智能变电站二次系统可靠性评估

智能变电站二次系统可靠性评估

雷显荣

（国网福建省电力有限公司厦门供电公司福建省厦门市361004）

摘要：智能变电站二次系统是智能时代的新兴产物，其充分运用了IEC61850标准模式，将传统电力管理中的继电保护和自动安装装置与智能化通信手段相结合而最终形成，保证了基础电力管理设备的智能化、数据传输信息的网络化以及信息传导模型的标准化，并将广域保护系统、基本测量管理系统、基础通信系统和监控系统通过智能网络有机地融合在一起。智能变电站不仅在整体系统上对传统模式进行重大升级，在构成原件上也有很大的突破，实现了从传统形式到新型智能结构的跨越式蜕变。本文主要分析探讨了智能变电站二次系统可靠性评估方面的内容，以供参阅。

关键词：智能变电站；二次系统；可靠性；评估

引言

目前，电力一次系统和二次系统之间的联系日益紧密，而随着电力系统工作量的加大，由于二次系统运行出现问题而导致电力一次系统出现运行故障的事故也在日渐增加，因此，提高电力二次系统的可靠性管理水平已经是迫在眉睫。而智能变电站在电力一次系统和二次系统中充当了枢纽作用，因此，对智能变电站中的二次系统进行研究对于提高电力系统的运行稳定性具有非常重要的意义。

1智能变电站二次系统的基本内涵

对于智能变电站二次系统来说，主要依托IEC61850为基础信息标准，实现物理化集成和逻辑化集成。物理化集成是指单一设备融合多项功能，构成基本的融合式集成结构。逻辑化集成是指信息的交换集成主要依托逻辑连接，形成跨越式系统集成功能，实现全网内信息的整体协调。不仅能建立一站式标准化的信息模型结构，还能保证同时精确计算全网的电气量。一定程度上促进了变电站与变电站、变电站与控制中心以及控制中心与控制中心的实时互动，形成了整体化的电力管理系统。

变电站二次基础设备和基础通信平台构成了智能变电站二次系统，它以IEC6185为理论标准，根据不同功能进行整体模块的划分。其中，基础设备分为过程层、间隔层以及站控层，基础通信平台分为过程层总线路和站控层总线路，并且相互依据网络媒介进行信息传送，实现基础的信息交换。智能变电站二次系统的基础设备具有较高性能的信息集成功效，能基本上保证对稳定态数据、动态数据和暂时态数据进行采集和科学化整理，基本保证自动化和互动化的有机合成。其中过程层设备的主要功能是检测，不仅要对电气量的基础参数进行检测，还要对设备实时情况进行检测，另外，还要进行控制的驱动等任务；间隔层设备的主要功能是对信息的处理，不仅要对信息进行基础分层，还要对通信接口进行抽象化和规范；站控层设备的主要功能是优化基础协调作用，不仅要保证变电站与控制中心任务的协调，还要保证信息的共享运行。智能变电站二次系统的基础通信平台主要以信息化网络为基本依托，保证网络和基础设备同时参与，并实现一起维护变电站功能的目的，从而保证基础的控制和计量功效。

2面向功能的智能变电站二次系统的可靠性评估指标

2.1二次系统可靠性评估指标

针对智能变电站二次系统，电网运行人员更加关注系统功能的可用性，即更加关注二次系统既定的业务能否实现，实现效果如何，以及能否达到预期目标。如果单独给出某设备或软件可靠性分析结果，难以有效表示上述问题。为此，本文基于二次系统功能，借鉴俞斌等构建的智能变电站二次系统可靠性评估指标，构建了以下指标。

1)系统期望功能失效，(ExpectedFunctionsNotWorking，EFNW)

(1)

式中：Ci为智能变电站二次系统在状态i下的功能失效数量，pi为二次系统在状态i的概率。

2)功能稳态不可用率Us

◆┫(2)

式中：Af(t)为功能的可用率，tfailure为功能故障时间，ttotal为总时间。

3)系统功能失效概率(LossofFunctionProbability，LOFP)

(3)

式中：S为智能变电站二次系统中有功能失效状态全部集合；Pi为在状态i条件下二次系统的失效概率。

2.2智能变电站二次系统可靠性模型

2.2.1节点可靠性模型

二次系统中的智能设备或是子系统等既为网络模型中的节点，在这个网络模型中，其节点可靠度指标用A来表示，模型如下：

在这一模型中，故障率表示为λ，修复率表示为μ，而MTTR则代表平均的修复时间，MTTF代表系统持续运行时间。二次设备中每个元件的可靠度对于整个系统运行的可靠度影响是不一样的，αi表示某一元件失效或是停止运行对系统的重要度，确定重要度的过程如下：①要建立一个以二次系统的可靠性为目标层的层次分析模型；②要建立一个判断矩阵进行一次性校验；③采用特征值法计算出某一元件的重要度。计算出了二次系统各设备的失效率、修复率以及重要度后，就能计算设备对系统可靠性的等效失效率，记为：λei=αiλi。最终可以得出二次系统中各元件对于系统运行可靠性的重要度。

2.2.2支路可靠性模型

在智能变电站中，通信网络发挥着重要的作用，因此其可作为二次系统的网络模型中的支路部分。由于通信网络承担着传输数据的重要任务，其可靠度对于整个系统而言非常重要，通信网络的可靠度可用通信系统的效能来表示，记为E，模型如下：E=A•D。式中：可用性为A，可行性为D，当这两者的数值都高时，则代表整个通信系统的效能较好，可靠度较高。

3算法实现

进行智能变电站二次系统可靠性评估，仿真方法为非序贯蒙特卡罗，具体实现为：1)依照智能变电站二次系统各逻辑节点及连接的修复率及故障率，抽样进行非序贯蒙特卡罗仿真；2)利用二次系统功能图，进行智能变电站二次系统可靠性模型建立，得到不同的功能状态；3)对二次系统的冗余配置进行判断，当存在冗余配置时，抽样冗余功能，并针对冗余的功能状态进行计算，不存在冗余配置，则要保证功能状态不改变。

结束语

智能变电站作为智能电网的重要组成部分，是智能化技术在电力行业发展应用的具体体现。为有效解决智能变电站二次系统在实际运行中存在器件失效的问题，本文采用系统期望功能失效量、功能稳态不可用率和失效概率三个评价指标，利用非序贯蒙特卡罗仿真方法，研究智能变电站二次系统可靠性，并进行分析与评估。实践表明，这种方法具有良好的可行性和可操作性，适宜分析器件失效问题。

参考文献

[1]唐志军,翟博龙,晁武杰,林国栋,江信海.智能变电站二次系统可靠性评估与分析研究[J].电网与清洁能源.2017(09).

[2]俞斌,张理,高博,丁津津,汪玉,李远松.智能变电站二次系统可靠性评估指标研究[J].机电工程.2015(02).