本发明涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种广域保护系统可靠性评估方法。
背景技术：
随着电力需求快速增长，日益扩建的输配电网使得电力系统网络架构愈加复杂，运行方式愈加灵活，致使继电保护整定也愈加困难，甚至难以协调，由传统基于本地信息量的继电保护装置的不正确动作所引发的大规模停电事故屡见不鲜。为提高继电保护系统的性能，广域保护系统的概念应运而生。近年来，随着广域通信网络技术及智能电子设备的迅速发展，广域保护系统的实现已蓄势待发。然而，不同于传统的站域继电保护系统，广域保护系统是构筑于信息网络上面，其辨识并切除故障元件的正确性，离不开分布于不同地理位置的广域电气信息量上传至监控中心的有效性。简言之，广域保护系统对广域信息流具有较强的依赖性，显然是一个信息物理耦合系统。因此，如何就此类新型系统进行可靠性建模与分析成了当下亟需研究的问题。
目前广域保护系统的可靠性研究成果仅限于其通信网络的可靠性研究，而仍没有针对整体系统的可靠性分析模型的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种广域保护系统可靠性评估方法，解决了目前广域保护系统的可靠性研究成果仅限于其通信网络的可靠性研究，而仍没有针对整体系统的可靠性分析模型的技术问题。
本发明提供了一种广域保护系统可靠性评估方法，包括：
s1、获取广域保护系统中广域监控中心的信息接受率d；
s2、根据信息接受率d，得到广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)；
s3、将广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)相乘得到广域保护系统的决策正确率pdmp。
可选地，步骤s3之后还包括：
s4、获取区域电网中第i个子站的继电保护装置稳态运行时动作的正确率
s5、结合广域保护系统的决策正确率pdmp和区域电网中第i个子站的继电保护装置稳态运行时动作的正确率
可选地，步骤s5具体包括：
通过第一预置公式
可选地，步骤s2具体包括：
s21、获取区域电网中各子站上传至广域监控中心的母线序电压信息的理论数量；
s22、获取广域监控中心接收到的区域电网中各子站上传的母线序电压集合；
s23、根据广域监控中心中的预置母线序电压启动整定值，确定广域监控中心接收到的母线序电压集合中小于预置母线序电压启动整定值的疑似故障母线的集合，并统计疑似故障母线的数量；
s24、结合信息接受率d、区域电网中各子站上传至广域监控中心的母线序电压信息的理论数量和疑似故障母线的数量，计算广域保护启动的正确率psf(d)。
可选地，步骤s23之后还包括：
s25、将疑似故障母线的集合和与疑似故障母线的出线连接的元件作为故障区域λ；
s26、确定故障区域λ中每个元件至少有一个端口所对应的母线序电压小于预置母线序电压启动整定值的可能数量集合；
s27、结合信息接受率d、区域电网中各子站上传至广域监控中心的母线序电压信息的理论数量和故障区域λ中每个元件至少有一个端口所对应的母线序电压小于预置母线序电压启动整定值的可能数量集合，计算故障区域定位的正确率pfz(d)。
可选地，步骤s25后还包括：
s28、获取故障区域λ中全部疑似故障元件上传至广域监控中心的功率方向信息的理论数量q0；
s29、结合信息接受率d和故障区域λ中全部疑似故障元件上传至广域监控中心的功率方向信息的理论数量q0，计算在故障区域λ中能够辨识出故障元件的正确率pfc(d)。
可选地，步骤s24具体包括：
通过第二预置公式
式中，
可选地，步骤s27具体包括：
通过第三预置公式
式中，
可选地，步骤s29具体包括：
通过第四预置公式
式中，q0＝nδcard(c)为故障区域λ中全部疑似故障元件上传至广域监控中心的功率方向信息的理论数量，n为疑似故障元件的端口数；δ为信息冗余度；符号card(g)用于描述疑似故障元件c集合的基数；
本发明提供了一种广域保护系统可靠性评估装置，包括：
获取单元，用于获取广域保护系统中广域监控中心的信息接受率d；
第一计算单元，用于根据信息接受率d，得到广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)；
第二计算单元，用于将广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)相乘得到广域保护系统的决策正确率pdmp。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种广域保护系统可靠性评估方法，包括：s1、获取广域保护系统中广域监控中心的信息接受率d；s2、根据信息接受率d，得到广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)；s3、将广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)相乘得到广域保护系统的决策正确率pdmp。
本发明从保护启动、故障区域定位和故障元件定位三个步骤来分析广域保护系统可靠性，以信息流模型描述广域通信系统，在此基础上计算广域保护系统的决策正确率，形成完整的广域保护可靠性分析模型，深度结合信息流层面与保护算法的建模方法拓展了传统考虑各设备机械层面所引发系统功能失效的可靠性评估思路，能够为未来智能电网的其他的信息-物理耦合系统提供一个更加可靠性评估的新思路，解决了目前广域保护系统的可靠性研究成果仅限于其通信网络的可靠性研究，而仍没有针对整体系统的可靠性分析模型的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种广域保护系统可靠性评估方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的一种广域保护系统可靠性评估方法的另一个实施例的流程示意图；
图3为本发明提供的一种广域保护系统可靠性评估装置的一个实施例的结构示意图
图4为广域保护系统的结构图；
图5为本发明中广域保护系统可靠性评估模型的框架图；
图6为不同场景下的广域保护系统动作正确率；
图7为不同场景下的广域通信系统的信息接受率；
图8为不同场景下的广域保护系统平均可用时间。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种广域保护系统可靠性评估方法，解决了目前广域保护系统的可靠性研究成果仅限于其通信网络的可靠性研究，而仍没有针对整体系统的可靠性分析模型的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种广域保护系统可靠性评估方法的一个实施例，包括：
101、获取广域保护系统中广域监控中心的信息接受率d；
102、根据信息接受率d，得到广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)；
103、将广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)相乘得到广域保护系统的决策正确率pdmp；
需要说明的是，如图4所示，图4为广域保护系统的结构图，在这个结构图中，各保护子站底层的智能电子设备(ied)是负责采集安装处的模拟量、开关量等信息，然后通过变电站局域网络将采集到的信息整合到子站服务器并通过广域通信网络上传到主站的广域监控中心。进一步地，监控中心通过各子站所采集到的广域信息进行故障元件的辨识。
当区域电网发生故障时，广域监控中心能够及时地从采集到的有限广域信息中准确辨识出故障元件。
决策过程所采用的为基于方向比较原理的保护算法。如图5所示，当故障发生时，各站点将上传母线正序电压
在面对有限的采集信息时，保护决策过程能够正确辨识故障元件的概率除了与d直接相关外，还取决于广域保护具体所采用的算法。保护的算法分为以下三个模块：启动模块、故障区域定位模块、故障元件辨识模块，相应地，启动模块动作的正确率为psf(d)、故障区域定位模块动作的正确率为pfz(d)、故障元件辨识模块动作的正确率为pfc(d)。只有当启动模块、故障区域定位模块及故障元件辨识模块均运行可靠，广域保护的决策过程才是可靠的，因此广域保护主站监控中心的决策过程正确率为pdmp＝psf(d)·pfz(d)·pfc(d)。
本发明实施例从保护启动、故障区域定位和故障元件定位三个步骤来分析广域保护系统可靠性，以信息流模型描述广域通信系统，在此基础上计算广域保护系统的决策正确率，形成完整的广域保护可靠性分析模型，深度结合信息流层面与保护算法的建模方法拓展了传统考虑各设备机械层面所引发系统功能失效的可靠性评估思路，能够为未来智能电网的其他的信息-物理耦合系统提供一个更加可靠性评估的新思路，解决了目前广域保护系统的可靠性研究成果仅限于其通信网络的可靠性研究，而仍没有针对整体系统的可靠性分析模型的技术问题。
以上是对本发明提供的一种广域保护系统可靠性评估方法的一个实施例进行的说明，以下将对本发明提供的一种广域保护系统可靠性评估方法的另一个实施例进行说明。
请参阅图2，本发明提供了一种广域保护系统可靠性评估方法的另一个实施例，包括：
201、获取广域保护系统中广域监控中心的信息接受率d；
202、获取区域电网中各子站上传至广域监控中心的母线序电压信息的理论数量；
203、获取广域监控中心接收到的区域电网中各子站上传的母线序电压集合；
204、根据广域监控中心中的预置母线序电压启动整定值，确定广域监控中心接收到的母线序电压集合中小于预置母线序电压启动整定值的疑似故障母线的集合，并统计疑似故障母线的数量；
205、结合信息接受率d、区域电网中各子站上传至广域监控中心的母线序电压信息的理论数量和疑似故障母线的数量，计算广域保护启动的正确率psf(d)；
具体包括：
通过第二预置公式
式中，
需要说明的是，当输电线路发生故障时，序电压具有显著的分布特点。越靠近故障点，各母线的正序电压越小，负序和零序电压则越大。根据此特点，广域监控中心只要将接收到的各母线序电压与启动预设值进行比较即可获知当前的区域电网是否存在故障，并以此作为广域保护启动的判据。然而，由于广域通信系统带宽的有限性与经济性，各子站不能均将三序的电压量实时上传至监控中心。基于此，考虑到负序分量无法反应三相对称的短路故障，零序分量只能反应接地短路故障，而正序分量由于能够反应各类短路故障类型，可作为广域保护的启动参考量。
设区域电网中各子站上传的原始母线序电压集合为
系统在理想运行状态下，距离故障点最近的母线的正序电压最小，但实际运行中因系统震荡、潮流转移、测量误差等因素，可能即便出现单一故障，也会引发1个以上的母线电压满足启动条件。函数
式中，
步骤204之后还包括：
206、将疑似故障母线的集合和与疑似故障母线的出线连接的元件作为故障区域λ；
207、确定故障区域λ中每个元件至少有一个端口所对应的母线序电压小于预置母线序电压启动整定值的可能数量集合；
208、结合信息接受率d、区域电网中各子站上传至广域监控中心的母线序电压信息的理论数量和故障区域λ中每个元件至少有一个端口所对应的母线序电压小于预置母线序电压启动整定值的可能数量集合，计算故障区域定位的正确率pfz(d)；
具体包括：
通过第三预置公式
式中，
需要说明的是，在保护启动成功后，为了减少故障的搜索范围，可通过一定的规则优先确定一个较小的故障区域，然后在此基础上，重点分析该区域的所有方向元件信息以确定该区域内具体的故障元件。本发明规定母线i及其所有的出线构成一个单位区域λi。故障区域定位函数和保护启动判定函数所采用的原理本质是一致的，一旦发现某母线的序电压小于预置启动整定值就认为该母线区域是一个故障单位区间。据此，我们可以给出故障区域定位函数：
式中
单一线路的故障，也有可能引发1个以上的母线电压满足启动条件。在信息接收率为d的前提下，由于存在序电压信息丢失的可能，无法保证故障元件就一定存在于由故障区域定位函数所定位的区域λ当中，即故障定位过程是具有不确定性的。在保护启动的前提下，故障区域定位正确率为：
式中，
步骤206后还包括：
209、获取故障区域λ中全部疑似故障元件上传至广域监控中心的功率方向信息的理论数量q0；
210、结合信息接受率d和故障区域λ中全部疑似故障元件上传至广域监控中心的功率方向信息的理论数量q0，计算在故障区域λ中能够辨识出故障元件的正确率pfc(d)；
具体包括：
通过第四预置公式
式中，q0＝nδcard(c)为故障区域λ中全部疑似故障元件上传至广域监控中心的功率方向信息的理论数量，n为疑似故障元件的端口数；δ为信息冗余度；符号card(g)用于描述疑似故障元件c集合的基数；
需要说明的是，在确定故障区域λ后，接下来仅需要在该区域内完成具体故障元件的辨识。基于方向比较式保护原理，当疑似故障元件各端的功率方向均为正方向时，即为区内故障，否则为区外故障。据此，可以给出故障元件辨识的算法：
其中，
从故障元件辨识函数可知，一旦发现故障区域中疑似故障元件两端的方向角满足同向的逻辑关系，则可判定出疑似故障元件即为故障元件。
若广域通信网络当前的信息接收率为d，进一步提出能够辨识出故障元件的充要条件是疑似故障元件的各端口的功率方向信息不能缺失，从而确定故障区域λ中全部疑似故障元件的关键信息。
据此，我们可以给出在故障区域λ中能够辨识出故障元件的正确率的计算式：
式中，q0＝nδcard(c)为故障区域λ中全部疑似故障元件上传至广域监控中心的功率方向信息的理论数量，n为疑似故障元件的端口数；δ为信息冗余度；符号card(g)用于描述疑似故障元件c集合的基数；
疑似故障元件涵盖了线路、三绕组变压器等对象，当疑似故障元件为线路时，n＝2，当疑似故障元件为三绕组变压器时，n＝3，以此类推pfc(d)。
211、将广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)相乘得到广域保护系统的决策正确率pdmp；
需要说明的是，广域保护系统的决策正确率pdmp＝psf(d)·pfz(d)·pfc(d)。
212、获取区域电网中第i个子站的继电保护装置稳态运行时动作的正确率
213、通过第一预置公式
需要说明的是，在获取了区域电网中第i个子站的继电保护装置稳态运行时动作的正确率
当系统发生故障时，我们希望系统有较高的几率能够正确辨识并切除故障以保证电力系统的稳定性，这样的系统才是可用的。本申请认为该指标达到90％以上，才认为广域保护系统是可用的，否则认为系统是不可用的。则系统平均可用持续时间为
以上是对本发明提供的一种广域保护系统可靠性评估方法的另一个实施例进行的说明，以下将对本发明提供的一种广域保护系统可靠性评估装置的一个实施例进行说明。
请参阅图3，本发明提供了一种广域保护系统可靠性评估装置的一个实施例，包括：
获取单元301，用于获取广域保护系统中广域监控中心的信息接受率d；
第一计算单元302，用于根据信息接受率d，得到广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)；
第二计算单元303，用于将广域保护启动的正确率psf(d)，故障区域定位的正确率pfz(d)和故障元件辨识的正确率pfc(d)相乘得到广域保护系统的决策正确率pdmp。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。