特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法技术方案

本发明专利技术公开了一种特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法，包括以下步骤：S1：分别建立特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性评估模型；S2：参考实际特高压输电工程，并设定两种输电系统的设计参数；S3：分别计算特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性指标值；S4：分别计算特高压交流输电系统和特高压直流输电系统全寿命周期费用；S5：根据特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性指标值、全寿命周期费用，选择出最佳输电系统。有益效果：计算复杂性较小，实用性强、可信度高、可靠性好、成本低。

Comparison and selection methods for reliability and economy of UHV AC / DC power transmission systems

Methods of comparison and selection of the present invention discloses a kind of UHVDC transmission system reliability and economy, which comprises the following steps: S1: reliability evaluation models are established for UHV AC transmission system and UHVDC transmission system; S2: refer to the actual UHV transmission project, and set the design parameters of two kinds of transmission system; S3: the reliability index were calculated for UHV AC transmission system and UHVDC transmission system; S4: calculate the life cycle of UHV AC transmission system and UHVDC system cost; S5: according to the reliability index of UHV AC transmission system and UHVDC transmission system, the value of life cycle cost. Choose the best transmission system. The utility model has the advantages of small calculation complexity, strong practicability, high reliability, good reliability and low cost.

【技术实现步骤摘要】
特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法
本专利技术涉及特高压输电系统
，具体的说是一种特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法。
技术介绍
随着我国能源战略的实施和坚强智能电网的建设，超、特高压直流输电技术迅速发展，多个直流工程投入运行，交流、直流混合电网成为发展的趋势。在我国，近年采用较多的两种特高压输电方式是：1000kV交流输电和±800kV直流输电，两者都可以应用于大容量远距离输电、大区域联网等场合，由于特高压输电输送容量大、输电距离远，其可靠性和经济性的高低对于整个电力系统有着非常重要的影响，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。因此，量化二者的可靠性和经济性，并开展对比分析，为实际特高压输电工程的规划和建设提供量化决策依据，具有重要的理论和现实意义。在特高压交流、直流输电系统可靠性和经济性综合比较方面，已有方法主要集中在经济性分析和比较，但是针对输电系统可靠性和经济性两方面比较的研究较少，不能满足现有输电系统的参考要求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性、经济性比较的选择方法，并将可靠性转化为停电损失费用计入到经济性费用中，最终选择全寿命周期费用较低的输电方案。为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法，其关键在于包括以下步骤：S1：分别建立特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性评估模型；S2：参考实际特高压输电工程，设定特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的设计参数；S3：分别计算特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性指标值；S4：根据高压交流输电系统的可靠性指标值，计算特高压交流输电系统全寿命周期费用；根据高压直流输电系统的可靠性指标值，计算特高压直流输电系统全寿命周期费用；S5：根据步骤S3和步骤S4得到的特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性指标值、全寿命周期费用，以全寿命周期费用最小为准则，选择出最佳输电系统。进一步的技术方案，步骤1建立的特高压交流输电系统的可靠性模型的具体步骤为：S11a：对特高压交流输电系统分成变电站、开关站和输电线三个交流子系统，定义变压器T、断路器B、并联高压电抗器X、母线M和输电线路为交流子系统可靠性元件，分别建立交流子系统可靠性元件运行-切换-在修三状态失效模型；其中失效模型包括主动失效模型和被动失效模型。主动失效是指元件的失效还引起了保护动作，进而造成其他一些健康元件停运的失效模式，例如短路失效。而被动失效不会造成其他健康元件的失效，例如开路故障。可靠性元件若发生主动失效，就会转移到切换状态，通过切换操作转移到在修状态，修复完成才能继续工作。S11b：通过步骤S11a得到的三状态失效模型，分别计算三个交流子系统可靠性元件处于不同状态的概率，得出每个元件的三状态概率表；S11c：基于每个元件的三状态概率表，采用状态枚举法分别建立交流子系统可靠性模型；结合工程实际，为减小评估计算量，定义：A、重叠失效事件只考虑到两阶；B、隔离开关完全可靠；C、不考虑断路器的拒动。S11d：根据步骤S11c得到的三个交流子系统可靠性模型，构建由变电站、开关站、输电线组成的串联可靠性模型。特高压交流输电系统的整体可靠性模型可以认为是由变电站、开关站和输电线路等组成的串联系统。其中，开关站个数依据输电距离确定。通常，每300-500公里需增设一个开关站。每个变电站、开关站和输电线均可视作为两状态元件，其可靠性参数可由步骤S11c得出。枚举变电站、开关站和输电线路等单个或多个可靠性元件的故障及其故障后果，可计算得出系统可靠性指标。其中，FEU指标计算公式为：式中，M是系统不同容量状态的个数。FEU是强迫能量不可用率此外，50％(100％)容量强迫停运率等于所有容量为0.5(1)的系统枚举状态的频率之和。再进一步的技术方案，步骤S11c中所述采用状态枚举法分别建立交流子系统可靠性模型的具体步骤为：A1：枚举单个系统状态，系统状态发生概率为所有元件各自所处状态概率的乘积。系统状态发生概率为所有元件各自所处状态概率的乘积。例如，元件i处于切换状态l，元件j处于在修状态m，同时其他元件为正常状态u，其中，系统状态的发生概率为：式中，s是系统状态，n是变电站元件的总数；单个系统状态的发生频率为：式中，P(s)是系统状态s的概率，λk是第k个元件离开状态s的转移率。A2：检验每个系统状态涉及的每个元件所处状态，若某元件处于切换状态，标记出那些因该元件主动失效而退出运行的元件，记录通过哪些切换操作使得该元件转移到在修状态，检验完所有元件后，即可获得该系统状态下所有停运可靠性元件的集合，然后进行连通性分析，分别检查各电源进线和三个交流子系统出线之间的连通性，计算有多少容量可以被正常输送，确定三个交流子系统可传输的容量；A3：判断系统状态枚举是否完成，若是，返回步骤A1；否则进入步骤A4；A4：合并容量相同的系统状态，分别计算三个交流子系统处于各容量系统状态的累积概率和频率。离开某个容量系统状态Ck的转移率可由累积频率和累积概率近似计算得到：式中，是离开容量状态Ck的转移率，是Ck的发生频率，是Ck的发生概率。再进一步的技术方案，步骤1建立的特高压直流输电系统的可靠性模型的具体步骤为：S12a：对特高压直流输电系统进行子系统划分：换流变压器子系统，包括单个换流站全部的换流变压器、备用换流变压器及其与之相连的断路器；交流场子系统，包括单个换流站的交流滤波器及其所连断路器和母线；阀组子系统，包括单个换流站的所有12脉波阀组及其阀控、阀冷设备；平波电抗器子系统，包括单个换流站的所有平波电抗器及其辅助设备；直流滤波器子系统，包括单个换流站的所有直流滤波器及其辅助设备；直流输电线路子系统，包括正极和负极的直流输电线路。S12b：采用状态枚举法，分别计算步骤S12a得到的六个直流子系统的可靠性模型，具体步骤为：B1：枚举六个直流子系统故障状态，并得到该故障状态的故障元件集；B2：从故障元件集中找出故障可替换元件集，逐一检查各阀组对应的换流变压器组，比较该组的故障元件集与备用元件集中元件的型号和联结方式，若某变压器组中的故障元件全部存在对应的备用换流变压器可以替换，则该组的故障元件属于可替换元件集。否则，该组的故障元件不属于可替换元件集，无需考虑备用情况。B3：形成可替换元件集的备用启用最优序列；形成备用启用最优序列时首先考虑(各阀组对应)换流变压器组中可替换的变压器台数，即换流变压器组中包含的可替换元件的个数越少，其替换优先级越高。若包含的可替换元件个数相等，则各变压器组对应的阀组容量越大的，替换优先级越高。如果个数和容量都相等，则故障换流变压器的修复时间越大，其替换优先级越高。如果修复时间也相等，则备用随机启用。B4：计算故障状态的发生概率、频率，并确定系统对应的容量系统状态，得到故障状态概率表；按照特高压交流输电系统采用枚举法，计算故障状态发生概率和频率，只是公式中需要代入故障元件的不可用率和转移率时，应按备用最优序列的顺序将有备用的故障元件的修复时间替换成安装时间，即将修复率替换为安装率，同时无备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法，其特征在于包括以下步骤：S1：分别建立特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性评估模型；S2：参考实际的特高压输电工程，设定特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的设计参数；S3：分别计算特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性指标值；S4：根据高压交流输电系统的可靠性指标值，计算特高压交流输电系统全寿命周期费用；根据高压直流输电系统的可靠性指标值，计算特高压直流输电系统全寿命周期费用；S5：根据步骤S3和步骤S4得到的特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性指标值、全寿命周期费用，以全寿命周期费用最小为准则，选择出最佳输电系统。

【技术特征摘要】
1.一种特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法，其特征在于包括以下步骤：S1：分别建立特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性评估模型；S2：参考实际的特高压输电工程，设定特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的设计参数；S3：分别计算特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性指标值；S4：根据高压交流输电系统的可靠性指标值，计算特高压交流输电系统全寿命周期费用；根据高压直流输电系统的可靠性指标值，计算特高压直流输电系统全寿命周期费用；S5：根据步骤S3和步骤S4得到的特高压交流输电系统和特高压直流输电系统的可靠性指标值、全寿命周期费用，以全寿命周期费用最小为准则，选择出最佳输电系统。2.根据权利要求1所述的特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法，其特征在于步骤1建立的特高压交流输电系统的可靠性模型的具体步骤为：S11a：对特高压交流输电系统分成变电站、开关站和输电线三个交流子系统，定义变压器T、断路器B、并联高压电抗器X、母线M、输电线路为交流子系统可靠性元件，分别建立交流子系统可靠性元件运行-切换-在修三状态失效模型；S11b：通过步骤S11a得到的三状态失效模型，分别计算交流子系统可靠性元件处于不同状态的概率，得出每个元件的三状态概率表；S11c：基于每个元件的三状态概率表，采用状态枚举法建立交流子系统可靠性模型；S11d：根据步骤S11c得到的交流子系统可靠性模型，构建由变电站、开关站、输电线组成的串联可靠性模型。3.根据权利要求2所述的特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法，其特征在于步骤S11c中所述采用状态枚举法建立交流子系统可靠性模型的具体步骤为：A1：枚举单个系统状态，系统状态发生概率为所有元件各自所处状态概率的乘积，设可靠性元件i处于切换状态l，元件j处于在修状态m，同时其他元件为正常状态u，系统状态的发生概率为：式(1)中，s是系统状态，n是变电站或开关站可靠性元件的总数；单个系统状态的发生频率为：式(2)中，P(s)是系统状态s的概率，λk是第k个元件离开状态s的转移率；A2：检验每个系统状态涉及的每个元件所处状态，检验完所有元件后，即可获得该系统状态下所有停运元件的集合，然后进行连通性分析，检查各电源进线、交流子系统出线之间的连通性，计算有多少容量可以被正常输送，确定交流子系统可传输的容量；A3：判断系统状态枚举是否完成，若是，返回步骤A1；否则进入步骤A4；A4：合并容量相同的系统状态，分别计算交流子系统处于各容量系统状态的累积概率和频率。4.根据权利要求1所述的特高压交直流输电系统可靠性与经济性的比较选择方法，其特征在于步骤1建立的特高压直流输电系统的可靠性模型的具体步骤为：S12a：对特高压直流输电系统进行直流子系统划分：换流变压器子系统、交流场子系统、阀组子系统、平波电抗器子系统、直流滤波器子系统、直流输电线路子系统；S12b：采用状态枚举法，分别计算步骤S12a得到的六个直流子系统的可靠性模型，具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡博，谢开贵，何剑，彭吕斌，汤涌，易俊，贺庆，
申请(专利权)人：重庆大学，中国电力科学研究院，国家电网公司，国网江苏省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50