本发明涉及柔性直流输电工程系统级可靠性评估领域，具体讲涉及一种柔性直流输电系统的可靠性评估方法和装置。
背景技术
随着全球能源互联网的建设，现有的输变电技术和装备已无法适应长距离电力传输的需要，而柔性直流输电具有功率调节灵活快速、不需无功补偿、输电距离远等特点，在可再生能源并网、直流网络构建、异步电网互联、密集型供电等场合具有显著优势，且随着未来电压等级和容量的进一步提升，柔性直流输电技术作为实现全球能源互联网战略的重要技术手段之一，将在推动长距离电能高效传输、大规模可再生能源接入、大电网互联等方面发挥重要作用。
随着柔性直流输电技术的不断发展和实际工程的日益增多，柔性直流输电系统的可靠性成为影响整个电力系统可靠性的重要因素。柔性直流输电系统的可靠性直接反映了直流系统的系统设计、设备制造、工程建设以及运行等环节的水平。通过对柔性直流输电系统可靠性的分析，可以提出改善柔性直流输电工程可靠性的具体措施，对新建工程提出合理的可靠性指标要求，为柔性直流输电系统的设计、施工和运行提供技术支撑，以适应柔性直流输电系统快速发展的需要。
柔性直流输电技术在电网的发展中占有非常重要的位置，对未来电网的发展方式产生深远影响。目前，对于直流输电系统可靠性的分析主要集中在常规直流输电系统，因此需要提共一种对柔性直流输电工程系统级可靠性评估的方法，以优化电网系统的计算分析方法。
技术实现要素：
为满足现有技术发展的需要，本发明提供了一种柔性直流输电系统的可靠性评估方法。
本发明提供的柔性直流输电系统的可靠性评估方法，其改进之处在于，所述方法包括：
将所述直流输电系统划分为多个子系统；
计算各子系统可靠性模型的状态频率和状态概率；
根据所述子系统可靠性模型的状态频率和状态概率确定系统的运行容量概率频率和系统不可用率。
进一步的，所述子系统划分方法包括：设备类型、故障后果和可靠性逻辑关系；所述子系统包括换流站单极元件子系统、换流站双极元件子系统和单极传输线路子系统；
所述各子系统可靠性模型包括：换流站单极子系统可靠性模型、换流站双极子系统可靠性模型、单极传输线路子系统可靠性模型和系统可靠性模型。
进一步的，所述换流站单极元件子系统包括换流器、联接变压器及备用变压器、换流变断路器、母线和极控；
所述换流站双极元件子系统包括站控；
所述单极传输线路系统包括单极直流输电线路及与单极直流输电线路串联的直流极母线设备。
进一步的，所述子系统可靠性模型的状态概率按下式计算：
式中，p(s)为状态概率，n是元件数量；nf和n-nf:状态s的失效和未失效的元件数量；pi和qi分别是第i个元件可用率和不可用率,分别按下式计算：
式中，μi：元件的修复率；λi：元件的故障率。
进一步的，根据所述状态概率得到失效概率，如下式：
式中，pf为累计失效概率；g：失效状态的集合；，
进一步的，所述子系统可靠性模型的状态频率如下式：
式中，f(s)为子系统的状态频率，λk：元件k从状态s离开的转移率；
进一步的，根据所述状态频率计算失效频率，如下式：
式中，ff为累计失效频率，fnm：换流站单极元件子系统从状态n向状态m的转移频率。
进一步的，运行容量概率频率的计算包括：
(1)分别按下式计算子系统可靠性模型的等效故障率λs和修复率μs：
(2)根据等效故障率和修复率计算子系统可靠性模型的状态概率和状态频率，并对各子系统的容量按照无故障系统状态的容量赋值；
(3)由下式得到运行容量概率表：
式中，g表示容量为c的枚举事件的集合。
进一步的，根据所述运行容量概率表，将停运容量按频率加权求和得到系统不可用率；
其中，系统双极停运概率和频率是容量为0的概率和频率；系统单极停运概率和频率是容量为0.5的概率和频率。
本发明还提供一种柔性直流输电系统的可靠性评估装置，所述装置包括：
划分单元，用于将所述直流输电系统划分为多个子系统；
计算单元，用于计算各子系统可靠性模型的状态频率和状态概率；
评估单元，用于根据子系统可靠性模型的状态频率和状态概率计算系统的运行容量概率频率和系统不可用率。
进一步的，所述计算单元包括：
建模子单元，用于根据划分后的柔性直流输电系统建立换流站单极子系统可靠性模型、换流站双极子系统可靠性模型、单极传输线路子系统可靠性模型和系统可靠性模型。
进一步的，所述评估单元包括：
子系统状态计算子单元，用于根据子系统内元件的可用率和不可用率计算子系统的状态频率和状态概率；
评估子单元，用于根据子系统的状态频率和状态概率计算系统的运行容量概率频率；用于根据运行容量概率频率表计算系统可靠性指标；用于根据停运容量按概率加权求和，计算系统不可用率，并以此评估系统可靠性。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
(1)本发明提供的技术方案提出了柔性直流输电系统划分方法，将直流输电系统划分为多个子系统后分别建立可靠性模型，并计算各子系统可靠性模型的状态频率和状态概率，进而确定柔性直流输电系统的运行容量概率频率以及系统的不可用率，根据系统的不可用率评估系统可靠性；其柔性直流输电系统划分为各子系统，能更易简单、清晰地表达柔性直流输电系统各部分的逻辑关系，为不同运行状态的分析提供了方便；且明确了柔性直流输电系统结构与运行模式。
(2)本发明提供的技术方案提出了柔性直流输电系统可靠性模型，各子系统可靠性计算模型，通过对柔性直流系统的可靠性评估，辨识柔性直流输电系统的薄弱环节，并提了可行的增强型方案进行可靠性成本效益的分析。
(3)本发明提供的柔性直流输电系统可靠性模型，结合可靠性计算方法即可对柔性直流输电系统可靠性进行评估，通过对柔性直流输电系统进行可靠性评估可准确分析柔性直流输电系统固有的可靠性水平；可有针对性的开展柔性直流输电系统可靠性优化分析。
附图说明
图1为本发明提供的柔性直流输电工程子系统划分图；
图2为本发明提供的柔性直流输电工程元件级可靠性框图；
图3为本发明提供的柔性直流输电工程子系统级可靠性框图；
图4为本发明提供的系统单个枚举事件容量状态的确定图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图，以具体实施例的方式详细介绍本发明提供的技术方案。
本发明提供的技术方案提出了柔性直流输电系统的划分方法，将柔性直流输电系统划分为换流站单极子系统、换流站双极子系统以及单极传输线路子系统三部分，
对柔性直流输电系统内部特性进行充分研究，全面考虑相互间的关系，得出能表征整个系统运行状态及其转移关系的逻辑关系图，如图1所示：
①换流站单极元件子系统
换流站单极元件子系统由换流站内的单极元件组成，主要包括换流器、联接变压器及其备用变压器、换流变断路器、母线、极控等构成，它们任意一台设备故障就会导致换流站单极停运。
②换流站双极元件子系统
换流站双极子系统主要由换流站双极元件构成，双极元件指其故障会造成换流站双极停运，主要是站控等。
③单极传输线路子系统
传输线路子系统主要包括单极直流输电线路，及与其串联的直流极母线设备，例如电抗器、避雷器、直流套管等。
本发明提供的技术方案在分析柔性直流输电系统时构建系统级可靠性模型，包括换流站单极子系统可靠性模型、换流站双极子系统可靠性模型、单极传输线路子系统可靠性模型以及系统可靠性模型四部分内容：
①换流站单极元件子系统可靠性模型
换流站单极元件子系统主要由换流器、联接变压器及其备用变压器、换流变断路器、母线、极控等构成，任意一台设备故障就会导致换流站单极停运。
a)对该子系统内所有元件进行编号，计算每个元件的可用率p和不可用率q：
μ为元件的修复率，λ是元件的故障率。
基于下面的展开式：
(p1+q1)(p2+q2)…(pn+qn)
式中，pi和qi分别是第i个元件可用率和不可用率；n是该子系统中的元件数。
该子系统一共有2n个状态，通过状态枚举法计算每个状态对应的概率和频率。子系统状态概率由下式给出：
式中，nf和n-nf分别是状态s中失效和未失效的元件数量。
b)根据频率和平均持续时间的概念，计算子系统状态的频率：
由于所有枚举的子系统状态是互斥的，因此子系统的累计失效概率是所有失效状态概率的直接相加之和，即
式中，g是所有失效状态的集合。λk是第k个元件从状态s离开的转移率，如果第k个元件在工作，则λk是失效率；如果第k个元件处于停运且无备用，则λk是修复率，如果第k个元件处于停运但是有备用投入，则λk是备用安装率。
系统的累计失效频率为
式中，fnm代表从状态n向状态m的转移频率。
c)根据频率和平均持续时间的概率，计算每个容量状态的转移率：
换流站单极元件子系统只有两个容量状态，分别为正常状态和故障状态，容量分别为1和0。根据前面得出的子系统累积失效概率和频率，计算该子系统等效的故障率和修复率，并将子系统作为一个等效的两状态元件参与到系统的可靠性评估中。计算该子系统的等效故障率λs和修复率μs。
②换流站双极元件子系统可靠性模型
通过计算两个等效容量状态的概率、频率，得出子系统等效的故障率和修复率。当该子系统作为等效元件参与系统的可靠性评估时，其容量为0的状态会造成系统双极停运。
③单极传输线路子系统可靠性模型
单极传输线路子系统使用状态枚举法的过程与换流站单极元件子系统相同。
④系统可靠性模型
根据各子系统的可靠性模型，计算各子系统的等效可靠性参数。在子系统层面上，再一次进行状态枚举，如图2所示。br表示交流开关设备，transformer表示联接变压器，reactor表示相电抗器，vlv表示换流器，dcbus表示直流极母线设备，transmissionline表示直流输电线路，stationcontrol表示站控，polecontrol表示极控，bus表示交流母线。
提出柔性直流输电工程子系统级可靠性框图，如图3所示。bp2模块指单侧换流站双极元件，主要指站控，其故障会导致双极停运。bp1模块指单侧换流站内单极元件，它主要是vsc换流器对应的换流单元，为联接变压器、换流器、相电抗器、极控等的组合；ln模块指单极传输子系统，包括单极直流输电线路、直流极母线设备。根据子系统间的连接关系和故障后果，枚举产生以子系统为基本单位的系统状态，实现柔性直流输电系统的可靠性评估。
结合图4，使用状态枚举法对系统可靠性进行评估：
a)将各子系统视作元件，该系统含有8个元件，对其进行编号，计算每个子系统的可用率p和不可用率q。系统状态概率由下式给出：
式中，nf和n-nf分别是状态s中失效和未失效的元件数量。
b)根据频率和平均持续时间的概念，计算子系统状态的频率：
c)各子系统的容量按照无故障系统状态的容量赋值，单侧换流站双极元件c1和c5为1.0，其余的6个子系统的容量都是0.5。根据枚举事件中各子系统是否故障来决定是否将该子系统容量置0。
枚举结束后，将容量相同的系统状态合并。即将容量相同的所有系统状态的概率和频率累加，构成运行容量概率频率表：
式中，g是容量为c的枚举事件的集合。
根据运行容量概率频率表，计算系统可靠性指标。容量为0的概率和频率是系统双极停运概率和频率，容量为0.5的概率和频率是系统单极停运概率和频率。将停运容量按照概率加权求和，得出系统能量不可用率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。