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考虑软件失效和人为失效的全数字化继电保护可靠性评估方法专利名称：考虑软件失效和人为失效的全数字化继电保护可靠性评估方法技术领域：本发明涉及一种继电保护可靠性系统及评估的方法，尤其一种涉及全数字化继电保护可靠性系统及评估方法，属于电力系统继电保护可靠性领域背景技术：继电保护装置作为电力系统的第一道防线，在保障电网安全运行方面具有决定性作用确保继电保护装置的可靠性是保障电网安全稳定运行的重要内容之一随着变电站的数字化改造升级，全数字化继电保护正逐步取代常规保护而被广泛地应用·研究继电保护可靠性的方法有蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟法、网络法、故障树法和Markov状态空间法等方法继电保护是可修复的系统,这样的系统可以用Markov过程来描述，因而Markov状态空间法常用于继电保护系统的可靠性建模目前，建立的继电保护Markov系统，只是针对常规继电保护系统系统中，继电保护系统被看做一个元件，只是通过考虑检修、自检、一次设备状态、保护配置方案等来不断细化状态空间，从而更好地模拟继电保护系统状态的实际转移过程实际上，全数字化继电保护包含了较多的电子装置，按照功能可以划分为不同工作单元，将其看做一个元件来进行建模不能很好模拟实际情况。

同时，现有模型只考虑了硬件失效，无法模拟软件和人为因素对系统可靠性的影响而实际上，在继电保护设备运行过程中，除了电子装置带来的硬件失效，软件和人为因素也可能导致继电保护设备的停运I) Logarithmic exponential 系统John D. Musa 的 Logarithmic exponential系统是一种广泛应用的软件可靠性系统，系统中失效函数随失效发生而指数递减指数递减的思想是早期发现的失效比晚期发现的失效对失效函数的减小作用大2)人员可靠性分析基本目的是定量化评估人的错误行为对系统造成的影响人员可靠性分析发展到目前有近20种分析方法,如Swain A. D的THERP法，Humphreys P的HEART法，Spurgin A. J的HCR法等，其中，应用最广泛的是人为失误率预测技术(THERP)和人员认知可靠性(HCR)系统技术如，张晶晶，丁明，《人为失误对保护系统可靠性的影响》，[J]，《电力系统自动化》，2012，36 (8))3)人员认知可靠性系统(HCR)技术威布尔分布拟合法HCR系统在分析人的可靠性时，以认知心理学为基础，着重研究人在应急情景下的动态认知过程，包括探查、断、决策等意向行为，探究人的失误机理并建立系统。

系统中人为失误导致的人员失效率服从威布尔分布，通过拟合获得威布尔分布参数就能得到人员失效率如，王洪德，《基于人的认知可靠性(HCR)系统的人因操作失误研究》[J]，《中国安全科学学报》，2006，16 (7))发明内容本发明针对现有继电保护可靠性评估的研究对象为常规保护，仅从保护装置的角度考虑了保护的硬件失效，而未考虑保护可靠性的其他因素，因而无法模拟全数字继电保护系统实际运行情况本发明从系统级的角度将全数字继电保护系统按照功能划分为不同工作单元，考虑了影响继电保护可靠性的软件、和人为失效，建立了能够有效模拟全数字继电保护系统状态转移情况的继电保护可靠性系统和评估方法本发明的主要内容包括I)建立全数字化继电保护系统硬件可靠性系统；2)建立全数字化继电保护系统软件可靠性及人为可靠性系统；3)建立全数字化保护系统的Markov状态空间；4)根据Markov系统计算系统可用度 一种考虑软件失效和人为失效的全数字化继电保护可靠性系统，所述继电保护可靠性系统包括全数字化继电保护硬件可靠性系统，此系统是针对全数字化继电保护硬件失效，基于全数字化继电保护硬件结构建立的一种反映硬件失效规律的可靠性系统；全数字化继电保护软件可靠性系统，此系统是针对全数字化继电保护系统软件失效，结合软件失效模式而建立的一种可靠性系统；全数字化继电保护人为可靠性系统，此系统是针对人为因素导致的全数字化继电保护失效，结合人为失效模式建立的一种可靠性系统；全数字化继电保护存在硬件失效、软件失效和人为失效二种失效模式，由硬件可靠性系统、软件可靠性系统和人为可靠性系统基于Markov状态空间理论构成考虑软件和人为失效的全数字化继电保护系统可靠性系统；硬件可靠性系统、软件可靠性系统和人为可靠性系统三者相互独立，其中任一系统中发生失效，都会导致继电保护可靠性系统出现失效，硬件可靠性系统、软件可靠性系统和人为可靠性系统共同构成继电保护可靠性系统。

所述的一种考虑软件和人为失效的全数字化继电保护系统可靠性系统和可靠性评估方法，其特征是考虑软件和人为失效的Markov系统，具体将继电保护系统失效分为硬件、软件和人为失效，分别建立硬件、软件和人为失效系统，从而得到全数字化继电保护系统可靠性系统所述全数字化继电保护硬件可靠性系统，具体将全数字化继电保护按功能划分成四个工作单元，即互感器单元、互感器至保护装置的二次回路、保护装置单元和保护装置到断路器的二次回路四个部分，采用电子设备可靠性预计手册分别估计其失效率所述全数字化继电保护软件可靠性及人为可靠性系统，具体地采用Logarithmicexponential系统来研究保护软件的可靠性，软件失效率为λ (u) = λ Qe_0u ;采用HCR (人的认知可靠性系统技术)威布尔分布拟合法进行人员失效率定量计算，人员失效率为λ P=exp {- [ (t/T1/2) / n] 0I ο所述全数字化继电保护系统可用度计算方法为结合硬件可靠性系统、软件可靠性系统及人为可靠性系统，列写系统失效状态，确定各个状态的状态转移关系，基于Markov过程建立系统的Markov状态空间由系统状态空间，列写状态转移矩阵，建立状态转移方程，求解状态转移方程得到平稳状态概率，系统正常状态的平稳状态概率之和即为系统可用度。

本发明考虑了影响继电保护可靠性的软件、和人为失效，建立了能够有效模拟全数字继电保护系统状态转移情况的继电保护可靠性系统和评估方法解决了现有系统仅从保护装置的角度考虑保护的硬件失效，而未考虑保护可靠性的其他因素图I是本发明方法流程图图2是继电保护系统硬件可靠性系统单元模块示意图图3是全数字化保护系统的状态空间图具体实施方式 下面结合附图，对优选实施例作详细说明应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用一种考虑软件失效和人为失效的全数字化继电保护可靠性系统，该继电保护可靠性系统包括全数字化继电保护硬件可靠性系统，此系统是针对全数字化继电保护硬件失效，基于全数字化继电保护硬件结构建立的一种反映硬件失效规律的可靠性系统；全数字化继电保护软件可靠性系统，此系统是针对全数字化继电保护系统软件失效，结合软件失效模式而建立的一种可靠性系统；全数字化继电保护人为可靠性系统，此系统是针对人为因素导致的全数字化继电保护失效，结合人为失效模式建立的一种可靠性系统；全数字化继电保护存在硬件失效、软件失效和人为失效三种失效模式，由硬件可靠性系统、软件可靠性系统和人为可靠性系统基于Markov状态空间理论构成考虑软件和人为失效的全数字化继电保护系统可靠性系统；硬件可靠性系统、软件可靠性系统和人为可靠性系统三者相互独立，其中任一系统中发生失效，都会导致继电保护可靠性系统出现失效，硬件可靠性系统、软件可靠性系统和人为可靠性系统共同构成继电保护可靠性系统。

图I是一种考虑软件失效和人为失效的全数字化保护可靠性评估方法流程图图I中，通过分别建立硬件可靠性系统、软件可靠性及人为可靠性系统，得到全数字化保护的Markov系统，实现继电保护系统的可靠性评估的过程包括步骤I :建立全数字化继电保护硬件可靠性系统图2是继电保护系统硬件可靠性系统单元模块示意图如图2所示，对于常规继电保护和全数字化继电保护，均可以按功能划分成以下四个工作单元，即互感器单元、互感器至保护装置的二次回路、保护装置单元和保护装置到断路器的二次回路四个部分I)互感器单元在常规变电站中一般采用电磁式电流电压互感器，在数字化变电站中一般采用电子式互感器或光学互感器2) 二次回路I :在常规变电站中，互感器和保护装置之间采用电缆点对点连接，传输电流电压采样值在数字化变电站中存在两种不同模式，有的采用光纤点对点方式连接，有的采用交换机组网方式，传输电流电压采样值3)保护装置全数字化保护装置的硬件结构比常规保护的硬件结构简单，在软件部分保护逻辑计算模块基本相同4) 二次回路2 :在常规变电站中，保护装置和断路器去之间采用电缆点对点连接，传输跳闸命令在数字化变电站中有的采用光纤点对点方式，有的采用交换机组网方式，传输跳闸命令。

若只考虑电子元器件偶然失效型的失效率根据机电保护系统中各电子元器件的特点，采用电子设备可靠性预计手册进行可靠性估计，失效率公式为λ 尸(C1 π T Ji V+C2 η Ε) π L π Qλ = Σ λ i式中，λ i为元器件的失效率；λ为电子设备中所有元器件的失效率；C1为电路复杂度系数；π T为温度加速系数；Π V为电压应力减应系数；C2为基于封装情况的复杂度系 数；π E为设备环境系数；π L为元器件成熟系数；π Q为元器件质量等级系数步骤2 :建立全数字化继电保护软件可靠性及人为可靠性系统影响继电保护装置软件可靠性的因素主要有以下几个方面I)软件结构设计不完善对情况考虑不全面等；2)输入问题错误输入被接受，正确输入被拒绝等；3)输出问题输出不完全，遗漏，语法问题等；4)测试不规范根据微机保护软件的特点,采用Logarithmic exponential系统来研究保护软件的可靠性由该系统可得软件的失效率为λ (U) = XoiT0u式中，λ O为初始故障概率；Θ为故障减少率系数；u为系统运行中累计发现的错误与常规保护装置相比，全数字化继电保护装置软件在保护逻辑计算部分基本没有太大变化。

人的可靠性分析基本目的是定量化评估人的错误行为对系统造成的影响人的可靠性分析发展到目前有近20种分析方法本文选取HCR (人的认知可靠性系统技术)威布尔分布拟合法进行人员失效率定量计算，则人员失效率为λ p=exp {- [ (t/T1/2) /n] 0I式中，t为响应时间；Τ1/2为人员完成此次操作所用的中值时间；η、β为认知行为系统的尺度和形状参数变量间的关系为n=l/(ln2)1/eT172= n (ln2)1/e由上式可知，要获得人员失效率，只需确定η和β我们认为人员失效引起的保护系统拒动和误动的概率相同步骤3 :建立全数字化保护系统的Markov状态空间软件失效率为λ 1，修复率为μ I人为因素失效率为λ 2,修复率回路I、保护装置、二次回路2各单元故障的故障率分别为μ 2互感器、二次为λ3、λ4、λ5、λ 6，不可被自检测出的修复率分别为μ 3、μ 4、μ 5、μ 6、μ 7、μ 8、μ 9、μ 10硬件失效能被自检测的概率分别为出cl、c2、c3、c4表不由此保护系统工作可能的状态有状态O :全部四个单元均正常；状态I :软件失效；状态2:人为因素；状态3 :互感器发生不可被自检的故障，其余单元正常；状态4 :互感器发生可被自检的故障，其余单元正常；状态5 :二次回路I发生不可被自检的故障，其余单元正常；状态6 :二次回路I发生可被自检的故障，其余单元正常；状态7 :保护装置发生不可被自检的硬件故障，其余单元正常；状态8 :保护装置发生可被自检的硬件故障，其余单元正常；状态9 :二次回路2发生不可被自检的故障，其余单元正常；状态10 :二次回路2发生可被自检的故障，其余单元正常；由以上状态分类得全数字化保护系统的状态空间图，如图3所示。

图3是全数字化保护系统的状态空间图步骤4 :根据Markov系统计算系统可用度由状态空间图可得该系统的转移矩阵为权利要求1.一种考虑软件失效和人为失效的全数字化继电保护可靠性系统，其特征在于，。