一种智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法技术

本发明专利技术公开了一种智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法，是应用于智能变电站过程层网络中，利用瞬时状态概率算法建立了过程层网络元件的短期可靠性模型；结合分层等值方法，计算间隔子系统与智能变电站过程层网络整体的瞬时状态概率和瞬时不可用率以及平均状态概率和平均不可用率。本发明专利技术能够分析智能变电站过程层网络各个组成元件的瞬时状态概率，并极大地缩减了计算规模，清晰地描述了从建成到初期投运再到稳定运行过程中，智能变电站过程层网络整体及各个元件的可靠性参数收敛过程。

【技术实现步骤摘要】
一种智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法
本专利技术涉及一种用于智能变电站可靠性
，尤其涉及智能变电站过程层网络瞬时状态概率和平均状态概率的计算方法。
技术介绍
智能变电站作为电力系统的枢纽环节，是采集运行数据和执行调度命令的源头与终端，而智能变电站过程层网络则涉及到全站的数据源头和开关的控制，对全站的稳定运行起重要作用。因此，智能变电站过程层网络的安全可靠运行对于保证变电站供电安全具有重要意义。随着IEC61850标准的建立、电子式互感器的实用化、光纤网络通信技术的广泛应用以及智能电子设备的普及，为智能变电站的实现提供了良好的技术基础。智能变电站过程层网络涉及到数字化采用技术，由电子式互感器和合并单元的配合实现，同时涉及GOOSE网，由智能终端和智能开关的配合实现。这些新型电子设备的应用使得智能变电站过程层网络的可靠性评估变得更加复杂。智能变电站二次系统构建采用的三层两网结构造成了继电保护系统、测控系统与网络通信系统在结构和功能上的融合，这给智能变电站过程层网络的可靠性评估带来了困难。考虑到现有智能变电站建设周期较短，可靠性统计数据不完整，站内设备的可靠性参数未必收敛至稳态值，传统稳态可靠性评估方法在此情况下并不适用。本专利技术为克服上述现有技术存在的不足之处，提供智能变电站过程层网络的短期可靠性定量分析方法，分析了智能变电站过程层网络各个组成元件的瞬时状态概率，并采用分层等值法实现了对智能变电站过程层网络整体及各个间隔子系统的可靠性短期评估，极大地缩减了计算规模，增加计算速度，同时清晰地描述了从建成到初期投运再到稳定运行过程中，智能变电站过程层网络整体及各个元件的不可用率的收敛过程。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出一种用于智能变电站二次系统的短期可靠性定量计算方法，它具有逻辑清晰、算法简洁、易于实现的优点，为智能变电站二次系统短期可靠性定量计算提供了切实有效的使用方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，它包括：一种智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法，是应用于智能变电站过程层网络中，智能变电站过程层网络PLN包括：一个公用交换机SWC、n个间隔交换机SWB1-SWBn，n个间隔合并单元MUB1-MUBn，n个间隔保护单元PB1-PBn，n个间隔智能终端ITB1-ITBn，n个间隔测控单元MCB1-MCBn；公用交换机SWC与n个间隔交换机SWB1-SWBn呈星形连接方式，每个间隔交换机下连接间隔合并单元、间隔保护单元、间隔智能终端、间隔测控单元；所述智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法是按如下步骤进行的：步骤1、统计所述智能变电站过程层网络中各个交换机与间隔单元的平均失效前时间MTTF和平均修复时间MTTR，计算所述智能变电站过程层网络中各个交换机与间隔单元的故障率和修复率；步骤2、对所述智能变电站过程层网络PLN的各个组成元件进行短期可靠性建模；步骤3、将间隔交换机SWB1、间隔合并单元MUB1、间隔保护单元PB1、间隔智能终端ITB1、间隔测控单元MCB1视为整体，记作间隔子系统BSS1，采用短期可靠性定量分析方法，对间隔子系统BSS1进行短期可靠性评估；步骤4、利用步骤3中所述短期可靠性定量分析方法，将间隔交换机SWB2-SWBn，间隔合并单元MUB2-MUBn、间隔保护单元PB2-PBn、间隔智能终端ITB2-ITBn、间隔测控单元MCB2-MCBn视为整体，分别记作间隔子系统BSS2-BSSn，对间隔子系统BSS2-BSSn进行短期可靠性评估；步骤5、采用分层等值算法，计算间隔子系统BSS1-BSSn的等值故障率和等值修复率；步骤6、对由公用交换机SWC和间隔子系统BSS1-BSSn组成的智能变电站过程层网络PLN进行短期可靠性定量分析。进一步地，所述步骤1中所述的交换机与间隔单元的平均失效前时间MTTF和平均修复时间MTTR包括：所述公用交换机SWC的平均失效前时间MTTFSWC和平均修复时间MTTRSWC；所述间隔交换机SWB1-SWBn的平均失效前时间MTTFSWB1-MTTFSWBn和平均修复时间MTTRSWB1-MTTRSWBn；所述间隔合并单元MUB1-MUBn的平均失效前时间MTTFMUB1-MTTFMUBn和平均修复时间MTTRMUB1-MTTRMUBn；所述间隔保护单元PB1-PBn的平均失效前时间MTTFPB1-MTTFPBn和平均修复时间MTTRPB1-MTTRPBn；所述间隔智能终端ITB1-ITBn的平均失效前时间MTTFITB1-MTTFITBn和平均修复时间MTTRITB1-MTTRITBn；所述间隔测控单元MCB1-MCBn的平均失效前时间MTTFMCB1-MTTFMCBn和平均修复时间MTTRMCB1-MTTRMCBn；所述步骤1中所述的交换机与间隔单元的故障率和修复率包括：所述公用交换机SWC的故障率λSWC和修复率μSWC；所述间隔交换机SWB1-SWBn的故障率λSWB1-λSWBn和修复率μSWB1-μSWBn；所述间隔合并单元MUB1-MUBn的故障率λMUB1-λMUBn和修复率μMUB1-μMUBn；所述间隔保护单元PB1-PBn的故障率λPB1-λPBn和修复率μPB1-μPBn；所述间隔智能终端ITB1-ITBn的故障率λITB1-λITBn和修复率μITB1-μITBn；所述间隔测控单元MCB1-MCBn的故障率λMCB1-λMCBn和修复率μMCB1-μMCBn。进一步地，所述步骤2中对所述智能变电站过程层网络PLN的各个组成元件进行短期可靠性建模是按如下步骤进行：步骤2.1、根据步骤1中获得的所述公用交换机SWC的故障率λSWC和修复率μSWC，对公用交换机SWC进行短期可靠性建模；采用状态空间法，建立公用交换机SWC的两状态模型，定义公用交换机SWC的故障子集FSWC，形成如式(1)所示的状态转移率矩阵ΦSWC；定义所述公用交换机SWC的初始状态PSWC(t0)，t0表示可靠性评估的初始时刻，利用式(2)计算公用交换机SWC的瞬时状态概率和瞬时不可用率其中，为所述公用交换机SWC在状态j下的瞬时状态概率；步骤2.2、根据步骤1中获得的所述间隔交换机SWB1-SWBn的故障率λSWB1-λSWBn和修复率μSWB1-μSWBn，对间隔交换机SWB1-SWBn进行短期可靠性建模；对任意间隔交换机SWBi，i＝1,…,n，采用状态空间法，建立间隔交换机SWBi的两状态模型，定义间隔交换机SWBi的故障子集FSWBi，形成如式(3)所示的状态转移率矩阵ΦSWBi；定义所述间隔交换机SWBi的初始状态PSWBi(t0)，利用式(4)计算间隔交换机SWBi的瞬时状态概率和瞬时不可用率其中，为所述间隔交换机SWBi在状态j下的瞬时状态概率；步骤2.3、根据步骤1中获得的所述间隔合并单元MUB1-MUBn的故障率λMUB1-λMUBn和修复率μMUB1-μMUBn，对间隔合并单元MUB1-MUBn进行短期可靠性建模；对任意间隔合并单元MUBi，i＝1,…,n，采用状态空间法，建立间隔合并单元MUBi的两状态模型，定义间隔合并单元MUBi的故障子集FMUBi，形成如式(5)所示的状态转移率矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法，是应用于智能变电站过程层网络中，智能变电站过程层网络PLN包括：一个公用交换机SWC、n个间隔交换机SWB1‑SWBn，n个间隔合并单元MUB1‑MUBn，n个间隔保护单元PB1‑PBn，n个间隔智能终端ITB1‑ITBn，n个间隔测控单元MCB1‑MCBn；公用交换机与n个间隔交换机呈星形连接方式，每个间隔交换机下连接间隔合并单元、间隔保护单元、间隔智能终端、间隔测控单元；其特征是：所述智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法是按如下步骤进行的：步骤1、统计所述智能变电站过程层网络中各个交换机与间隔单元的平均失效前时间MTTF和平均修复时间MTTR，计算所述智能变电站过程层网络中各个交换机与间隔单元的故障率和修复率；步骤2、对所述智能变电站过程层网络PLN的各个组成元件进行短期可靠性建模；步骤3、将间隔交换机SWB1、间隔合并单元MUB1、间隔保护单元PB1、间隔智能终端ITB1、间隔测控单元MCB1视为整体，记作间隔子系统BSS1，对间隔子系统BSS1进行短期可靠性定量分析；步骤4、利用步骤3中所述方法，将间隔交换机SWB2‑n，间隔合并单元MUB2‑n、间隔保护单元PB2‑n、间隔智能终端ITB2‑n、间隔测控单元MCB2‑n视为整体，分别记作间隔子系统BSS2‑n，对间隔子系统BSS2‑n进行短期可靠性定量分析；步骤5、采用分层等值算法，计算见间隔子系统BSS1‑BSSn的等值故障率和等值修复率；步骤6、对由公用交换机SWC和n个间隔子系统BSS1‑n组成的智能变电站过程层网络PLN进行短期可靠性定量分析。...

【技术特征摘要】
1.一种智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法，是应用于智能变电站过程层网络中，智能变电站过程层网络PLN包括：一个公用交换机SWC、n个间隔交换机SWB1-SWBn，n个间隔合并单元MUB1-MUBn，n个间隔保护单元PB1-PBn，n个间隔智能终端ITB1-ITBn，n个间隔测控单元MCB1-MCBn；公用交换机SWC与n个间隔交换机SWB1-SWBn呈星形连接方式，每个间隔交换机下连接间隔合并单元、间隔保护单元、间隔智能终端、间隔测控单元；其特征是：所述智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法是按如下步骤进行的：步骤1、统计所述智能变电站过程层网络中各个交换机与间隔单元的平均失效前时间MTTF和平均修复时间MTTR，计算所述智能变电站过程层网络中各个交换机与间隔单元的故障率和修复率；步骤2、对所述智能变电站过程层网络PLN的各个组成元件进行短期可靠性建模；步骤3、将间隔交换机SWB1、间隔合并单元MUB1、间隔保护单元PB1、间隔智能终端ITB1、间隔测控单元MCB1视为整体，记作间隔子系统BSS1，采用短期可靠性定量分析方法，对间隔子系统BSS1进行短期可靠性评估；步骤4、利用步骤3中所述短期可靠性定量分析方法，将间隔交换机SWB2-SWBn，间隔合并单元MUB2-MUBn、间隔保护单元PB2-PBn、间隔智能终端ITB2-ITBn、间隔测控单元MCB2-MCBn视为整体，分别记作间隔子系统BSS2-BSSn，对间隔子系统BSS2-BSSn进行短期可靠性评估；步骤5、采用分层等值算法，计算间隔子系统BSS1-BSSn的等值故障率和等值修复率；步骤6、对由公用交换机SWC和间隔子系统BSS1-BSSn组成的智能变电站过程层网络PLN进行短期可靠性定量分析；其中，所述步骤2中对所述智能变电站过程层网络PLN的各个组成元件进行短期可靠性建模是按如下步骤进行：步骤2.1、根据步骤1中获得的所述公用交换机SWC的故障率λSWC和修复率μSWC，对公用交换机SWC进行短期可靠性建模；采用状态空间法，建立公用交换机SWC的两状态模型，定义公用交换机SWC的故障子集FSWC，形成如式(1)所示的状态转移率矩阵ΦSWC；定义所述公用交换机SWC的初始状态PSWC(t0)，t0表示可靠性评估的初始时刻，利用式(2)计算公用交换机SWC的瞬时状态概率和瞬时不可用率其中，为所述公用交换机SWC在状态j下的瞬时状态概率；步骤2.2、根据步骤1中获得的所述间隔交换机SWB1-SWBn的故障率λSWB1-λSWBn和修复率μSWB1-μSWBn，对间隔交换机SWB1-SWBn进行短期可靠性建模；对任意间隔交换机SWBi，i＝1,…,n，采用状态空间法，建立间隔交换机SWBi的两状态模型，定义间隔交换机SWBi的故障子集FSWBi，形成如式(3)所示的状态转移率矩阵ΦSWBi；定义所述间隔交换机SWBi的初始状态PSWBi(t0)，利用式(4)计算间隔交换机SWBi的瞬时状态概率和瞬时不可用率其中，为所述间隔交换机SWBi在状态j下的瞬时状态概率；步骤2.3、根据步骤1中获得的所述间隔合并单元MUB1-MUBn的故障率λMUB1-λMUBn和修复率μMUB1-μMUBn，对间隔合并单元MUB1-MUBn进行短期可靠性建模；对任意间隔合并单元MUBi，i＝1,…,n，采用状态空间法，建立间隔合并单元MUBi的两状态模型，定义间隔合并单元MUBi的故障子集FMUBi，形成如式(5)所示的状态转移率矩阵ΦMUBi；定义所述间隔合并单元MUBi的初始状态PMUBi(t0)，利用式(6)计算间隔合并单元MUBi的瞬时状态概率和瞬时不可用率其中，为所述间隔合并单元MUBi在状态j下的瞬时状态概率；步骤2.4、根据步骤1中获得的所述间隔保护单元PB1-PBn的故障率λPB1-λPBn和修复率μPB1-μPBn，对间隔保护单元PB1-PBn进行短期可靠性建模；对任意间隔保护单元PBi，i＝1,…,n，采用状态空间法，建立间隔保护单元PBi的两状态模型，定义间隔保护单元PBi的故障子集FPBi，形成如式(7)所示的状态转移率矩阵ΦPBi；定义所述间隔保护单元PBi的初始状态PPBi(t0)，利用式(8)计算间隔保护单元PBi的瞬时状态概率和瞬时不可用率其中，为所述间隔保护单元PBi在状态j下的瞬时状态概率；步骤2.5、根据步骤1中获得的所述间隔智能终端ITB1-ITBn的故障率λITB1-λITBn和修复率μITB1-μITBn，对间隔智能终端ITB1-ITBn进行短期可靠性建模；对任意间隔智能终端ITBi，i＝1,…,n，采用状态空间法，建立间隔智能终端ITBi的两状态模型，定义间隔智能终端ITBi的故障子集FITBi，形成如式(9)所示的状态转移率矩阵ΦITBi；定义所述间隔智能终端ITBi的初始状态PITBi(t0)，利用式(10)计算间隔智能终端ITBi的瞬时状态概率和瞬时不可用率其中，为所述间隔智能终端ITBi在状态j下的瞬时状态概率；步骤2.6、根据步骤1中获得的所述间隔测控单元MCB1-MCBn的故障率λMCB1-λMCBn和修复率μMCB1-μMCBn，对间隔测控单元MCB1-MCBn进行短期可靠性建模；对任意间隔测控单元MCBi，i＝1,…,n，采用状态空间法，建立间隔测控单元MCBi的两状态模型，定义间隔测控单元MCBi的故障子集FMCBi，形成如式(11)所示的状态转移率矩阵ΦMCBi；定义所述间隔测控单元MCBi的初始状态PMCBi(t0)，利用式(12)计算间隔测控单元MCBi的瞬时状态概率和瞬时不可用率其中，为所述间隔测控单元MCBi在状态j下的瞬时状态概率。2.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络短期可靠性定量分析方法，其特征是：所述步骤1中所述的交换机与间隔单元的平均失效前时间MTTF和平均修复时间MTTR包括：所述公用交换机SWC的平均失效前时间MTTFSWC和平均修复时间MTTRSWC；所述间隔交换机SWB1-SWBn的平均失效前时间MTTFSWB1-MTTFSWBn和平均修复时间MTTRSWB1-MTTRSWBn；所述间隔合并单元MUB1-MUBn的平均失效前时间MTTFMUB1-MTTFMUBn和平均修复时间MTTRM...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈闽江，吴蓓，陈月卿，陈建洪，董王朝，于丽萍，李生虎，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司检修分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11