基于设备时变故障率的海上油田电力系统可靠性评估

考虑海上油田电力系统与陆地电力系统的差异性,提出了一种适用于计算海上油田电网的设备时变故障率计算方法.首先基于知识图谱方法,分析了历史故障数据中各电气设备的故障原因和影响因素,并根据分析结果建立了计及设备及部件相互影响的电气设备基本失效模型;然后考虑设备组成元件的运行年限、检修策略等影响因素,对基本失效模型进行了修正,...     

计及核心元器件的双重化继电保护装置Markov模型及影响因素分析

双重化继电保护装置可靠性分析直接考虑核心元器件失效模式,将造成模型转移状态个数爆炸,分析困难。针对上述问题,考虑了核心元器件的硬件失效、软件失效以及人因失效模式,建立了含CPU插件、电源插件以及其他插件的30状态双重化继电保护装置简化Markov模型;进一步,基于灵敏度定量分析了失效模式对双重化继电保护装置可靠性的影响;最后,通过可靠性和灵敏度分析了继电保护装置单套装置与双重化的可靠性差异。     

基于广域测量系统的交直流系统Markov切换控制器设计

高压直流输电的附加调制功能可以明显改善交直流混联系统的稳定性。远方反馈信息的不健全和时滞的影响,严重降低了控制器的控制性能和系统的安全稳定性。而电力系统运行状态发生随机跳变时,系统的精确模型更加难以得到,系统可能由于仍采用跳变前的控制策略而失稳。通过考虑交直流混联系统的复杂动态交互行为与广域测量系统的时变时滞特性,利用全状态反馈线性化理论,建立能反映交直流混联系统实时运行状态的Markov切换模型与时滞控制模型,并提出状态转移矩阵未知条件下非线性Markov切换控制策略,设计其稳定控制器。研究结果表明,所提出的基于Markov切换模型的交直流混联系统非线性控制方法可显著提高系统的控制性能,又具有一定的时滞鲁棒性。     

考虑可修多状态的输电线路可靠性评估模型

为了能够更好评估输电线路的可靠性,结合运行实际考虑影响线路可用性的外部因素,提出用Markov模型计算输电线路可靠性指标的方法。在常规的维护、完好状态之外,通过在模型中考虑日常维护工作对线路可靠性的影响引入待维护状态,建立能够反映线路当前状态的相应的状态空间图,并应用状态空间图求解系统的可靠性指标。计算结果表明在一定范围内适当增加线路的日常有效维护能够有效提高线路的可靠性,对于状态检修的应用有重要的参考意义。     

一种适用于状态检修的电力设备时变停运模型

建立基于在线监测信息的电力元件时变停运模型是实现状态检修的关键技术工作之一。提出一种可应用于状态检修的马尔可夫停运模型,并分析完全维修、不完全维修和最小维修3种维修模式下模型特性,在此基础上提出一种可以涵盖各种维修模式的综合时变停运模型。进一步讨论元件随机模型加入确定性计划检修事件后的可用度表达式。算例证明,所提模型可以计及不同检修模式和计划检修对设备可用建立基于在线监测信息的电力元件时变停运模型是实现状态检修的关键技术工作之一。提出一种可应用于状态检修的马尔可夫停运模型,并分析完全维修、不完全维修和最小维修3种维修模式下模型特性,在此基础上提出一种可以涵盖各种维修模式的综合时变停运模型。进一步讨论元件随机模型加入确定性计划检修事件后的可用度表达式。算例证明,所提模型可以计及不同检修模式和计划检修对设备可用度的影响,为后续状态检修中的风险评估和检修决策打下了基础。     

考虑可修多状态的输电线路可靠性评估模型

为了能够更好评估输电线路的可靠性,结合运行实际考虑影响线路可用性的外部因素,提出用Markov模型计算输电线路可靠性指标的方法.在常规的维护、完好状态之外,通过在模型中考虑日常维护工作对线路可靠性的影响引入待维护状态,建立能够反映线路当前状态的相应的状态空间图,并应用状态空间图求解系统的可靠性指标.计算结果表明在一定范围内适当增加线路的日常有效维护能够有效提高线路的可靠性,对于状态检修的应用有重要的参考意义.     

面向状态检修的智能变电站保护系统可靠性分析

以状态检修为目的,研究了智能变电站保护系统的可靠性评估方法。首先从智能变电站技术特点出发,提出一种考虑逻辑节点的保护系统监测方法。根据状态检修的需要选取保护系统可靠性指标,并在此基础上建立了动态Markov模型,利用该模型定量评估保护系统在给定条件下的检修需求。最后以典型220 kV智能变电站为例说明了该评估模型的应用方法并做了相关分析。算例结果表明,该方法具有一定的可操作性,能够为智能变电站保护系统的检修决策提供一些参考。     

基于Moffat休息型HMM退化过程的220kV断路器可靠性预测

针对220 kV断路器状态评估参量获取困难,以及计划检修和突发性维修手段造成的断路器前期维修过剩、后期维修不足的问题,分析了断路器的温度与状态之间的关系,以及其自身性能衰退的过程,并考虑人为修缮因素,构建了一种以温度为状态评估参量、以服役时间和状态检修为模型修正参量、基于Moffat休息型隐马尔科夫(hidden Markov model, HMM)退化过程的220 kV断路器可靠性预测模型。该模型阐述了设备健康状态在其全寿命周期的"Moffat休息"式退化规律,在此基础上,通过分析红外检测图像与可见光检测图像融合得到的多个关键构件温度,评估了当前运行状态的可靠性,并预测了后续趋势。实验结果表明:设备状态周期性修复抑制了时变状态转移矩阵的退化速度,通过分析关键构件的温度,状态评估结果滞后于实际情况的误差得到了改善,可用系数、停运率的评估结果与实际统计数据相比,误差分别缩减至0.044%、0.032%。研究结果表明,采用所提方法得到的断路器可靠性预测结果更加符合设备退化规律。     

变电站继电保护设备状态检修可靠性分析方法研究

为进一步提高保护系统的可靠性,节约供电企业检修成本,需要对变电站继电保护设备状态检修的可靠性进行评估。首先,根据失效模式与影响分析法,分析设备的失效风险因素及影响,选取设备失效的可检度、发生度、严重度三项指标,以变电站线路保护装置本体为例进行风险评估,并提出风险应对策略,以提高继电保护设备的可靠性。其次,引入了状态空间法,分别建立变电站继电保护设备定期检修、状态检修马尔科夫模型,应用220 kV线路保护实例数据验证模型合理性,得出状态检修可提高保护设备可用度的结论。最后,通过仿真对设备可靠性进行综合分析,验证定期检修效率、状态评价系数及定期检修周期对保护设备可靠性的影响。     

考虑在线监测信息的电力变压器时变停运模型

变压器的可靠运行受到自身健康状态、运行状态、气象环境等多方面因素的影响,这些因素增加了变压器运行状态的随机性和复杂性,现有模型无法量化分析不同影响因素对变压器时变停运过程的影响。文中提出了基于比例风险模型和半马尔可夫过程的变压器时变停运率模型,模型可以融合不同影响因素,并考虑了影响因素自身状态的随机过程。为了克服解析法直接求解的困难,引入了蒙特卡洛法对影响因素状态进行采样,给出了变压器可靠性评估流程与收敛条件。算例分析表明了时变停运模型的合理性,以及评估算法的有效性。     

基于状态监测的继电保护系统检修策略研究

随着智能变电站的不断建设和监测技术手段的不断发展,继电保护系统进行状态检修已成为可能。但现有继电保护状态检修研究大多基于定性分析,缺少科学、合理的定量理论研究。基于此,结合智能变电站继电保护系统各组件的故障机理和类型、演变特点,将影响设备运行工况的因素分成长期演变型和短期骤变型两类。并建立了DTDS(Degradation-Threshold and Degradation-Shock)模型描述各组件在不同运行状况下的故障率分布模型,考虑设备老化、检修回归等因素的影响。其中,通过最小二乘法求解DT(Degradation-Threshold)模型,通过Gamma分布描述DS(Degradation-Shock)模型。在此基础上,结合继电保护系统的误动和拒动特性,分别建立了单套继电保护系统和双重化继电保护系统的风险评估模型,以实现智能变电站继电保护系统的检修策略优化。     

基于动态优化马尔可夫链的线路继电保护装置状态预测方法

目前继电保护状态监测模型均利用静态故障概率进行装置失效率预测,未能计及设备老化与检修对失效率的动态影响,预测结果不可靠。对此,提出一种基于三参数威布尔分布动态优化的马尔可夫链状态预测方法。首先利用灰色-粒子群支持向量机算法求解更为精确的继电保护装置失效率函数,随后将其用于动态修正保护状态马尔可夫链中各运行状态之间的转移概率,最终实现对线路保护未来运行状态的推演。仿真结果证明,所求解的失效率函数相比传统方法求解的函数具有更高的计算精度,而动态优化马尔克夫链模型实现了设备老化与检修的动态量化处理。研究状态转移概率计算结果符合设备运行工况,可以有效预测设备规定投运年限内各时间点的运行状态。该方法对于保护检修策略的优化具有一定的指导意义。     

时空协调的大停电防御框架(三)各道防线内部的优化和不同防线之间的协调

讨论规划建设、预防控制、继电保护、紧急控制、校正控制和恢复控制等各道防线内部的优化,以及不同防线之间在物理约束空间、控制对象空间、控制实施时间上的协调。建立一体化的非线性时变混合规划模型,即在满足各种安全稳定约束下的最小风险问题。由于同一个控制措施可能对不同的失稳模式产生相反的效果,前向摆动与反向摆动对稳定控制也有冲突的要求,不同的扰动对预防控制可能有冲突的要求,因而需要各道防线之间的协调来解决稳定控制的可行性问题。又由于不同控制防线的经济特性不同,它们之间的协调对于稳定控制的经济性也非常重要。有关的理论及工程应用研究是电力系统分析和控制领域中永恒的课题。     

极化电流行波方向继电器

电容式电压互感器不能有效传变宽频带的电压故障行波信号,使得传统利用电压故障行波构成行波方向继电器的保护算法不能应用于实际电力系统保护中,为此提出了一种极化电流行波方向继电器。该方向继电器以电压故障行波中工频分量初始极性与电流故障初始行波的波头极性相比较判定故障方向,解决了传统行波方向继电器因不能有效获取宽频带电压故障行...     

同时计及设备老化与不完全维修的电力系统可靠性评估

在电力系统可靠性评估中,建立精确的元件停运模型至关重要。传统模型忽视了设备老化与维修更新性的影响,导致评估误差随着元件运行时间增长而不断增大。针对这一严重不足之处,提出了计及设备老化与不完全预防性维修的元件时变停运概率模型。该模型采用虚拟年龄与改善因子表征预防性维修对故障率的降低效应,采用威布尔模型表征时间对故障率的增长效应。应用所提出的模型对改进的IEEE RTS-79系统进行了可靠性评估。通过改变部分系统元件的维修成本和预防性维修周期模拟实际维修,给出了新模型中不同维修策略的系统可靠性评估结果,并与传统方法进行了对比分析。结果表明提出的模型能更准确地反映实际维修效果,更精确地预测电力系统中长期可靠性水平。     

双重化继电保护系统可靠性的五状态空间模型与评估方法

双重化继电保护配置是220kV及以上输电网的基本要求,对电力系统安全可靠运行有着极其关键的作用。文中针对由两套主保护及远近后备保护所组成的双重化继电保护系统,建立了4种工况下的双重化继电保护系统的五状态空间模型。在五状态空间模型的基础上,根据马尔可夫状态空间的分析原理,构造了其状态转移矩阵,确定了其正确切除故障概率和失效率与系统故障率及不同状态之间维修率的关系。以某电网为实例进行了计算,计算结果充分说明了双重化继电保护配置的重要性和关键作用。     

混压同塔线路跨电压接地故障对距离保护的影响分析

不同电压等级同塔(混压同塔)输电线易发生跨电压故障,这种故障类型对输电线路继电保护提出了更高的要求。接地距离保护是高压输电线路的主保护之一。混压同塔跨电压接地故障对故障线路接地距离阻抗继电器测量阻抗的影响因素包含两方面,一是相邻线路与本线路之间的零序互感,二是另一条故障线路的故障电流。文中综合考虑以上因素,以单相跨单相接地的跨电压接地故障类型为例,首先提出了适用于混压同塔跨电压故障的故障电流计算方法,然后以此为基础提出两种因素作用下故障线路接地距离继电器的测量阻抗计算方法,最后分析了另一电压等级线路与本线路电源电动势相角差与测量阻抗的关系,并分别给出了接地距离保护正确动作与不正确动作时的此相角差范围,并且给出了相应的解决措施。在PSCAD软件中建立了500kV/220kV同塔四回线路模型,验证了理论分析的正确性。     

基于MCMC方法和油色谱数据的变压器动态故障率模型

对变压器进行合理的运行可靠性评估是其状态检修的基础。首先分析变压器油中气体含量和产气速率、故障时间分布参数对变压器运行可靠性的影响,建立动态故障率模型。然后,针对油浸式变压器故障时间具有的固有随机性,采用马尔可夫链蒙特卡罗方法对变压器故障周期进行场景模拟,并利用统计方法求解变压器的历史故障率作为训练数据,以求解模型相关参数,有效避免解析法直接求解的困难。最后,对变压器短期和中长期的故障率进行预测,并与传统模型进行对比。结果表明,考虑故障时间分布参数对变压器运行可靠性的影响,能够有效提高模型的预测精度。     

基于LCC的海上风电场主变压器冗余配置经济性对比与分析

海上风电场存在建设投资大、设备故障率高以及运维不便等问题。为寻求建设与运营过程中投资成本与发电可靠性之间的平衡,提出了4种不同的电能传输系统冗余配置方案。以莱州湾某海上风电场工程为例,基于全寿命周期成本(LCC)理论建立了海上升压站主变压器的成本分析模型,并对模型中各组成部分进行分解计算。对比了各冗余配置方案中主变压器的LCC,并对折现率、上网电价以及故障率三个关键影响因素进行灵敏度分析,得出各因素变化区间内的最优冗余配置方案,为海上风电场电能传输系统的冗余配置方案最优选择提供了理论依据。