基于北斗系統(tǒng)的電力同步網(wǎng)可靠性模型研究

劉　凱，劉　艷，方華亮，侯　慧，王旭海，宋曉皖

（1.中國(guó)電力科學(xué)研究院高電壓研究所，武漢 430074；2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430072；3.武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，武漢 430072；4.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，宜昌 443002）

基于北斗系統(tǒng)的電力同步網(wǎng)可靠性模型研究

劉凱1，劉艷1，方華亮2，侯慧3，王旭海2，宋曉皖4

（1.中國(guó)電力科學(xué)研究院高電壓研究所，武漢 430074；2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430072；3.武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，武漢 430072；4.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，宜昌 443002）

北斗系統(tǒng)可提高電力同步網(wǎng)可靠性，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制及安全保護(hù)提供更加可靠的授時(shí)信號(hào)。考慮北斗的自主研制技術(shù)及短報(bào)文通信優(yōu)勢(shì)，建立了北斗系統(tǒng)的可靠性模型。根據(jù)電網(wǎng)可靠性需求及北斗特點(diǎn)，研究了北斗系統(tǒng)在電力同步網(wǎng)中的布點(diǎn)原則。基于北斗系統(tǒng)的短報(bào)文通信特點(diǎn)，提出了基于北斗的同步網(wǎng)的重構(gòu)方式，及同步網(wǎng)可靠性分析模型。以某地區(qū)電網(wǎng)的同步網(wǎng)為算例進(jìn)行了仿真分析，計(jì)算結(jié)果表明，北斗系統(tǒng)可有效提高同步網(wǎng)的可靠性。

同步網(wǎng)；電力系統(tǒng)；北斗短報(bào)文；可靠性；重構(gòu)

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字化、智能化裝置的大量使用，電力系統(tǒng)中發(fā)電廠、調(diào)度中心及變電站內(nèi)部均有大量的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端單元RTU（remote terminal unit）、安全自動(dòng)裝置、保護(hù)裝置、故障錄波器等自動(dòng)化設(shè)備。這些裝置的正常工作需要統(tǒng)一的全網(wǎng)時(shí)間基準(zhǔn)，如何實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的統(tǒng)一時(shí)標(biāo)，是智能電網(wǎng)發(fā)展中基礎(chǔ)性問(wèn)題之一。

目前我國(guó)電力系統(tǒng)的時(shí)間源主要是采用美國(guó)的民用全球定位系統(tǒng)GPS（global positioning system），在非常時(shí)期，美國(guó)有可能關(guān)閉或調(diào)整GPS信號(hào)質(zhì)量，將引發(fā)我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的重大安全事故。因此，使用GPS始終存在這種潛在的致命隱患因素，目前我國(guó)電網(wǎng)每年都有因GPS衛(wèi)星授時(shí)不準(zhǔn)而發(fā)生的事故。

借助于我國(guó)自主研制的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航定位和通信系統(tǒng)—北斗衛(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星，是解決我國(guó)電網(wǎng)同步授時(shí)中隱患的新途徑。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相對(duì)于GPS具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在高精度授時(shí)、短報(bào)文通信等方面均具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其單向授時(shí)精度100 ns，雙向授時(shí)達(dá)到20 ns，完全滿足電力系統(tǒng)授時(shí)精度要求。北斗短報(bào)文通信可在極端故障條件下傳輸重要信息，有助于極端故障恢復(fù)。北斗的核心芯片目前已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，還可根據(jù)用戶需求提供靈活的定制化服務(wù)。

當(dāng)前電力同步網(wǎng)的研究主要集中在同步方式、組網(wǎng)原則及方案等方面。文獻(xiàn)［1-5］分析了時(shí)間同步的理論方法及標(biāo)準(zhǔn)，研究了電力同步網(wǎng)的組網(wǎng)方式及原則，針對(duì)實(shí)際電網(wǎng)的同步網(wǎng)組網(wǎng)方案進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)［6］研究了北斗在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，使用GPS共同組建同步網(wǎng)。文獻(xiàn)［7-10］對(duì)電力通信網(wǎng)的可靠性模型進(jìn)行了可靠性評(píng)估。當(dāng)前的同步網(wǎng)的授時(shí)精度可以滿足電力系統(tǒng)需要，但其可靠性問(wèn)題尚未引起關(guān)注，對(duì)電力同步網(wǎng)的可靠性的研究主要集中在硬件運(yùn)行的可靠性，設(shè)備的冗余備份等。同步網(wǎng)中同步節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、運(yùn)行控制，均需考慮其可靠性水平，北斗系統(tǒng)的自身特點(diǎn)均可提高可靠性。

對(duì)比當(dāng)前GPS，本文分析了北斗系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立其可靠性評(píng)估模型，探討了北斗在電網(wǎng)中的應(yīng)用及布點(diǎn)原則等，研究了北斗系統(tǒng)的電力同步網(wǎng)的可靠性分析模型，最后進(jìn)行了仿真分析。北斗系統(tǒng)在電力同步網(wǎng)中的應(yīng)用，將提高同步網(wǎng)的可靠性水平，為北斗在電力系統(tǒng)中的深化應(yīng)用提供科學(xué)的參考原則。

1　北斗系統(tǒng)的可靠性模型

基于北斗的電力全網(wǎng)時(shí)間同步管理系統(tǒng)，由中心主站監(jiān)控系統(tǒng)和安裝在各個(gè)廠站的時(shí)間同步裝置組成。其時(shí)間同步裝置通過(guò)跟蹤衛(wèi)星高精度時(shí)標(biāo)并提供各類標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，中心主站監(jiān)控系統(tǒng)利用北斗通信信道，完成對(duì)廠站的時(shí)間同步裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、時(shí)間比對(duì)和同步控制功能。

電力同步網(wǎng)的可靠性是指在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備自身缺陷、老化等內(nèi)部因素，及自然環(huán)境、人為等外部因素的影響下，通信網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)將同步信號(hào)傳送至同步終端的能力。

系統(tǒng)正常運(yùn)行的可靠性評(píng)估，通常采用平均故障間隔時(shí)間MTBF（mean time between failure）、平均運(yùn)行（無(wú)故障）時(shí)間MTTF（mean time to failure）、平均修復(fù)時(shí)間MTTR（mean time to restore）以及可用率A、不可用率U來(lái)衡量，其關(guān)系為［9］

元件i的故障率及修復(fù)率分別為

元件i的可用率為

北斗系統(tǒng)可靠性可從其自身特點(diǎn)來(lái)分析MTTF、MTTR等可靠性參數(shù)。北斗的核心芯片已國(guó)產(chǎn)化，不受制于國(guó)外核心計(jì)算，還可根據(jù)用戶要求定制可靠性水平更高的同步設(shè)備。GPS由美國(guó)維護(hù)控制，北斗由我國(guó)自己維護(hù)控制，其MTTR會(huì)相應(yīng)縮短。GPS可能會(huì)發(fā)生非正常停運(yùn)事件，北斗系統(tǒng)由我國(guó)自主研制，不存在非正常停運(yùn)事件，北斗系統(tǒng)的MTTF會(huì)增大。此外，北斗的短報(bào)文通信可監(jiān)視自身的運(yùn)行情況，及時(shí)調(diào)整和維護(hù)，減少修復(fù)時(shí)間，可減少等效故障率λi，GPS無(wú)此功能。相對(duì)于GPS，北斗的這些特點(diǎn)可提高其運(yùn)行的可靠性，其可用度Ai高于GPS。

2　基于可靠性的同步網(wǎng)中北斗系統(tǒng)布點(diǎn)原則

電力同步網(wǎng)的可靠性是影響電力網(wǎng)運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵性基礎(chǔ)因素之一，同步網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的同步信號(hào)質(zhì)量及可靠性，直接影響著電力網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在電網(wǎng)網(wǎng)中重要區(qū)域布置高質(zhì)量的北斗同步設(shè)備，可提高同步網(wǎng)的可靠性，也提高了電力網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

以電網(wǎng)運(yùn)行可靠性需求為導(dǎo)向，確定同步網(wǎng)中同步設(shè)備的可靠性布局原則，達(dá)到同步網(wǎng)運(yùn)行的可靠性要求。基于電力網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及運(yùn)行可靠性需求，當(dāng)前同步網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及可靠性分析，在當(dāng)前電力同步網(wǎng)的基礎(chǔ)上北斗同步設(shè)備的布點(diǎn)基本原則如下：

（1）電網(wǎng)中的調(diào)度控制中心，如國(guó)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)等，在這些同步要求高的位置裝設(shè)北斗同步設(shè)備，可提高整個(gè)控制區(qū)域的同步信號(hào)的可靠性。

（2）電網(wǎng)中的關(guān)鍵運(yùn)行區(qū)域，如重要樞紐變電站節(jié)點(diǎn)，大區(qū)域電網(wǎng)之間的大功率輸送斷面，一些重要大負(fù)荷區(qū)域的變電站節(jié)點(diǎn)等，可有效保證重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測(cè)及控制需求。

（3）同步網(wǎng)的整體可靠性布局，針對(duì)同步網(wǎng)中某些區(qū)域可靠性較低的薄弱點(diǎn)，可選擇這些薄弱點(diǎn)中心設(shè)置北斗同步節(jié)點(diǎn)，提高薄弱區(qū)域的可靠性。

（4）極端故障情況或偏遠(yuǎn)區(qū)域，針對(duì)通信系統(tǒng)癱瘓，或通信條件差的偏遠(yuǎn)山區(qū)，北斗自身的短報(bào)文通信可監(jiān)測(cè)同步節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，從而縮短系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間，提高可靠性。

3　同步網(wǎng)的可靠性分析模型

3.1元件組合的可靠性模型

電力同步網(wǎng)中同步節(jié)點(diǎn)包括多個(gè)同步設(shè)備，同步節(jié)點(diǎn)的整體可靠性是由多個(gè)元件的可靠性參數(shù)的串并聯(lián)等效得到。多個(gè)同步元件之間通過(guò)串并聯(lián)進(jìn)行連接，可以通過(guò)一系列的串并聯(lián)等效化簡(jiǎn)成一個(gè)等效元件，便于可靠性評(píng)估分析。如兩個(gè)元件的串并聯(lián)情況，設(shè)兩個(gè)元件的故障率為λ1、λ2，修復(fù)率為μ1、μ2，可用率為A1、A2。

兩個(gè)元件的串聯(lián)等效模型為

兩個(gè)元件的并聯(lián)等效模型為

理論上，多個(gè)元件的系統(tǒng)可以通過(guò)串并聯(lián)變換，最后得到等效后的一個(gè)元件。在電力同步網(wǎng)中，一個(gè)同步節(jié)點(diǎn)上可能有來(lái)自北斗、GPS、原子鐘，多個(gè)同步信號(hào)源合成得到一個(gè)等效同步源。多個(gè)同步源經(jīng)過(guò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，得到一個(gè)等效同步源，通過(guò)公式（8）、（9）計(jì)算得到等效可用率。在同步網(wǎng)中，某幾個(gè)同步源經(jīng)過(guò)一定的路徑到達(dá)某終端，通過(guò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可計(jì)算得到該終端同步信號(hào)的可用率。根據(jù)同步網(wǎng)中多個(gè)終端的可用率，可計(jì)算得到同步網(wǎng)的平均可用率。

3.2北斗同步網(wǎng)重構(gòu)的遺傳進(jìn)化算法

北斗同步設(shè)備具有自身短報(bào)文通信功能，可以監(jiān)測(cè)所在節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，如果出現(xiàn)故障導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)失效，同步網(wǎng)中其他北斗所在節(jié)點(diǎn)通過(guò)短報(bào)文可感知到該節(jié)點(diǎn)失效。基于短報(bào)文信息，針對(duì)失效節(jié)點(diǎn)導(dǎo)致失去同步信號(hào)的終端節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，改變同步源節(jié)點(diǎn)的同步信號(hào)的傳遞路徑，傳遞到所需的終端節(jié)點(diǎn)，從而提高同步網(wǎng)的可靠性［11-12］。

圖1為混合方式的同步網(wǎng)，包括k個(gè)獨(dú)立同步區(qū)，一般每個(gè)同步區(qū)內(nèi)設(shè)一個(gè)LRP節(jié)點(diǎn)，同步網(wǎng)內(nèi)為主從方式同步，所有支路系列形成向量Xi=（L1,…,Lm,Lm+1,…,LN），每個(gè)分量對(duì)應(yīng)兩個(gè)同步節(jié)點(diǎn)之間的支路，其中L1,…,Lm為各個(gè)同步區(qū)內(nèi)的支路，Lm+1,…,LN為同步區(qū)之間的支路，即邊界支路。支路一般有3種工作狀態(tài)，所有同步節(jié)點(diǎn)正常工作情況下的方向取值為1，反之取為-1，斷開(kāi)時(shí)為0。

圖1　混合方式的同步網(wǎng)Fig.1　Hybrid synchronization network

根據(jù)失效節(jié)點(diǎn)情況進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，改變同步源傳遞同步信號(hào)的路徑，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是得到最優(yōu)傳遞路徑。遺傳算法操作簡(jiǎn)單，改進(jìn)其中的控制參數(shù)，可得到更快的收斂性，電力同步網(wǎng)具體重構(gòu)的計(jì)算流程如圖2所示。結(jié)合北斗系統(tǒng)的短報(bào)文通信功能，同步網(wǎng)內(nèi)的北斗節(jié)點(diǎn)可以相互感知，動(dòng)態(tài)跟蹤北斗節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，遺傳算法對(duì)多種狀態(tài)的進(jìn)化操作，得到最優(yōu)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

圖2　同步網(wǎng)重構(gòu)的計(jì)算流程Fig.2　Flow chart of synchronization network reconfiguration

對(duì)于初始種群的生成，可選擇每個(gè)北斗同步節(jié)點(diǎn)正常工作狀態(tài)作為初始種群的一部分。變異對(duì)可靠性低區(qū)域，即失效節(jié)點(diǎn)附近支路，改變其中個(gè)體支路狀態(tài)。交叉組合、互補(bǔ)得到可靠性高，不同區(qū)域之間的可靠性交叉，每個(gè)同步區(qū)交叉，保留可靠性高區(qū)域。選擇適應(yīng)度高的個(gè)體保留在種群，計(jì)算適應(yīng)度最小的個(gè)體，與上次迭代后最小適應(yīng)度個(gè)體比較，如相同說(shuō)明迭代完成，計(jì)算此時(shí)同步網(wǎng)可靠性水平，否則繼續(xù)迭代。

1）變異操作

變異操作以一定的概率來(lái)改變個(gè)體向量中某些分量值，產(chǎn)生新的個(gè)體，達(dá)到更高的可靠性狀態(tài)。關(guān)鍵內(nèi)容是確定變化概率大小（變異因子），直接決定了新個(gè)體值的適應(yīng)性及收斂快慢，常規(guī)算法中變異因子為常數(shù)。同步網(wǎng)中不同區(qū)域中支路的變異概率不一樣，針對(duì)同步網(wǎng)中出現(xiàn)失效節(jié)點(diǎn)的區(qū)域，確定失效節(jié)點(diǎn)的臨近支路及區(qū)域邊界支路。失效節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)較多的區(qū)域其變異概率較大，以便通過(guò)更多的變化狀態(tài)重構(gòu)得到可靠性更高的個(gè)體。

令H=（h1,h2,h3,…,hN）；其中…,N，hi表示各個(gè)分量對(duì)應(yīng)的變異因子大小，hi計(jì)算如下：

式中：Nloc為支路所在區(qū)域失效節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；Ntotal為總的失效節(jié)點(diǎn)數(shù)；kh、h0為常數(shù)，調(diào)整變異概率大小。不同同步區(qū)域內(nèi)失效節(jié)點(diǎn)多，則變異概率大；若無(wú)失效節(jié)點(diǎn)，則變異概率很小為常數(shù)值h0。這種變異因子向量的定義與同步網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際情況較符合。

2）交叉操作

種群中的目標(biāo)向量Xi,M和變異向量Xi,M+1由下面的方案進(jìn)行混合，產(chǎn)生試驗(yàn)Ui,M+1。為保證個(gè)體Xi,M的進(jìn)化，通過(guò)隨機(jī)選擇，使得Ui,M+1至少有一位由Xi,M+1貢獻(xiàn)，否則將不會(huì)產(chǎn)生新的父代向量，種群將不會(huì)被改變，而對(duì)于其他位，可利用一個(gè)交叉概率因子CR，決定Ui,M+1中哪位由Xi,M貢獻(xiàn)，哪位由Xi,M+1貢獻(xiàn)，方案如下：

對(duì)于多個(gè)重構(gòu)狀態(tài)的向量，需從中進(jìn)行一定交叉組合，得到適應(yīng)度更好的重構(gòu)個(gè)體。同步網(wǎng)中多個(gè)同步區(qū)，同步區(qū)之間的邊界支路作為交叉位，交叉操作時(shí)整個(gè)相關(guān)聯(lián)的同步網(wǎng)進(jìn)行整體交叉，可靠性高整體替代可靠性低的同步網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化組合。

3）選擇操作

采用的選擇模式為

當(dāng)且僅當(dāng)試驗(yàn)個(gè)體Ui,M+1的適應(yīng)度優(yōu)于目標(biāo)個(gè)體Xi,M時(shí)，Ui,M+1被選做子代，替換原來(lái)的Xi,M，否則Xi,M被保留到下一代。

每個(gè)重構(gòu)向量都是同步網(wǎng)的一個(gè)候選狀態(tài)，如何選擇同步網(wǎng)的最優(yōu)狀態(tài)解，需定義一個(gè)反映同步網(wǎng)可靠性的適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行參考。同步信號(hào)的傳遞路徑長(zhǎng)短是反映可靠性的重要標(biāo)志，同步網(wǎng)中傳遞路徑的平均值為

式中：Di為同步信號(hào)源節(jié)點(diǎn)傳輸同步信號(hào)到相應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)之間物理距離；i=1，2，…，Nter，Nter為終端節(jié)點(diǎn)數(shù)。

傳遞路徑Di越長(zhǎng)表示同步信號(hào)的可靠性越差，同步網(wǎng)的所有傳遞路徑的平均值Rˉ越小，表明可靠性越高，在種群中保留Rˉ值較小的一組向量Ui,M+1作為候選值。

4　算例分析

以某地區(qū)實(shí)際電網(wǎng)的局部同步網(wǎng)的結(jié)構(gòu)為算例，如圖3所示，該地區(qū)目前主要是基于GPS的同步網(wǎng)，其運(yùn)行的可靠性水平始終存在一定的隱患。在該地區(qū)的重要同步節(jié)點(diǎn)上裝設(shè)北斗同步設(shè)備，分布布置1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)節(jié)點(diǎn)。該同步網(wǎng)分為兩個(gè)同步區(qū)：P區(qū)和Q區(qū)，各設(shè)一個(gè)1級(jí)時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)，設(shè)置一些1級(jí)、3級(jí)時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)。其中P8Q11支路、P10Q5支路為兩個(gè)同步網(wǎng)域邊界支路，平時(shí)斷開(kāi)作為備用，故障時(shí)相互支援。同步區(qū)域內(nèi)部的虛線表示備用，初始狀態(tài)為0，故障時(shí)根據(jù)情況投入使用。

圖3　某地區(qū)同步網(wǎng)Fig.3　Synchronization network of certain area

考慮北斗系統(tǒng)的自主研發(fā)，短報(bào)文通信，可減少修復(fù)時(shí)間，北斗系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性參數(shù)應(yīng)高于GPS。同步網(wǎng)節(jié)點(diǎn)目前只有原子鐘和GPS，設(shè)置其中一些節(jié)點(diǎn)裝設(shè)北斗同步設(shè)備。假定同樣級(jí)別上的同步設(shè)備的可用率相同，設(shè)定上北斗同步設(shè)備、GPS、原子鐘及通信支路的可用率如表1所示，計(jì)算得到1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)的可用率如表2所示。

表1　元件可用率數(shù)據(jù)Tab.1　Availability data of components

表2　節(jié)點(diǎn)平均可用率Tab.2　Average availability of node

1）同步網(wǎng)的可用率計(jì)算結(jié)果

根據(jù)元件串并聯(lián)關(guān)系的可用度計(jì)算公式，首先由各個(gè)元件可用率計(jì)算得到各級(jí)節(jié)點(diǎn)可用率，各級(jí)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)通信支路串并聯(lián)，可計(jì)算得到同步信號(hào)傳遞至各終端上的可用率，最后計(jì)算各終端可用率的平均值。加裝北斗同步設(shè)備前后的可用率結(jié)果的對(duì)比如表3所示。

表3　同步區(qū)的可用率數(shù)據(jù)Tab.3　Availability data of synchronization area

2）N-1情況下的可用率結(jié)果

同步網(wǎng)中有1個(gè)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，北斗設(shè)備利用自身短報(bào)文通信功能可記錄整個(gè)節(jié)點(diǎn)基本事故信息，相互通信，迅速進(jìn)行傳遞路徑重構(gòu)，快速恢復(fù)同步信號(hào)。此時(shí)整個(gè)同步區(qū)的可靠性有所下降，如表4所示，但通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)仍能正常運(yùn)行。

表4　N-1情況下的可用率數(shù)據(jù)Tab.4　Availability data of N-1 fault

如果P0所在的1級(jí)節(jié)點(diǎn)失效，P5同步信號(hào)來(lái)自P0，P0此時(shí)傳遞過(guò)來(lái)是3級(jí)同步信號(hào)，對(duì)P5不可用，失效前P8是來(lái)自P0的1級(jí)同步信號(hào)，此時(shí)P8只能接受來(lái)自P5的2級(jí)同步信號(hào)。經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，開(kāi)通P8Q11支路，P8可接受來(lái)自Q6的1級(jí)同步信號(hào)，提高了其可靠性。

3）嚴(yán)重故障情況下的可靠性結(jié)果

嚴(yán)重故障是指多重故障造成多個(gè)終端同步節(jié)點(diǎn)失去同步信號(hào)，可計(jì)算每個(gè)同步終端失去同步信號(hào)的概率，然后計(jì)算其平均值，即可評(píng)估多重故障下的同步網(wǎng)的可靠性水平。對(duì)于3重或以上故障發(fā)生的概率極低，這里暫不分析更高故障下的可靠性。針對(duì)N-2情況進(jìn)行可靠性分析，發(fā)現(xiàn)其中Q3、Q6節(jié)點(diǎn)失效時(shí)后果最嚴(yán)重，此時(shí)Q同步區(qū)1級(jí)、2級(jí)同步節(jié)點(diǎn)均失效，只剩下1個(gè)3級(jí)節(jié)點(diǎn)，需要啟用兩個(gè)同步網(wǎng)域邊界支路P8Q11支路、P10Q5支路，進(jìn)行同步網(wǎng)重構(gòu)，Q同步區(qū)主要從P同步區(qū)取得同步信號(hào)。

由以上分析結(jié)果可知，裝設(shè)北斗同步設(shè)備后，各節(jié)點(diǎn)的可用率提高。整個(gè)同步網(wǎng)的可靠性提高，故障情況下的適應(yīng)性提高，對(duì)薄弱環(huán)節(jié)可加裝北斗設(shè)備，提高局部，從而提高整體可靠性水平。

5　結(jié)語(yǔ)

目前北斗系統(tǒng)已逐步在電力系統(tǒng)中開(kāi)始應(yīng)用，如何提高其同步的可靠性是影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題之一。提出了北斗系統(tǒng)的可靠性評(píng)估模型，基于北斗系統(tǒng)的自主研制技術(shù)，及短報(bào)文通信優(yōu)點(diǎn)，可有效提高其可靠性。研究了基于北斗的同步網(wǎng)的重構(gòu)方式下的可靠性分析模型，基于北斗的短報(bào)文通信特點(diǎn)，對(duì)各類情況下同步網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)，提高了同步網(wǎng)的可靠性水平，也提高了電力系統(tǒng)有效的可靠性。北斗系統(tǒng)及同步網(wǎng)的可靠性分析模型，為北斗系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的深化應(yīng)用提供了參考原則。下一步擬研究北斗提高同步網(wǎng)可靠性的計(jì)算方法，及對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性水平的影響。

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Research on Reliability Model of Electric Power Synchronization Network Based on Beidou System

LIU Kai1，LIU Yan1，F(xiàn)ANG Hualiang2，HOU Hui3，WANG Xuhai2，SONG Xiaowan4
（1.High Voltage Department，China Electric Power Research Institute，Wuhan 430074，China；2.School of Electrical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China；3.School of Automation，Wuhan University of Technology，Wuhan 430072，China；4.School of Electrical Engineering&New Energy，China Three Gorges University，Yichang 443002，China）

Beidou system can improve the reliability of power synchronization network，which may offer more reliable timing signals for operation control and safety protection in power system.Based on the independently developed technology and the advantage in short message communication，the reliability model of Beidou system is built.According to the characteristics of Beidou and the reliability demand of power network，the distribution principle of Beidou system in synchronous power system is studied.Based on the characteristics of Beidou short message communication，the reconfiguration approach and the reliability analysis model of the synchronization network are put forward.With a synchronous power grid of a certain area as an example，the results show that Beidou system can effectively improve the reliability of synchronization network.

synchronization network；power system；Beidou short message system；reliability；reconfiguration

TM

A

1003-8930（2016）09-0008-06

10.3969/j.issn.1003-8930.2016.09.002

劉凱（1979—），男，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制。Email：1141445113@qq.com

劉艷（1979—），女，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)遙感監(jiān)測(cè)與線路運(yùn)行維護(hù)。Email：6598691@qq.com

方華亮（1977—），男，通信作者，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)控制與通信等。Email：hlfang@whu.edu.cn

2015-05-06；

2016-04-05

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51107090，51107047）；國(guó)家電網(wǎng)公司基礎(chǔ)性前瞻性科技項(xiàng)目（GY71-13-016）