一种换流站可靠性评估方法与流程

1.本发明属于电气工程领域，尤其涉及基于信任通用生成函数的换流站可靠性评估方法。


背景技术：

2.我国能源有着显著的地域性差异，随着新能源的发展，地区能源生产与需求不匹配的问题愈发严重。高压直流输电由于其低能耗与较高的可靠性，得到了快速的发展。换流站作为高压直流输电的枢纽，其可靠性对直流输电的质量与调度有着重要意义，针对换流站可靠性评估的方法有着较高的研究价值。
3.目前针对换流站可靠性的评估方法主要有两种。一种是通过状态枚举法或故障树法等对换流站的长期可靠性进行评估，在换流站运行过程中会缺乏短期时效性。另一种是通过马尔科夫链建立换流站的时变状态空间模型，但是需要精确的故障率数据，并且对共因失效等现象缺乏考虑。这些问题都可能导致换流站可靠性评估与实际差距较大，从而影响换流站正常运行。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种换流站可靠性评估方法，以解决上述技术问题，具体由以下技术方案实现：
5.所述换流站可靠性评估方法，包括如下步骤：
6.步骤1)构建包含换流桥变模块、换流模块保护模块、交流滤波模块以及直流滤波模块的换流站评估系统，并设定各模块的评估指标；
7.步骤2)采用马尔科夫链获取了各个器件的动态概率区间；
8.步骤3)采用信任通用生成函数描述系统状态；
9.步骤4)采用共因事件模型对信任通用生成函数进行修正；
10.步骤5)结合系统性能需求、各模块的评估指标实现对换流站可靠性的范围性评估。
11.所述换流站可靠性评估方法的进一步设计在于，步骤2)中采用马尔科夫链获取了换流站各个器件的动态概率区间，具体转换方案如下：
[0012][0013]
式(1)中，是指部件j处于第i个状态的状态概率对时间的函数，是指部件j从第i个状态到第i-k个状态的转化概率；
[0014]
运用拉式变换与反变换对式(1)进行求解，获得器件j的处于第i个状态的动态概
率区间
[0015]
所述换流站可靠性评估方法的进一步设计在于，步骤3)中，当器件的各状态概率为定值时，根据式(2)设定通用生成函数，
[0016][0017]
式(2)中，函数为j部件的通用生成函数，n表示部件j的状态总数，i表示部件j的第i个状态，pi表示部件j为第i个状态的概率，gj表示部件j的状态空间，组合状态空间由各个状态空间用大括号组合在一起，z表示通用生成函数的算子；
[0018]
当器件的各状态概率为区间概率时，根据式(3)设定信任通用生成函数，
[0019][0020]
式(3)中，kj为器件的状态性能总数，g
i,j
为部件j的第i种状态空间，而等效状态概率m
i,j
需要根据式(4)通过分析动态概率区间获取，
[0021][0022]
式(4)中，r表示器件j的状态集合，
[0023]
当系统由n个器件构成，再考虑整体系统时，根据式(5)设定信任通用生成函数，
[0024][0025]
所述换流站可靠性评估方法的进一步设计在于，步骤4)中，根据式(6)得到矫正后的信任通用生成函数为：
[0026][0027]
式(6)中，gc表示共因转化时的性能水平区间集，c为共因器件的集合，表示共因通用生成函数，αc表示c的共因转化因子，即c中的k个元件发生同种状态改变的概率与发生状态改变的总概率之比，根据式(6)得到αk的最大似然估计，
[0028][0029]
式(7)中，nk表示k个元件发生同种状态改变的事件数，nj表示k个元件发生同种状态改变的事件数，s为状态总数，αk由器件实验获取。
[0030]
所述换流站可靠性评估方法的进一步设计在于，步骤5)中，具体为：步骤5-1)设定性能状态包含满足性能需求的通用生成函数的项之和作为可靠度上限，所有性能状态均满
足性能需求的通用生成函数的项之和作为可靠度下限，根据式(8)设定可靠度公式，
[0031][0032]
式(8)中，ω表示系统所需求的性能水平，
[0033]
步骤5-2)对不同器件组合进行分析，最终对所述各模块的评估指标进行测试；步骤5-3)对于换流桥变模块、换流模块保护模块、交流滤波模块和直流滤波模块，均应当满足300小时内，可靠度下限高于90％，可靠度上限高于92％，否则将被视为隐患模块，需要进行重点监管；当300h内可靠度下限低于80％，需要进行隐患排查，并提前进行修复。
[0034]
所述换流站可靠性评估方法的进一步设计在于，所述步骤5-2)中测试过程具体为：通过对不同换流站的模块结构进行分析，绘制模块结构图，再根据模块中各个组件的可靠性特征，运用信任通用生成函数，计算整体模块的可靠性区间；在得到可靠性区间后，通过分析模块的模块可靠度上限，模块可靠度下限与可靠性不确定度，判断是否需要对相应模块进行隐患排查，确保环流站正常运行。
[0035]
所述换流站可靠性评估方法的进一步设计在于，所述步骤5-3)中同时检测所得可靠性区间的可靠性不确定度，当不确定度高于3％时，判定为可靠性判据不稳定，将模块细分再去考察可靠性。
[0036]
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及计算机程序，其中所述计算机程序存储于所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如所述换流站可靠性评估方法。
[0037]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现所述换流站可靠性评估方法。
[0038]
本发明的有益效果：
[0039]
本发明的基于信任通用生成函数的换流站可靠性评估方法，简化了换流站的评估系统，运用马尔科夫链获取了各个器件的动态概率区间，融合信任理论构建信任通用生成函数，引入共因事件模型对生成的函数进行修正，结合系统性能需求实现对换流站可靠性的范围性评估，为换流站中存在不可知器件的情况进行可靠性评估提供了科学支撑。
附图说明
[0040]
图1为基于信任通用生成函数的换流站可靠性评估方法流程图。
[0041]
图2为换流桥变模块的示意图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0043]
如图1，如图1所示，本发明公开了一种基于信任通用生成函数的换流站可靠性评估方法，包括如下步骤：
[0044]
首先，根据换流站结构模型，简化换流站的评估系统，评估指标如表1所示：
[0045]
表1
[0046][0047][0048]
运用马尔科夫链获取了换流站各个器件的动态概率区间，具体转换方式如公式(1)所示：
[0049][0050]
其中是指部件j处于第i个状态的状态概率。是指部件j从第i个状态到第i-k个状态的转化概率。
[0051]
运用拉式变换与反变换对求解动态概率区间的表达式进行求解，获得器件j的处于第i个状态的动态概率区间
[0052]
采用信任通用生成函数描述系统状态，具体模型如下所述：
[0053]
当器件的各状态概率为定值时，通用生成函数为式(2)所示：
[0054][0055]
函数为j部件的通用生成函数，其中n表示部件j的状态总数，i表示部件j的第i个状态，pi表示部件j为第i个状态的概率，gj表示部件j的状态空间，组合状态空间由各个状态空间用大括号组合在一起。
[0056]
当器件的各状态概率为区间概率时，通用生成函数为式(3)所示：
[0057][0058]
其中kj为器件的状态性能总数，[g]
i,j
为部件j的第i种状态空间，而等效状态概率m需要通过分析概率区间的上限与下限获取，获取公式如式(4)所示：
[0059][0060]
其中r表示器件j的状态集合。
[0061]
而当多状态同时考虑时，系统的信任通用生成函数如式(5)所示：
[0062]
[0063]
之后采用共因事件模型对信任通用生成函数进行修正。共因事件修正是指对有关联性的器件进行共因事件分析，改良可靠性分析模型。
[0064]
根据式(6)得到矫正后的信任通用生成函数为：
[0065][0066]
式(6)中，gc表示共因转化时的性能水平区间集，c为共因器件的集合，表示共因通用生成函数，αc表示c的共因转化因子，即c中的k个元件发生同种状态改变的概率与发生状态改变的总概率之比，根据式(6)得到αk的最大似然估计，
[0067][0068]
式(7)中，nk表示k个元件发生同种状态改变的事件数，nj表示k个元件发生同种状态改变的事件数，s为状态总数，αk由器件实验获取。
[0069]
之后，结合系统性能需求实现对换流站可靠性的范围性评估，评估需要提供系统所需求的性能水平ω。性能状态包含满足性能需求的通用生成函数的项之和作为可靠度上限，所有性能状态均满足性能需求的通用生成函数的项之和作为可靠度下限，可靠度公式如式(8)所示：
[0070][0071]
最后对不同器件组合进行分析，各个指标进行测试，形成整体测试结果。
[0072]
下面结合实例对本技术提供的基于信任通用生成函数的换流站可靠性评估方法进行实例演示与分析。
[0073]
首先对换流站结构进行分析，选取某采用双极双12脉的换流器串联结构为例，评估换流桥变模块的可靠性。
[0074]
对于12脉整流变压器，任一阀臂或者变压器出现故障，都会使整个12脉整流变压器停止工作，可以视为串联关系，而一个12脉整流变压器模块损坏，不会直接导致其他整流变压器模块失效，属于并联关系，但存在共因失效现象。
[0075]
本实施例考虑较短期的系统可靠性，忽略了器件的修复与影响较小的器件，对系统进行了简化，得到换流桥变模块如图2所示。
[0076]
考虑上桥臂与下桥臂结构相同，对整流变压器上桥臂的数据进行获取，状态0表示正常工作，状态1表示降额工作，状态2表示停止工作，转移强度表如表2所示：
[0077]
表2上桥臂元件转移强度
[0078][0079]
以变压器模块1为例运用马尔科夫链进行分析，得到式(9)与式(10)
[0080][0081][0082]
初始条件视为其他状态概率均为0，经计算可得变压器模块1在不同状态下的时变概率区间如表3所示：
[0083]
表3变压器模块1时变概率区间
[0084][0085]
取300h为考察对象，运用式(5)，得到变压器模块1的信任通用生成函数为：
[0086][0087]
同理通过计算得到换流阀模块1，变压器模块2，换流阀模块2的信任通用生成函数分别为：
[0088]
[0089][0090][0091]
换流阀模块1与变压器模块1串联，得到
[0092][0093]
换流阀模块2与变压器模块2串联，得到
[0094][0095]
上桥臂中的两个换流桥变模块为并联状态，可以得到
[0096][0097]
考虑上桥臂中的两个换流桥变模块存在共因转化的现象，共因转换概率需要通过实验或者长时间运行获取，此处设共因转化概率αb＝0.0051，则可以获得修正后的通用生成函数：
[0098][0099]
系统的性能需求由时刻的电力需求决定，对于上桥臂而言，ω＝2表示满载运行，ω＝0表示空载运行。当系统的部分荷载需求为ω＝[1.4,2]时，采用式(8)进行可靠度区间计算，得到[l(ω),h(ω)]＝[0.92825,0.95289]，即上桥臂能够实现部分荷载要求的可靠性为[0.92825,0.95289]，可靠度上限为95.289％，可靠度下限为92.825％，可靠性不确定度(可靠性上限与可靠性下限的差值)为2.464％，即目前安全。下桥臂与上桥臂的情况相同。如果将上桥臂与下桥臂联合考虑，对整个换流桥臂模块进行计算，得到在荷载需求为ω＝[1.4,2]时，可靠性不确定度高于3％，不适合进行进一步融合，因此分为上桥臂模块与下桥臂模块分别评估。
[0100]
在评估其他模块时，方法相同，先进行模块分析，构建模块架构图，再根据模块中各个组件的可靠性特征，运用信任通用生成函数，计算整体模块的可靠性区间。
[0101]
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。