【正文】 ........ 18 冗余對保護(hù)可靠性的影響分析和計算 .......................................................... 20 單保護(hù)配置中的模塊冗余及其可靠性評估 ........................................................... 20 雙保護(hù)配置中的模塊冗余及其可靠性評估 ........................................................... 24 保護(hù)系統(tǒng)可靠性算例 ............................................................................................... 26 小結(jié) .................................................................................................................. 28 4 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)可靠性定量計算 ..................... 29 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .............................................................................. 29 調(diào)度自動化系統(tǒng)概述 ................................................................................................ 29 調(diào)度自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ................................................................................................ 29 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)備等效可靠性指標(biāo)計算 .......................................... 30 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)故障樹模型的建立 ...................................................... 31 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)可靠性分析計算 .......................................................... 32 調(diào)度自動化系統(tǒng)故障樹定性分析 ........................................................................... 32 調(diào)度自動化系統(tǒng)可靠性定量計算 ........................................................................... 32 小結(jié) .................................................................................................................. 32 5 結(jié)論 ............................................................................ 34 參考文獻(xiàn) ........................................................................ 55 1 1 緒論 引言 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是由調(diào)度主站系統(tǒng)、遠(yuǎn)方廠站自動化系統(tǒng)以及連接主站和廠站的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所組成的復(fù)雜系統(tǒng)，它包含了現(xiàn)代電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等多種高新技術(shù)。遠(yuǎn)方廠站自動化系統(tǒng)主要包括發(fā)電廠自動化系統(tǒng)和變電站綜合自動化系統(tǒng)，它通過局域通信網(wǎng)將數(shù)字式的二次裝置 (繼電保護(hù)、測控裝置和安全自動裝置等 )和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主站計算機系統(tǒng)連接起來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，完成保護(hù)、測量、控制與調(diào)節(jié)功能。調(diào) 度自動化和配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是通過計算機局域網(wǎng)實現(xiàn)各種功能主站 (調(diào)度員工作站、SCADA 工作站、 PAS 工作站、維護(hù)工作站等 )、服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集計算機系統(tǒng)之間的互連，并通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)實現(xiàn)對發(fā)電廠和變電站的數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)方監(jiān)控和安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度等。 隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化。三峽輸電系統(tǒng)的建成、各項 “西電東送 ”工程以及 1000kV晉東南一南陽一荊門特高壓交流試驗示范工程的實施將使我國電力聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展，互聯(lián)容量增加，互聯(lián)區(qū)域擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜化，最終形成全國相互聯(lián)系、相互支持又相互制約的 超大系統(tǒng)。電網(wǎng)的發(fā)展和互聯(lián)給人們帶來巨大利益的同時，也給電網(wǎng)的運行帶來各種潛在的威脅。電力系統(tǒng)運行、維護(hù)的復(fù)雜性日益增加，電網(wǎng)事故的波及面和危害程度也越來越大。因此在我國電力工業(yè)飛速發(fā)展的進(jìn)程中，針對系統(tǒng)的新發(fā)展，加強電力系統(tǒng)可靠性研究具有現(xiàn)實的迫切性和重要的理論與應(yīng)用價值。 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是整個電網(wǎng)的控制核心，具有保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，防止事故擴(kuò)大和連鎖大停電發(fā)生，以及事故后系統(tǒng)快速恢復(fù)的重要作用。電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行需要繼電保護(hù)和自動裝置等就地裝置的保護(hù)，但僅僅依靠這些就地裝置還不能完全保證電力系 統(tǒng)的安全運行，因為這些裝置往往都是根據(jù)局部的信息來處理電力系統(tǒng)的故障，而不能以全局的信息來預(yù)測、分析系統(tǒng)的運行情況和處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種復(fù)雜問題，所以調(diào)度自動化系統(tǒng)有著它獨特的、不可取代的作用。 2022年 9月 4日上海電網(wǎng)所經(jīng)歷的大停電未遂事故說明了調(diào)度自動化系統(tǒng)在避免大停電事故中具有不可替代的作用； 2022年由特大臺風(fēng)引起的海南電網(wǎng) “9． 26”停電事故的分析總結(jié)也表明：通暢可靠的調(diào)度自動化系統(tǒng)保證了事敵的快速處理和事后迅速恢復(fù)，避免了更大的損失。再者，隨著我國電力系統(tǒng)市場化改革的深入，打破壟斷，引入競爭，追 求經(jīng)濟(jì)效益是電力市場的發(fā)展方向，這必然會對調(diào)度自動化系統(tǒng)提出新的更高要求。因此，在我國電力工業(yè)飛速發(fā)展和市場化改革進(jìn)程加快的過程中，對電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行深入地研究具有現(xiàn)實的迫切性和重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。 電力系統(tǒng)可靠性研究歷史 電力系統(tǒng)可靠性研究起源于二戰(zhàn)之后。 1946年 Adler、 Hiller和 Seelye用二項式定理計算元件組合系統(tǒng)停運的平均持續(xù)時間和頻率， 1947年 Calabrese正式提出了失負(fù)荷概率 (LOLP)的概念。電子計算機的出現(xiàn)和應(yīng)用，改變了概率計算繁重而費時的局 面，使電力系統(tǒng)可靠性評估朝著更復(fù)雜、更細(xì)致、更實用的方向發(fā)展。 1958年，蒙特卡羅模擬法被用于評估電力系統(tǒng)的可靠性，它是通過計算機的大量仿真實驗隨機模擬物理過程，獲得可靠性指標(biāo)的點估計和統(tǒng)計值的分布函數(shù)。隨著模 2 擬法研究的深入和收斂速度的改善，其在電力系統(tǒng)的可靠性評估中成為一種重要的評估方法。 1964年 Desieno和 Stine首次將馬爾科夫 (Markov)過程數(shù)學(xué)模型引入電力系統(tǒng)可靠性評估。通過求解由馬爾科夫過程模型中轉(zhuǎn)移矩陣構(gòu)成的線性代數(shù)方程，計算系統(tǒng)長期概率分布的平均故障時間和平均修復(fù)時間。馬爾科夫過程 可靠性評估成為電力系統(tǒng)可靠性研究的另一種重要方法。蒙特卡羅模擬法和馬爾科夫解析法各有所長，各自的優(yōu)缺點相互補充?；旌戏▽⑦@兩種方法相結(jié)合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，是較理想的可靠性評估方法。近年來，在電力系統(tǒng)可靠性評估的理論和方法上又取得了一系列的成果，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、模糊理論以及灰關(guān)聯(lián)和模糊貼近度分析等智能理論和方法應(yīng)用于電力系統(tǒng)的可靠性評估和安全分析中。 電力二次系統(tǒng)可靠性研究現(xiàn)狀 繼電保護(hù)可靠性研究 繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全可靠運行的第一保障，可靠性是對繼電保護(hù)的基本要求之一。從上世紀(jì)初繼 電保護(hù)技術(shù)被引入電力系統(tǒng)以來，已經(jīng)經(jīng)歷了一個世紀(jì)的發(fā)展，從機電式繼電保護(hù)裝置、晶體管繼電保護(hù)裝置、集成電路繼電保護(hù)裝置，發(fā)展到目前廣泛應(yīng)用的微機型數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，構(gòu)成保護(hù)裝置的元件、材料、制造工藝和結(jié)構(gòu)形式都發(fā)生了巨大的變化，其可靠性也得到極大的提高。長期以來，人們對繼電保護(hù)裝置的可靠性評估主要集中在保護(hù)正確動作率的統(tǒng)計和分析上。近年來，一些學(xué)者對保護(hù)的可靠性做了一些探索研究，提出了一些新的可靠性指標(biāo)和評估方法。在繼電保護(hù)定量評估方面，主要包括：分析評價微機保護(hù)裝置的硬件可靠性，探討硬件設(shè)計中增強可靠性 的措施和方法，研究微機保護(hù)的軟件可靠性，提出微機保護(hù)軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)流程，以及利用馬爾科夫鏈和狀態(tài)空問法建立保護(hù)裝置的硬件和軟件失效率模型，用解析法求解保護(hù)的可靠性指標(biāo)，在可靠性評估基礎(chǔ)上提出以可靠性為中心的繼電保護(hù)檢修策略。 調(diào)度自動化系統(tǒng)可靠性研究 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)經(jīng)歷了從經(jīng)驗型到科學(xué)型的發(fā)展過程。早期的調(diào)度系統(tǒng)是依靠調(diào)度值班人員通過打電話來了解系統(tǒng)的運行情況。當(dāng)時調(diào)度員只能了解關(guān)鍵廠站的數(shù)據(jù)，掌握的信息量少，對系統(tǒng)的控制能力弱。 70年代以來，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)逐步實現(xiàn)了數(shù)字化，調(diào)度員可通過 設(shè)在調(diào)度中心的模擬屏了解到全網(wǎng)的運行情況，并能對電力設(shè)備進(jìn)行遙控。這時調(diào)度員才可以控制整個電網(wǎng)，但這種控制完全依靠調(diào)度員的經(jīng)驗。 90年代以來，隨著各種電網(wǎng)分析算法的成熟，各種高級應(yīng)用軟件逐漸得到了應(yīng)用，為調(diào)度員對電網(wǎng)的控制提供科學(xué)的、滿足電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運行要求的調(diào)度決策。這時的調(diào)度自動化系統(tǒng)已經(jīng)從經(jīng)驗型上升到科學(xué)型，發(fā)展成為 EMS(Energy Management System)系統(tǒng)。 在調(diào)度自動化系統(tǒng)可靠性研究方面，最初人們在評估調(diào)度控制中心的可靠性時只涉及硬件可靠性，沒有考慮軟件的失效。隨著計算機和軟 件技術(shù)的飛速發(fā)展，調(diào)度系統(tǒng)的軟件功能越來越豐富，相應(yīng)地軟件系統(tǒng)規(guī)模也越來越大，調(diào)度系統(tǒng)軟件可靠性問題逐漸引起學(xué)者們的關(guān)注，一些學(xué)者利用軟件測試方法檢驗 SCADA的可靠性，建立電力調(diào)度自動化主站系統(tǒng)的測試評價體系，提出一些實用的可靠性測試方法；也有學(xué)者提出考慮系統(tǒng)性能要求的可靠性分析方法，應(yīng)用故障樹分析法對 SCADA系統(tǒng)組件連通性、系統(tǒng)可用率等進(jìn)行定量研究。由于調(diào)度自動化系統(tǒng)的失效可能引起連鎖大停電事故，因此有些研究者結(jié)合調(diào)度系統(tǒng)和電力系統(tǒng)模型， 3 對 SCADA系統(tǒng)失效所引起的風(fēng)險損失進(jìn)行定量分析評估，探究調(diào)度自 動化系統(tǒng)可靠性對一次系統(tǒng)的影響。綜合來看，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)可靠性定量研究大多僅從系統(tǒng)可靠性的某一方面進(jìn)行分析評估，沒有從整體上測評其可靠性水平，因而對調(diào)度自動化系統(tǒng)的可靠性評估還需要廣大學(xué)者做更加深入、系統(tǒng)、全面的研究。 2 電力系統(tǒng)可靠性評估基礎(chǔ) 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念 可靠性是一門邊緣學(xué)科，它是由故障分類學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、失效物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)和系統(tǒng)工程學(xué)等學(xué)科的綜合而發(fā)展起來的新興學(xué)科。從學(xué)科的性質(zhì)來看，可靠性是系統(tǒng)工程的分支，是研究設(shè)備和系統(tǒng)在設(shè)計、研制、生產(chǎn)和使用各階段進(jìn)行可靠性定性和定量的分析 、控制、評估、增長的理論和方法，是實現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)平衡的技術(shù)。 可靠性：指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品不能完成規(guī)定的功能，稱為故障或失效?？煽啃砸话阌酶怕时硎荆部梢愿鶕?jù)實際需要，用平均無故障工作時間表示。產(chǎn)品的可靠性與規(guī)定的時間密切相關(guān)，因為隨著時間的增長，產(chǎn)品的可靠性是下降的。 基本可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定條件下無故障的持續(xù)工作時間或概率，它反映了產(chǎn)品對維修和后勤保障的要求?；究煽啃耘c規(guī)定的條件有關(guān)，即與產(chǎn)品所處的環(huán)境條件、應(yīng)力條件、壽命周期有關(guān)。 任務(wù)可靠性：產(chǎn)品在 規(guī)定的任務(wù)剖面和時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，是與任務(wù)剖面相關(guān)的可靠性。 電力系統(tǒng)可靠性基本指標(biāo) 電力系統(tǒng)可靠性主要指標(biāo)有：可靠度、不可靠度、失效率、修復(fù)率、平均壽命、系統(tǒng)可用度和不可用度等。 可靠度和不可靠度 可靠度定義為：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，記作 R(t)。 R(t)=P(Tt) () 式中， T是產(chǎn)品的壽命，是一個隨機變量，指產(chǎn)品從開始工作直到發(fā)生故障的時間；t是規(guī)定的時間。 不可靠度定義為：產(chǎn)品 在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，完不成規(guī)定功能的概率，記作 F(t)。 F(t)=P(T≤t) () 顯然，有 R(t)+F(t)=1 () 失效率 失效率定義為：產(chǎn)品工作到 t時刻正常的條件下，在時刻 t以后單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率，記作 λ(t)。 0 t 0[ ( ) ( ) ] / ( )( t) = l im l im ( ) ( )tP ( t T t + t | T t) F t t F t t f tt R t F t?? ? ? ?? ? ? ? ? ???? () 4 式中， f(t)是產(chǎn)品的故障概率密度函數(shù)，它是不可靠度 F(t)的導(dǎo)數(shù)。 對于有限樣本，設(shè)產(chǎn)品總數(shù)目為 N0，經(jīng)過 t時間失效數(shù)目為 r(t)，經(jīng)過 t+Δt時間失效數(shù)目為 r(t+Δt），則失效率估計值為： 0( ) ( )(t) = [ ( )]r t t r tN r t t? ? ? ??? () 平均壽命 平均壽命是產(chǎn)品壽命的平均值，記為。對于不可修復(fù)的產(chǎn)品，指產(chǎn)