一种背靠背异步联网混合直流输电系统的可靠性评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于直流输电系统可靠性评估方法技术领域，具体涉及背靠背异步联网混 合直流输电系统的可靠性评估方法。
【背景技术】
[0002] 传统背靠背异步联网直流输电系统是输电线路长度为零的直流输电系统。这种类 型的直流输电主要用于两个非同步运行（不同频率或相同频率但非同步）的交流电力系统 之间的联网或送电，也称为非同步联络站。背靠背直流输电的整流站设备和逆变站设备通 常装设在一个换流站内，也称为背靠背换流站。在背靠背换流站内，整流器和逆变器的直流 侧通过平波电抗器相连，构成直流侧的闭环回路；而其交流侧则分别与两端交流系统相连， 从而形成两个电力系统的非同步联网。被联交流系统之间交换功率的大小和方向均由控制 系统快速方便地进行控制。
[0003] 本发明研究的对象为背靠背异步联网混合直流输电系统，其组成结构与传统背靠 背直流输电系统不同。背靠背异步联网混合直流输电系统由并联的两回直流构成，如图1 所示，一回为常规单12脉波单极接线，一回为柔性单换流器接线。各回共用两侧的交流场。 各回线路间可以相互独立运行，其中一回线路故障不会影响其他回线路，运行方式较传统 双极接线直流输电系统更加灵活。
[0004] 背靠背异步联网混合直流输电系统主要包括以下几种运行方式：
[0005] 1、2回运行，一回传统直流与柔性直流完全运行。输电功率为100%容量
[0006] 2、1回运行，一回传统直流运行而柔性直流停运，或者，单回的传统直流停运，而柔 性直流运行。输电功率为50 %容量
[0007] 3、0回运行，传统直流和柔性直流均停运，输送功率为0%容量
[0008] 4、其他降额运行形式
[0009] 背靠背异步联网混合直流输电系统同时采用了传统直流输电和柔性直流输电两 种技术，因此，背靠背异步联网混合直流输电系统的可靠性评估方法将参考传统高压直流 输电系统和柔性直流输电系统的评估方法。
[0010] (1)传统高压直流输电系统的可靠性研究现状
[0011] 高压直流系统可靠性的研究始于本世纪六十年代末期，加拿大的R. Billinton教 授在1968年发表有关这方面的第一篇论文，同年，国际大电网会议（CIGRE)也成立了专门 工作组，开始对高压直流输电工程进行可靠性统计和分析，经过多年的努力，国外学者在高 压直流输电系统可靠性评估方面取得的成就主要有：基于Markov过程原理的频率和持续 时间法（FD法），其将Markov理论和状态空间法应用于直流系统，建立了高压直流输电系 统可靠性评估的等效模型，同时对直流系统的容量模型进行探索，而且用于系统可靠性指 标的计算及系统的经济性比较；为模拟元件、环境等随机特性的高压直流输电可靠性评估 Monte Carlo模拟法；采用结合确定性和概率性的混合方法进行高压直流输电系统可靠性 评估以及从核物理领域引进一种新的可靠性分析方法--GO法（GO met hodology)，G0法 是一种以成功为导向的系统概率分析技术。同时，通过实际运行的工程获得了大量对评估 高压直流输电系统可靠性方面的重要统计资料，且从实践中提出了一套比较完整的可靠性 指标。这些工作为从理论上对高压直流输电系统可靠性评估进行更深入的研究创造了条 件。
[0012] 国外高压直流输电系统可靠性评估在实际工程中的应用方面，美国GE公司在加 拿大的伊尔河工程（Eel River HVDC System)实现了可靠性技术在高压直流输电工程中的 早期应用。
[0013] 当时可靠性技术是被用来确定系统设计中所应考虑的冗余结构、备品备件管 理、故障监视报警以及在线检修手段等问题如何得到妥善的解决。它所使用的可靠性技 术包括：①系统可靠性预测（评估），②可靠性指标的目标分解；⑧故障模式及后果分析 (FMEA):④冗余技术等。
[0014] 我国对高压直流输电系统可靠性的研究开始于80年代初，研究工作针对葛洲坝 可靠性指标、计算参数以及可靠性综合分析和决策等开展了较系统的理论研究。虽然我国 在这方面的研究起步较晚，但经过科研人员的努力，已取得丰硕的成果，现在：根据Markov 过程的基本原理，提出了累积状态之间转移频率和等效转移率等概念以及有关的性质，丰 富了可靠性理论，发展了高压直流输电系统可靠性评估的FD法；针对高压直流输电系统 可靠性计算参数的不精确性，提出了可靠性评估中参数灵敏度分析的概念和方法；针对直 流输电系统在模型组合中存在维数灾难问题，建立了直流系统可靠性评估的多状态容量模 型，并推导了容量模型的串并联组合公式；在电力系统运算条件日趋复杂，系统规模日趋庞 大的条件下，提出了将Monte Carlo模拟法和解析法相结合的高压直流输电系统可靠性评 估新方法；由于直流设备众多，用已有的方法很难考虑到所有的设备，为了克服这个缺点提 出了故障树分析方法，进行高压直流输电系统的可靠性评估；此外，还对高压直流输电系统 的备用策略、同塔双回直流线路的共同模式故障等问题进行了一定的研究。这些研究成果 比国外同一领域的研究前进了一步，对全面评估高压直流输电系统的可靠性水平以及提出 有效的增强措施等都具有重要的意义。
[0015] (2)柔性直流输电系统简介及其可靠性研究现状
[0016] 伴随着电力电子器件的发展，基于可关断器件和脉冲宽度调制（PWM)技术的电压 源换流器（VSC)开始应用于直流输电，标志着柔性直流输电技术（VSC-HVDC)的诞生。1990 年，加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等人首先提出用脉冲宽度调制（PffM)控制的电压 源换流器（VSC)进行直流输电。1997年3月，ABB公司进行了首次VSC-HVDC的工业试验， 即瑞典中部的 Hellsjon 工程（10kV、150A、3Mff、10km)。1999 年，ABB 公司在 Gotland 岛投 入了世界上第一个商业化的柔性直流输电工程（80kV、350A、5(Mff、70km)。2001年，德国慕 尼黑联邦国防大学的Rainer Marquardt提出了模块化多电平电压源换流器（MMC)的概念。 2010年11月，世界上第一个基于模块化多电平电压源换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC) 工程--Trans Bay Cable工程（±200kV、1000A、400Mff、86km)在美国旧金山市投入运行， 西门子公司是该工程的换流站设备供应商。
[0017] 2008年8月，国家电网公司开始开展柔性直流关键技术研究及示范工程实施，并 于2011年3月成功试运行了上海南汇风电场柔性直流输电示范工程。该工程是我国首个采 用MMC换流器直流输电技术并实现风电并网的工程。2013年，世界上第一个多端VSC-HVDC 示范工程--广东南澳± 160kV多端VSC-HVDC示范工程正式投入运行；2014年6月，浙江 舟山± 200kV五端VSC-HVDC示范工程也正式投入运行。这些示范工程标志着我国VSC-HVDC 系统已发展到一个崭新的阶段，VSC-HVDC系统将成为电力系统中不可缺少的部分，
[0018] 鉴于柔性直流输电技术及示范工程的快速发展，开展柔性直