一种故障率非恒定的配电系统可靠性评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种故障率非恒定的配电系统可靠性评估方法，元件的故障率浴盆曲线特征通过一个新的多参数威布尔分布函数进行模拟，并根据元件历史故障数据采用准牛顿法（BGFS）进行函数参数的估计而得出元件故障率函数参数的值。同时元件的修复时间函数采用指数分布函数来表征。本发明专利技术结合常用的故障树（FT）—贝叶斯网络（BN）系统可靠性评估方法来进行负荷点可靠性指标计算，最终计算配电系统的可靠性指标。本文提出的评估方法能够为配电技术领域提供一定的借鉴。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种配电系统可靠性评估方法，特别涉及一种故障率非恒定的配电系统可靠性评估方法。
技术介绍
配电系统可靠性问题本质是解决电网系统经济性、安全性以及设备利用率等之间的关系，通过分析影响电网可靠性的因素、动态和静态指标，构建一种动态的平衡模型，最终提出有效的运营和管理机制，以达到电能的最大化利用和经济成本、利益等的最优化。2011年，重庆、北京、上海等城市开展了可靠性示范工程建设。2013年，深圳市开展了城市高可靠性示范区建设。配电网可靠性技术的发展对城市的发展具有极大的推动作用。作为电力部门与用户联系的重要环节，电力系统的故障检修能力极大影响着供电效率与能力，而组成配电系统的主要可修复元件如：配电变压器、馈线、断路器、分段开关、母线、负荷开关等，其可靠性的高低直接影响着系统的性能，因此对元件的故障规律分析在配电系统可靠性的评估分析中极其重要。采用多参数新威布尔函数来模拟元件非恒定故障率的变化特性，结合故障树—贝叶斯理论进行配电网可靠性指标的计算，是电力工程领域内关于可靠性评估的一种实用方法。在现有关于电力系统可靠性评估的研究中，华北电力大学赵洪山[赵洪山，赵航宇.考虑元件动态故障率变化的配电网可靠性评估，电力系统保护与控制，2015年第43卷11期]采用指数分段函数来描述元件动态故障率变化，齐先军[齐先军，彭翔天.基于浴盆曲线故障率函数的配电系统可靠性评估算法，电力系统保护与控制，2015年第43卷第5期]基于一种改进的威布尔函数进行元件故障率变化的建模。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种故障率非恒定的配电系统可靠性评估方法，在元件动态故障变化的情况下，结合贝叶斯理论，为配电系统可靠性评估提供一种新的评估方法。本专利技术提出多参数新威布尔函数，结合历史数据能够很准确的模拟元件非恒定故障率的变化特性，并且能够通过建立数学模型来预测给定结构的配电系统的性能。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供一种故障率非恒定的配电系统可靠性评估方法，具体步骤如下：步骤1，采用如下多参数威布尔分布函数模拟元件故障率；导入元件历史故障数据，采用准牛顿法BGFS对多参数威布尔分布函数的参数进行估计，从而得到准确表征元件故障率变化的浴盆形曲线；其中，多参数新威布尔函数NMWD为：λ(t)＝α·(β-θ·t)·tβ-1exp(θ·t)其中，λ(t)为元件故障率，t为元件运行时间，α为比例参数，β为形状参数，θ为尺度参数；步骤2，采用指数函数来表征元件修复率函数，根据历史规律给定元件修复率指标；步骤3，分析配电系统结构，采用故障树-贝叶斯网络FT-BN系统可靠性评估方法进行负荷点可靠性指标的计算，具体为：根据故障树-贝叶斯网络FT-BN分析方法，建立分层的贝叶斯模型，运用贝叶斯双向推理代入各个元件的故障率和修复率进行负荷点可靠性指标的计算；步骤4，根据步骤3中得到的负荷点可靠性指标，计算配电系统的可靠性指标。作为本专利技术的进一步优化方案，所述元件故障率λ(t)在其生命周期内取值范围为λ(t)∈[0，5]。作为本专利技术的进一步优化方案，比例参数α的取值范围为[-10,0)。作为本专利技术的进一步优化方案，形状参数β的取值范围为(-10,10)。作为本专利技术的进一步优化方案，尺度参数θ的取值范围为(0,1)。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术采用具有修正参数的故障率分布函数，能够很准确的拟合出具备浴盆曲线特征的随时间变化的元件故障率函数。结合贝叶斯与故障树分析方法，能够进行具备辐射状配电系统可靠性的计算。附图说明图1是本专利技术的方法流程图。图2是FT逻辑门转化为贝叶斯网络BN的过程，其中，(a)是串并联系统图，(b)是故障树图，(c)是贝叶斯网络模型，(d)是条件概率表。图3是IEEERBTSbus2配电系统图。图4是配电系统贝叶斯网络拓扑。图5是RBTS_BUS6配电系统图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术一种故障率非恒定的配电系统可靠性评估方法，如图1所示，通过引入多参数新威布尔分布函数来描述元件动态故障率的变化，采用准牛顿算法来拟合参数，进而得到元件故障率浴盆变化曲线。与传统的二参数分段式威布尔分布函数相比，该函数能够拟合出元件故障率浴盆特征曲线。采用指数分布函数来描述元件修复变化。所述配电系统可靠性评估方法为常用的故障树(FT)—贝叶斯网络(BN)相结合的系统可靠性评估方法来进行负荷点可靠性指标计算。传统的元件故障率威布尔函数为：λ(t)=βη(tη)β-1]]>(单位：次/年)所述多参数元件故障率新威布尔函数(NMWD)为：λ(t)＝α·(β-θ·t)·tβ-1exp(θ·t)(单位：次/年)其中，λ(t)为元件故障率，t为元件运行时间，α为比例参数，β为形状参数，θ为尺度参数。函数假设λ(t)可以用二次函数进行近似，采用非线性准牛顿算法。该算法的主要思想是利用目标函数与梯度函数的信息，构造出近似Hesse矩阵的逆正定矩阵，由此获得搜索方向，生成新的迭代点，通过多步迭代估计出最优参数解。所述故障树分析方法是系统可靠性常用的评估方法，故障树图能够很直观的表达出元件与元件、元件与系统之间的逻辑关系(通过逻辑门)。但是故障树分析方法只能考虑系统二态：工作或失效。当系统复杂交错时，故障树的不交化分析法会增大计算难度。在故障树已知的情况下，结合将故障树中的每个基本事件映射成贝叶斯节点，建立分层的贝叶斯网络，能够很方便的进行系统可靠性计算。贝叶斯网络是指一种对概率关系的有向图解描述，即有向无环图，它由代表变量的节点及连接这些节点的有向边构成。建立FT到BN转换过程主要分为以下几步：1)结合FT结构，将FT每个基本事件对应到BN的根节点；2)定义离散系统各元件的状态，通过弧来连接父代节点、子代节点，建立系统有向无环图；3)引入元件故障率、修复率，定义变量条件概率并将其概率赋值给贝叶斯网络中对应的根节点作为其先验概率，最后进行概率分布计算。现举例说明故障树到贝叶斯网络建立的过程，如图2中(a)所示的串并联系统图，系统功能定义从输入端到输出端通道畅通，定义m为中间状态事件，xi表示部件i的状态，i＝1,2,3，其故障树图可表示为如图2中(b)所示。可将元件x1,x2,x3类比为配电系统的负荷点，“s”表示由该三个负荷点组成的配电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种故障率非恒定的配电系统可靠性评估方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，采用如下多参数威布尔分布函数模拟元件故障率；导入元件历史故障数据，采用准牛顿法BGFS对多参数威布尔分布函数的参数进行估计，从而得到准确表征元件故障率变化的浴盆形曲线；其中，多参数新威布尔函数NMWD为：λ(t)＝α·(β‑θ·t)·tβ‑1exp(θ·t)其中，λ(t)为元件故障率，t为元件运行时间，α为比例参数，β为形状参数，θ为尺度参数；步骤2，采用指数函数来表征元件修复率函数，根据历史规律给定元件修复率指标；步骤3，分析配电系统结构，采用故障树‑贝叶斯网络FT‑BN系统可靠性评估方法进行负荷点可靠性指标的计算，具体为：根据故障树‑贝叶斯网络FT‑BN分析方法，建立分层的贝叶斯模型，运用贝叶斯双向推理代入各个元件的故障率和修复率进行负荷点可靠性指标的计算；步骤4，根据步骤3中得到的负荷点可靠性指标，计算配电系统的可靠性指标。

【技术特征摘要】
1.一种故障率非恒定的配电系统可靠性评估方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，采用如下多参数威布尔分布函数模拟元件故障率；导入元件历史故障数据，采
用准牛顿法BGFS对多参数威布尔分布函数的参数进行估计，从而得到准确表征元件故障率
变化的浴盆形曲线；其中，多参数新威布尔函数NMWD为：
λ(t)＝α·(β-θ·t)·tβ-1exp(θ·t)
其中，λ(t)为元件故障率，t为元件运行时间，α为比例参数，β为形状参数，θ为尺度参
数；
步骤2，采用指数函数来表征元件修复率函数，根据历史规律给定元件修复率指标；
步骤3，分析配电系统结构，采用故障树-贝叶斯网络FT-BN系统可靠性评估方法进行负
荷点可靠性指标的计算，具体为：
根据故障树-贝叶斯网络FT-BN分析方法，建立分...

【专利技术属性】
技术研发人员：江兵，靳为为，张华清，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32