计及电力设备时变故障率的电网计划检修周期确定方法

专利类型：发明专利 

语 言：中文 

申 请 号：CN201310746200.7 

申 请 日：20131230 

发 明 人：赵渊张煦谢开贵宿晓岚钟家华杨高峰 

申 请 人：重庆大学国网重庆市电力公司市区供电分公司 

申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号 

公 开 日：20160817 

公 开 号：CN103646358B 

代 理 人：李海华 

代理机构：重庆博凯知识产权代理有限公司 50212 

摘　　要：本发明公开了一种计及电力设备时变故障率的电网计划检修周期确定方法，构建电力设备时变故障率模型；根据时变故障率模型；从平均无效度角度建立计划检修周期与系统可靠性之间的函数关系，计算系统可靠性指标；考虑电力设备检修成本、停电成本建立系统总成本与计划检修周期之间的函数关系，利用该函数关系求取系统总成本对计划检修率的灵敏度，利用该灵敏度大小判别电网各设备是否处于最优计划检修周期和优化调整各设备计划检修周期，最终实现电网各设备计划检修周期都达到最优；采用本发明可发现并解决现有电网计划检修周期安排中部分电力设备存在过检修或欠检修的问题，综合协调电网可靠性和经济性。 

主 权 项：计及电力设备时变故障率的电网计划检修周期确定方法，其特征在于：具体步骤如下：1)采用状态枚举法枚举电力系统一定故障阶数范围内的系统低阶故障状态，并基于直流潮流最优削负荷模型计算各枚举状态下的系统最小削负荷量；若削负荷量大于0，则记录下该系统状态及对应的削负荷量，否则继续枚举，直到枚举结束，从而最终得到一组系统故障状态(X₁,X₂,…,X_m)以及对应的削负荷量(LC₁,LC₂,…,LC_m)，其中m为枚举到的系统故障状态数；2)根据电力设备自身老化、外界环境和检修因素对其故障率的影响构建计及计划检修周期的电力设备时变故障率模型；所述电力设备为发电机、变压器和输电线路；该外界环境包括天气和温度；得到电网系统中各电力设备时变故障率模型的参数；并输入各电力设备修复时间、初始计划检修率；3)根据各电力设备的计划检修率、修复时间和故障率函数，计算各电力设备平均无效度，基于平均无效度计算各系统故障状态的概率；再根据可靠性指标计算公式，利用电力设备的平均无效度和第1)步得到的系统故障状态(X₁,X₂,…,X_m)以及对应的削负荷量(LC₁,LC₂,…,LC_m)计算系统可靠性指标，系统可靠性指标包括系统失负荷概率LOLP和系统期望缺供电量EENS；4)根据单位停电成本和系统可靠性指标计算系统停电成本，根据各电力设备单位计划检修成本和故障检修成本结合第3)步的计划检修率和故障率函数得到系统检修成本，系统停电成本和系统检修成本共同构成系统总成本；建立系统总成本与计划检修周期之间的函数关系，利用该函数关系求取系统总成本对计划检修率的灵敏度；5)将灵敏度由大到小排序，如果所有电力设备的灵敏度绝对值都小于预设的门槛值esp，则该灵敏度对应的计划检修周期即为最终确定的计划检修周期；否则调整计划检修周期，直到系统总成本对计划检修率的灵敏度小于预设的门槛值esp，满足该要求的计划检修周期即为最终确定的计划检修周期；第4)步系统停电成本根据单位停电成本和系统期望缺供电量EENS计算，系统检修包括事后检修和计划检修两种；每次检修成本包括材料费和施工费两大部分，其中材料费与电力设备的类型、容量有关；设电力设备k(k＝1,2,…,N)进行一次事后检修费用为C_Rk，包括材料费C_RMk、单位时间的施工费用C_ROk/h；进行一次计划检修费用为C_Pk，包括材料费C_PMk、单位时间施工费用C_POk/h；单位停电成本设为C_N/MWh，系统的总费用设为C_total；则系统总成本与计划检修周期之间的函数关系如下式，$\begin{array}{c}{C}_{total}=C_N·EENS+\underset{k}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_{Rk}·N_{Rk}+\underset{k}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_{Pk}·N_{Pk}\\ =8760C_N\underset{x\in X}{\Sigma }\left[I_f\left(x\right)L_C\left(x\right)\right]P\left(x\right)+\\ \underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_{Rk}{\lambda }_k^{\prime \prime }{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt+\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_{Pk}{\lambda }_k^{\prime \prime }\end{array}$其中N_Rk表示电力设备k每年平均事后检修次数，N_pk表示电力设备k每年计划检修次数，λ_k(t)为故障率函数；C_Rk＝C_RMk+C_ROk×r_k，C_Pk＝C_PMk+C_POk×r_k″，r_k为平均事后检修时间；r_k″为平均计划检修时间；由于各电力设备的状态相互独立，则一年中电力设备k的事后检修次数和计划检修次数只与电力设备k的计划检修率λ_k″有关，则有$\left\{\begin{array}{c}\frac{\partial N_{pk}}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}=1\\ \frac{\partial N_{Rk}}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}={\int }_0^{\frac{87600}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt-\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}{\lambda }_k\left(\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}\right)\\ \begin{array}{cc}\frac{\partial N_{pk}}{\partial {\lambda }_i^{\prime \prime }}=0,& (i\ne k)\end{array}\\ \begin{array}{cc}\frac{\partial N_{Rk}}{\partial {\lambda }_i^{\prime \prime }}=0,& (i\ne k)\end{array}\end{array}\right.$由此得系统总成本相对于电网各设备的计划检修率灵敏度为：$\begin{array}{c}\frac{\partial C_{total}}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}=C_N·\frac{\partial EENS}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}+\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_{Ri}·\frac{\partial N_{Ri}}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}+\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_{Pi}·\frac{\partial N_{Pi}}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}\\ =8760C_N\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)L_C\left(x\right)P\left(x\right)\frac{(2S_k-1)}{P\left(S_k\right)}·(\frac{r_k^{\prime \prime }+r_k{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt}{8760}-\frac{r_k}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}·\lambda (\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}\left)\right)\\ +C_{Rk}·\left({\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\right(t)dt-\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}·{\lambda }_k(\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}\left)\right)+C_{Pk}\end{array};$第3)步系统失负荷概率LOLP和系统期望缺供电量EENS按下述过程求得，设N个电力设备组成的系统，各电力设备状态相互独立，分别为S₁，S₂，S₃，…,S_N，S_k＝0表示电力设备k处于正常状态，S_k＝1表示其处于故障状态，则该系统状态x的概率可表示为：P(x)＝P(S₁)·P(S₂)·P(S₃)…P(S_N)那么，系统失负荷概率LOLP和系统期望缺供电量EENS计算公式如下；$\begin{array}{c}LOLP=\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)P\left(x\right)=\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)\underset{k=1}{\overset{N}{\Pi }}P\left(S_k\right)\\ =\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)\underset{k=1}{\overset{N}{\Pi }}[S_k{U}_k+(1-S_k)(1-U_k)]\\ =\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)\underset{k=1}{\overset{N}{\Pi }}[S_k·\frac{{\lambda }_k^{\prime \prime }{r}_k^{\prime \prime }+{\lambda }_k^{\prime \prime }{r}_k{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt}{8760}+(1-S_k)(1-\frac{{\lambda }_k^{\prime \prime }{r}_k^{\prime \prime }+{\lambda }_k^{\prime \prime }{r}_k{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt}{8760})]\end{array}$$\begin{array}{c}EENS=8760\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)P\left(x\right)L_C\left(x\right)=8760\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)L_C\left(x\right)\underset{k=1}{\overset{N}{\Pi }}P\left(S_k\right)\\ =8760\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)L_C\left(x\right)\underset{k=1}{\overset{N}{\Pi }}[S_k{U}_k+(1-S_k)(1-U_k)]\\ =8760\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)L_C\left(x\right)\underset{k=1}{\overset{N}{\Pi }}[S_k·\frac{{\lambda }_k^{\prime \prime }{r}_k^{\prime \prime }+{\lambda }_k^{\prime \prime }{r}_k{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt}{8760}+(1-S_k)(1-\frac{{\lambda }_k^{\prime \prime }{r}_k^{\prime \prime }{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt}{8760})]\end{array}$其中，λ_k″为电力设备k的计划检修率，L_C(x)表示系统故障状态x下为使系统恢复到一个静态安全运行点所需要的最小负荷削减量，I_f(x)＝0表示系统正常状态，I_f(x)＝1表示系统故障状态；则系统可靠性指标系统失负荷概率LOLP和系统期望缺供电量EENS相对计划检修率的灵敏度分别如下式所示：$\begin{array}{c}\frac{\partial LOLP}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}=\underset{x\in X}{\Sigma }[\frac{\partial I_f\left(x\right)}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}P\left(x\right)+I_f\left(x\right)\frac{\partial P\left(x\right)}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}]\\ =\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)\frac{\partial \left[P\left(S_1\right)P\left(S_2\right)\mathrm{...}P\left(S_k\right)\mathrm{...}P\left(S_m\right)\right]}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}\\ =\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)P\left(x\right)\frac{(2S_k-1)}{P\left(S_k\right)}·(\frac{r_k^{\prime \prime }+r_k{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt}{8760}-\frac{r_k}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}·\lambda (\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}\left)\right)\end{array}$$\begin{array}{c}\frac{\partial EENS}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}=8760\underset{x\in X}{\Sigma }[\frac{\partial I_f\left(x\right)}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}{L}_C\left(x\right)P\left(x\right)+I_f\left(x\right)L_C\left(x\right)\frac{\partial P\left(x\right)}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}]\\ =8760\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)L_C\left(x\right)\frac{\partial \left[P\left(S_1\right)P\left(S_2\right)\mathrm{...}P\left(S_k\right)\mathrm{...}P\left(S_m\right)\right]}{\partial {\lambda }_k^{\prime \prime }}\\ =8760\underset{x\in X}{\Sigma }{I}_f\left(x\right)L_C\left(x\right)P\left(x\right)\frac{(2S_k-1)}{P\left(S_k\right)}·(\frac{r_k^{\prime \prime }+r_k{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}}{\lambda }_k\left(t\right)dt}{8760}-\frac{r_k}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}·\lambda (\frac{8760}{{\lambda }_k^{\prime \prime }}\left)\right)\end{array},$其中U_k指计入计划检修周期后电力设备的平均无效度，计算公式为$U=\frac{{\lambda }^{\prime \prime }{r}^{\prime \prime }+{\lambda }^{\prime \prime }r{\int }_0^{\frac{8760}{{\lambda }^{\prime \prime }}}\lambda \left(t\right)\mathrm{dt}}{8760}.$ 

关 键 词： 

法律状态：公开 

IPC专利分类号：G06F17/00(2006.01)I;G06Q50/06(2012.01)I