計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法
2023-04-27 04:09:41 1
計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法
【專利摘要】本發明公開了一種計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法，構建電力設備時變故障率模型；根據時變故障率模型；從平均無效度角度建立計劃檢修周期與系統可靠性之間的函數關係，計算系統可靠性指標；考慮電力設備檢修成本、停電成本建立系統總成本與計劃檢修周期之間的函數關係，利用該函數關係求取系統總成本對計劃檢修率的靈敏度，利用該靈敏度大小判別電網各設備是否處於最優計劃檢修周期和優化調整各設備計劃檢修周期，最終實現電網各設備計劃檢修周期都達到最優；採用本發明可發現並解決現有電網計劃檢修周期安排中部分電力設備存在過檢修或欠檢修的問題，綜合協調電網可靠性和經濟性。
【專利說明】計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力檢修技術，具體涉及一種計及電力設備故障率時變條件下基於可靠性成本/效益分析的電網計劃檢修周期確定方法，屬於電力系統可靠性評估和計劃檢修周期優化領域。
【背景技術】
[0002]發電機、變壓器、輸電線路作為發輸電組合系統的關鍵組成設備，其可靠性對整個電網的安全可靠運行至關重要。電力設備在長期運行中受損耗、自身老化和隱藏故障等因素的影響，可靠性水平隨著時間的增長具有累積效應，為了規避因電力設備失效概率的攀升導致系統停電風險的增加，需要對電力設備進行定期檢修。根據電力設備相關檢修導則，發電機組、變壓器、輸電線路按照檢修規模和停用時間劃分為A、B、C、D四個檢修等級，其中C級檢修根據設備的磨損、老化規律，有重點地進行檢查、修理和少量零件的更換。
[0003]現有計劃檢修研究大多在設備故障率為恆定值的假設下進行檢修時段的優化安排，而對故障率非恆定情況下電力設備的計劃檢修周期少有研究，計劃檢修周期常以相關檢修導則為參考予以確定。然而，檢修導則中相同類型和容量的設備在各檢修等級下對應的周期都相同，沒有考慮設備自身老化磨損規律、運行條件以及運行環境的不同。此外，即使是相同設備，其在系統中位置的不同，對系統可靠性的影響程度也大不一樣，對系統可靠性影響較大的設備理應需要相對更多的檢修以獲得更優的可靠性水平。因而有必要從系統層面，綜合考慮設備的主要停運因素開展設備的計劃檢修周期優化規劃研究。
【發明內容】
[0004]針對現有電網計劃檢修周期未考慮設備故障率時變規律和設備類型、位置等對系統可靠性影響的不足，本發明的目的是提供一種計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法，本方法能夠發`現並解決現有電網計劃檢修周期安排中部分電力設備過檢修或欠檢修的問題，綜合協調電網可靠性和經濟性。
[0005]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下:
[0006]計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法，具體步驟如下:
[0007]I)採用狀態枚舉法枚舉電力系統一定故障階數範圍內的系統低階故障狀態，並基於直流潮流最優削負荷模型計算各枚舉狀態下的系統最小削負荷量；若削負荷量大於0，則記錄下該系統狀態及對應的削負荷量，否則繼續枚舉，直到枚舉結束，從而最終得到一組系統故障狀態(X1, X2,…，Xm)以及對應的削負荷量(LC1, LC2,…，LCm)，其中m為枚舉到的系統故障狀態數；
[0008]2)根據電力設備自身老化、外界環境和檢修等主要因素對其故障率的影響構建計及計劃檢修周期的電力設備時變故障率模型；所述電力設備為發電機、變壓器和輸電線路；該外界環境包括天氣和溫度；得到電網系統中各電力設備時變故障率模型的參數；並輸入各電力設備修復時間、初始計劃檢修率；[0009]3)根據各電力設備的計劃檢修率、修復時間和故障率函數，計算各電力設備平均無效度，基於平均無效度計算各系統故障狀態的概率；再根據可靠性指標計算公式，利用電力設備的平均無效度和第I)步得到的系統故障狀態(X1,x2，-,Xffl)以及對應的削負荷量(LC1, LC2,…，LCffl)計算系統可靠性指標，系統可靠性指標包括系統失負荷概率LOLP和系統期望缺供電量EENS ；
[0010]雖然LOLP與系統停電成本之間沒有直接的數學關係，但間接相關。LOLP表示的是系統失去負荷的概率，即系統發生停電現象可能性大小的宏觀描述，一般來說，系統LOLP越大，各故障狀態導致的停電量越大，則EENS會越高，停電成本就會越大。雖然LOLP沒有反映停電的嚴重度，但LOLP也能反映出一定的系統可靠性水平。計算L0LP、EENS是為了評估系統的可靠性水平。
[0011]4)根據單位停電成本和系統可靠性指標計算系統停電成本，根據各電力設備單位計劃檢修成本和故障檢修成本結合第3)步的計劃檢修率和故障率函數得到系統檢修成本，系統停電成本和系統檢修成本共同構成系統總成本；建立系統總成本與計劃檢修周期之間的函數關係，利用該函數關係求取系統總成本對計劃檢修率的靈敏度；
[0012]5)將靈敏度由大到小排序，如果所有電力設備的靈敏度絕對值都小於預設的門檻值esp，則該靈敏度對應的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期；否則調整計劃檢修周期，直到系統總成本對計劃檢修率的靈敏度小於預設的門檻值esp，滿足該要求的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期。
[0013]其中第5)步的計劃檢修周期按下述方法進行調整:設序號為X的電力設備經靈敏度排序後序號變為f，若滿足X' Snsrt，且靈敏度I(X)滿足I(X) >esp，則令序號為χ的電力設備計劃檢修率λ " (χ) =0.99 λ " (χ);若義'≥N-nset,且I (χ)〈-esp,則令λ" (χ)=1.01λ" (χ)，基於重新確定的電力設備計劃檢修率得到新的計劃檢修周期，從而得到系統總成本相對於新的計劃檢修率靈敏度100，再判斷靈敏度100是否小於預設的門檻值esp，如果滿足，則調整後的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期，否則重複步驟3) _5)，直到靈敏度I (χ)小於預設的門檻值esp。
[0014]N為系統的電力設備數量，nset為設定序號，代表每次預設進行計劃檢修周期調大或調小的電力設備數量；esp為靈敏度門檻值；λ " (χ)為序號為χ的電力設備計劃檢修率。
[0015]進一步地，第3)步系統失負荷概率LOLP和系統期望缺供電量EENS按下述過程求得，設N個電力設備組成的系統,各電力設備狀態相互獨立,分別為S1, S2, S3,…，SN, Sk=O表示電力設備k處於正常狀態，Sk=I表示其處於故障狀態，則該系統狀態χ的概率可表示為:
[0016]P(X) =P(S1).P(S2).P(S3)...P(Sn)
[0017]那麼，系統失負荷概率LOLP和系統期望缺供電量EENS計算公式如下；
【權利要求】
1.計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法，其特徵在於:具體步驟如下:. 1)採用狀態枚舉法枚舉電力系統一定故障階數範圍內的系統低階故障狀態，並基於直流潮流最優削負荷模型計算各枚舉狀態下的系統最小削負荷量；若削負荷量大於O，則記錄下該系統狀態及對應的削負荷量，否則繼續枚舉，直到枚舉結束，從而最終得到一組系統故障狀態(X1, X2,…，Xm)以及對應的削負荷量(LC1, LC2,…，LCm)，其中m為枚舉到的系統故障狀態數； .2)根據電力設備自身老化、外界環境和檢修等主要因素對其故障率的影響構建計及計劃檢修周期的電力設備時變故障率模型；所述電力設備為發電機、變壓器和輸電線路；該外界環境包括天氣和溫度；得到電網系統中各電力設備時變故障率模型的參數；並輸入各電力設備修復時間、初始計劃檢修率； . 3)根據各電力設備的計劃檢修率、修復時間和故障率函數，計算各電力設備平均無效度，基於平均無效度計算各系統故障狀態的概率；再根據可靠性指標計算公式，利用電力設備的平均無效度和第I)步得到的系統故障狀態(X1, X2，-,Xffl)以及對應的削負荷量(LC1, LC2,…，LCffl)計算系統可靠性指標，系統可靠性指標包括系統失負荷概率LOLP和系統期望缺供電量EENS ； .4)根據單位停電成本和系統可靠性指標計算系統停電成本，根據各電力設備單位計劃檢修成本和故障檢修成本結合第3)步的計劃檢修率和故障率函數得到系統檢修成本，系統停電成本和系統檢修成本共同構成系統總成本；建立系統總成本與計劃檢修周期之間的函數關係，利用該函數關係求取系統總成本對計劃檢修率的靈敏度； .5)將靈敏度由大到小排序，如果所有電力設備的靈敏度絕對值都小於預設的門檻值esp,則該靈敏度對應的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期；否則調整計劃檢修周期，直到系統總成本對計劃檢修率的靈敏度小於預設的門檻值esp，滿足該要求的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期。
2.根據權利要求1所述的計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法，其特徵在於:其中第5)步的計劃檢修周期按下述方法進行調整:設序號為X的電力設備經靈敏度排序後序號變為V，若滿足X' Snsrt，且靈敏度I(X)滿足1(X) >esp，則令序號為X的電力設備計劃檢修率λ " (Χ)=0.99λ〃 (X);若X'≥N-nset,且I (X)〈-esp,則令λ" (χ)=1.01λ" (χ)，基於重新確定的電力設備計劃檢修率得到新的計劃檢修周期，從而得到系統總成本相對於新的計劃檢修率靈敏度100，再判斷靈敏度100是否小於預設的門檻值esp，如果滿足，則調整後的計劃檢修周期即為最終確定的計劃檢修周期，否則重複步驟3) _5)，直到靈敏度I (χ)小於預設的門檻值esp。 N為系統的電力設備數量，nset為設定序號，代表每次預設進行計劃檢修周期調大或調小的電力設備數量；esp為靈敏度門檻值；λ " (χ)為序號為χ的電力設備計劃檢修率。
3.根據權利要求1所述的計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法，其特徵在於--第3)步系統失負荷概率LOLP和系統期望缺供電量EENS按下述過程求得，設N個電力設備組成的系統，各電力設備狀態相互獨立，分別為S1, S2, S3,…，SN, Sk=O表不電力設備k處於正常狀態，Sk=I表示其處於故障狀態，則該系統狀態χ的概率可表示為:
P(X)=P(S1).P(S2).P (S3)…P (Sn)那麼，系統失負荷概率LOLP和系統期望缺供電量EENS計算公式如下；
4.根據權利要求3所述的計及電力設備時變故障率的電網計劃檢修周期確定方法，其特徵在於--第4)步系統停電成本根據單位停電成本和系統期望缺供電量EENS計算，系統檢修包括事後檢修和計劃檢修兩種；每次檢修成本包括材料費和施工費兩大部分，其中材料費與電力設備的類型、容量有關；設電力設備k(k=l，2，...，N)進行一次事後檢修費用為CKk,包括材料費CMk、單位時間的施工費用CKft/h ;進行一次計劃檢修費用為Cpk,包括材料費CPMk、單位時間施工費用CPft/h ;單位停電成本設為CN/WMh，系統的總費用設為Cttrtal ； 則系統總成本與計劃檢修周期之間的函數關係如下式，
【文檔編號】G06Q50/06GK103646358SQ201310746200
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】趙淵, 張煦, 謝開貴, 宿曉嵐, 鍾家華, 楊高峰 申請人:重慶大學, 國網重慶市電力公司市區供電分公司