统一潮流控制器可靠性建模及其接入电网可靠性评估方法技术

一种统一潮流控制器可靠性建模及其接入电网可靠性评估方法，该方法从UPFC物理结构出发，分析了构成元件的功能特点及其逻辑关系，通过将UPFC分解为5个子系统，并建立各子系统的可靠性模型，最终采用串并联分析方法得到UPFC装置的可靠性模型及可靠性参数。在此基础之上，分析了UPFC接入后对电网母线电压及线路潮流影响，计算消除电压越限切负荷及线路潮流越限切负荷大小，提出了考虑UPFC的电网可靠性评估方法。本发明专利技术可应用于电网规划及运行阶段，对分析新型设备对电网可靠性的影响，继而指导电网的后期升级改造，具有重要意义。

Reliability modeling of unified power flow controller and its access to grid reliability evaluation method

An evaluation method for UPFC reliability modeling and grid reliability, the UPFC method from the physical structure, analysis of the composition of the functional characteristics and logical relationship between elements, the UPFC is divided into 5 subsystems, and to establish the reliability model of each subsystem, the series reliability model and parameters of parallel analysis method UPFC device. On this basis, influence on voltage and line power flow analysis of the UPFC access, the calculation of limit load shedding and eliminate voltage limit line flow shear load, put forward an evaluation method considering the reliability of power grid UPFC. The invention can be applied to the power grid planning and operation stage, and has important significance for analyzing the influence of the new equipment on the reliability of the power grid, and then guiding the later upgrading and upgrading of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
统一潮流控制器可靠性建模及其接入电网可靠性评估方法
本专利技术涉及电力系统中统一潮流控制器可靠性建模及其接入电网可靠性评估方法，属电力系统可靠性评估领域。
技术介绍
伴随着电力需求的持续增长，电力传输线路的负载越来越大，加之电源与负荷中心分布不均衡，需要配合远距离、特高压输电。由此产生的电压波动、“功率倒流”、“功率绕送”等问题影响到电网的安全稳定运行。如何保证大电网的安全稳定运行以及相关的电气装置研究成为电力行业的研究重点。统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)作为潮流调节能力最强的一种混合型柔性交流输电系统(FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems，FACTS)装置，得到广泛关注。UPFC利用电力电子开关原理实现串联在线路中的电压源，起到线路参数补偿、独立无功补偿和线路潮流控制的作用，具有优越的潮流控制性能，能对潮流的变化进行快速的动态响应。是众多潮流控制方法中最有效的一种，可通过改变和补偿电压幅值、功角和线路阻抗等参数来进行控制。然而，UPFC结构复杂，包含了串、并联变压器，电压源换流器(VoltageSourcedConverter，VSC)或模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)，直流线路，直流电容器等极设备，以及控制、保护系统等环节，针对UPFC的可靠性详细建模工作尚未开展，因此，目前对于包含UPFC的电网可靠性影响研究较少。因此，为更有效地评估UPFC对电网可靠性的影响，继而指导后续的电网升级改造，需要对UPFC工作机理进行深入分析，通过构成元件及元件间的逻辑关系分析建立适应电网评估需要的UPFC精细化可靠性模型；并在此基础之上，分析UPFC接入后对电网电压、线路潮流的调节能力，研究符合其控制特点的切负荷策略，评估UPFC接入对电网可靠性的影响至关重要。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种统一潮流控制器可靠性建模方法，并在此基础之上，提供包含UPFC的电网可靠性评估方法，从而定性、定量评估UPFC接入对电网可靠性的影响，进而指导电网后期的升级改造。本专利技术的技术方案如下：一种统一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)根据统一潮流控制器构成元件的功能特点，将统一潮流控制器划分为五个子系统，即变压器子系统、换流桥子系统、极设备子系统、直流线路子系统和控制及保护子系统；2)在各子系统内，根据其实现的既定功能，确定各子系统内构成元件间的逻辑关系，并建立各子系统的可靠性故障模型；3)根据各子系统间的逻辑关系及元件的串联关系，用串联等值公式求得统一潮流控制器的两状态模型和对应的可靠性参数：式中：λeqi和μeqi分别是各个子系统的等效故障率和等效修复率，ri为各个子系统的等效故障修复时间，λUPFC是统一潮流控制器的等效故障率，rUPFC是每次故障平均修复时间,μUPFC是等效修复率；假设统一潮流控制器故障概率服从指数分布，那么即得到统一潮流控制器正常工作概率为故障概率为上述技术方案中，其特征在于：所述变压器子系统包括单相三绕组换流变压器和交流侧断路器；所述的换流桥子系统包括换流阀组、换流阀冷却设备及保护装置；所述的极设备子系统包括中性点接地支路及相关开关元件；所述的直流线路子系统包括直流断路器、直流电抗和直流输电线路。本专利技术的技术方案中，步骤2)中所述确定各子系统内构成元件间的逻辑关系，并建立各子系统的可靠性故障模型采用串联等效模型、并联等效模型、无备用元件可靠性模型、冷备用可靠性模型和热备用可靠性模型中的至少一种。本专利技术还提供了一种对含有统一潮流控制器的电网进行可靠性的评估方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)通过蒙特卡洛模拟法模拟系统运行状态，并建立状态空间S，状态空间中每一个元素都代表了一个系统状态Si，系统状态概率为pi；2)针对系统状态Si，分析当前运行状态下是否包含电压越限母线及潮流越限线路，记越限母线为Bi，记越限线路为Lij；3)针对系统状态Si中每一个越限母线Bi，分析当前越限母线Bi是否有统一潮流控制器接入：ⅰ)若有统一潮流控制器接入，则生成0-1的随机数，并与越限母线Bi下的故障概率qUPFC进行比较：a.若随机数小于或等于当前母线下的统一潮流控制器故障概率，则当前统一潮流控制器有故障，为消除电压越限，削减负荷大小为α-loadi,1，计算得到当前状态下的切负荷概率为pi×qUPFC；b.若随机数大于当前母线下的故障概率，则正常工作，调整统一潮流控制器注入量，消除母线电压越限，削减负荷为0，切负荷概率为0；若调整后仍无法消除电压越限，则仍需削减负荷大小β-loadi,1，计算得到当前状态下的切负荷概率为pi×pUPFC；ⅱ)若不存在统一潮流控制器，为消除电压越限，削减负荷loadi,1，计算得到当前状态下的切负荷概率为pi，1＝pi；4)针对系统状态Si中每一个越限线路Lij，分析当前越限线路Lij是否有统一潮流控制器接入：ⅰ)若有统一潮流控制器接入，则生成随机数，并与线路Lij下的故障概率qUPFC比较：a若随机数小于或等于当前线路下的故障概率，则当前有故障，无法工作，为消除线路越限，削减负荷大小为α-loadi,2，计算得到当前状态下的切负荷概率为pi×qUPFC；b、若随机数大于当前线路下的故障概率，则正常工作，调整统一潮流控制器注入量，消除线路越限，削减负荷为0，切负荷概率为0；若统一潮流控制器调整后仍无法消除线路越限，则削减负荷β-loadi,2，计算得到当前状态下的切负荷概率为pi×pUPFC；ⅱ)若不存在统一潮流控制器，则削减负荷loadi,2，计算得到当前状态下的切负荷概率为pi,2＝pi；5)计算完成，统计母线电压越限、线路潮流越限造成的系统切负荷概率及切负荷量，得到可靠性指标。本专利技术具有以下优点及突出性的技术效果：本专利技术提出的UPFC可靠性建模及其接入电网可靠性评估方法，从UPFC物理结构出发，分析了构成元件的功能特点及其逻辑关系，将UPFC分解为5个子系统，继而建立了子系统的可靠性模型，并最终通过串并联分析方法得到UPFC装置的可靠性模型及可靠性参数。在此基础之上，分析UPFC接入后对电网母线电压及线路潮流影响，计算消除电压越限切负荷及线路潮流越限切负荷大小，提出了考虑UPFC的电网可靠性评估方法，解决了目前电网中应用的新型电力电子装置UPFC建模困难及接入电网可靠性影响不详的问题，对分析新型设备对电网可靠性的影响，继而指导电网的后期升级改造，具有重要意义，该方法可应用于电网规划及运行阶段。附图说明图1为统一潮流控制器的结构及其子系统划分图。其中，1-变压器子系统；2-换流桥子系统；3-极设备子系统；4-直流线路子系统。图2为统一潮流控制器状态空间图。图3为统一潮流控制器接入电网工作原理图。图4为统一潮流控制器接入电网等效图。图5为统一潮流控制器故障后的接入点示意图。图6为含统一潮流控制器的电网可靠性评估方法流程。具体实施方式下结合附图和具体实施例对本专利技术的原理及具体实施过程做进一步的说明，并且随着对本专利技术的更全面理解，本专利技术的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在下面的描述中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种统一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)根据统一潮流控制器构成元件的功能特点，将统一潮流控制器划分为五个子系统，即变压器子系统、换流桥子系统、极设备子系统、直流线路子系统和控制及保护子系统；2)在各子系统内，根据其实现的既定功能，确定各子系统内构成元件间的逻辑关系，并建立各子系统的可靠性故障模型；3)根据各子系统间的逻辑关系及元件的串联关系，用串联等值公式求得统一潮流控制器的两状态模型和对应的可靠性参数：

【技术特征摘要】
1.一种统一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)根据统一潮流控制器构成元件的功能特点，将统一潮流控制器划分为五个子系统，即变压器子系统、换流桥子系统、极设备子系统、直流线路子系统和控制及保护子系统；2)在各子系统内，根据其实现的既定功能，确定各子系统内构成元件间的逻辑关系，并建立各子系统的可靠性故障模型；3)根据各子系统间的逻辑关系及元件的串联关系，用串联等值公式求得统一潮流控制器的两状态模型和对应的可靠性参数：式中：λeqi和μeqi分别是各个子系统的等效故障率和等效修复率，ri为各个子系统的等效故障修复时间，λUPFC是统一潮流控制器的等效故障率，rUPFC是每次故障平均修复时间,μUPFC是等效修复率；假设统一潮流控制器故障概率服从指数分布，那么即得到统一潮流控制器正常工作概率为故障概率为2.根据权利要求1所述的一种统一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于：所述变压器子系统包括单相三绕组换流变压器和交流侧断路器；所述的换流桥子系统包括换流阀组、换流阀冷却设备及保护装置；所述的极设备子系统包括中性点接地支路及相关开关元件；所述的直流线路子系统包括直流断路器、直流电抗和直流输电线路。3.根据权利要求1或2所述的一种统一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于：步骤2)中确定各子系统内构成元件间的逻辑关系，并建立各子系统的可靠性故障模型采用串联等效模型、并联等效模型、无备用元件可靠性模型、冷备用可靠性模型和热备用可靠性模型中的至少一种。4.一种采用如权利要求1所求的可靠性参数对含有统一潮流控制器的电网进行可靠性的评估方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)通过蒙特卡洛模拟法模拟系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，赵宏大，史静，程林，刘满君，江轶，谈健，葛毅，杨俊义，李琥，牛文娟，胡晓燕，朱磊，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司经济技术研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32