计及时变故障率的电网计划检修启发式优化模型研究

电力设备在运行中受老化、磨损等因素影响,故障率随时间具有增长效应,通常需要采用计划检修削弱或消除上述因素导致的故障率增长。本文采用二重威布尔函数描述元件故障率增长规律,推导了时变故障率下元件的平均无效度公式。通过状态枚举法和基于交流潮流最优削负荷模型对系统故障状态进行选取和最优削负荷计算,建立系统可靠性指标、系统停电成本、计划检修成本、矫正性成本与计划检修率之间的解析表达式,在此基础上推导了系统总成本对元件计划检修率的灵敏度公式,利用该灵敏度公式采用启发式迭代方式对电网各元件计划检修率进行优化。针对RBTS系统,从可靠性和经济性两个方面对优化计划检修方式和传统C级检修方式进行了对比分析,并重点研究了优化计划检修方式下电网各设备计划检修成本的优化调整规律。     

考虑设备故障率时变特性的电网检修计划优化编制

针对传统基于固定故障率系数的电网检修优化方法可能因运行过程中设备故障率变化导致电网运行风险增加的问题,在经典的设备故障率“浴盆曲线”基础上,考虑检修后故障率变化,提出一种量化故障率时变特性的设备故障率矩阵;将其嵌入检修计划优化编制问题中,提出一种考虑设备故障率时变特性的电网检修计划优化编制方法。最后利用IEEE-30节点系统构造算例,验证了所提出方法的有效性。     

基于可靠性成本/效益分析的电网计划检修周期优化

电力系统元件在运行中受老化、磨损和隐藏故障的影响,故障率随时间呈增长趋势。综合考虑发电机、变压器和输电线路的主要停运因素,建立相应的故障率增长模型,推导了考虑计划检修后的元件平均无效度公式。基于可靠性成本效益分析,以平均无效度为纽带建立系统期望失负荷概率、系统电量不足期望以及系统总成本与计划检修率的函数关系。提出了以系统总成本对元件计划检修率的灵敏度排序进行计划检修周期优化的启发式迭代算法。采用该算法对RBTS和IEEE-RTS79可靠性测试系统进行了优化计算,并与传统C级检修方式的结果进行对比分析,研究表明不同容量、地点、类型和可靠性的元件,其最优计划检修周期存在较大差异,同时也探讨了元件老化因子和单位停电成本对电网计划检修优化的影响。     

多级检修模式下电网计划检修周期协调优化

基于有效役龄和故障率函数对电力设备的多级检修方式进行建模,并从可靠性成本/效益角度对发输电系统多级计划检修周期进行协调优化研究。计及故障率随时间的增长效应,以电力设备检修导则中的计划检修等级定义为参照,建立考虑A级完全检修、C级不完全检修条件下的电力设备故障率模型;在此基础上建立系统可靠性指标、系统检修成本、停电成本、C级计划检修周期、A/C级检修周期比率之间的解析表达式。针对以系统检修成本与系统停电成本之和最小为目标的大规模混合整数非线性规划问题,提出融合灵敏度分析和前向/后向差分思想的电网多级计划检修协调优化启发式迭代算法。探讨检修恢复因子变化对电网计划检修优化的影响。RBTS、IEEE-RTS79系统验证了所提算法的有效性。     

配电网检修计划优化模型设计

从中国配电网的实际情况和配电网设备检修工作的实际需要出发,挖掘和提炼了电网企业最关心的检修计划优化目标以及制定计划中所要考虑的各种影响因素和约束条件,建立了在保证配电网安全运行的前提下,以最大限度提高配电网的供电可靠性、降低设备检修造成的网损为目标的优化模型,并针对该模型探讨了相应的求解方法.     

电网检修计划经济性优化方法及应用

传统的电网检修计划较多关注停电对电网安全运行的影响,基本不考虑经济性,因而导致较多的售电量及电费损失.为改善这一状况,提出一种电网检修计划经济性优化方法.该方法包括基于断开点的拓扑分析,用以识别对用户停电的设备;基于神经网络的电力电量预测算法,预测停电造成的短期损失负荷及电量;约束条件及检修承载力建模方法;基于约束条件及承载力的检修计划经济优化智能编排方法,最终使得损失电力电量最小.该方法在国网重庆北碚供电分公司投入应用,有效减少了电量电费损失,证明了其有效性.     

考虑关联故障率的电网稳定控制系统复合检修决策方法

稳控系统作为电力系统的第二或第三道防线,尚缺乏大型稳控系统的检修决策方法。为保障稳控系统的可靠经济运行,本文提出了一种考虑关联故障率的稳控系统复合检修决策方法。基于稳控装置基础故障率模型,考虑主辅稳控设备关联性的影响,建立了稳控装置的复合故障率模型;为避免单一优化目标影响检修决策的全面性,综合考虑稳控系统检修的可靠性和经济性,建立了稳控系统复合优化模型,并通过算例验证了该模型的可行性和有效性。本文提出的复合优化模型能为运维人员提供稳控系统的最佳检修周期,有效地减少了稳控系统异常状态对电网正常运行的影响。     

配电网检修计划优化模型

从配电网设备检修计划编制的实际情况出发,建立了考虑多种约束条件的负荷转移路径和设备检修时间联合优化模型。该模型以设备检修时间优化为主问题,以负荷转移路径优化为子问题。通过主问题和子问题的反复优化迭代,最终获得供电企业售电损失最小的检修计划以及停电负荷、开关操作次数和系统网损最小的负荷转移方案。针对该模型的特点,采用免疫禁忌混合算法对主问题进行求解,采用改进的待恢复树切割算法对子问题进行求解。针对基本待恢复切割算法需要对联络开关进行全排列,以穷举的方式获取最优解的不足,通过应用“优先选择备用容量较大的联络开关”启发规则以及在恢复树切割过程中引入网损比较环节,在保证解的质量的同时有效地降低了恢复树的切割次数,提高了计算速度。通过算例计算和分析,验证了所提出的模型和算法的正确性和实用性,适合求解配电网检修优化问题。     

设备月度检修计划给定下的电网运行方式优化方法

为了提升设备计划下电网运行方式的合理性,给出了输变电设备月度检修计划给定下电网运行方式优化方法。将主问题分解为计及电力电量平衡的发电、负荷分配和提高计划方式合理性的有功潮流调整两个子问题。在发电和负荷分配问题中计及了历史同期负荷变化规律、系统旋转备用、网损等因素;在提高方式合理性的调整中,基于综合灵敏度指标迭代调整,分阶段考虑了基态潮流收敛性、N-1开断下的静态安全性、N-1故障下的暂态功角稳定性约束。通过对综合问题进行分解和分步实施,得到输变电设备检修计划下满足工程合理性的电网运行方式,并降低了求解难度。基于实际电网的算例验证了所提方法的有效性。     

电网机炉检修最优计划的研究及应用

本给出了用动态规划法安排电网机组检修计划的数学模型及程序功能。应用数学模型解决了复杂的电网检修计划问题。本提出的有关理论、算法和程序，通过几年的实际应用，效果良好。     

计及维护操作影响的变压器内部潜伏性故障率预测模型

为了量化维护操作对变压器故障率的实际影响,文中通过深度挖掘短时间尺度下变压器油色谱监测数据,建立了一个基于实时运行工况的变压器内部潜伏性故障率预测模型。对传统马尔科夫故障率模型的建模过程进行了分析,指出该模型中的自变量状态持续时间无法响应维护操作影响,提出对状态持续时间参数进行修正;具体步骤为利用R型聚类-主成分分析算法提取关键溶解气体种类;通过径向基函数神经网络建立了关键溶解气体含量与修正状态持续时间之间的映射关系;推导变压器内部潜伏性故障率关于修正状态持续时间的解析表达式。结果表明,与马尔科夫故障率模型相比,所建立的模型具备表征维护操作影响与变压器实际故障率的能力。     

Empirical Circuit Breaker Failure Rate Assessment and Modeling in a Preventive Maintenance Application

This article presents an analysis of the failure rates of SF6 puffer circuit breakers in the 230-kV voltage class. Historical failure recorded data for existing power circuit breakers in high-voltage substations in Thailand from 1992 to 2011 were retrieved. Subsequently, the data were analyzed and classified based on the causes of failure related to circuit breaker sub-components. The failure rates of the individual circuit breaker sub-components were determined. These failure rates were then categorized into three main circuit breaker component categories based on their functionality, which includes the live part and insulation, operating mechanism, and control part. The failure rates of the individual circuit breaker sub-components were calculated, and their associated probability distributions were estimated using Weibull distribution functions. The resulting Weibull distribution parameters were subsequently utilized in a circuit breaker preventive maintenance application to aid in the decision-making process for setting the maintenance schedule of the circuit breaker components. Finally, circuit breaker reliability is also monitored. This proposed method can also be applied to other high-voltage equipment in power systems.     

考虑冗余系统时变故障率和更新过程的MMC可靠性建模及其应用

针对现有模块化多电平换流器(modular multi-level converter, MMC)可靠性计算中未充分考虑冗余系统故障率时变性和缺乏考虑更新过程,从而不能科学衡量MMC可靠性的问题,提出了一种考虑MMC冗余系统故障率时变性并引入N阶梯更新过程的MMC可靠性建模方法。首先,从冗余程度、冗余方式角度细化MMC冗余系统的分类,建立可靠度与故障率间的数学解析关系来量化表征冗余系统故障率时变的变化特性,分析传统马尔科夫模型所计算的冗余系统故障率过小而导致可靠性计算结果偏高的不合理问题;其次,利用N阶梯故障率取代传统MMC冗余系统的时变故障率,并同时引入更新过程理论推导MMC的平均无故障工作时间(mean time to failure, MTTF)和稳态可用度公式,以此修正传统MMC可靠性参数计算结果偏高的问题。最后,以半桥子模块的MMC为例,验证了所提方法的有效性和可行性。     

计及输电线路老化风险的电力系统快速预防控制模型

输电线路老化失效事故的发生,会导致线路停运,由此导致的潮流转移可能会造成其他正常线路过载,从而严重危害电力系统的安全稳定运行。因此,有必要深入研究输电线路老化对系统安全稳定的影响,并采取相应的预防控制措施以减小系统运行风险。基于风险理论给出了线路老化失效概率的计算方法,构建了一种连续可导的线路老化失效后系统的过载风险指标;进而建立了一种计及风险的电力系统快速预防控制模型。针对模型的特点,引入支路开断分布因子,以减少预防控制模型求解过程中优化变量和约束条件的数量,从而有效地提高了模型的求解效率。仿真算例验证了所提模型的有效性和高效性。     

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,...     

输变电设备状态故障率模型改进分析

提出了以设备健康状态模型为基础,模型参数随时间变化的输变电设备故障率模型改进方案。还为改进模型的参数求解提出了新方法——全状态集成法。全状态集成法是对设备带有时间标签的完整健康过程进行研究,跟踪利用全过程的状态信息,因此得到的模型参数都带有役龄标记。最后通过实例,运用全状态集成法计算了改进模型中不同役龄设备的模型参数值和故障率,与原模型及反演法计算的结果相比,更接近实际统计到的故障率数值。     

一种优化可靠性与经济性的变压器检修决策方法

为了在制定变压器预防性检修周期时考虑变压器自身可靠性的变化,提出了一种优化可靠性与经济性的变压器检修决策方法。利用二参数威布尔分布描述变压器的故障率及可靠度变化规律,通过役龄回退因子建立考虑预防性检修的故障率函数和可靠度函数,以变压器平均剩余无故障工作时间为检修计划期,以检修计划期内的预防性检修费用、故障检修费用和停电损失之和最小为目标函数,建立了变压器检修周期优化模型。通过对变压器内部部件故障模式的定性定量分析,计算变压器部件检修优先度,确定变压器部件检修方式。算例分析验证了该方法的可行性。