FD法和故障树法在高压直流输电系统可靠性评估中的比较分析

详细比较了高压直流输电系统可靠性评估中常用的频率和持续时间（FD）法和故障树法,分别给出了各自的优缺点。在子系统划分的基础上分别建立各子系统的状态空间图和故障树图,并加以层层组合,得到整个直流输电系统的状态空间模型和故障树模型。分别采用FD法和故障树法对一单12脉接线高压直流输电系统进行了算例对比分析,计算的可靠性指标包括双极运行、单极停运、双极停运对应的概率、频率、平均持续时间等。     

基于马尔可夫过程的电力系统连锁故障解析模型及概率计算方法

提出一种基于马尔可夫过程的电力系统连锁故障解析模型及概率计算方法,该方法区分电力系统不同元件物理特性,结合系统元件所在电力系统状态信息,分析元件停运概率。在元件停运模型基础之上,考虑连锁故障演化过程中故障事件间的相关性,以及故障序列对故障概率、故障后果的影响,通过马尔可夫过程描述连锁故障转移过程,搜索系统在不同初始故障条件下的连锁故障事件,生成电力系统连锁故障全系统状态空间;与此同时,分析系统不同状态下的转移过程,通过相关元件停运模型分析系统转移概率,计算得到不同规模连锁故障的概率。最后,在RTS79系统中验证此方法,结果表明该方法可发现系统在不同初始故障下的连锁故障事件,并计算连锁故障概率,发现系统中的关键元件,以便基于此提出相应的系统改进措施,预防连锁故障发生,降低系统风险,提高电力系统供电能力。     

计及继电保护装置可靠性评估的电网故障诊断方法

现代电网规模的扩大和互联性的增强,使电网故障诊断面临更加复杂的数据环境,提高了保证电网安全稳定运行的难度。针对电网发生故障特征不明显的复杂故障时,电网故障诊断不易得到准确结果的问题,提出了一种计及继电保护装置可靠性评估的电网故障诊断方法。利用与故障非强相关的告警信息,建立了保护可靠性的马尔可夫模型,用状态空间法求解保护拒动、误动的概率。将继电保护装置可靠性评估结果加入到基于解析模型的电网故障诊断方法的目标函数中,并使用变长度染色体遗传算法求解最优故障假说。用实际复杂故障案例验证了方法的可行性。     

基于改进状态空间分割法的继电保护设备拒动风险评估

继电保护设备隐性故障已经成为导致电力系统连锁故障的重要因素.因此,在电力系统的风险分析中,需要突破传统N-1故障设置假设,考虑受继电保护设备隐性故障影响的N-k连锁故障.针对继电保护设备拒动引发连锁故障的问题,首先根据继电保护设备的功能模块建立继电保护设备拒动故障树模型;然后综合考虑元件固有失效率和运行信息,建立继电保护设备拒动概率动态评估模型.基于此,提出一种改进的状态空间分割法对电力系统面临的连锁故障风险进行分析,实现了在枚举空间和抽样空间中进行连锁故障搜索,可提高连锁故障搜索的完备性和风险分析的计算效率.最后,在仿真中验证了所提方法的有效性.     

基于Markov状态空间法的稳控系统隐性故障建模方法

安全稳定控制系统(稳控系统)对于电网的安全稳定运行意义重大,但是稳控系统隐性故障的存在可能导致电力系统事故的进一步扩大和蔓延。现有稳控系统故障的研究较少,且主要集中于定性分析,缺乏对隐性故障的量化建模。为此,本文分析了稳控系统隐性故障的特点和存在环节,建立了稳控系统隐性故障评估指标体系;基于稳控系统隐性故障各环节的故障率,建立了基于Markov状态空间法的稳控系统隐性故障概率模型;提出了稳控系统可靠性分析指标的计算方法,实现了稳控系统的可靠性评估;最后以某220 kV稳控系统为例,通过对稳控系统隐性故障概率的准确计算,验证了所提模型的合理性和有效性,实现了稳控系统的可靠性评估。     

电力系统连锁故障多阶段动态博弈防御模型

近年来,国内外发生了多起连锁故障引起的大停电事故,阻止连锁故障发展、避免大停电事故发生对保障电力系统安全稳定运行具有重要的现实意义。为了防御由连锁故障引发的大停电事故,提出一种考虑参与人有限理性的连锁故障多阶段动态博弈防御模型。基于故障方的有限理性假设和故障方行动的关联性假设,综合考虑元件自身故障、外界环境、潮流转移和隐性故障等因素对元件停运概率的影响,提出基于实时运行条件的元件停运概率表征有限理性的故障方不完美的选择能力;根据可掌握的事故状态信息,提出潮流转移严重度和系统失负荷严重度表征故障方追求自身利益的意识;并进一步基于风险分析方法,生成故障方的策略集合。从风险理论的角度出发,将运行风险作为收益函数,用于定量评估防御方行动的有效性。最后,以IEEE39节点系统为例,验证了该模型的合理性。     

运行风险评估中的变压器时变停运模型(二)基于延迟半马尔可夫过程的变压器时变停运模型

建立了用于电力系统运行风险评估的变压器时变停运模型。首先,根据变压器事故停运的特性,将其状态划分为运行状态、内部潜伏性故障状态和外部附件故障状态。然后,建立了基于延迟半马尔可夫过程的变压器时变停运模型。该模型既能够反映变压器内部故障和外部故障在修复时间上的区别,又能够反映变压器内部潜伏性故障在维修前后故障率的变化。最后,利用数值算例验证了所提出的模型的科学性。     

基于精确隐性故障模型的输电系统连锁故障风险评估

针对继电保护隐性故障进行研究,改进了现有的隐性故障模型,并在此基础上评估了保护隐性故障造成连锁故障的运行风险。首先根据不同隐性故障造成保护不正确动作概率的不同,将隐性故障详细分类,建立了隐性故障概率模型;其次应用置信规则库,建立考虑环境和系统潮流影响的保护系统马尔可夫模型,将隐性故障概率模型和马尔可夫模型结合,建立精确隐性故障模型。再次,根据隐性故障造成连锁故障的传播机理,建立连锁故障模型,并从概率、网络结构、能量损失3个角度建立相关的严重度指标。最后,将模型应用于IEEE-118系统,通过对比传统隐性故障模型和文中所提精确隐性故障模型所得风险评估结果,验证了所提精确隐性故障模型更加贴合实际,其风险评估结果更加真实可靠。     

保护隐性故障及其对电力系统连锁故障发展影响

继电保护隐性故障是造成电力系统连锁故障的重要因素之一,针对影响保护隐性故障因素,建立了考虑线路故障的保护隐性故障模型。从人为失误、保护装置自身的老化失效、保护所处环境影响来分析保护的故障率,基于Markov状态空间法,针对高压系统两套主保护及远近后备保护,建立详细的线路—保护状态转移模型,计算保护误动概率与拒动概率,并应用到连锁故障仿真算例中。连锁故障仿真考虑不同保护动作特性、控制措施动作以及不同负荷水平的影响,根据仿真结果计算保护拒动与误动风险,分析保护隐性故障对电力系统连锁故障的影响,以及各因素对保护拒动和误动的影响。仿真结果表明,重载时保护不正确动作风险比轻载和正常工作时大。     

线路N-K停运机理及其概率模型

针对电网规划和安全评估中对多重线路停运的模式和概率估计不足的问题,提出一类多重线路停运的组合模型。运用故障树法(FTA)分析线路N-K停运机理的基础上,建立一种计及主接线电气联系方式、线路架设方式及继电保护潜故障等因素影响的线路N-K停运概率模型。采用模型验证广西电网部分线路停运概率,结果表明在计及上述因素影响下,线路N-K组合故障发生的概率远高于预期,在电网规划、安全评估及连锁故障初始事件的选择中应充分重视该类组合事件。     

二次系统隐性故障的多指标综合风险评估

针对二次系统隐性故障可能引发的连锁故障,提出了一种多指标综合风险评估方法。采用马尔科夫状态空间转移方法,求解系统处于不同状态的时变概率及平稳概率。将平稳概率与距离保护相结合,构造反映系统隐性故障的模型。从电网容量、电网用户、电网稳定性3个方面建立电源孤立、负荷切除以及电网解列的风险指标,加权得到反映连锁性故障的综合风险指标。建立了基于蒙特卡洛抽样算法的风险评估体系,并通过具体的算例对多指标风险评估的方法应用进行展示。     

考虑有限理性的电力系统连锁故障多阶段动态博弈防御模型

为了防御由连锁故障引发的大停电事故,提出一种考虑参与人有限理性的连锁故障多阶段动态博弈防御模型。基于故障方的有限理性假设和故障方行动的关联性假设,综合考虑元件自身故障、外界环境、潮流转移和隐性故障等因素对元件停运概率的影响,提出基于实时运行条件的元件停运概率表征有限理性的故障方不完美的选择能力;根据可掌握的事故状态信息,提出潮流转移严重度和系统失负荷严重度表征故障方追求自身利益的意识;基于风险分析方法,生成故障方的策略集合。从风险理论的角度出发,将运行风险作为收益函数,用于定量评估防御方行动的有效性。以IEEE 39节点系统为例,验证了所提模型的合理性。     

考虑隐性故障的继电保护系统可靠性分析及评估

为了更好地评估继电保护系统的可靠性,搭建了考虑隐性故障和系统运行状态变化时单一保护系统的可靠性模型。而后基于所搭建的可靠性模型,计算得到了随潮流变化时隐性故障率的变化情况和隐性故障修复率对继电保护系统正常运行的影响,并给出了基于概率模型的方法对超高压线路继电保护系统的可靠性进行评估。基于概率模型的方法是对马尔可夫状态空间模型方法的一种简化,适合工程应用,为完善继电保护系统的可靠性评估提供了可行的数学方法。算例验证了所提方法的正确性。     

应用工业安全可靠性评价技术评价电力变压器的探讨

运用最新工业安全可靠性评价技术(网络模型法、故障树法、马尔可夫模型法、故障模式和失效分析法),深入分析了重要的输变电设备--电力变压器的可靠性.计算了变压器串联和并联模型的可靠度;构建了变压器故障树简化模型,并进行了定性和定量分析;构建了变压器马尔可夫状态转移模型,并介绍了多种可靠性指标的计算方法;介绍了故障模式和失效分析的步骤和实例.     

一种电力系统连锁故障的概率风险评估方法

讨论了连锁故障风险评估的框架结构,即确定元件停运模型、选择初始系统状态、相继故障过程分析和风险计算。该文在分析中考虑了保护误动、断路器拒动、元件组停运、电站相关停运、共因停运等相关停运模型,利用功能组分解技术和事件树分析法,选择连锁故障的初始系统状态,提出简化相继故障过程分析的依据和处理方法,进而提出一种新的连锁故障概率风险评价方法。通过算例,给出不同停运模式的风险指标以及系统元件的风险排序。仿真结果显示,系统发生连锁故障的总风险值随负荷率的增长而增长。当负荷率小于1时,连锁故障总风险主要由保护误动模式承担;当负荷率达到1和1.26两个临界点时,总风险发生两次突变。其中,第1个临界点受共因停运模式的影响,第2个临界点受单元件强迫停运模式的影响。     

考虑不同运行状态的多端口直流断路器可靠性模型

针对现有研究未考虑不同运行状态对多端口直流断路器(multi-terminal DC circuit breaker,MTCB)可靠性影响的问题,提出一种改进的多端口直流断路器可靠性模型。首先分析MTCB结构、运行状态及工作原理。之后以示范工程成功应用的三端口混合式直流断路器为例,基于拓扑分析–可靠性框图法对各组件可靠性建模,通过故障后果分析法分析各组件故障影响情况及直流线路不同运行情况下MTCB运行状态,并通过故障树分析法建立不同运行状态及转移过程可靠性模型。在此基础上基于马尔可夫过程建立MTCB多状态可靠性模型,通过状态归总建立仅考虑积累工作状态和积累停运状态的2状态模型。最后算例基于唐家湾示范工程计算MTCB多状态可靠性指标,进行各端口直流线路可靠性对MTCB可靠性的影响分析,并与传统模型计算结果对比,验证所提模型的合理性和有效性。     

基于马尔可夫模型的输电线路可靠性评估

为了准确分析输电线路的运行情况,针对线路在运行中可能遭受冰雪、雷击、鸟害、外力破坏等因素而处于瞬时性故障或者永久性故障,运用马尔可夫过程原理,探讨了输电线路在某种环境下处于"两状态"或者"三状态"的建模方法。该方法利用数理统计方法分析输电线路处于各种故障的运行数据,得出线路故障率及修复率,再通过MATLAB软件计算输电线路处于各种状态下的概率及系统可靠性。以湖北2001-2005年500 kV输电线路为例,采用该方法计算出系统的可靠性为88.54%,表明该模型能准确反映输电线路实际运行特性,从而提高了仿真模型的精确性。     

计及高压隔离开关设备的UHVDC系统FTA评估

根据特高压直流输电(UHVDC)系统实际结构建立了横向和纵向故障树分析(FTA)模型,分析了2种模型的差异,基于此构造计及高压隔离开关设备的UHVDC系统FTA模型。采用模块分解法、改进的最小路集(MPS)法解决FTA的非确定多项式(NP)问题。求取了UHVDC可靠性指标。算例分析结果表明:采用所提方法后,FTA的计算量明显降低;与横向建模相比,纵向建模时双极故障、1/2单极运行的概率和故障频率较低、持续时间较短,等效停运小时数较低,能量可用率较高;隔离开关对系统双极故障、单极停运影响最明显,接地开关对其他运行方式影响最明显;旁路开关对1/2双极运行和3/4双极运行有影响;直流转换开关仅对双极故障有明显的影响。     

电力系统运行风险评估中元件时变停运模型分析

电力系统设备发生故障的可能性是随外部天气条件、老化程度等运行工况变化而变的,因此在运行风险评估中需要采用时变的设备停运模型.文中对现有文献中故障率的定义进行了分类和分析,论证了泊松过程停运模型中的故障率和马尔可夫过程停运模型中的状态转移速率之间的关系,并给出了时变故障率下的马尔可夫过程建模的条件和建模方法.基于上述结论,进一步提出对于暴露型设备停运可采用马尔可夫过程模型描述;而封闭型设备必须采用非马尔可夫模型.最后,给出典型暴露型设备(架空线路)和典型封闭型设备(变压器)的时变停运模型,并进行了算例分析.     

基于预防检修周期优化的电网稳定控制系统失效风险评估

随着大型电网互联,迫切需要安全稳定控制系统(简称稳控系统)更加可靠。预防性检修有助于降低稳控系统失效风险。从底层模件开始,建立稳控系统故障树,计算其失效概率。考虑隐性故障和预防性检修,建立稳控系统状态空间模型。以可靠系数和经济成本可靠系数为目标、以状态概率为等式约束、以可行检修周期和允许年均经济损失为不等式约束,首次建立优化模型,以求解最优检修周期。根据拉格朗日乘子,提出目标函数对检修周期约束的灵敏度。相对于连续修改参数方法,所提优化及其灵敏度算法计算效率高,且可处理多个变量。算例结果验证了所提模型和算法的可行性和应用价值。