一种混合多端直流输电工程可靠性评估方法与流程

本发明涉及到直流输电系统可靠性评估
技术领域：
，尤其涉及一种混合多端直流输电工程可靠性评估方法。
背景技术：
：我国能源分布极不平衡，未来能源平衡的一种有效方式是采用电力输送。直流输电以其在远距离大容量输电方面的独特优势将在西电东送中扮演主要角色。随着直流输电技术的不断发展和实际工程的日益增多，直流输电系统的可靠性已成为影响整个电力系统可靠性的重要因素。由于直流输电技术主要运用于远距离大功率输电、大区联网和系统间非同步联络以及地下或海底电缆输电等特殊场合，这就对直流系统的可靠性提出了很高的要求，而其可靠性的改善也将给整个电力系统的安全、可靠和经济运行带来巨大的效益。但是随着我国能源需求的不断增长，已有的传统或柔性双端直流输电系统渐渐难以满足生产生活的需要，尤其是对于跟上经济发展的速度出现了颓势。考虑到我国能源供应和负荷需求分布极端不平衡的特点——西部能源多而需求小，东部能源少而需求大，我国远距离大容量直流输电系统都存在一个明显的特征，即潮流方向单一，工程设计时就不用考虑潮流反向问题。对于潮流方向单一的直流输电系统，使用混合直流输电系统，将能充分发挥常规直流输电与柔性直流输电各自的优势，具有巨大的经济技术效益。混合多端直流输电系统，即含有三端或三端以上的同时含有传统输电部分和柔性输电部分的直流输电系统，能够实现多电源供电、多落点受电，因此其运行方式更加灵活多变，具有更高的经济性与可靠性。特别是随着风电场规模的增大，采用混合多端直流输电的优势更加明显，它可以将多个风电场连接起来，构成直流网络，提高风电场的风能利用率。因此，评估混合多端直流输电系统的可靠性以及分析各种影响因素，并提出相应的对策，是一项十分重要的工作。现有技术中，并没有对混合多端直流输电系统的可靠性的评估方法。技术实现要素：针对现有技术存在的上述不足，本发明实际需要解决的问题是：如何对混合多端直流输电系统的进行可靠性评估。为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种混合多端直流输电工程可靠性评估方法，包括如下步骤：s1、将目标混合多端直流输电系统划分为多个端部分及直流输电线路部分，将每个端部分划分为多个子系统；s2、建立各端部分及直流输电线路部分的可靠性评估模型，基于各端部分及直流输电线路部分的可靠性评估模型生成目标混合多端直流输电系统的可靠性结构框图；s3、采用状态枚举法，根据典型电气元件的故障率曲线，分别获得各子系统的状态，进而使用频率持续时间法计算各子系统的可靠性指标；s4、基于可靠性结构框图及各子系统的可靠性指标计算出目标混合多端直流输电系统的可靠性指标。优选地，s1包括如下步骤：s101、将目标混合多端直流输电系统划分为常规直流端部分、柔性直流端部分及直流输电线路部分；s102、分别将常规直流端部分及柔性直流端部分划分为多个子系统。优选地，s102包括如下步骤：s1021、将常规直流端部分划分为换流变压器子系统、交流滤波器子系统、阀组子系统及直流场子系统；s1022、将柔性直流端部分划分为联接变压器子系统、换流器子系统、直流场子系统、双极元件子系统。优选地，s2包括如下步骤：s201、采用频率持续时间法建立各元件的状态空间图并获得相应的等效模型；s202、获取各元件的可靠性参数，将各元件的可靠性参数输入对应元件的等效模型，得到各子系统的可靠性参数；s203、基于常规直流端部分及柔性直流端部分中各子系统的连接关系建立常规直流端部分可靠性评估模型及柔性直流端部分可靠性评估模型；s204、建立直流输电线路部分的可靠性评估模型；s205、基于直流输电线路部分的可靠性评估模型、常规直流端部分可靠性评估模型及柔性直流端部分可靠性评估模型建立目标混合多端直流输电系统的可靠性结构框图。优选地，s201中，所述的频率持续时间法的计算公式包括：fij＝piλij上式中：μ是元件的修复率，λ是元件的故障率，pi是元件状态i发生的概率，fi是元件状态i发生的频率，pj是元件状态j发生时进入状态i的概率，λk是元件的故障转移率，λj是元件的修复转移率，md是离开状态i的转移数，mε是元件进入状态i的转移数，fij为元件在状态i和状态j之间的转移频率，λij为元件状态i向状态j转移的转移率。优选地，s204中，直流输电线路部分包括两条直流输电线路；直流输电线路部分的可靠性评估模型包括：双极正常状态：双极正常状态概率双极正常状态频率f1＝p1(λ1+λ2)正极正常负极故障：正极正常负极故障概率正极正常负极故障频率f2＝p2(μ1+λ2)负极正常正极故障：负极正常正极故障概率负极正常正极故障频率f3＝p3(λ1+μ2)双极故障：双极故障概率双极故障频率f4＝p4(μ1+μ2)上式中：λ1为正极线路的故障率，λ2为负极线路的故障率，μ1为正极线路的修复率，μ2为负极线路的修复率。优选地，所述目标混合多端直流输电系统的可靠性指标包括：系统强迫能量不可用率、各端部分强迫能量不可用率、各端部分主要容量水平的概率和各端部分主要容量水平的频率。优选地，还包括：s5、基于目标混合多端直流输电系统的可靠性指标对目标混合多端直流输电系统进行可靠性评估。综上所述，本发明公开了一种混合多端直流输电工程可靠性评估方法，包括如下步骤：s1、将目标混合多端直流输电系统划分为多个端部分及直流输电线路部分，将每个端部分划分为多个子系统；s2、建立各端部分及直流输电线路部分的可靠性评估模型，基于各端部分及直流输电线路部分的可靠性评估模型生成目标混合多端直流输电系统的可靠性结构框图；s3、采用状态枚举法，根据典型电气元件的故障率曲线，分别获得各子系统的状态，进而使用频率持续时间法计算各子系统的可靠性指标；s4、基于可靠性结构框图及各子系统的可靠性指标计算出目标混合多端直流输电系统的可靠性指标。本发明实现了混合多端直流输电系统的可靠性评估。附图说明为了使申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：图1为本发明公开的一种混合多端直流输电工程可靠性评估方法的流程图；图2是实例中所述混合多端直流输电系统的接线结构；图3是某特高压双12脉波接线直流输电系统子系统划分示意图；图4是柔性直流双换流器接线输电系统子系统划分示意图；图5是图1所示混合多端直流输电系统的可靠性框图；图6是典型电气元件的故障率曲线。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，本发明公开了一种混合多端直流输电工程可靠性评估方法，包括如下步骤：s1、将目标混合多端直流输电系统划分为多个端部分及直流输电线路部分，将每个端部分划分为多个子系统；s2、建立各端部分及直流输电线路部分的可靠性评估模型，基于各端部分及直流输电线路部分的可靠性评估模型生成目标混合多端直流输电系统的可靠性结构框图；s3、采用状态枚举法，根据典型电气元件的故障率曲线，如图6所示，分别获得各子系统的状态，进而使用频率持续时间法计算各子系统的可靠性指标；每个元件对应一个故障率曲线，而故障率取得是“正常使用”时的故障率。s4、基于可靠性结构框图及各子系统的可靠性指标计算出目标混合多端直流输电系统的可靠性指标。在本发明中，多端指直流输电系统与交流系统至少有三个连接端口或换流站。混合指多端换流站既有常规直流换流站又有柔性直流换流站，即两种技术的换流站均存在。混合多端直流输电系统模块划分与已有的传统或柔性双端直流输电系统子系统划分的不同之处在于，已有的传统或柔性双端直流输电系统由于只有两端且只有单一类别(传统或柔性)的输电结构，不存在不同端容量的问题，在于子系统的划分上只有“元件-子系统-系统”这三步的递进合成。而对于各端输电结构不同，容量不同的混合多端直流输电系统这是不够的。本发明提出的混合多端直流输电系统模块划分就针对此将其划分为“元件-子系统-端-系统”这四步的递进合成，计及了各端输电结构不同，容量不同的特点。本发明基于混合多端直流输电系统的结构特点和运行方式，以“元件-子系统-端-系统”的顺序逐层划分为各个模块，逐层合成各部分的可靠性评估模型，确定混合多端直流输电系统的可靠性结构框图。采用状态枚举法枚举各子系统的运行状态，进而使用频率持续时间法计算各子系统的可靠性指标。最后基于混合多端直流输电系统的可靠性结构框图，采用串并联数学模型，建立整个混合多端直流输电系统的容量模型，并计算相应可靠性指标，实现了混合多端直流输电系统的可靠性评估。在本发明中，可采用蒙特卡洛抽样法替代枚举法，采用蒙特卡洛法抽样各子系统的状态，进而计算各端各子系统的可靠性指标。本发明的主要成果在于：整理常规特高压直流的可靠性指标体系，研究得到了适用于特高压混合多端直流输电系统的可靠性指标，基于混合多端的特点提出了针对混合多端直流输电系统可靠性评估的子系统划分方法，建立了特高压混合多端直流输电各子系统，端以及整个系统的可靠性模型，得到了一个有效的针对于混合多端直流输电工程的可靠性评估方法具体实施时，s1包括如下步骤：s101、将目标混合多端直流输电系统划分为常规直流端部分、柔性直流端部分及直流输电线路部分；s102、分别将常规直流端部分及柔性直流端部分划分为多个子系统。具体实施时，s102包括如下步骤：s1021、将常规直流端部分划分为换流变压器子系统、交流滤波器子系统、阀组子系统及直流场子系统；s1022、将柔性直流端部分划分为联接变压器子系统、换流器子系统、直流场子系统、双极元件子系统。如图3所示，常规直流输电系统的划分有换流变压器子系统、交流滤波器子系统、阀组子系统、直流场子系统、直流输电线路子系统五个部分，而常规直流端不包含直流输电线路子系统部分，故参考常规直流输电系统的子系统划分方法将常规直流端划分为换流变压器子系统、交流滤波器子系统、阀组子系统、直流场子系统。如图4所示，柔性直流输电系统的划分有联接变压器子系统、换流器子系统、直流场子系统、双极元件子系统、直流输电线路子系统五个部分，而柔性直流端不包含直流输电线路子系统部分，故参考柔性直流输电系统的子系统划分方法将柔性直流端划分为联接变压器子系统、换流器子系统、直流场子系统、双极元件子系统。具体实施时，s2包括如下步骤：s201、采用频率持续时间法建立各元件的状态空间图并获得相应的等效模型；s202、获取各元件的可靠性参数，将各元件的可靠性参数输入对应元件的等效模型，得到各子系统的可靠性参数；s203、基于常规直流端部分及柔性直流端部分中各子系统的连接关系建立常规直流端部分可靠性评估模型及柔性直流端部分可靠性评估模型；s204、建立直流输电线路部分的可靠性评估模型；s205、基于直流输电线路部分的可靠性评估模型、常规直流端部分可靠性评估模型及柔性直流端部分可靠性评估模型建立目标混合多端直流输电系统的可靠性结构框图。以阀组子系统为例，云南端有四个12脉动阀组，根据每个阀组的故障率和修复时间参数可以计算出每个阀组的不可用率和频率。同理可计算出其他元件的不可用率和频率。之后相同元件根据可靠性关系进行合并(并联关系或者串联关系)，即可得到不同子系统的等效模型。根据结构图即可得到相应的模型图。混合多端直流输电系统里面既有柔性直流换流站，又有常规直流换流站。比如在本实例中，送端云南站为常规直流，那么云南端的所有元件按常规直流系统的子系统划分依据来划分子系统，同理广东站和广西站的所有元件分别按柔性直流和常规直流的子系统划分依据来划分子系统。最后，根据三端换流站的结构特点来将之前划分的子系统组合起来。可靠性结构框图与划分的子系统有关。因为常规直流换流站和柔性直流换流站的子系统划分方式不同，因此不同的结构会有不同的可靠性方框图。表1为本发明所用示例中常规直流工程可靠性评估采用的元件可靠性参数：表2为本发明所用示例中柔性直流工程可靠性评估采用的元件可靠性参数：具体实施时，s201中，所述的频率持续时间法的计算公式包括：fij＝piλij上式中：μ是元件的修复率，λ是元件的故障率，pi是元件状态i发生的概率，fi是元件状态i发生的频率，pj是元件状态j发生时进入状态i的概率，λk是元件的故障转移率，λj是元件的修复转移率，md是离开状态i的转移数，mε是元件进入状态i的转移数，fij为元件在状态i和状态j之间的转移频率，λij为元件状态i向状态j转移的转移率。具体实施时，s204中，直流输电线路部分包括两条直流输电线路；直流输电线路部分含有两个元件(正极输电线路、负极输电线路)，该部分一共有四种状态：双极线路正常，正极正常负极故障，负极正常正极故障，双极故障。因此，直流输电线路部分的可靠性评估模型包括：双极正常状态：双极正常状态概率双极正常状态频率f1＝p1(λ1+λ2)正极正常负极故障：正极正常负极故障概率正极正常负极故障频率f2＝p2(μ1+λ2)负极正常正极故障：负极正常正极故障概率负极正常正极故障频率f3＝p3(λ1+μ2)双极故障：双极故障概率双极故障频率f4＝p4(μ1+μ2)上式中：λ1为正极线路的故障率，λ2为负极线路的故障率，μ1为正极线路的修复率，μ2为负极线路的修复率。在得到了评估模型后，需要将各个元件或子系统的故障率和修复时间参数输入所述评估模型进行评估。具体实施时，所述目标混合多端直流输电系统的可靠性指标包括：系统强迫能量不可用率、各端部分强迫能量不可用率、各端部分主要容量水平的概率和各端部分主要容量水平的频率。整理常规特高压直流的可靠性指标体系，有强迫能量不可用率和强迫停运率类指标两类，其中强迫停运率类指标包括单极强迫停运率(次/年)、双极强迫停运率(次/年)、部分单极停运率(次/年)、部分双极停运率(次/年)、阀组强迫停运率(次/年)；由于多端系统的换流站的有丰富的运行容量水平，单极停运，双极停运，阀组停运等基本指标已不能充分反映系统或每端的多样的运行情况，因此，选择适用于特高压混合多端直流输电系统的可靠性指标，即，系统强迫能量不可用率、各端部分强迫能量不可用率、各端部分主要容量水平的概率和各端部分主要容量水平的频率。具体实施时，还包括：s5、基于目标混合多端直流输电系统的可靠性指标对目标混合多端直流输电系统进行可靠性评估。本发明可以根据不同目标混合多端直流输电系统的不同要求，设置不同的基准值，进而将可靠性指标与基准值进行比较，从而完成对目标混合多端直流输电系统进行的可靠性评估。下面为采用本发明的方法进行评估的具体实例：在本实例中，共有三端换流站，且送端云南站为常规直流，受端包括柔性直流和常规直流换流站，故为混合多端结构。如图2所示，本实例中所述的混合多端直流输电系统采用图中的一送端，二受端的三端接线结构。其中送端云南站为常规直流，受端广东站为柔性直流，受端广西站是常规直流，柔性直流站采用每极双换流器接线。本实例中的混合多端直流输电系统的可靠性结构框图如图5所示。图中，bp2指整流侧和逆变侧双极元件，包括站控、交流场和交流滤波器子系统；vg指单极单个换流单元，它是单极单侧单个12脉波阀组或者柔性换流器对应的换流变压器、换流阀和换流变压器断路器的组合；bp1指单极元件，包括单侧单极直流滤波器、平波电抗器、极控、辅助电源和直流线路。带有vsc的方框表示柔性直流。受端的常规直流换流站与柔性换流站为并联关系。采用本发明公开的方法计算出混合多端直流输电系统的可靠性指标结果如下：表3混合多端直流输电系统各端强迫能量不可用率指标名称指标值系统强迫能量不可用率0.003386云南端强迫能量不可用率0.003386广西端强迫能量不可用率0.00215广东端强迫能量不可用率0.002294各端各容量状态及对应的概率、频率指标如下所示：表4混合多端直流输电系统云南端运行容量概率频率指标表5混合多端直流输电系统广西端运行容量概率频率指标表6混合多端直流输电系统广东端运行容量概率频率指标从上述结果可知，使用本方法对混合多端直流输电工程的可靠性进行评估，采用的可靠性指标针对混合多端直流输电工程，子系统划分合理，建立的特高压混合多端直流输电各子系统及其整个系统的可靠性模型通用性较好，可以有效地评估混合多端直流输电工程的可靠性最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。当前第1页12