一种基于马尔科夫可靠性修正模型的继电保护系统风险评估方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护系统状态评价以及风险评估
技术领域：
，是一种基于马尔科夫可靠性修正模型的继电保护系统风险评估方法。
背景技术：
：当电力系统发生故障或运行在异常工况时，继电保护系统应在较短时间以及较短范围内将故障设备自动切除，或向值班人员发出信号，继而消除异常工况根源，最终减轻故障设备对非故障设备正常运行的影响，以保证相邻地区供电正常。因此，建立较为精确的继电保护系统风险评估模型以及运行状态诊断分析具有重要意义。本发明提出的继电保护系统风险评估模型的可靠性修正方法是鉴于目前继电保护装置失效概率分析受到大量干扰因素影响，导致不能准确评估继电保护系统风险水平。针对这一偏差，本发明提出了一种基于马尔科夫可靠性修正模型的继电保护系统风险评估方法。技术实现要素：本发明的目的在于修正
背景技术：
中所述继电保护系统风险评估模型存在的偏差，以更准确的评估继电保护系统的运行状态。提出了一种基于马尔科夫可靠性修正模型的继电保护系统风险评估方法。提取阻碍继电保护系统正常运行影响参量，根据层次分析法设定状态量权重，基于马尔科夫修正模型，建立科学可靠的风险评估量模型，以直观地反映继电保护系统运行状态。为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：一种基于马尔科夫可靠性修正模型的继电保护系统风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取继电保护系统的运行状态信息；步骤2、提取继电保护运行影响参量，设定状态量权重，并基于层次分析法对继电保护系统运行状态中不同影响参量进行权值评定，具体方法包括：步骤2.1、首先根据决策目标和对象以及影响因素按照关联关系分为目标层、准则层、指标层和方案层，绘出层次结构图；步骤2.2、邀请对继电保护设备状态具有深入了解的专家小组成立权重专家小组，明确评价体系中各层次之间的联系；步骤2.3、根据上一层单元与本层相关单元的关联程度构造判断矩阵；步骤2.4、进行指标权重值的计算：将判断矩阵的每一列元素作归一化处理，其元素的一般项为：将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加：对向量W＝(W1,W2,...,Wn)T作归一化处理：步骤2.5、为确保专家小组的整体思路和逻辑的一致性和合理性，进行一致性检验；步骤3、建立继电保护系统可能损失模型，函数表达式为：其中，n为故障类型数量；m为该项故障类型i中的可能损失类型数量；LE为继电保护设备的可能损失评估量化值；步骤4、建立继电保护系统失效概率模型，失效概率是继电保护系统可靠性评估的一项重要指标，其值表征了系统在时刻t前损坏的程度；失效概率表达式为：步骤5，依据基于马尔科夫可靠性修正模型计算继电保护系统失效概率，其中，对于串联系统，失效概率表达式为：对于并联系统，失效概率表达式为：步骤6、依据继电保护风险评估模型评估继电保护系统风险值，继电保护系统风险值表达式如下：R(t)＝LE(t)×P(t)(16)。在上述的一种基于马尔科夫可靠性修正模型的继电保护系统风险评估方法，其特征在于：所述步骤5中，依据基于马尔科夫可靠性修正模型计算继电保护系统失效概率的具体方法包括：步骤5.1、建立灰色GM(1,1)模型，根据近年继电保护系统失效概率统计数据，可以得到时间响应为：步骤5.2、对此作累减还原，得到原始序列的预测模型：步骤5.3、将残差绝对值ε(0)(k)作为原始数列，建立灰色预测模型：步骤5.4、灰色马尔科夫修正预测模型为：其中，σ(k)＝1时为原状态，σ(k)＝-1时为下一状态；步骤5.5、得到预估值后结合以下判据，得到修正后的失效概率；其中，S(n)为n个样本的拟合曲线偏离度，E(i)为第i年的预估误差值，判据如下：判据一、当S(n)＜5％∩E(i)＜5％时，认为实测值较为精确，在可接受误差范围内，此时修正后的失效概率判据二、当S(n)＜5％∩E(i)≥5％时，认为实测值存在较大误差，此时修正后的失效概率本发明通过提取阻碍继电保护系统正常运行影响参量，根据层次分析法设定状态量权重，基于马尔科夫修正模型，建立科学可靠的风险评估量模型，能够直观地反映继电保护系统运行状态。附图说明图1为可靠性修正模型系统结构分布图。图2为基于可靠性修正模型的继电保护风险评估方法实施流程图。图3为影响继电保护系统风险评估的因素。图4为层次分析结构图。图5为两状态系统图。图6为串联系统可靠性框图。图7为并联系统可靠性框图。图8为区域电网A继电保护系统故障概率预测图。图9为区域电网B继电保护系统故障概率预测图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图1中Ι、ΙΙ、ΙΙΙ分别代表主站层、通信层和继电保护设备层。其中，1、2、3为监控处理中心；4、5、6为通信控制器；7、8、9为继电保护设备。实施例：一、下面结合图2对本发明进行详细说明。如图2所示，本发明的一种继电保护系统可靠性模型的修正方法，包括以下步骤：步骤1：获取继电保护系统的运行状态信息；由于继电保护系统风险评估模型涉及因素较多，其建模、指标选取需要依据大量的运行数据支持。获取继电保护系统运行状态信息既可以为风险评估模型影响参量种类及权重提供依据，也可以对电气设备进行健康状态诊断。步骤2：提取继电保护运行影响参量，设定状态量权重；影响继电保护风险评估的因素较多，包括通讯通道、一次系统运行状态、设备自身运行稳定性以及人为因素等。继电保护系统本身的影响因素包括软、硬件工作情况。其中，软件的可靠性取决于系统输入以及软件设计等；硬件的可靠性取决于各个基本部件及先关电路设计等。如图3所示，根据我国继电保护系统运行特点，影响继电保护系统风险评估的因素可以分为以下几点：(1)装置硬件；(2)装置软件；(3)互感器等相关一次设备；(4)二次回路；(5)继电保护定值。步骤3：进行继电保护系统运行状态评估；在得知步骤2中继电保护风险评估模型的主要影响因素后，需要考虑状态量与评价目标的关系和各状态量之间的关系。考虑到状态量具有不同量纲且存在动态非线性关系，需要将这些状态量放在一个评价体系中计算。针对继电保护设备具有多状态量且内部结构复杂的特点，采用基于专家判断的层次分析法，通过对状态量的统计与分析，构建分层设备状态量指标评估体系。在对设备作风险评估时，需根据状态量之间的关系以及优劣程度对权重进行调整修改，从而更为科学且准确的对继电保护设备状态风险做出评估，提供比较优秀的解决思路。层次分析法主要思路为将研究目标分层，即按照问题以及目标将指标分解为不同层次，包括底层(方案、措施等)和高层(总目标)的相对重要权值确定。针对继电保护设备风险评估体系构成多层次分析结构模型。层次分析法具备的优点有以下几点：(1)普遍适应性；(2)简洁性；(3)系统性。采用层次分析法对继电保护设备状态量确定权重值的具体操作步骤如下：首先，结合决策的目标、影响因素、解决方案按照相互关联情况分为目标层、准则层和方案层，绘制层次结构图如图3所示。然后，如图4所示，方案中目标层是继电保护设备一级评价对象中包含的二级评价对象，目标层代表的是决策目的。准则层代表影响因素和决策标准，在本方案中是继电保护设备的历史运行状态、检修诊断状态和实际运行工况等。为了进一步细化准则层，建立从属于准则层对应元素的指标层元素的下级元素，表征决策问题的具体分析因素，是评价继电保护设备运行状态以及故障诊断的重要参考指标。方案层指的是决策待选方案。进而专家小组在明确评价体系各层次之间的关系后，综合考虑继电保护设备实际工作情况和自身工作经验对运行状态打分评估。经过加权量化处理得到最终状态评分。根据上一层单元与本层相关单元的关联程度构造判断矩阵。进行指标权重值的计算，将判断矩阵的每一列元素作归一化处理，其元素的一般项为：将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加：对向量W＝(W1,W2,...,Wn)T作归一化处理：为确保专家小组的整体思路和逻辑的一致性和合理性，进行一致性检验。步骤4：建立继电保护系统可能损失模型；为了直观表现风险这一抽象概念，对其进行量化计算。继电保护设备可能损失包含直接损失和间接损失。直接损失可以根据其价值信息直接量化，间接损失指因继电保护设备失效导致的电网及用户损失，是继电保护设备损失评估的主要部分。继电保护设备可能损失模型函数表达式为：其中，n为故障类型数量；m为该项故障类型i中的可能损失类型数量；LE为继电保护设备的可能损失评估量化值。步骤5：建立继电保护系统失效概率模型；失效概率是继电保护系统可靠性评估的一项重要指标，其值表征了系统在时刻t前损坏的程度。失效概率表达式为：其中，λ(t)为失效概率函数，表示组件或系统在t时刻时发生故障。步骤6：依据基于马尔科夫可靠性修正模型计算继电保护系统失效概率；马尔科夫理论既可以分析离散的随机变量也可以分析连续随机变量。本文所运用的是马尔科夫方法的离散分析理论，即基于马尔科夫链的继电保护可靠性修正模型。以两状态空间图为例，相应权值及转移方向如图5所示。系统初始状态为状态1，则在单位时间间隔之后，系统有P12的概率转移到状态2，并有P11的概率停留在状态1。如果系统的初始状态为状态2，则在单位时间间隔之后，系统有P21的概率转移到状态1，并有P22的概率停留在状态2。用矩阵表示为：式中，Pij是状态i到状态j的概率。推广到n个状态的情况，可以得到以下矩阵表达式：对于图6中的串联系统，失效概率表达式为：对于图7中的并联系统，失效概率表达式为：马尔科夫修正模型具体实施步骤如下：(1)建立灰色GM(1,1)模型，根据近年继电保护系统失效概率统计数据，可以得到时间响应为：(2)对此作累减还原，得到原始序列的预测模型：(3)将残差绝对值ε(0)(k)作为原始数列，建立灰色预测模型：(4)灰色马尔科夫修正预测模型为：其中，σ(k)＝1时为原状态，σ(k)＝-1时为下一状态。由上述步骤得到预估值后结合以下判据，可以得到修正后的失效概率。其中，S(n)为n个样本的拟合曲线偏离度，E(i)为第i年的预估误差值。判据如下：1、当S(n)＜5％∩E(i)＜5％时，认为实测值较为精确，在可接受误差范围内，此时修正后的失效概率2、当S(n)＜5％∩E(i)≥5％时，认为实测值存在较大误差，此时修正后的失效概率步骤7：依据继电保护风险评估模型评估继电保护系统综合风险量。二、下面结合两个区域电网运行实例进行分析。选取型号为NR-600的微机综合继电保护装置，获取区域电网A于2004-2015年使用年限平均故障率统计如表1所示。表1—区域电网A继电保护装置2004-2015年使用年限平均故障率统计表(平均故障率的单位为次/年·台)年份200420052006200720082009故障概率0.029320.084040.039420.070410.115090.15405年份201020112012201320142015故障概率0.434970.962621.218681.487612.747463.65643在仿真程序中输入初始值，依据上述计算步骤，得出基于马尔科夫灰色预测模型的2016年故障概率的预估值为10.3878次/年·台，且2016年的实测值为9.9864次/年·台。拟合曲线及原始参数如图8所示。计算从2004到2015年共12年的样本数据，此时n＝12，经过计算可以得到SA(12)＝1.7964％。对比2016年的实测值与预估值作修正模型精度检验，计算误差可得EA(2016)＝4.0194％。根据判据1可得区域电网A的继电保护系统修正后的失效概率为：PA(2016)＝10.3878(16)选取型号为NR-600的微机综合继电保护装置，获取区域电网B于2004-2015年使用年限平均故障率统计如表1所示。表2—区域电网B继电保护装置2004-2015年使用年限平均故障率统计表(平均故障率的单位为次/年·台)年份200420052006200720082009故障概率0.032490.052480.057220.089420.124350.17245年份201020112012201320142015故障概率0.520710.994271.234251.564242.845233.93275在仿真程序中输入初始值，依据上述计算步骤，得出基于马尔科夫灰色预测模型的2016年故障概率的预估值为12.2791次/年·台，且2016年的实测值为11.1872次/年·台。拟合曲线及原始参数如图9所示。计算从2004到2015年共12年的样本数据，此时n＝12，经过计算可以得到SB(12)＝1.8519％。对比2016年的实测值与预估值作修正模型精度检验，计算误差可得EB(2016)＝9.7603％。根据判据2可得区域电网B的继电保护系统修正后的失效概率为：PB(2016)＝11.7332(17)本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属
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的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。当前第1页1 2 3