专利名称：一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法
技术领域：
本发明属于电工技术领域，特别涉及一种检修规划控制策略方法，适用于电力系统配电设备的长期检修安排。
背景技术：
电力系统的检修策略对系统的可靠性运行具有重要作用，可以延长整个系统的运行寿命。总体来讲，电力系统检修模式主要经历了三个阶段事故后维修(Corrective Maintenance)、预防性维修(Preventive Maintenance)禾口预知性维修(Predictive Maintenance)。传统的电力系统检修主要集中在发电系统、输电系统、发输电系统检修，而关于配电系统检修研究则相对较少。然而作为电力系统的重要组成部分，配电系统是由许多配电设备组成的复杂系统，并存在牵引机车、大型负荷、风电接入等负荷骤变的运行环境，故应该对配电系统检修进行重点研究。由于失效模型的复杂性及配电设备的多样性，传统的配电系统检修一般只考虑一种维修活动，并没有考虑实际运行过程中设备状态的多样性；并且由于合适输入数据的缺失及理论方法在实际应用中的困难，传统的配电系统检修和系统可靠性评估是分开考虑的。更合理的手段是建立设备老化特性时变模型，根据设备所处的运行状态给定相应的维修类型，并考虑检修对设备故障率及系统可靠性的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法，以解决上述技术问题。本发明深入配电系统设备内部机理，研究元件老化的原理及其影响因素，根据配电设备在线监测及故障诊断得到设备状态信息，以及负荷骤变环境下的配电设备可靠性指标。然后结合系统运行信息，综合考虑系统可靠性与经济性，从系统角度研究配电系统长期检修优化策略的制定方法。本发明可以增加检修的针对性，减小检修盲目性，考虑在满足系统可靠性的条件下以系统总费用最小为目标安排系统检修。本发明技术方案主要包括以下步骤步骤1 采集信息形成配电检修基础数据库将采集的设备运行信息和系统运行状态信息通过通讯信道传送到配电检修基础数据库，由运行人员对基础数据库进行输入、 调整检修约束，形成检修所需的基础数据；所述采集的设备信息包括设备检修数据和设备运行数据设备侧数据设备数、 检修周期、设备i进行k类型预防性检修所需的单位人工小时数费用、人工小时数、材料成本、用户j停电时间、停电电价、停电影响的用户数、修造成的用户j平均停电量，设备i进行k类型事故后维修所需的人工小时价格、人工小时数、材料成本、用户j停电时间、停电电价、停电影响的用户数，设备i所供应的平均负荷，设备实时故障率和设备k类型故障率的初始值及返回值、设备运行环境温度、变压器油温升系数、变压器绕组温升系数、电力开关开断次数；所述采集的配电系统信息包括系统检修数据和系统运行数据系统检修数据通过检修接口进行录入，包括系统年检修预算、人工小时数指标、系统年平均停电频率指标和系统年平均停电时间指标；系统运行数据通过与EMS系统接口通信，包括系统网络拓扑、 潮流信息，系统负荷波动信息及系统负荷年增长率，电价；步骤2 建立配电系统长期检修优化模型配电系统长期检修优化系统调用检修基础数据库，然后完成以下步骤2. 1步建立设备时变老化模型根据故障发生原因对电力设备故障率进行分解， 分解后的故障率之间相互独立，并且分别满足浴盆曲线，采用Weibull分布建立时变故障率数学模型，模型中的参数根据同类设备的历史运行数据采用最小二乘拟合方法得到；2. 2步在时变老化模型中考虑负荷骤变的因素对于配电变压器来讲，负荷骤变引起的温升是影响变压器寿命的主要因素，根据国际电工委员会IEC3M进行计算温升引起的寿命损失；对于断路器和隔离开关，其老化主要和开断次数有关，根据事后统计数据按照模糊数学方法求解；2. 3步建立检修模型优化目标以检修周期内的预知性维修费用和事故后维修费用之和最小为目标函数，可统筹协调检修周期内系统可靠性及检修费用的平衡；2. 4步构建约束条件，包括1)预算约束，即每年预知性检修成本与由故障造成的事故后维修成本之和不能超过给定预算值；2)人工小时数约束，包括大修、小修所需的人力约束和对设备进行更换所需的人力约束两种情况；3)配电系统可靠性约束，包括系统平均停电频率约束和系统平均停电时间约束等；4)同时检修约束，一年内对同一设备小修、大修不能同时进行；5)检修对故障率的影响，采用分段混合整数线性公式，各设备的老化曲线用阶梯分段函数将检修对故障率的影响表示出来。每次检修都会使相应的设备故障率返回到给定值；步骤3 配电系统长期检修优化系统调用步骤1中形成的检修基础数据库，将其代入步骤2中的配电系统长期检修优化模型当中，采用分支定界法进行求解，优化形成检修安排策略。本发明的有益效果在于从配电系统角度出发，以检修周期内检修费用和故障造成的费用之和最小为目标函数，其中考虑检修时设备停运对用户和电力公司造成的损失， 并综合考虑检修对设备故障率的改善及对系统可靠性的影响，可以有效解决配电系统长期检修策略的制定。本发明能够深入设备内部机理，建立设备老化特性数学模型，更进一步考虑负荷骤变因素对检修策略制定的影响，因此对于含有大量负荷骤变环境的实际配电系统来说，本发明更符合实际系统的运行情况。
图1为本发明所用检修数据采集系统的结构框图；图2为本发明配电系统长期检修安排流程图；图3为本发明配电系统检修分支定界算法流程。
具体实施例方式1.采集信息形成配电检修基础数据库参阅图1，本发明所述的系统性的考虑老化特性的配电系统长期检修策略制定方法中所用检修数据采集系统的框图。其中，设备侧在线监测得到设备运行数据通过设备侧运行指标接口录入到设备侧检修数据库，离线监测和设备故障诊断得到设备检修数据通过设备侧检修指标接口进行录入到设备侧检修数据库，经过通信信道的信息传输传到数据处理中心；系统侧与能量管理系统(Energy Management System-EMS)系统接口通信得到系统运行数据通过系统运行指标接口录入到系统侧检修数据库，人工输入系统检修数据通过检修指标接口录入到系统侧检修数据库，并传送到配电检修基础数据库，形成检修所需的基础数据。图1所示检修数据采集系统得到的配电检修基础数据包括如下数据设备侧数据设备数N、检修周期T、设备i进行k类型预防性检修所需的单位人工小时费用C=,、人工小时数劣广、材料工具成本^Ki、用户j停电时间、单位时间停电损失C『UE、停电影响的用户数M^m、修造成的用户j平均停电量Pu，设备i进行k类型事故后检修所需的人工小时费用CiflL、人工小时数究，f、材料工具成本功 、用户j停电时间 ^upo、单位时间停电损失Cfrai、停电影响的用户数M严，设备i所供应的平均负荷Pi, t时刻设备i的k类型实际故障率>^和设备k类型故障率的初始值及返回值、设备运行环境温度θ a、变压器油温升系数X、变压器绕组温升系数y、电力开关开断次数C ；系统侧数据系统检修数据通过检修接口进行录入，包括系统年检修预算 Budget (t)、大修、小修人工小时数指标Labor(t)和设备更换人工小时数指标Laboi^a)、 系统年平均停电频率指标SAIFI (t)和系统年平均停电时间指标SAIDI (t)；系统运行数据通过与EMS系统接口通信录入，包括系统网络拓扑、潮流信息，系统负荷波动信息及系统负荷年增长率q，电价if。在得到配电系统检修基础数据后，根据图2所示的检修安排流程图进行检修安排。具体步骤如下1)读取配电检修基础数据库信息；2)利用Weibull建立根据故障原因分解后的设备时变老化模型，在时变老化模型中考虑负荷骤变对各配电设备的影响；3)计算各检修类型对相对应故障率的削减程度；4)在约束条件中考虑系统可靠性的影响；5)利用分支定界法求解检修安排问题；6)形成检修优化策略。2.建立配电系统长期检修优化模型设备的状态取决于设备的性能，本发明综合设备的在线监测、离线监测，以及设备的历史运行情况、运行工况和环境因素等信息评估设备状态，根据设备故障发生原因采用 Weibull分布得到时变故障率，并采用分段混合整数线性公式，用每一台设备的老化曲线用阶梯分段函数量化检修对设备可靠性的影响。2. 1建立考虑负荷骤变因素的时变故障率模型传统检修方式一般认为设备处于两种状态即正常与故障状态，这与配电系统实际运行情况不符；即使部分检修安排模型中认为设备在整个寿命周期中存在多种状态，但大多采用Markov模型离散求解，没有反映设备的长期变化。本发明根据设备失效原因，将设备故障率分解成相互独立的不同故障率，并用Weibull分布建立数学模型。然后根据设备在线监测和历史运行情况采用最小二乘拟合方法分别求解Weibull分布的参数。则时变故障率模型如下
K
权利要求
1.一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、采集信息形成配电检修基础数据库将采集的设备信息和配电系统信息通过通讯信道传送到配电检修基础数据库，形成检修所需的基础数据；步骤2 建立配电系统长期检修优化模型配电系统长期检修优化系统调用配电检修基础数据库，然后完成以下步骤步骤2. 1 建立设备时变老化模型根据故障发生原因对电力设备故障率进行分解，分解后的故障率之间相互独立，并且分别满足浴盆曲线，采用Weibull分布建立时变故障率数学模型，模型中的参数根据同类设备的历史运行数据采用最小二乘拟合方法得到；步骤2. 2 在时变老化模型中考虑负荷骤变的因素；步骤2.3 建立检修模型优化目标以检修周期内的预知性维修费用和事故后维修费用之和最小为目标函数，统筹协调检修周期内系统可靠性及检修费用的平衡；步骤2. 4:构建约束条件，包括1)预算约束，即每年预知性维修成本与由故障造成的事故后维修成本之和不能超过给定预算值；2)人工小时数约束，包括大修、小修所需的人力约束和对设备进行更换所需的人力约束两种情况；3)配电系统可靠性约束，包括系统平均停电频率约束和系统平均停电时间约束；4)同时检修约束，一年内对同一设备小修、大修不能同时进行；5)检修对故障率的影响，采用分段混合整数线性公式，用每一台设备的老化曲线用阶梯分段函数将检修对故障率的影响表示出来；每次检修都会使故障率返回到初始值；步骤3 配电系统长期检修优化系统调用步骤1中形成的检修基础数据库，将其代入步骤2中的配电系统长期检修优化模型当中，采用分支定界法进行求解，得到考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略。
2.根据权利要求1所述的一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法， 其特征在于，所述采集的设备信息包括设备检修数据和设备运行数据设备数、检修周期、设备i进行k类型预防性检修所需的单位人工小时数费用、人工小时数、材料成本、用户j停电时间、 单位时间停电损失、停电影响的用户数、修造成的用户j平均停电量，设备i进行k类型事故后维修所需的人工小时价格、人工小时数、材料成本、用户j停电时间、单位时间停电损失、停电影响的用户数，设备i所供应的平均负荷，设备实时故障率和设备k类型故障率的初始值及返回值、设备运行环境温度、变压器油温升系数、变压器绕组温升系数、电力开关开断次数；所述采集的配电系统信息包括系统检修数据和系统运行数据系统检修数据通过检修指标接口进行录入，包括系统年检修预算、人工小时数指标、系统年平均停电频率指标和系统年平均停电时间指标；系统运行数据通过与能量管理系统系统接口通信获得，包括 系统网络拓扑、潮流信息，系统负荷波动信息及系统负荷年增长率，电价。
3.根据权利要求1所述的一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法， 其特征在于，步骤2. 1和2. 2中考虑负荷因素的时变故障率模型如下
4.根据权利要求1所述的一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法， 其特征在于，步骤2. 3中的检修目标函数公式如下
5.根据权利要求1所述的一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法， 其特征在于，步骤2. 4中的检修约束条件包括 1)预算约束每年预知性维修成本与由故障造成的事故后维修成本之和不能超过给定预算值，由式 ⑶得到
6.根据权利要求1所述的一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法， 其特征在于，步骤2. 2中在时变老化模型中考虑负荷骤变的因素，对于配电变压器来讲，负荷骤变引起的温升是影响变压器寿命的主要因素，根据国际电工委员会IEC3M进行计算温升引起的寿命损失；对于断路器和隔离开关，其老化主要和开断次数有关，根据事后统计数据按照模糊数学方法求解。
全文摘要
本发明提出一种考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略制定方法，包括以下步骤步骤1采集信息形成配电检修基础数据库；步骤2建立配电系统长期检修优化模型；步骤3调用步骤1中形成的检修基础数据库，将其代入步骤2中的配电系统长期检修优化模型当中，采用分支定界法进行求解，得到考虑元件老化特性的配电系统长期检修策略。本发明从配电系统角度出发，基于变压器和断路器设备时变老化模型，以检修周期内检修费用和故障造成的费用之和最小为目标函数，考虑检修时设备停运对用户和电力公司造成的损失，并综合考虑检修对设备故障率的改善及对系统可靠性的影响，可以作为配电自动化系统的支撑，有效解决配电系统长期检修策略的制定。
文档编号G06Q50/00GK102360467SQ20111030855
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者崔艳林, 王建学, 路建明 申请人:西安交通大学