广域测量系统的可靠性概率模型研究

摘要

广域测量系统(WAMS)是广域保护系统的重要组成部分，同时也是电力系统的重要组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障扩大和事故发生都有着极其重要的作用。随着互联系统网络和容量的增大以及电压等级的提高，电力系统故障所影响的地域范围和用户数量也越来越大，如何能够实时监控电网运行过程，使电力系统安全稳定可靠运行，是摆在电力工作者面前的一个重要问题。同时，电力体制改革的深入开展和人们对电能质量的要求日益提高，也促使电力系统可靠性评估得到了人们广泛的关注和研究。
　　 广域测量系统可靠性评估的最终目的是保证广域测量系统处于完好状态的途径之一。WAMS的可靠性是指系统能够成功完成数据采集、数据传输和数据分析的概率，它是评价WAMS的一个重要指标。WAMS是由数据采集系统、通信主干网和监控中心三个部分组成，其可靠性是由各个子系统共同决定的，WAMS可靠性建模采用串联模型，因此广域测量系统的可靠性评估要从其子系统的可靠性模型的建立开始。
　　 同步相量测量装置(PMU)是数据采集系统的基本构成部分，本文提出了一种定量分析同步相量测量装置的可靠性评估方法，提出并定义定量评估PMU的可靠性指标，针对PMU的各个硬件和软件功能模块建立了相应的可靠性模型，其中全球定位系统(GPS)模块采用了备用模式并建立了Markov状态空间图。在单个PMU装置的可用度确定基础上，根据电网的PMU布点原则，建立了三种数据采集系统的可靠性模型。
　　 广域测量系统的通信主干网是相量数据能够准确完整无延迟传送的通道，其可靠性要求高，是广域测量系统中重要组成部分。本文根据通信主干网的具体配置和功能特点，在通信网络连通可靠性理论的基础上，利用节点优化遍历法和不交化最小路集法建立了通信主干网的可靠性模型，并用频率时间法计算了通信主干网的连通可用度、平均故障间隔时间、网络节点和链路重要度等可靠性指标。
　　 监控中心是整个系统的核心，为可修复系统。将监控中心系统内单元进行综合研究，可以抽象地理解为是一个复杂的软件系统，其状态可分为工作状态和维修状态两种，由于其失效率采用了Logarithmic exponential模型，认为是常数，故满足时间连续状态的Markov过程。
　　 最后以IEEE14节点的WAMS为例，计算了各个子系统和整个系统的可靠性，并分别针对考虑通信网可靠性和不考虑通信网可靠性两种情况进行了评估，计算结果证明了方法和模型的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

1.1课题的目的和意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1广域测量系统发展现状

1.2.2电网可靠性研究现状

1.2.3广域测量系统可靠性评估现状

1.3本文主要工作

1.4小结

2 广域测量系统可靠性评估指标

2.1广域测量系统网络部件的工作特性

2.1.1广域测量系统网络部件的工作状态

2.1.2广域测量系统网络部件的故障特征

2.2广域测量系统可靠性含义及特征量

2.2.1广域测量系统可靠性含义

2.2.2广域测量系统的特征量

2.3可靠性指标建立的原则

2.4广域测量系统可靠性评估方法

2.5小结

3 工程系统可靠性计算基础

3.1系统的网络图和可靠性框图

3.2最小路集法分析网络系统可靠性

3.2.1网络系统的基本概念和假设

3.2.2路集与最小路集

3.2.3最小路集计算网络可靠性

3.3 Markov法分析网络部件可靠性

3.3.1连续马尔科夫过程概念

3.3.2时间相关概率

3.3.3极限状态概率

3.3.4元件基本结构的可靠性-状态空间／时间法

3.3.5框图法

3.4小结

4 广域测量系统可靠性评估模型和算法

4.1广域测量系统可靠性模型建立的意义

4.2传统电力通信网的可靠性评估模型

4.3广域测量系统的总体介绍

4.4广域测量系统的可靠性模型

4.4.1广域测量系统可靠性评估框架

4.4.2同步相量测量装置的可靠性模型

4.4.3数据采集系统的可靠性模型

4.4.4通信主干网可靠性模型

4.4.5 WAMS监控中心可靠性模型

4.5通信主干网可靠性评估算法

4.5.1通信主干网可靠性评估流程

4.5.2节点遍历法求取最小路集

4.5.3最小路集的不交化算法

4.6小结

5 算例分析

5.1 IEEE14节点的广域测量系统

5.2同步相量测量装置的可靠性计算

5.3数据采集系统可用度计算

5.4监控中心可用度计算

5.5通信主干网可靠性指标计算

5.5.1通信主干网的连通性指标

5.5.2通信主干网的灵敏度指标

5.6广域测量系统可靠性评估

5.7小结

6 结论

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的论文