小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域的小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法，用以解決目前電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域研究中存在的問題。該方法包括：首先，整合繼電保護系統(tǒng)失效樣本；然后，通過擬合優(yōu)度檢驗確立以威布爾分布作為失效分布模型，并利用蒙特卡羅方法抽樣擴大數(shù)據(jù)樣本，與小樣本原始數(shù)據(jù)共同作為先驗信息，構(gòu)建貝葉斯-蒙特卡羅評估模型；最后，結(jié)合貝葉斯-蒙特卡羅評估模型，對每個繼電保護系統(tǒng)進行可靠性評估。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)基于大失效樣本可靠性評估方法中所需樣本大，可靠性參數(shù)精準度不高等實際應(yīng)用中的局限性，有效實現(xiàn)了小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法。
【專利說明】小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域，特別涉及小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為電力系統(tǒng)的第一道防線，繼電保護系統(tǒng)的可靠性水平對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要意義。從目前系列文獻對繼電保護裝置實際運行情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，繼電保護裝置在其工作年限內(nèi)，極少發(fā)生“誤動”、“拒動”等失效情況甚至缺陷情況。加之保護裝置換代周期縮短、目前繼電保護系統(tǒng)缺陷和失效信息記錄尚不十分規(guī)范和標準，在一定地域和時間范圍內(nèi)，具體到裝置型號、失效模式的完整失效記錄樣本更少。迄今為止，繼電保護可靠性評估方法還很少考慮該小樣本失效的特點，而主要以常規(guī)基于解析法和模擬法的可靠性評估方法為主。解析法如Markov狀態(tài)空間法、GO法、故障樹法、風險分析等主要根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能或二者的邏輯關(guān)系建立可靠性概率模型，通過遞推或迭代等求解模型、計算指標。模擬法如蒙特卡羅仿真是通過對概率分布采樣來進行狀態(tài)的選擇和估計，利用統(tǒng)計學方法得到可靠性指標。考慮到繼電保護系統(tǒng)在有限時間內(nèi)很難獲取足夠的失效數(shù)據(jù)(甚至無失效數(shù)據(jù))，即便缺陷數(shù)據(jù)樣本也不豐富，因此依賴于大失效樣本的傳統(tǒng)可靠性評估方法的有效性會打折扣，并在一定程度上降低其評估結(jié)果的可信度，可能進一步影響以可靠性評估為依據(jù)的檢修策略等的參考價值。還有方法考慮繼電保護裝置運行特性，采用威布爾分布作為其壽命分布模型，直接通過回歸分析確定威布爾分布中的形狀參數(shù)、尺度參數(shù)計算可靠度、失效率等可靠性指標，但由于繼電保護裝置的失效數(shù)據(jù)少，利用有限的失效數(shù)據(jù)樣本分析結(jié)果的準確度較低。
[0003]針對上述問題，本發(fā)明提出了小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法。本發(fā)明涉及以下兩個【背景技術(shù)】。
[0004]I繼電保護系統(tǒng)小樣本失效數(shù)據(jù)
[0005]目前繼電保護的失效數(shù)據(jù)主要來源于故障信息系統(tǒng)、維修檢修報告、調(diào)度中心運行報告、故障錄波及臺賬系統(tǒng)等其它數(shù)據(jù)源。隨著電力系統(tǒng)和繼電保護裝置運行水平的不斷提高，保護設(shè)備極少發(fā)生拒動和誤動情況，即僅有極少數(shù)失效數(shù)據(jù)可供相關(guān)評估所用。加之目前設(shè)備更新?lián)Q代的周期較短，很多保護裝置在服役期間根本沒有出現(xiàn)過失效情況使得原本就不豐富的失效樣本中同型號裝置的數(shù)據(jù)更為缺乏。整體上，現(xiàn)場獲得的失效數(shù)據(jù)呈現(xiàn)比較典型的小樣本特征。
[0006]對于現(xiàn)場獲得的繼電保護裝置失效數(shù)據(jù)，一般可分為以下三種數(shù)據(jù)類型:完整數(shù)據(jù)、左截尾數(shù)據(jù)和定時截尾數(shù)據(jù)。實際上，由于保護裝置投運時間的差異較大和現(xiàn)場運行情況的差別，反映保護裝置運行情況的數(shù)據(jù)更符合定時截尾數(shù)據(jù)的特點。對于截尾數(shù)據(jù)中的檢修時間，由于其相對于設(shè)備運行時間來說極短，加之以已經(jīng)發(fā)生的失效或者缺陷數(shù)據(jù)為分析對象時，修復(fù)完成后會重新進入運行時間的統(tǒng)計周期，故該類分析中修復(fù)時間可忽略不計。[0007]2貝葉斯公式及其先驗分布的選取
[0008]經(jīng)典統(tǒng)計只以樣本提供的信息在一定的統(tǒng)計模型下做統(tǒng)計推斷，對樣本量較大的情況有較好的統(tǒng)計推斷效果。而貝葉斯方法是在取得樣本觀測值之前，對參數(shù)統(tǒng)計模型中的未知參數(shù)Θ有某些先驗知識，這些知識以先驗分布的形式體現(xiàn)出來。而在得到樣本觀測值X(本方法指的是故障間隔時間)之后，由X與先驗分布提供的信息得到后驗分布，后驗分布是貝葉斯統(tǒng)計推斷的基礎(chǔ)。由于利用了各類先驗知識，例如歷史數(shù)據(jù)、專家信息和仿真試驗信息等，降低了經(jīng)典方法對現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)樣本的依賴程度，因而對小樣本情況往往也很有效。
[0009]貝葉斯公式是貝葉斯理論的直接體現(xiàn)，寫為:
【權(quán)利要求】
1.一種小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法， 假設(shè):繼電保護系統(tǒng)故障是因為硬件自然老化或失效造成的； 其特征在于所述方法包括下列步驟: 步驟1:繼電保護系統(tǒng)失效樣本整合，計算正常運行時間間隔^ t2，...，tn，選取最大的時間間隔為截止時間Ts，其中，η為失效樣本總數(shù)； 步驟2:構(gòu)建貝葉斯-蒙特卡羅評估模型，其中構(gòu)建模型具體包括: 步驟21:根據(jù)裝置的壽命分布類型，采用威布爾分布作為估計分布，并進行分布擬合優(yōu)度檢驗，以確認選取模型的壽命分布是否符合實際情況，
雙參數(shù)威布爾分布的故障概率密度為/
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法，其特征是所述步驟23中選取子樣本數(shù)M的方法為以某一設(shè)備運行時間下的“Μ-可靠度值”曲線的斜率作為結(jié)果的穩(wěn)定性判斷標準，即某一設(shè)備運行時間下，當M在[20，300]范圍內(nèi)，如果對于不同的M值和對應(yīng)的可靠度值R，I AR/ΑΜ\保持最小且接近于O時，評估結(jié)果受M值影響最小，此時將M在該段范圍內(nèi)的最小值作為穩(wěn)定標準值，選取該值作為最終M值，其中Λ M為子樣本數(shù)的變化值，可取固定值，表示M在[20，300]范圍內(nèi)的變化間隔；AR為可靠度隨子樣本數(shù)變化AM時，可靠度的變化值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小樣本失效數(shù)據(jù)下繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法，其特征是所述步驟3中結(jié)合貝葉斯-蒙特卡羅評估模型，對每個繼電保護系統(tǒng)進行可靠性評估，具體包括:步驟31:根據(jù)工業(yè)實際情況設(shè)定可靠性依據(jù)，給出可靠度參考閾值； 步驟32:對于每個繼電保護系統(tǒng)，通過貝葉斯-蒙特卡羅評估模型計算其可靠度、平均故障間隔時間、失效率及故障概率密度等指標， 可靠度函數(shù)的點估計為:
【文檔編號】G06F19/00GK103971024SQ201410225536
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】戴志輝 申請人:華北電力大學（保定）