继电保护系统的可靠性分析及在电网中的应用

论文摘要

继电保护作为电力系统的第一道防线,在防止故障及扰动上发挥着重要的作用,是电力系统的重要组成部分,其正常工作与否将对电力系统的运行造成重大影响。随着互联系统网络和容量的增大以及电压等级的增高,电力系统故障所影响的地域范围和用户数量也越来越大。保证电网正常运行,使继电保护系统实现高速、准确、可靠动作将变得越来越重要,因此如何提高继电保护系统的可靠性也就成为人们日益关注的课题。马尔科夫状态空间法在可修复系统可靠性研究中得到广泛的应用,继电保护系统一般是可修复系统,本文采用马尔科夫状态空间法对继电保护系统的可靠性进行求解,利用马尔科夫状态空间法可求解出模型各个状态的稳态概率。在对继电保护系统进行可靠性评估时,由于保护硬件系统由诸多模块组成,故采用故障树分析法,以便找出其中薄弱环节,使系统设计更加优化。针对目前对继电保护装置正确动作率的定义不够全面,本文采用更具合理性的由动作次数和运行时间综合衡量的可靠性指标,并定义正确动作率为单位时间内区内故障正确动作次数和区外故障正确不动作次数;不正确动作率为单位时间内误动次数和拒动次数。针对微机保护装置本体,在传统继电保护装置的模型基础上考虑了软件因素对其的影响,建立了装置本体的模型,该模型更加全面评估了保护装置的失效率和可用度。本文综合考虑了影响继电保护系统可靠性的各个因素,对其进行分类并建立了软件数学模型、硬件数学模型,分别用Logarithmic exponential模型和故障树分析法计算其失效率。再由系统的状态图,应用马尔科夫模型求解出系统的综合失效率及可用度,并用实例验证了本方法的正确。目前建立的继电保护模型很少涉及后备保护的作用,本文运用马尔科夫状态空间法分析了主、后备保护的各种失效状态,并根据继电保护的作用原理建立了计及后备保护作用的模型,定量计算出了主、后备保护的可用度,从而真实体现了保护系统对电网可靠性的影响。并将此模型应用到配电系统可靠性评估中进行了验证。本文对配电系统在四种接线方式下的可靠性进行了计算和对比分析,反映出了继电保护对电网可靠性指标的影响程度,而隔离开关,备用电源等的加入将会减弱保护对系统的影响程度。另外,不同的接线方式导致网络拓扑结构改变也影响了系统的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 电力系统继电保护发展现状
• 1.2.2 电力系统继电保护可靠性研究现状
• 1.2.3 配电网可靠性研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 可靠性计算的理论基础
• 2.1 马尔科夫理论基础
• 2.1.1 马尔科夫随机过程的概念
• 2.1.2 状态空间分析法
• 2.2 故障树分析法理论基础
• 第三章 继电保护装置的可靠性分析
• 3.1 继电保护装置的可靠性指标
• 3.1.1 常用可靠性指标的含义
• 3.1.2 继电保护装置可靠性指标的分析
• 3.1.3 软件可靠性指标
• 3.2 继电保护装置的模型
• 3.2.1 状态的划分及模型的建立
• 3.2.2 所需参数的来源
• 3.2.3 算例及分析
• 3.3 小结
• 第四章 基于故障树分析法的继电保护系统可靠性分析
• 4.1 概述
• 4.2 继电保护系统的可靠性模型
• 4.2.1 保护系统硬件失效因素及模型
• 4.2.2 保护系统软件失效及模型
• 4.2.3 保护系统可靠性分析
• 4.3 算例及分析
• 第五章 继电保护在电网可靠性分析中的应用
• 5.1 电网中元件的可靠性模型
• 5.1.1 功率元件的模型
• 5.1.2 操作元件的模型
• 5.1.3 母线的模型
• 5.2 电力系统中继电保护的配置
• 5.3 电网可靠性分析中继电保护模型
• 5.4 配电网可靠性分析的计算方法
• 5.4.1 配电系统中的可靠性指标
• 5.4.2 简单辐射状主馈线
• 5.4.3 复杂网络等值法的计算方法
• 5.5 实例及分析
• 5.5.1 原始数据
• 5.5.2 仿真结果及分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢