电力系统继电保护装置的改造策略及其生成系统

摘要

一种电力系统继电保护装置的改造策略，其特征是包括以下步骤：S1，计算继电保护装置全生命周期成本；S2，确定改造策略：求得继电保护装置的全生命周期费用年值最小值：F(n)＝Min(ALCC)。上述电力系统继电保护装置改造策略的生成系统，其特征是：包括继电保护装置改造策略生成系统(服务器、数据库、安全防护设备和应用软件)，其分别连接输入运行方式管理数据库、中长期规划数据库、EMS系统和资产管理系统，输出继电保护改造项目和进度表。有益效果：(1)根据全生命周期费用最小年值确定改造时间，减少继电保护装置故障带来的损失。(2)生成系统能够自动根据电力系统状况和历史信息完成继电保护装置的改造评估，减轻了人为评估的工作量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统继电保护装置的改造策略。本发明还涉及所述继电保护 装置改造策略的生成系统。

背景技术

缩略语和关键术语定义

继电保护装置：当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身 发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号、或者直 接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。

电力系统第一道防线：为保证电力系统正常运行状态及承受单一故障(出现概率较 高的故障)时的安全要求，由一次系统设施、继电保护以及安全稳定预防性控制等组成。

任何设备都有生命周期，设备到达使用年限后，故障几率会大大增加，保护装置的 误动和拒动都会给电力系统带来严重的后果，因此需要对投运的保护装置是否改造以及 何时改造进行评估。

为了提高电网投资效益，通常电力设备的改造采用全生命周期成本管理(LCC)理 念、多目标决策理论和价值链管理思想结合起来，运用资产全生命周期管理(LifeCycle AssetManagement)理念制定电力设备的改造策略。继电保护装置属于电力系统二次设 备的一种，其改造通常也采用这种方法。

由于继电保护属于电力系统的第一道防线，对电力系统的安全稳定运行和保障供电 可靠性具有极其重要的意义，因此单纯从设备自身的角度制定的改造策略，由于并未考 虑继电保护装置安装在电力系统中位置不同所带来的影响，不能完全反应改造的迫切程 度，需要增加其它指标进行衡量；还有就是，单纯从设备自身的角度制定的改造策略， 也未考虑继电保护装置运行风险在不同时间上的差异，往往只考虑最严重的情况，不能 全面反映设备改造需求的迫切程度。

与本发明相关的现有技术一

现有技术一的技术方案

中国专利公布公告上公布了申请公布号为CN104063551A、名称为《一种航空电子系 统全生命周期统一模型的建模方法》的中国发明专利申请，该发明涉及一种航空电子系 统全生命周期统一模型的建模方法，包括：将航空电子系统分解成系统、分系统、设备、 模块和元素；按照研发阶段维度，建立需求模型、架构模型、行为逻辑模型、人机交互 模型、ICD模型、硬件模型、软件模型和测试模型；建立各模型之间的连接关系，形成 系统级模型、分系统级模型、设备级模型、模块级模型和元素级模型；集成系统级模型、 分系统级模型、设备级模型、模块级模型和元素级模型，形成统一模型。通过该方法， 可以准确地建立航空电子系统全生命周期统一模型，该统一模型可对航空电子系统的整 体软/硬件架构、功能、接口、行为等进行有效描述，支持系统级的综合仿真，实现研 发过程中数据的无缝传递。

现有技术一的缺点

(1)只从电子系统本身的特点出发，建立电子系统全生命周期模型，未考虑电子 系统的应用场所，即应用环境；

(2)只从电子系统本身的特点出发，未考虑系统故障或缺陷造成后果的成本；

与本发明相关的现有技术二

现有技术二的技术方案

中国专利公布公告上公布了授权公告号为CN204205711U、名称为《变电站内变电一 次设备全生命周期数据采集系统》的中国实用新型专利申请，该实用新型公开了变电站 内变电一次设备全生命周期数据采集系统。该系统由射频识别电子标签、移动作业PDA、 通用串行总线、物资管理工作站，生产管理工作站、主干网交换机和设备状态数据采集 和管理系统的服务器组成。该实用新型具有以下优点：该实用新型系统使电力生产管理 人员之间以及生产管理人员与电网之间能够进行网络互动和即时连接，对数据信息进行 整合分析，实现数据的实时、高速、双向传输的总体效果，用于提高变电一次设备的可 靠性、可用性，使运行和管理达到最优化。2.该实用新型系统促进智能电网水平的进 一步提高，为分布式数据的采集创造了必要的条件；并通过数据交互实现电网的可观测、 可控制、可自愈。

现有技术二的缺点

该实用新型侧重于被管理设备的信息采集和系统设计，并未对如何进行全生命周期 管理提出具体方法。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种电力系统继电保护装置的改造 策略。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种所述继电保护装置改造策略的 生成系统。

采用本发明的改造策略生成系统生成的继电保护装置改造策略，首先可实现继电 保护装置策略指标量化改造；其次通过设计继电保护改造评估系统，能实现对继电保护 装置运行状态的实时风险预警，系统可根据需要，统计指定时间段内风险(比如某年内)； 最后还可通过建立继电保护改造策略的综合评价指标模型，为继电保护改造工程项目提 供决策依据。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种电力系统继电保护装置的改造策略，其特征是包括以下步骤：

S1，计算继电保护装置全生命周期成本

继电保护装置的LCC成本构成模型为：

C_LCC＝C_I+C_O+C_M+C_F+C_D

式中：

C_LCC表示全寿命周期成本；

C_I表示初始投资成本，包括设备购置费、运输费、仓储费和安装调试费；

C_O表示运行成本，包括能耗费用、运行人员费用和运行管理费用；

C_M表示检修维护成本，包括检修费用和更换材料设备费用；

C_F表示故障损失成本；包括因直接造成中断供电损失费用、故障修复费用、设备性 能及寿命损耗等直接费用，以及社会不良影响和信誉受损造成的间接损失；

C_D表示退役处置成本，指拆除旧有的工程费用及旧设备的残值；

进行故障成本(C_F)计算时，除需要计算故障损失费用外，还需要计算故障概率；

故障概率是指一定时期内设备发生故障的次数，故障概率按年计算；

C_F＝C_Fg×C_Ff

式中：

C_Fg为故障发生概率；

C_Ff为故障损失费用；

(1)故障发生概率

故障发生概率用设备的可靠性来计算，设备的可靠性特征量有可靠度R(t)、失效 概率密度f(t)、累积失效概率F(t)、失效率λ(t)和平均寿命MTTF/MTBF；

其中故障发生概率用累积失效概率F(t)来表示；

累积失效概率F(t)就是寿命分布函数，也称为不可靠度，它是产品在规定的条件下 和规定的时间内失效的概率，表示为：

F(t)＝P(T≤t)＝1－R(t)；

(2)二次设备故障损失费用

二次设备故障产生的损失费用为人身安全事故事件、电力力设备事故事件和电力安 全事故事件造成的损失之和；

S2，确定改造策略

年值类指标是将全生命周期成本按照基准折现率，对各年发生的资金流量折算为与 该净现金流量序列等值的、分布在各年末的等额年金序列；

年值类指标的计算公式如下：

$ASE=PSE\times \frac{{(1+i)}^n\times i}{{(1+i)}^n-1};$

$ALCC=PLCC\times \frac{{(1+i)}^n\times i}{{(1+i)}^n-1};$

式中：

ASE表示全生命周期效益年值；

PSE表示全生命周期效益现值；

n表示生命周期；

i表示基准折现率；

ALCC表示全生命周期成本年值；

PLCC表示全生命周期成本现值；

选用指标为年值类指标，即全生命周期费用年值：

$ALCC=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{LCC}}_j}{{(1+i)}^j}\times \frac{{(1+i)}^n\times i}{{(1+i)}^n-1};$

LCC_j表示第j年的收益。

因此继电保护装置改造的策略即为求得继电保护装置的全生命周期费用年值最小 值：

F(n)＝Min(ALCC)。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种上述电力系统继电保护装置改造策略的生成系统，其特征是：包括继电保护装 置改造策略生成系统(服务器、数据库、安全防护设备和应用软件)1，其分别连接输 入运行方式管理数据库2、中长期规划数据库3、EMS系统4和资产管理系统5，输出继电 保护改造项目和进度表6；

所述的运行方式管理数据库存储并输出电力系统状况信息、中长期规划数据库存储 并输出远期信息、EMS存储并输出电力系统实时状况、资产信息系统存储并输出继电保 护的投产时间(全生命周期的开始时间)、初始投资成本、运行成本、检修维护成本；

所述的继电保护装置改造策略生成系统根据从EMS获取的负荷情况和资产信息系统 获取的故障概率情况时计算得到故障损失成本，通过计算全生命周期费用年值最小值得 到继电保护装置的改造时间，并根据电力系统的实时状况信息对结果进行修正。

本发明技术方案带来的有益效果：

(1)制定了继电保护装置的改造策略，根据全生命周期费用最小年值确定改造时 间，减少继电保护装置故障带来的损失。

(2)根据改造策略设计了其生成系统，能够自动根据电力系统状况和历史信息完 成继电保护装置的改造评估，减轻了人为评估的工作量，自动生成保护装置改造的项目 库和进度表。

附图说明

图1为本发明的电力系统继电保护装置改造策略的生成系统组成和连接关系示意 图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的电力系统继电保护装置改造策略的生成系统实施例，包括继 电保护装置改造策略生成系统1，其分别连接输入运行方式管理数据库2、中长期规划数 据库3、EMS系统4和资产管理系统5，输出继电保护改造项目和进度表6。

运行方式管理数据库存储并输出电力系统状况信息、中长期规划数据库存储并输出 远期信息从规划获取、EMS存储并输出电力系统实时状况、资产信息系统存储并输出继 电保护的投产时间(全生命周期的开始时间)、初始投资成本、运行成本、检修维护成 本；继电保护装置改造策略生成系统根据从EMS获取的负荷情况和资产信息系统获取的 故障概率情况时计算得到故障损失成本，通过计算全生命周期费用年值最小值得到继电 保护装置的改造时间，并根据电力系统的实时状况信息对结果进行修正。

本发明的电力系统继电保护装置的改造策略实施例，包括以下步骤：

S1，计算继电保护装置全生命周期成本

继电保护装置的LCC成本构成模型为：

C_LCC＝C_I+C_O+C_M+C_F+C_D

式中：

C_LCC表示全寿命周期成本；

C_I表示初始投资成本，包括设备购置费、运输费、仓储费、安装调试费；

C_O表示运行成本，包括能耗费用、运行人员费用和运行管理费用；

C_M表示检修维护成本，包括检修费用和更换材料设备费用；

C_F表示故障损失成本；包括因直接造成中断供电损失费用、故障修复费用、设备性 能及寿命损耗等直接费用，以及社会不良影响和信誉受损造成的间接损失；

C_D表示退役处置成本，指拆除旧有的工程费用及旧设备的残值；

对于同一类型的继电保护装置，如500kV线路保护装置，其初始投资成本、运行成 本、检修维护成本、故障损失成本、退役处置成本应该相同或差异不大，唯独故障损失 成本因保护设备的安装位置、运行条件不同而差异明显。

进行故障成本(C_F)计算时，需要计算故障损失费用，还需要计算故障概率；

故障概率是指一定时期内设备发生故障的次数，故障概率按年计算；

C_F＝C_Fg×C_Ff

式中：

C_Fg为故障发生概率；

C_Ff为故障损失费用；

(1)故障发生概率

故障发生概率用设备的可靠性来计算，设备的可靠性特征量有可靠度R(t)、失效 概率密度f(t)、累积失效概率F(t)、失效率λ(t)和平均寿命MTTF/MTBF；

其中故障发生概率用累积失效概率F(t)来表示；

累积失效概率F(t)就是寿命分布函数，也称为不可靠度，它是产品在规定的条件下 和规定的时间内失效的概率，表示为：

F(t)＝P(T≤t)＝1－R(t)；

(2)故障损失费用

二次设备故障可能导致电力人身事故事件、电力设备事故事件和电力安全事故事 件，因此在故障成本中需要考虑人身安全事故事件、电力力设备事故事件和电力安全事 故事件造成的损失；

二次设备故障产生的损失费用为上述费用之和；

S2，确定改造策略

年值类指标是将全生命周期成本按照基准折现率，对各年发生的资金流量折算为与 该净现金流量序列等值的、分布在各年末的等额年金序列；

年值类指标的计算公式如下：

$ASE=PSE\times \frac{{(1+i)}^n\times i}{{(1+i)}^n-1};$

$ALCC=PLCC\times \frac{{(1+i)}^n\times i}{{(1+i)}^n-1};$

式中：

ASE表示全生命周期效益年值；

PSE表示全生命周期效益现值；

n表示生命周期；

i表示基准折现率；

ALCC表示全生命周期成本年值；

PLCC表示全生命周期成本现值；

对于全生命周期效益现值指标的评价标准是越大越好；对于全生命周期成本年值指 标的评价标准是越小越好；

为了克服寿命周期不同带来的比较口径的问题，技改决策评价模型选用的指标为年 值类指标，即全生命周期费用年值：

$ALCC=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{LCC}}_j}{{(1+i)}^j}\times \frac{{(1+i)}^n\times i}{{(1+i)}^n-1};$

LCC_j表示第j年的收益。

该指标既能克服不同周期问题，又考虑了资金的时间价值。

由于初始投资成本(CI)是固定的，运行成本(CO)、检修维护成本(CM)与生命 周期成正比，退役处置成本(CD)随着生命周期的增加而减少，一旦确定继电保护装置 在系统中的位置，故障损失成本(CF)将随着生命周期的增加而增大，因为继电保护装 置的故障概率在增大。

因此继电保护装置改造的策略即为求得继电保护装置的全生命周期费用年值最小 值：

F(n)＝Min(ALCC)。