[发明专利]一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，属配电系统可靠性技术领域。

背景技术

随着电力体制改革的不断推进，电网对电网运行的经济性分析越来越重视，其中电网规划是提高电网中长期经济运行的重要手段。在配电系统的可靠性规划和设计阶段，主变、开关和线路等电气设备的在使用年限内的故障率对于配电系统的经济运行具有重要影响。

配电系统常用的可靠性评估方法分为解析方法与仿真方法。解析评估方法虽然具有评估耗时短的优势，但一旦遭遇系统规模扩大以及复杂多变的运行工况，其建模往往会遇到比较大的困难。相比之下，仿真评估方法能够从组成系统的单个元件入手，处理更加复杂的元件状态特性和相互之间的影响，因此，可以更加方便地模拟整个复杂系统的随机行为。在仿真方法中，序贯蒙特卡洛方法具备了模拟具有时间相关性的复杂系统行为的能力，因而对系统的可靠性评价也最为精确。显然，在仿真方法中，各个电气元件的故障率对于可靠性评估的结果具有直接的影响。

传统的评估方法一般以年平均故障/修复率为已知参数，这种考虑虽然简化了分析过程，同时也忽略了元件的运行条件、环境状况以及自身老化等因素在其全寿命运行周期中不断变化的规律，由此导致的系统可靠性估计偏差不可忽略。有的文献详细分析了随天气变化的设备故障/修复率对系统可靠性的影响；考虑了元件的老化特性和修复条件对系统可靠性的影响，并分别用3种序贯仿真方法进行了对比分析；提出了老化不可用率的概念，在此基础上，推导了一种老化不可用率的解析求解方法，并进一步说明了电气元件老化对系统可靠性的显著影响。

由此可见，处于不同运行时期下的元件故障率对系统可靠性均会造成不同程度的影响，进而影响系统的最终规划决策。尤其随着分布式电源和新型负荷的接入，配电系统的规模越来越大，电气设备的种类也越来越丰富，设备对系统的最终规划决策的影响也越来越复杂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于设备全寿命周期的配电系统可靠性评估方法，所述方法建立设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型；考虑设备时变故障率对系统可靠性分析的影响，采用反变换法产生老化失效时间，确定在同一老化时间分布下的设备不可用率；在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真方法中，建立设备全寿命周期故障率的仿真模型，实现基于设备全寿命周期故障率的配电系统可靠性计算。

所述方法按照如下步骤实现：

步骤1：在设备的全寿命运行周期内，依据故障诱发的主导因素，将故障划分为典型的3种模式：早期磨合故障、偶然失效故障和老化疲劳故障。依据故障与诱因关联数据分门别类的统计提取各故障模式故障率。

步骤2：综合考虑元件的运行年限和修复作用的影响，建立设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型。

步骤3：考虑元件时变故障率对系统可靠性分析的影响，采用序贯仿真方法(反变换法)产生老化失效时间，确定在同一老化时间分布下的设备不可用率。

步骤4：在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真方法中，建立设备全寿命周期故障率的仿真模型，实现基于设备全寿命周期故障率的配电系统可靠性计算。

步骤5：在现值法的基础上建立可靠性投资/回报分析模型，计算设备投资维护成本，为规划设计提供决策。

所述设备全寿命周期中各运行时期的故障率模型包括投运早期故障率数学模型、常态运行期的故障率模型、老化维修期的故障率模型和加速老化期故障率模型；

所述投运早期故障率数学模型为：λ_el(t)＝λ_in(t)+λ_rm(t)，0≤t<T_in；

其中，λ_in(t)为早期故障率，为指数模型；λ_rm(t)为偶然故障率；

所述常态运行期的故障率模型：λ_no(t)＝λ_rm(t)，T_in≤t<T_no；

其中，T_no为常态运行期的结束时刻；

所述老化维修期的故障率模型：λ_ma(t)＝λ′_om(t)+λ_rm(t)，T_rm≤t<T_om；