复杂智能电网中高可靠性继电保护系统运行风险评估方法及其降阶研究

As the development of the smart grid, higher intelligent level of the protection system and its capability to withstand risks is required correspondingly. The risk assessment, as a strong complement of deterministic method, supplies efficient idea and feasible approach to meet this demand. However, there are still the following core issues remain unsolved. Firstly, widely used reliability assessment methods needing large failure sample sets and reflecting a single failure mode would face a bottleneck while the 'high reliability' of the protection system is taken into account and would, therefore, directly affect the subsequent risk assessment. Secondly, protection system oriented risk assessment method which could reflect the change of protection operating level has not been established. For the former, the operating level assessment model of protection systems based on 'pseudo-failure data', and the integrated assessment model based on the competition of failure modes would be proposed to reflect the failure mechanism of protection systems. The models are expected to reduce the requirement of the number of failure samples greatly. For the latter, the operating risk assessment method and the corresponding reduced-order method based on electric sections would be analyzed to reflect uncertainties in smart grid and the bidirectional influence between the smart grid and the protection system, the protection timing characteristics and cooperation relations, and the consequences of protection system failures. The methods would have strong processing capabilities for complex problems of large power system. The subject has a positive theoretical role in giving full play to the advantages of the smart grid, realizing the intelligent monitoring and assessing of protection operating level, and supporting the risk decision making and condition-based maintenance.

智能电网对继电保护系统智能化水平及其应对风险能力提出了更高要求，风险评估作为确定性方法的有力补充，为促进保护系统该方面发展提供了新思路，但仍有以下核心问题待解决。一是保护系统的"高可靠性"导致目前基于大失效样本数据、难以反映各失效模式综合作用的可靠性评估方法遇到瓶颈，直接影响了后续的风险评估；二是面向保护系统、能反映其运行水平变化的风险评估方法尚未建立。对于前者，提出基于"伪失效数据"的保护系统运行水平评估模型和基于失效模式竞争的综合评估模型，降低失效数据样本要求的同时反映保护系统的失效机理。对于后者，研究能反映含分布式电源等不确定因素的复杂智能电网与保护系统失效之间的双向影响、保护时序特性与配合关系、保护失效后果的保护系统运行风险评估方法及基于断面的方法降阶理论，适用于处理大系统复杂问题。课题充分发挥智能电网优势，旨在为保护系统运行水平的智能监测评估及风险辅助决策和状态检修提供理论参考。

智能电网对继电保护系统智能化水平及其应对风险能力提出了更高要求，风险评估作为确定性方法的有力补充，为促进保护系统该方面发展提供了新思路，但仍有以下核心问题待解决。一是保护系统的"高可靠性"导致目前基于大失效样本数据、难以反映各失效模式综合作用的可靠性评估方法遇到瓶颈；二是面向保护系统、能反映其运行水平变化的风险评估方法尚未建立。.本项目首先针对“高可靠性”问题，提出基于小样本失效数据的继电保护系统可靠性评估方法。相比传统基于大失效样本的可靠性评估方法，该方法综合利用了蒙特卡罗方法受问题维数影响小的特点和贝叶斯方法有效结合多种来源、多种形式的先验信息，得到较完整后验信息的优势，为小样本失效数据下的继电保护可靠性评估提供了新的思路。其次，针对继电保护可靠性评估中基于失效模型的分析方法中分布模型的选取对评估结果的影响问题，提出基于BP神经网络的继电保护系统可靠性评估方法。方法在一定程度上克服了常规方法由于过分依赖分布模型而造成评估结果误差过大的不足。第三，针对保护原理可靠性，完善了阶段式保护的动作概率计算模型，研究了利用保护动作概率分析保护当前运行状态的方法。并进一步考虑保护失效后果，制定了阶段式保护风险评估的流程，充分考虑了保护的时序特性，分时分段对保护系统进行风险评估，一定程度上降低了问题的阶数。仿真分析表明，该方法能够帮助发现继电保护系统中的潜在风险，对于发现隐患及事故后的分析都具有一定的参考价值。第四，设计了一种继电保护监测评估分层架构，提出了基于概率矩阵的阶段式保护误动识别方法及防误动对策，旨在进一步提高保护运行的可靠性。方法通过快速确定线路故障及保护动作情况，结合误动概率识别当前存在误动风险的保护，避免保护误动事故发生。结合保护信息的更新，能计及故障发生后的动态过程，并降低了数据计算量和传输规模，并为采取防止保护误动措施争取了一定的时间。最后，以状态检修为目的，研究了智能变电站保护系统可靠性评估方法。从智能变电站技术特点出发，结合其逻辑节点功能，建立了一种保护系统可靠性动态Markov评估模型，利用该模型定量分析了保护系统在给定条件下的检修需求。此外，结合继电保护运行特点及运行状态数据分析，建立了继电保护状态指标集。并通过建立基于多级模糊综合评估法的继电保护系统状态评估模型，实现了从状态量数据分析到检修策略形成的功能，旨在提高检修效率和质量。