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摘要：主要研究基于信息系统作用的电力系统可靠性，探讨了信息系统对一次系统的作用形式，并建立了信息系统对一次系统可靠性影响的分析模型，应用非序贯蒙特卡罗仿真可靠性分析算法分析了信息系统对电力系统可靠性的影响。
关键词：信息系统；电力系统；可靠性
计算机与信息技术的快速发展极大地改变了人们的生产生活方式，电力系统也引入了计算机与信息技术，积极建设电力自动化系统和通信网络结合的复杂电力系统网络，显著提高了电力系统的运行效率和自动化水平，减少了人力投入，但是信息系统的广泛应用给电力系统的稳定性提出了新的考验，研究信息系统作用对电力系统稳定性的影响十分必要。
一、信息系统对一次系统作用形式
信息系统对一次系统作用形式根据是否会对一次系统产生直接影响，可以划分为直接作用和间接作用两类。
（一）直接作用
直接作用是信息系统的功能将直接作用在一次系统和一次设备上，这一类信息系统如果出现功能故障，将会直接导致一次系统和设备误操作，造成故障。SAS系统的断路器控制系统就直接作用于断路器，是一种典型的直接作用。
（二）间接作用
信息系统不会对一次系统和一次设备直接作用，该类信息系统功能出现故障时不会导致系统设备误动作，但是会影响一次设备运行的性能，增加了电力系统不稳定因素。例如变电站的越限报警功能，越限报警系统功能出现故障并不会造成一次设备系统故障，但是一次设备运行风险将会增加。
二、信息系统作用下一次系统可靠性模型
电力信息系统一般都负责系统运行的多种功能任务，这些任务都属于信息系统功能。一次系统元件表示电力一次系统中所有涉及到的设备，包括断路器、变压器、隔离开关等。如果电力信息系统不能工作，一次系统的运行可靠性将受到影响：
（1）
这是一种简化后的信息与电力一次系统之间的作用关系，但是在实际系统中，作用形式更加复杂多样，例如断路器误动作就有拒动和误动两种，误动可以进一步分为机械误动和信号误动，机械误动是断路器自身故障导致的误动，如设备老化、制造缺陷等，信号误动则是信息系统缺陷导致的故障。一般认为，机械故障和信息系统故障之间相互独立，为了便于研究，将误动以及拒动等复杂故障形式都视作故障。
（一）信息系统功能可靠性
信息系统功能实现需要一次设备、软件之间进行正确可靠的交互通信，功能的可靠性和设备、信息系统以及信息传输通道的可靠性有关，通信网络拓扑结构也有一定的影响。
断路器功能有断路器操作、保护、合闸三个功能，变压器控制功能以分接头控制为主，这部分功能主要通过逻辑节点和逻辑接线连接实现，在不考虑冗余配置的情况下，认为任意一个逻辑节点故障，信息系统功能就失效，故信息系统任务功能可用率可表示为：
（2）
其中，Alm、Alc-功能节点逻辑节点和逻辑连接可用率；
n、m-逻辑节点与逻辑连接数量。
（二）一次系统元件可靠性模型
任何断路器控制功能失效，都认为断路器不能正常工作，在电力系统实际中，断路器三类功能逻辑节点与逻辑连接可重用，因此三类断路器功能综合可用率为：
（3）
其中，Afbrc、Afbrp、Afbrr分别为断路器操作、保护以及重合闸功能可用率。
根据上节关于信息与电力系统作用关系的定义，考虑信息系统的变压器可用率为：
（4）
式中，Atr-考虑信息系统的断变压器可用率；
Aftr-变压器分接头控制系统功能可用率。
三、非序贯蒙特卡罗仿真可靠性分析
（一）可靠性指标
使用系统负荷削减概率（Loss of load probability）以及期望失负荷量（Expected energy not supplied）作为可靠性指标：
（5）
其中，S-系统负荷削减状态集合；
Pi-系统处在状态i的概率；
Ci-系统状态i下的负荷削减量。
（二）可靠性分析流程
1、获得信息系统功能状态
非序贯蒙特卡洛抽样信息系统元件故障率以及修复率，基于信息功能可靠性模型计算信息系统功能状态。
2、一次系统元件组态
一次系统元件故障率与修复率进行非序贯蒙特卡洛抽样，了解一次系统设备元件运行状态。
3、判断系统是否存在信息-一次系统的相互关系
了解系统一次设备元件和信息之间是否存在可靠性相关关系，如果存在，计算信息系统功能作用下的一次系统元件状态，无相关性，保持一次系统元件原有状态，纳入一次系统元件状态集。
4、非线性规划模型分析抽样
通过非线性规划模型分析，抽样获得系统状态下负荷削减情况，如果ENS方差系数符合条件要求，可计算LOLP与EENS指标，如不满足要求，重复1-3步骤。
（三）灵敏度
分析灵敏度主要通过故障率系数改变的方法进行，在其他元件的故障率都不变的情况下，改变某一个或者某一类元件的故障率系数，再次计算系统可靠性指标。
现场总线型通信网络中，不同类型信息系统元件对电力系统运行可靠性的影像是不同的，IED对一次系统运行可靠性的影响最大，交换机、监控主机以及通信线路的影响次之，IED对系统运行可靠性的影响远远超过其他三种。
通过对通信网络交换机灵敏度曲线的分析，发现不同交换机故障率系数不会对系统负荷削减概率产生明显的影响，但是EENS期望失负荷量会发生较大的变化。在整个通信网络中，交换机对系统运行可靠性产生了最大的影响，因为交换机是总线型通信网络的核心逻辑节点，而且不同重要程度电力系统区域对信息系统的影响有所差别，因此一些会对系统可靠性产生较大影响的区域应该选择可靠性更高的通信设备。
四、结果分析
对信息系统对一次系统的作用形式进行了分析，给出了断路器控制功能与变压器控制功能两个信息功能可靠性分析模式，并给出了基于非序贯蒙特卡洛可靠性分析算法的可靠性计算方法，提出以EENS与LOLP作为信息-电力一次一次系统可靠性衡量指标，并给出了一种可靠性评估算法，改进了RBTS测试系统，评估结果更加科学客观。
测试结果表明，在考虑信息系统的情况下，电力系统可靠性下降较为明显，并且在不同的网络拓扑结构下，信息系统元件数量以及对电力系统运行可靠性的影响差别很大。系统冗余能够显著改善这种情况，提高电力系统整体运行可靠性，但是通信网络结构不合理以及不
合理的元件配置有可能抵消系统冗余的作用，而重要程度不同的电力系统区域对信息系统的敏感度也有所不同。
结语：
本次研究结论对电力信息系统设计、部署以及维护工作都有着一定的指导作用，局限性在于将更加复杂的故障形式都统一定义为故障，在信息系统复杂直间接作用对电力系统运行稳定性影响程度以及作用类型方面的研究相对不足，有待工作人员的进一步研究与探索。
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论文作者:张贵洋,朱瑞,洪志强
论文发表刊物:《电力设备》2016年第3期
论文发表时间:2016/6/1
标签：信息系统论文; 可靠性论文; 系统论文; 功能论文; 电力系统论文; 作用论文; 断路器论文; 《电力设备》2016年第3期论文;