[发明专利]集中式FTU控制的馈线自动化系统可靠性分析方法

权利要求书

1.集中式FTU控制的馈线自动化系统可靠性分析方法，其特征在于，根据集中式馈线自动化系统的工作逻辑、配置开关元件的自动化程度和各种开关的动作特性，将馈线自动化动作过程中的配电网分成六个区域，可靠性分析模型中在故障定位、隔离、恢复三个阶段统计六个区域的参数，最终分析系统的可靠性指标。

2.如权利要求1所述的集中式FTU控制的馈线自动化系统可靠性分析方法，其特征在于，步骤如下：

一、配网中的馈线装设配置三遥功能的三遥开关、配置二遥功能的二遥开关、在继电保护装置作用下跳闸的保护开关、以及无终端的普通开关，保护开关为熔断器、断路器；主站通过相邻两个开关的“遥测”信息判断故障区域，靠“遥控”功能隔离故障区域；

二、可靠性分析模型的构建

1)、故障后状态区域的划分与定义

配网中配置了自动化程度不同的开关元件，根据集中式馈线自动化系统的工作逻辑和各种开关的动作特性，将馈线自动化动作过程中的配电网分成如下区域：

a、自动定位区

主站通过遥测信息确定的故障元件区域；故障临近周围所有遥测开关正常为基本自动定位区，如果基本定位区边界有遥测开关失效，则靠边界外下一级遥测开关定位，此时的故障定位区域为扩大自动定位区；

b、自动隔离区

通过遥控可以隔离故障的区域称为自动隔离区；如果故障后临近周围遥控开关正常为基本自动隔离区；如果基本自动隔离区边界有有遥控开关失效，则靠边界外下一级遥控开关隔离，此时的故障隔离区为扩大自动隔离区；

c、手动隔离区

手动操作可以隔离故障的最小区域；

d、自动停电区

自动停电区初始区域为自动隔离区；自自动隔离区的各个边界开关往外围查找直至末端负荷；如果该方向查找到联络开关，则该方向自动停电区边界开关回到初始自动隔离区开关，如果该方向查找至末端负荷仍未发现联络开关，则自动停电区该方向移至负荷末端；

e、手动停电区

手动停电区初始区域为手动隔离区；自手动隔离区的各个边界开关往外围查找直至末端负荷；如果该方向查找到联络开关，则该方向自动停电区边界开关回到初始手动隔离区开关，如果该方向查找至末端负荷仍未发现联络开关，则手动停电区该方向移至负荷末端；

f、定位停电区

定位停电区初始区域为自动定位区；自自动定位区的各个边界开关往外围查找直至末端负荷；如果该方向查找到联络开关，则该方向定位停电区边界开关回到初始自动定位区开关，如果该方向查找至末端负荷仍未发现联络开关，则定位停电区该方向移至负荷末端；

以上六个区域中自动定位区起到判断故障点的辅助作用；自动隔离区与手动隔离区边界开关为实际动作开关，也是控制策略过程中的逻辑区域；

2)、故障后馈线自动化系统动作模型

集中式馈线自动化系统动作过程总体分三个过程：故障定位、故障隔离、故障恢复；

a、故障定位：

配电网i元件处出现故障，则从i向上、下游遍历直到找到故障定位开关，以此作为故障定位边界区域；如果没有终端故障则该边界区域为基本自动定位区；如果有终端故障，则由该终端向外遍历搜索至下一个定位终端，确定该区域为扩展自动定位区；考虑单一故障形式；设基本自动定位区域边界“二遥”开关x个，“三遥”开关y个，则i故障以后总的自动定位状态有x+y+1个；

i元件故障以后，向上、下游遍历找到故障隔离开关，如果没有终端故障则该区域为基本自动隔离区域；如果某个终端隔离失败，则向外遍历下一个隔离终端；设基本自动隔离终端有y+z个则i故障以后总的开关定位状态有y+z+1个；

b、故障隔离

通过以上过程，馈线自动化形成自动隔离区即自动停电区域；故障在自动定位区；容易得到自动隔离区域大于等于自动定位区域；根据故障类型和故障特点容易判断两个区域大小；当无故障或者定位失效时，自动隔离区域等于自动定位区域；

人工在自动定位区中查找元件确定位置，为便于操作，如果有联络开关对自动定位区手动停电，形成手动隔离区，停电范围减少到手动隔离区，手动隔离区小于等于自动定位区小于等于自动隔离区区；当自动定位区各边界均有联络开关时，自动定位区等于手动定位区；

c、故障恢复过程

根据恢复过程的不同采取如下四种策略，四种策略计算中参数为：自动停电区总负荷数N_z，自动停电区内l_z个变压器，手动停电区总负荷数N_s，手动停电区内l_s个变压器，定位停电区域总负荷数N_d，定位停电区内l_d变压器，所有负荷总的停电时间T_all；

①馈线自动化实现隔离故障区域恢复非故障区域供电形成自动隔离区，该过程耗时t₁，停电区域为自动停电区；在自动定位区中人工检修，排查故障确定故障元件，该过程耗时t₂修复故障元件耗时t₃，故障解除后，恢复自动隔离区该过程耗时t₅，最终全部恢复供电；

②馈线自动化实现隔离故障区域恢复非故障区域供电即形成自动隔离区，耗时t₁，到现场在自动定位区域内查找到具体故障，耗时t₂，手动开关形成手动隔离区，恢复自动隔离区内手动隔离区外的故障范围供电，耗时t'₄，以上过程停电区域为自动停电区，自t'₄动作时间结束，停电区域变为手动停电区；然后修复自动定位区已查找到的故障，耗时t₃，最后恢复手动故障定位区，恢复正常供电耗时t”₄；

③馈线自动化实现隔离故障区域恢复非故障区域供电即形成自动隔离区，耗时t₁，判断自动隔离区与自动定位区是否重合，如果重合按照策略②进行；如果不重合断开手动断开自动定位区边界开关，恢复自动自动隔离区内自动定位区外区域供电耗时t₄，至此停电区域为自动停电区；在自动定位区中查找到具体故障元件，耗时t₂，手动开关形成手动隔离区，恢复自动定位区内手动隔离区外的区域供电，耗时t'₄，至此停电范围为定位停电区；修复故障，耗时t₃，手动开关，恢复手动隔离区的供电，恢复正常供电，耗时t”₄，至此停电区域为手动停电区；

④馈线自动化实现隔离故障区域恢复非故障区域供电即形成自动隔离区，耗时t₁，判断自动隔离区与自动定位区是否重合，如果重合按照策略①进行；如果不重合断开自动定位区边界开关，恢复自动定位区与自动隔离区中间区域供电耗时t₄，至此停电范围为自动停电区；在自动定位区中查找到具体故障元件，耗时t₂，修复故障，耗时t₃，手动开关，恢复手动隔离区的供电，恢复正常供电，耗时t'₄，该过程停电范围为定位停电区；

以上动作过程时间分析中：

t₁为故障自动定位隔离时间，与馈线自动化的动作时间有关；

t₂为故障查找时间，与自动定位区元件数成正比；假设单个元件平均故障查找时间为t₁，则N个元件的故障查找时间期望是：

t₃为故障元件修复时间，这里主要区分故障元件是输电线路还是变压器，取变压器的平均故障修复时间和输电线路的平均故障修复时间；

t₄为手动恢复或停电时间与需要手动恢复或者停电的开关数成正比，假设点对点直线式供电，手动恢复供电需要操作一个开关的时间为T₂则手动恢复M个开关需要的操作时间是t₂＝T₂M；

t₅为电动恢复供电的时间；

3)、系统可靠性的算法实现

a、对系统编程预处理

为分析方便对系统开关、元件分别进行编号，开关取S1、S2、S3、……依次编号，其他元件主要是变压器和输电线路取1、2、3……依次编号；该节点为子节点，沿电源方向前推为父节点，电源供电断路器支路为主干线，其他线路为分支线；父节点，子节点的概念适用于分支线和主干线；编号原则为：同一支路始终保证父节点的编号大于子节点；遍历元件时候编号从小到大；停电区遍历联络开关按照元件号从小到大；

b、可靠性指标的算法

可靠性的分析一般包括元件的可靠性指标、负荷可靠性指标和系统的可靠性指标；负荷的可靠性指标包括平均故障率、年停电时间、平均修复时间；

考虑元件故障后馈线自动化各种动作策略结束到稳定运行，负荷点停电为一次故障；则负荷平均故障率由输电线路变压器等元件的故障率和接线方式决定与配网自动化的装设无关；某元件故障，元件父节点方向至最近一级遥控开关范围负荷不受影响，父节点方向最近一级遥控开关至反方向元件停电；则负荷点的停电频率为：

式中1到R为父节点方向最近一级遥控开关至反方向元件；f_i为i元件的故障率，f_l为负荷的停电率；

年停电时间和平均停电持续时间根据具体策略分析，系统的可靠性指标主要包括系统平均停电时间(SAIDI)、系统平均停电频率(SAIFI)；计算系统可靠性指标步骤如下：

①系统有M个元件，按上述原则编号，从1号元件故障遍历，至M号负元件；

②i号元件故障，确定自动停电区总负荷数N_z，手动停电区总负荷数N_s，定位停电区域总负荷数N_d，对不同的控制策略确定为故障自动定位隔离时间t₁；故障查找时间t₂；故障元件修复时间t₃，手动恢复或停电时间t₄，t₅为电动恢复供电的时间；

③则所有负荷总的停电时间T_all为：

④i负荷故障，遍历自动定位区、自动隔离区边界开关单一故障情况；确定手动隔离区、自动定位区、自动隔离区；重复步骤②、③。