一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法
2023-06-15 03:17:36 3
專利名稱：一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法
技術領域：
本發明屬於電工技術領域，特別涉及一種檢修規劃控制策略方法，適用於電力系統配電設備的長期檢修安排。
背景技術：
電力系統的檢修策略對系統的可靠性運行具有重要作用，可以延長整個系統的運行壽命。總體來講，電力系統檢修模式主要經歷了三個階段事故後維修(Corrective Maintenance)、預防性維修(Preventive Maintenance)禾口預知性維修(Predictive Maintenance)。傳統的電力系統檢修主要集中在發電系統、輸電系統、發輸電系統檢修，而關於配電系統檢修研究則相對較少。然而作為電力系統的重要組成部分，配電系統是由許多配電設備組成的複雜系統，並存在牽引機車、大型負荷、風電接入等負荷驟變的運行環境，故應該對配電系統檢修進行重點研究。由於失效模型的複雜性及配電設備的多樣性，傳統的配電系統檢修一般只考慮一種維修活動，並沒有考慮實際運行過程中設備狀態的多樣性；並且由於合適輸入數據的缺失及理論方法在實際應用中的困難，傳統的配電系統檢修和系統可靠性評估是分開考慮的。更合理的手段是建立設備老化特性時變模型，根據設備所處的運行狀態給定相應的維修類型，並考慮檢修對設備故障率及系統可靠性的影響。
發明內容
本發明的目的在於提供一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法，以解決上述技術問題。本發明深入配電系統設備內部機理，研究元件老化的原理及其影響因素，根據配電設備在線監測及故障診斷得到設備狀態信息，以及負荷驟變環境下的配電設備可靠性指標。然後結合系統運行信息，綜合考慮系統可靠性與經濟性，從系統角度研究配電系統長期檢修優化策略的制定方法。本發明可以增加檢修的針對性，減小檢修盲目性，考慮在滿足系統可靠性的條件下以系統總費用最小為目標安排系統檢修。本發明技術方案主要包括以下步驟步驟1 採集信息形成配電檢修基礎資料庫將採集的設備運行信息和系統運行狀態信息通過通訊信道傳送到配電檢修基礎資料庫，由運行人員對基礎資料庫進行輸入、 調整檢修約束，形成檢修所需的基礎數據；所述採集的設備信息包括設備檢修數據和設備運行數據設備側數據設備數、 檢修周期、設備i進行k類型預防性檢修所需的單位人工小時數費用、人工小時數、材料成本、用戶j停電時間、停電電價、停電影響的用戶數、修造成的用戶j平均停電量，設備i進行k類型事故後維修所需的人工小時價格、人工小時數、材料成本、用戶j停電時間、停電電價、停電影響的用戶數，設備i所供應的平均負荷，設備實時故障率和設備k類型故障率的初始值及返回值、設備運行環境溫度、變壓器油溫升係數、變壓器繞組溫升係數、電力開關開斷次數；所述採集的配電系統信息包括系統檢修數據和系統運行數據系統檢修數據通過檢修接口進行錄入，包括系統年檢修預算、人工小時數指標、系統年平均停電頻率指標和系統年平均停電時間指標；系統運行數據通過與EMS系統接口通信，包括系統網絡拓撲、 潮流信息，系統負荷波動信息及系統負荷年增長率，電價；步驟2 建立配電系統長期檢修優化模型配電系統長期檢修優化系統調用檢修基礎資料庫，然後完成以下步驟2. 1步建立設備時變老化模型根據故障發生原因對電力設備故障率進行分解， 分解後的故障率之間相互獨立，並且分別滿足浴盆曲線，採用Weibull分布建立時變故障率數學模型，模型中的參數根據同類設備的歷史運行數據採用最小二乘擬合方法得到；2. 2步在時變老化模型中考慮負荷驟變的因素對於配電變壓器來講，負荷驟變引起的溫升是影響變壓器壽命的主要因素，根據國際電工委員會IEC3M進行計算溫升引起的壽命損失；對於斷路器和隔離開關，其老化主要和開斷次數有關，根據事後統計數據按照模糊數學方法求解；2. 3步建立檢修模型優化目標以檢修周期內的預知性維修費用和事故後維修費用之和最小為目標函數，可統籌協調檢修周期內系統可靠性及檢修費用的平衡；2. 4步構建約束條件，包括1)預算約束，即每年預知性檢修成本與由故障造成的事故後維修成本之和不能超過給定預算值；2)人工小時數約束，包括大修、小修所需的人力約束和對設備進行更換所需的人力約束兩種情況；3)配電系統可靠性約束，包括系統平均停電頻率約束和系統平均停電時間約束等；4)同時檢修約束，一年內對同一設備小修、大修不能同時進行；5)檢修對故障率的影響，採用分段混合整數線性公式，各設備的老化曲線用階梯分段函數將檢修對故障率的影響表示出來。每次檢修都會使相應的設備故障率返回到給定值；步驟3 配電系統長期檢修優化系統調用步驟1中形成的檢修基礎資料庫，將其代入步驟2中的配電系統長期檢修優化模型當中，採用分支定界法進行求解，優化形成檢修安排策略。本發明的有益效果在於從配電系統角度出發，以檢修周期內檢修費用和故障造成的費用之和最小為目標函數，其中考慮檢修時設備停運對用戶和電力公司造成的損失， 並綜合考慮檢修對設備故障率的改善及對系統可靠性的影響，可以有效解決配電系統長期檢修策略的制定。本發明能夠深入設備內部機理，建立設備老化特性數學模型，更進一步考慮負荷驟變因素對檢修策略制定的影響，因此對於含有大量負荷驟變環境的實際配電系統來說，本發明更符合實際系統的運行情況。
圖1為本發明所用檢修數據採集系統的結構框圖；圖2為本發明配電系統長期檢修安排流程圖；圖3為本發明配電系統檢修分支定界算法流程。
具體實施例方式1.採集信息形成配電檢修基礎資料庫參閱圖1，本發明所述的系統性的考慮老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法中所用檢修數據採集系統的框圖。其中，設備側在線監測得到設備運行數據通過設備側運行指標接口錄入到設備側檢修資料庫，離線監測和設備故障診斷得到設備檢修數據通過設備側檢修指標接口進行錄入到設備側檢修資料庫，經過通信信道的信息傳輸傳到數據處理中心；系統側與能量管理系統(Energy Management System-EMS)系統接口通信得到系統運行數據通過系統運行指標接口錄入到系統側檢修資料庫，人工輸入系統檢修數據通過檢修指標接口錄入到系統側檢修資料庫，並傳送到配電檢修基礎資料庫，形成檢修所需的基礎數據。圖1所示檢修數據採集系統得到的配電檢修基礎數據包括如下數據設備側數據設備數N、檢修周期T、設備i進行k類型預防性檢修所需的單位人工小時費用C=,、人工小時數劣廣、材料工具成本^Ki、用戶j停電時間、單位時間停電損失C『UE、停電影響的用戶數M^m、修造成的用戶j平均停電量Pu，設備i進行k類型事故後檢修所需的人工小時費用CiflL、人工小時數究，f、材料工具成本功 、用戶j停電時間 ^upo、單位時間停電損失Cfrai、停電影響的用戶數M嚴，設備i所供應的平均負荷Pi, t時刻設備i的k類型實際故障率>^和設備k類型故障率的初始值及返回值、設備運行環境溫度θ a、變壓器油溫升係數X、變壓器繞組溫升係數y、電力開關開斷次數C ；系統側數據系統檢修數據通過檢修接口進行錄入，包括系統年檢修預算 Budget (t)、大修、小修人工小時數指標Labor(t)和設備更換人工小時數指標Laboi^a)、 系統年平均停電頻率指標SAIFI (t)和系統年平均停電時間指標SAIDI (t)；系統運行數據通過與EMS系統接口通信錄入，包括系統網絡拓撲、潮流信息，系統負荷波動信息及系統負荷年增長率q，電價if。在得到配電系統檢修基礎數據後，根據圖2所示的檢修安排流程圖進行檢修安排。具體步驟如下1)讀取配電檢修基礎資料庫信息；2)利用Weibull建立根據故障原因分解後的設備時變老化模型，在時變老化模型中考慮負荷驟變對各配電設備的影響；3)計算各檢修類型對相對應故障率的削減程度；4)在約束條件中考慮系統可靠性的影響；5)利用分支定界法求解檢修安排問題；6)形成檢修優化策略。2.建立配電系統長期檢修優化模型設備的狀態取決於設備的性能，本發明綜合設備的在線監測、離線監測，以及設備的歷史運行情況、運行工況和環境因素等信息評估設備狀態，根據設備故障發生原因採用 Weibull分布得到時變故障率，並採用分段混合整數線性公式，用每一臺設備的老化曲線用階梯分段函數量化檢修對設備可靠性的影響。2. 1建立考慮負荷驟變因素的時變故障率模型傳統檢修方式一般認為設備處於兩種狀態即正常與故障狀態，這與配電系統實際運行情況不符；即使部分檢修安排模型中認為設備在整個壽命周期中存在多種狀態，但大多採用Markov模型離散求解，沒有反映設備的長期變化。本發明根據設備失效原因，將設備故障率分解成相互獨立的不同故障率，並用Weibull分布建立數學模型。然後根據設備在線監測和歷史運行情況採用最小二乘擬合方法分別求解Weibull分布的參數。則時變故障率模型如下
K
權利要求
1.一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟1、採集信息形成配電檢修基礎資料庫將採集的設備信息和配電系統信息通過通訊信道傳送到配電檢修基礎資料庫，形成檢修所需的基礎數據；步驟2 建立配電系統長期檢修優化模型配電系統長期檢修優化系統調用配電檢修基礎資料庫，然後完成以下步驟步驟2. 1 建立設備時變老化模型根據故障發生原因對電力設備故障率進行分解，分解後的故障率之間相互獨立，並且分別滿足浴盆曲線，採用Weibull分布建立時變故障率數學模型，模型中的參數根據同類設備的歷史運行數據採用最小二乘擬合方法得到；步驟2. 2 在時變老化模型中考慮負荷驟變的因素；步驟2.3 建立檢修模型優化目標以檢修周期內的預知性維修費用和事故後維修費用之和最小為目標函數，統籌協調檢修周期內系統可靠性及檢修費用的平衡；步驟2. 4:構建約束條件，包括1)預算約束，即每年預知性維修成本與由故障造成的事故後維修成本之和不能超過給定預算值；2)人工小時數約束，包括大修、小修所需的人力約束和對設備進行更換所需的人力約束兩種情況；3)配電系統可靠性約束，包括系統平均停電頻率約束和系統平均停電時間約束；4)同時檢修約束，一年內對同一設備小修、大修不能同時進行；5)檢修對故障率的影響，採用分段混合整數線性公式，用每一臺設備的老化曲線用階梯分段函數將檢修對故障率的影響表示出來；每次檢修都會使故障率返回到初始值；步驟3 配電系統長期檢修優化系統調用步驟1中形成的檢修基礎資料庫，將其代入步驟2中的配電系統長期檢修優化模型當中，採用分支定界法進行求解，得到考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略。
2.根據權利要求1所述的一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法， 其特徵在於，所述採集的設備信息包括設備檢修數據和設備運行數據設備數、檢修周期、設備i進行k類型預防性檢修所需的單位人工小時數費用、人工小時數、材料成本、用戶j停電時間、 單位時間停電損失、停電影響的用戶數、修造成的用戶j平均停電量，設備i進行k類型事故後維修所需的人工小時價格、人工小時數、材料成本、用戶j停電時間、單位時間停電損失、停電影響的用戶數，設備i所供應的平均負荷，設備實時故障率和設備k類型故障率的初始值及返回值、設備運行環境溫度、變壓器油溫升係數、變壓器繞組溫升係數、電力開關開斷次數；所述採集的配電系統信息包括系統檢修數據和系統運行數據系統檢修數據通過檢修指標接口進行錄入，包括系統年檢修預算、人工小時數指標、系統年平均停電頻率指標和系統年平均停電時間指標；系統運行數據通過與能量管理系統系統接口通信獲得，包括 系統網絡拓撲、潮流信息，系統負荷波動信息及系統負荷年增長率，電價。
3.根據權利要求1所述的一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法， 其特徵在於，步驟2. 1和2. 2中考慮負荷因素的時變故障率模型如下
4.根據權利要求1所述的一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法， 其特徵在於，步驟2. 3中的檢修目標函數公式如下
5.根據權利要求1所述的一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法， 其特徵在於，步驟2. 4中的檢修約束條件包括 1)預算約束每年預知性維修成本與由故障造成的事故後維修成本之和不能超過給定預算值，由式 ⑶得到
6.根據權利要求1所述的一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法， 其特徵在於，步驟2. 2中在時變老化模型中考慮負荷驟變的因素，對於配電變壓器來講，負荷驟變引起的溫升是影響變壓器壽命的主要因素，根據國際電工委員會IEC3M進行計算溫升引起的壽命損失；對於斷路器和隔離開關，其老化主要和開斷次數有關，根據事後統計數據按照模糊數學方法求解。
全文摘要
本發明提出一種考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略制定方法，包括以下步驟步驟1採集信息形成配電檢修基礎資料庫；步驟2建立配電系統長期檢修優化模型；步驟3調用步驟1中形成的檢修基礎資料庫，將其代入步驟2中的配電系統長期檢修優化模型當中，採用分支定界法進行求解，得到考慮元件老化特性的配電系統長期檢修策略。本發明從配電系統角度出發，基於變壓器和斷路器設備時變老化模型，以檢修周期內檢修費用和故障造成的費用之和最小為目標函數，考慮檢修時設備停運對用戶和電力公司造成的損失，並綜合考慮檢修對設備故障率的改善及對系統可靠性的影響，可以作為配電自動化系統的支撐，有效解決配電系統長期檢修策略的制定。
文檔編號G06Q50/00GK102360467SQ20111030855
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月12日 優先權日2011年10月12日
發明者崔豔林, 王建學, 路建明 申請人:西安交通大學