周期，并按所述检修周期对稳控装置进行检修维护操作。
[0049]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0050]
1、本发明考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法，考虑了稳控装置主辅关联性对稳控系统的影响，统计电网中各稳控装置的多项指标计算其运行总风险和检修收益，以构建稳控装置检修周期决策的目标函数来确定稳控装置的检修周期，避免了单一风险指标造成最终检修周期决策不全面性的问题，能够更精准地确定稳控装置的最佳检修周期。
[0051]
2、采用本发明方法确定电网中稳控装置的检修周期，并按所确定的检修周期对稳控装置进行检修维护操作，能够更好的规避稳控装置检修与电网安全风险之间的矛盾和冲突，在未增加系统停运时间的同时有效改善了设备性能，能够为电网稳控系统的运维提供参考，更好的兼顾提升稳控系统运行的可靠性和经济性。
附图说明
[0052]
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
[0053]
图1是本发明考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法的流程图。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图对本发明进一步的详细说明。
[0055]
如图1所示，本发明公开了一种考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法，包括如下步骤：
[0056]
s1、根据电网中稳控装置的基础故障率，计算电网中考虑关联集影响的稳控装置的复合故障率；
[0057]
s2、统计电网中各稳控装置的重要性指标、可能损失程度指标和影响用户数指标，计算稳控装置的运行总风险和检修收益；
[0058]
s3、基于电网稳控装置的运行总风险和检修收益，构建稳控装置检修周期决策的目标函数，并确定对应的约束条件；
[0059]
s4、基于所述约束条件对稳控装置检修周期决策的目标函数进行求解，确定稳控装置的检修周期。
[0060]
具体实施时，步骤s1中，稳控装置的基础故障率为：
[0061][0062]
式中，λi(t)为第i个稳控装置的基础故障率，i表示电网中稳控装置的序号，t表示时段，αi、βi分别为第i个稳控装置的形状参数和尺度参数。形状参数αi具体取值时，若在稳控系统的磨合期，取αi《1；若在稳控系统的偶然故障期，取αi＝1；若在稳控系统的损耗故障
期，取αi》1。尺度参数βi通过最小二乘法计算取值。
[0063]
作为示例，取稳控装置为220kv区域稳定控制系统子站，其功能为高频切机和低频解列，参数为αi＝4.369，βi＝28.2346，并且没有相关联设备。
[0064]
根据稳控装置的基础故障率计算式拟合得到的曲线为：
[0065][0066]
若计算的稳控装置具有相关设备时，则计算其考虑关联集影响的故障率，其关联故障率ui(t)按以下方法计算：
[0067][0068]
其中：m为处于故障状态的装置所在的关联集包含的稳控装置总数目。
[0069]
由于本示例中无关联设备所以不做计算。
[0070]
综上可以求解出稳控装置的复合故障率：
[0071][0072]
式中：pi(t)为第i个稳控装置的复合故障率，k＝1表示故障的稳控装置没有关联装置；k≠1表示故障的稳控装置具有关联装置；ui(t)为第i个稳控装置的关联故障率。
[0073]
由于本示例中故障的稳控装置没有关联装置，取k＝1，所以：
[0074][0075]
具体实施时，步骤s2中，稳控装置的运行总风险按以下方法计算：
[0076][0077]
式中，r为稳控装置的运行总风险；t表示时段，n
t
为决策周期包含的时段数；s(t)为时段t中故障装置的总数量，ps(t)表示时段t中第s个稳控装置的复合故障率；η
lost
为稳控装置故障后的故障损失程度，且按以下方法计算：
[0078]
η
lost
＝k8·
p
im
+k9·
p
lost
+k
10
·
p
cust
；
[0079]
式中，p
im
为稳控装置的重要性指标；p
lost
为稳控装置的可能损失程度指标；p
cust
为影响用户数指标；k8、k9、k
10
分别为p
im
、p
lost
、p
cust
的权重系数。其中，具体取值时，权重系数k8、k9取为0.3，权重系数k
10
取为0.4。
[0080]
具体实施时，可通过模糊综合评价法来评估各稳控装置的重要性指标p
im
、装置可能损失程度指标p
lost
、影响用户数指标p
cust
。本示例中，装置重要性指标p
im
统计如表1：
[0081]
表1装置重要性指标p
im
[0082]
类别评价结果pim500kv安全稳定控制站和备用自动投入装置非常重要9.8220kv区域稳定控制系统子站非常重要9.6
220kv厂站执行站和备用自动投入装置非常重要9.4220kv其他装置较为重要6.5110kv厂站执行站和备用自动投入装置较为重要5.9110kv其他装置一般重要4.2110kv以下安自装置一般重要4.1
[0083]
装置可能损失程度指标p
lost
计算如表2：
[0084]
表2装置可能损失程度指标p
lost
[0085][0086]
影响用户数指标p
cust
计算如表3：
[0087]
表3影响用户数指标p
cust
[0088]
影响用户数及重要性重要程度p
cust
全网电压或频率大幅波动非常重要10局部电网电压崩溃或频率崩溃非常重要9局部电网电压或频率大幅波动非常重要8500kv变电站部分或全站失压非常重要8220kv变电站部分或全站失压较为重要7.5110kv变电站部分或全站失压较为重要7负荷损失占全站负荷80％及以上较为重要7负荷损失占全站负荷50％～80％一般重要6.5负荷损失占全站负荷49％及以下一般重要6
[0089]
根据统计的各项稳控装置风险指标来计算故障后的故障损失程度η
lost
，其用于描述装置误动或拒动后对电网、装置以及用户等各方面造成的影响。
[0090]
由上表可知本例中p
im
＝9.6，p
lost
＝8.7，p
cust
＝7.5，所以此装置故障后的故障损失程度：
[0091]
η
lost
＝k8·
p
im
+k9·
p
lost
+k
10
·
p
cust
＝8.49
[0092]
根据求得的装置故障后的故障损失程度η
lost
，再计算稳控装置运行总风险：
[0093]
具体实施时，步骤s2中，稳控装置的检修收益按以下方法计算：
[0094][0095]
式中，v为稳控装置的检修收益；r为稳控装置的运行总风险；t表示时段，n
t
为决策周期包含的时段数；i表示电网中稳控装置的序号，n为电网中的稳控装置总数；f
i,t
、f
i,
′
t
分别为检修前、检修后第i个稳控装置在t时段的故障概率；δt
i,l
为第i个稳控装置采取故障
检修等级l的检修时间；pi为第i个稳控装置故障造成的失负荷量，cf为故障造成的单位失负荷费用，c
i,l
为第i个稳控装置采取检修等级l时的检修费用。
[0096]
具体实施时，步骤s3中，稳控装置检修周期决策的目标函数为：
[0097][0098]
其中：v为稳控装置的检修收益；r为稳控装置的运行总风险；v
max
和r
max
分别为稳控装置检修收益和稳控装置运行总风险的最大值；w
b1
和w
b2
为权重系数。权重系数w
b1
和w
b2
按以下方法计算：
[0099][0100]
式中，w1为稳控装置检修收益的常权重系数，w2为稳控装置运行总风险的常权重系数，且常权重系数w1和w2按以下方法计算：
[0101][0102][0103]
式中，a为调整参数，且a≥0.5；r1为状态量稳控装置检修收益的总状态评级数，取值为1.6；r2为状态量稳控装置运行总风险的总状态评级数，取值为1.2。
[0104]
同时，对应的，稳控装置检修周期决策的约束条件包括：
[0105]
(1)稳控装置检修时间约束：
[0106][0107]
式中，bi、ei、si、di分别为第i个稳控装置允许检修的最早时段、允许检修最迟时段、检修开始时段、检修持续时段数，xi(t)表示时段t第i个稳控装置的状态，xi(t)＝1表示时段t第i个稳控装置检修，xi(t)＝0表示时段t第i个稳控装置不检修，xi(t)＝{0,1}表示时段t第i个稳控装置可根据需要设定是否检修，设定为1表示检修，设定为0表示不检修；
[0108]
(2)稳控装置检修资源约束：
[0109][0110]
式中，mi代表第i个稳控装置检修需要的资源；s
t
代表t时段的检修资源上限；
[0111]
(3)电网安全约束：
[0112]
p
l
≤p
lmax
；
[0113]
式中，p
l
为线路l实际传输功率；p
lmax
为线路l允许传输的最大功率。
[0114]
本示例中，选取三个不同故障率的时段：t1～t2、t2～t3、t3～t4来进行算例计算，其统计如下：
[0115]
表4三个不同时段的统计值
[0116]
变量t1～t2t2～t3t3～t4检修前故障风险1212.41192.51187.9检修后故障风险739.48770.79716.53检修风险762.79702.11925.6稳控装置运行总风险1502.281472.911641.23稳控装置检修收益0.31480.29980.3027
[0117]
具体实施时，常权重系数w1和w2按以下方法计算：
[0118][0119][0120]
式中，调整参数a取值为0.6，状态量稳控装置检修收益的总状态评级数r1取值为1.6，状态量稳控装置运行总风险的总状态评级数r2取值为1.2。
[0121]
由常权重系数可求得权重系数w
b1
和w
b2
：
[0122][0123][0124]
根据稳控装置检修收益和稳控装置运行总风险以及求得的权重系数，得出稳控装置检修周期决策的目标函数：
[0125][0126]
根据表4中不同时段的统计值，得出t＝0.0037，其对应t1～t2，即时段t1～t2为最佳检修周期。
[0127]
将由目标函数求得的最佳检修周期来检验是否满足稳控装置检修周期决策的约束条件：
[0128]
(1)稳控装置检修时间约束：
[0129][0130]
经检验xi(t1～t2)＝1，所以该装置状态为可以检修。
[0131]
(2)稳控装置检修资源约束：
[0132][0133]
经检验所以该时段检修资源满足检修需求。
[0134]
(3)电网安全约束：
[0135]
p
l
≤p
lmax
[0136]
经检验p
l
≤p
lmax
，所以该装置所在线路满足电网安全约束。
[0137]
综上，目标函数求得时段t1～t2满足所有的约束条件，所以确定为最佳的检修周期。
[0138]
可见，本发明考虑复合故障率的电网稳控装置检修周期确定方法，考虑了稳控装置主辅关联性对稳控系统的影响，统计电网中各稳控装置的多项指标计算其运行总风险和检修收益，以构建稳控装置检修周期决策的目标函数来确定稳控装置的检修周期，避免了单一风险指标造成最终检修周期决策不全面性的问题，能够更精准地确定稳控装置的最佳检修周期。
[0139]
同时，本发明还提供一种考虑复合故障率的电网稳控装置检修方法，采用本发明上述的方法确定电网中稳控装置的检修周期，并按所确定的检修周期对稳控装置进行检修维护操作，能够更好的规避稳控装置检修与电网安全风险之间的矛盾和冲突，在未增加系统停运时间的同时有效改善了设备性能，能够为电网稳控系统的运维提供参考，更好的兼顾提升稳控系统运行的可靠性和经济性。
[0140]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。