本发明专利技术公开了基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，包括以下步骤：假设高压直流输电系统中的各元件之间功能上相互独立，将高压直流输电系统的结构图进行等效转化；对等效转化后的高压直流输电系统进行串并联结构分解，得到该系统的各个子系统；获取高压直流输电系统中元件可靠性参数，计算元件状态‑概率分布函数；元件状态‑概率分布函数进行Z变换计算元件U函数；根据功能函数分别对各子系统U函数进行计算；根据高压直流输电系统等效结构图计算高压直流输电系统的状态概率分布函数。本发明专利技术实现了对HVDC输电系统在时域内的状态概率分布函数计算，即可以预判实时可靠性，为制定相应的检修计划及优化决策奠定基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及系统可靠性计算领域，具体涉及基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法。
技术介绍
高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)输电系统运行行为的可靠性计算是交直流混合电网进行规划、运行控制决策的基础，获取HVDC输电系统可靠性和构成HVDC输电系统的设备可靠性之间的显函数关系是决定其规划、控制和决策的根本。HVDC输电系统结构复杂，设备多，且运行状态随送受端电网运行状态、HVDC输电系统自身状态的改变而改变，在电网规划、控制和决策中考虑其在时域内的可靠性变化规律很有必要。传统计算系统可靠性的方法主要包括状态枚举法和蒙特卡洛模拟法。状态枚举法可以获取系统在某一个时间点处的可靠性指标，得到元件性能变化对系统可靠性变化的影响。但是该方法随着系统元件数目的增加，受到“维数灾难”的限制，难以在大系统中广泛应用。蒙特卡洛模拟可以计算系统在一段时间内可靠性指标的期望值，但是该方法不能得到系统可靠性和元件可靠性之间的确定的显函数关系，无法分析系统运行时元件性能变化对系统可靠性的影响。依据此类方法形成的可靠性指标仅限于HVDC输电系统的规划与设计阶段、中长期检修决策的检验等应用，但当需要结合受端电网运行状态及其自身状态，计算运行可靠性时，上述方法受到诸多限制因素实现有效应用。因此，有必要寻求一种能够预判HVDC输电系统实时可靠性，为检修计划及优化决策奠定基础的HVDC输电系统可靠性计算方法。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，用以解决适应检修计划及优化决策的HVDC输电系统可靠性计算方法问题。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，包括以下步骤：假设高压直流输电系统中的各基础元件之间功能上相互独立，划分高压直流输电系统的各子系统，根据各子系统关系形成高压直流输电系统的结构图；根据各子系统的串并联关系，对高压直流输电系统的结构图进行等效转化，形成便于高
压直流输电系统可靠性计算的等效转化结构图；获取高压直流输电系统中各基础元件的可靠性参数，计算各基础元件的状态-概率分布函数；对基础各元件状态-概率分布函数进行Z变换计算各基础元件的U函数；根据各基础元件的U函数分别对各子系统的U函数进行计算；根据高压直流输电系统等效结构图计算高压直流输电系统的U函数，U函数即是对系统可靠性的一种表达方式，其中的系数和指数就表达了高压直流输电系统在某种特定状态下概率。进一步的，所述基础元件包括高压直流输电系统中的单个阀组、单台换流变压器、单台交流滤波器、单台电容器、单直流极设备、直流输电线路等具备可靠性数据统计的基础设备。进一步的，所述各子系统包括换流桥子系统、换流变压器子系统、交流滤波器子系统、直流极设备子系统、直流输电线路子系统及保护与控制子系统。进一步的，等效转化后的高压直流输电系统中，各子系统通过串联及并联形成高压直流系统；各子系统串联形成的串联系统的性能值取决于串联元件中有效传输功率最小的元件，根据串联系统中所有元件的U函数，计算串联系统的U函数；高压直流输电系统中并联元件能够传输的电功率等于所有元件能够传输的功率之和，根据并联系统中所有元件的U函数，可计算各子系统并联形成的并联系统的U函数。进一步的，对于换流桥子系统，逻辑上，换流桥子系统由两个6脉动换流器串联构成，任意一个6脉动换流器故障都将导致换流桥子系统故障，假设设置一个阀组备用，计算6脉动换流器、换流桥子系统的U函数。进一步的，对于换流变压器子系统，换流变压器的型号影响其数量及备用模式，对于单相双绕组变压器，则一个6脉动换流器对应3台换流变压器，设置1台处于备用换流变压器，得到换流变压器子系统的U函数。进一步的，对于交流滤波子系统，假设交流滤波子系统由两组交流滤波器记为A和两组电容器记为B构成，A和B在逻辑上属于并联系统，计算交流滤波子系统、A和B的状态概率分布函数，从而计算得交流滤波子系统的U函数。进一步的，对于直流极设备子系统，存在四种状态：双极极设备正常工作；正极极设备正常工作，负极极设备故障；正极极设备故障，负极极设备正常工作；双极极设备故障；假设对正负极设备进行整体备用，计算得到极设备子系统的U函数。进一步的，对于控制与保护子系统，工作通道发生故障后，切换逻辑将其退出工作，处
于热备用状态的通道自动切换到工作状态，且切换工程不对系统产生明显的干扰，只有当两套保护系统同时故障时，控制与保护子系统才会发生故障，据此，计算得到控制与保护子系统的U函数。进一步的，根据各子系统中构成的串联系统或并联系统，计算高压直流输电系统的U函数。本专利技术的有益效果：本专利技术基于UGF方法在计算系统可靠性优势的基础上，对HVDC输电系统进行串并联结构分解，实现基于UGF方法计算HVDC输电系统在研究周期内的状态概率分布函数。本专利技术计算数据为HVDC输电系统中基础元件的可靠性参数，数据来源方便、易获取；本专利技术实现了对HVDC输电系统在时域内的状态概率分布函数计算，即可以预判实时可靠性，为制定相应的检修计划及优化决策奠定基础。附图说明图1为串联系统结构图；图2为并联系统结构图；图3为双12脉波串联接线方式的HVDC输电系统结构图；图4为双12脉波串联接线方式的HVDC输电系统等效转化的结构图；图5为基于通用生成函数的HVDC输电系统可靠性计算流程图；图6(a)-图6(f)分别为无检修计划条件下子系统S1～S6可靠性变化规律；图7为无检修计划条件下HVDC输电系统状态可靠性变化曲线；图8为给定检修计划条件下HVDC输电系统运行可靠性变化曲线。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术进行详细说明：关于：UGF方法，通用生成函数(Universal Generating Function,UGF)方法是一种计算离散随机变量组合运算的高效方法，依赖离散随机变量X的矩量母函数，对X的概率密度分布函数进行Z变换，在系统元件功能相互独立的前提下，快速计算得到系统状态概率分布函数。已知元件的状态概率分布函数时，UGF方法利用系统与元件间的逻辑关系(串联系统、并联系统、桥型结构系统等)，确定UGF算子，计算出系统的状态概率分布函数。UGF方法计算系统的状态概率分布函数时，不受元件状态概率分布函数的计算方法的限制，适用范围广；在计算系统状态概率分布函数过程中，进行合并同类项操作，降低中间状态数量，一定程度上避免“维数灾难”，提高计算效率；同时，UGF方法递归调用典型逻辑结构的功能函数，有层次
性的计算系统的状态概率分布函数。元件的U函数：元件是构成特定系统的最小元素。HVDC输电系统中的基础元件特指：换流变压器、直流输电线路、晶闸管、隔离开关、平波电容器、交流滤波电容器等。从可靠性角度讲，元件的状态是指在系统随时间变化的运行过程中，元件所表现出来的工作形态，如：可靠与不可靠的两个状态，可靠、部分可靠与不可靠的三个状态等。假设元件j存在k个性能水平不同的状态，用状态集合gj＝{gj1,…,gjk本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，其特征是，包括以下步骤：假设高压直流输电系统中的各基础元件之间功能上相互独立，划分高压直流输电系统的各子系统，根据各子系统关系形成高压直流输电系统的结构图；根据各子系统的串并联关系，对高压直流输电系统的结构图进行等效转化，形成便于高压直流输电系统可靠性计算的等效转化结构图；获取高压直流输电系统中各基础元件的可靠性参数，计算各基础元件的状态‑概率分布函数；对基础各元件状态‑概率分布函数进行Z变换计算各基础元件的U函数；根据各基础元件的U函数分别对各子系统的U函数进行计算；根据高压直流输电系统等效结构图计算高压直流输电系统的U函数，U函数即是对系统可靠性的一种表达方式，其中的系数和指数就表达了高压直流输电系统在某种特定状态下概率。
【技术特征摘要】
1.基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，其特征是，包括以下步骤：假设高压直流输电系统中的各基础元件之间功能上相互独立，划分高压直流输电系统的各子系统，根据各子系统关系形成高压直流输电系统的结构图；根据各子系统的串并联关系，对高压直流输电系统的结构图进行等效转化，形成便于高压直流输电系统可靠性计算的等效转化结构图；获取高压直流输电系统中各基础元件的可靠性参数，计算各基础元件的状态-概率分布函数；对基础各元件状态-概率分布函数进行Z变换计算各基础元件的U函数；根据各基础元件的U函数分别对各子系统的U函数进行计算；根据高压直流输电系统等效结构图计算高压直流输电系统的U函数，U函数即是对系统可靠性的一种表达方式，其中的系数和指数就表达了高压直流输电系统在某种特定状态下概率。2.如权利要求1所述的基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，其特征是，所述基础元件包括高压直流输电系统中的单个阀组、单台换流变压器、单台交流滤波器、单台电容器、单直流极设备及直流输电线路。3.如权利要求1所述的基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，其特征是，所述各子系统包括换流桥子系统、换流变压器子系统、交流滤波器子系统、直流极设备子系统、直流输电线路子系统及保护与控制子系统。4.如权利要求1所述的基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，其特征是，等效转化后的高压直流输电系统中，各子系统通过串联及并联形成高压直流系统；各子系统串联形成的串联系统的性能值取决于串联元件中有效传输功率最小的元件，根据串联系统中所有元件的U函数，计算串联系统的U函数。5.如权利要求4所述的基于通用生成函数的高压直流输电系统可靠性计算方法，其特征是，高压直流输电系统中并联元件能够传输的电功率等于所有元...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文博，杨思，李业勇，孙东磊，麻常辉，蒋哲，蒋佳音，赵泽箐，李明，李智，武乃虎，张丹丹，杨冬，邢鲁华，张磊，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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