含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法。根据含多端直流系统的交直流电力系统的特点，建立了含多端直流输电的交直流电力系统的状态‑概率模型以及故障状态再调度模型，进而形成了含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性分析模型，通过故障状态再调度模型形成各状态下各交直流电力系统节点的最优负荷切除量，计算出各个节点的可靠性参数，从而对交直流电力系统的节点可靠性进行有效检测。本发明专利技术为调度机构及时发现交直流电力系统中的可靠性薄弱环节提供有效帮助，具有切实的价值与意义。

Node reliability detection method of AC / DC power system with multi terminal DC system

【技术实现步骤摘要】
含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法
本专利技术针对交直流电力系统领域的一种可靠性检测方法，特别是涉及了一种针对含多端直流系统的交直流电力系统的节点可靠性检测方法。
技术介绍
基于电压源转换器的直流系统的应用使得传统电力系统发生了许多变化。直流系统在处理长距离大容量电力传输方面具有很大优势，并且在管理有功和无功潮流方面提供了灵活性和可控性。与两端直流系统相比，多端直流系统可以在更大的区域内影响直流电网的功率流，从而提供更多的潮流可控性。近年来，多端直流系统已成为大型海上风电场和陆上交流电网互联的理想解决方案。运用最新的电压源换流器结构，即模块化多电平换流器，自世界第一个多端直流系统示范工程——±160千伏多端直流系统示范工程已于2013年在广东省南澳岛投入使用以来，我国已规划建设了大量的多端直流系统工程，使得我国电网逐步形成了由传统交流电网与多端直流系统网络构成的交直流电力系统结构。多端直流系统主要用于长距离和跨区域的电力传输。因此，多端直流系统的故障可能对交直流电力系统的容量充裕性产生重大影响。多端直流输电系统中大量电力电子设备的应用增加了系统组件的数量并使系统的操作和控制模式复杂化。此外，由于缺乏能有效清除直流故障电流的能力，多端直流输电系统的换流器极易发生故障，由此产生的换相失败等连锁故障会严重影响到交直流电力系统的正常运行。随着我国投运多端直流系统工程数量的增加，如何考虑多端直流系统与交流电力系统的耦合特性，现有技术中缺少能对含多端直流系统的交直流电力系统的节点可靠性进行检测的有效方法，缺少了为调度机构及时发现交直流电力系统中的可靠性薄弱环节提供有效帮助，提高系统稳定性的方法。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
中的问题，本专利技术目的在于提供一种含多端直流输电的交直流电力系统节点可靠性检测方法。本专利技术具体包括以下步骤：1)基于含多端直流输电的交直流电力系统各元件计及老化的故障率函数与各元件的连接关系逻辑，建立含多端直流系统的交直流电力系统的状态-概率模型；设定交直流电力系统当前运行时刻t，具体是利用多端直流系统的状态-概率模型，输入所有元件在时刻t的故障率函数和修复率，进而计算获得多端直流系统中耦合元件的各子系统的故障率函数和修复率函数；结合利用交流电力系统的状态-概率模型中的交流电力系统的状态和状态概率，获得时刻t交直流电力系统的状态集合Zv,t与对应的概率集合Pv,t；2)基于以停电损失与再调度损失最低为目标的交直流电力系统最优潮流模型，建立含多端直流系统的交直流电力系统故障状态的再调度模型，从而计算含多端直流系统的交直流电力系统中各节点在故障状态下的最优负荷切除量与机组最优出力再调度量，具体为负荷节点在故障状态下的最优负荷切除量和发电节点在故障状态下的机组调度量；具体是利用时刻t交直流电力系统的状态集合Zv,t输入到的再调度模型中，对状态集合Zv,t中所有的故障状态进行再调度优化，得到时刻t交直流电力系统各负荷节点的最优负荷切除量；3)基于各节点在故障状态下的最优负荷切除量，通过建立含多端直流系统的交直流电力系统的节点可靠性分析模型，计算各节点的可靠性参数，从而对各节点的可靠性进行检测；具体是利用最优负荷切除量和时刻t概率集合Pv,t输入到节点可靠性分析模型处理获得可靠性参数，最后利用可靠性参数对含多端直流系统的交直流电力系统节点进行可靠操作处理。所述的含多端直流系统的交直流电力系统主要由多端直流系统和交流电力系统连接而成，多端直流系统包括直流发电节点和耦合元件，每个直流发电节点是由至少一个直流侧发电机组连接构成，多端直流系统的各个直流发电节点经自身的耦合元件和交流电力系统连接；交流电力系统包括多个交流发电节点、负荷节点与交流线路，每个交流发电节点是由至少一个交流侧发电机组连接构成，每个负荷节点是由至少一个负荷设备连接构成，直流发电节点和交流发电节点共同形成发电节点，各负荷节点与各发电节点间通过交流线路相连；耦合元件包括三个子系统，分别为子系统A、子系统B和子系统C：子系统A(SA)是由交流断路器(ACB)、交流滤波器(ACF)、换流变压器(CT)和控制与保护设备(CPD)的四个元件依次连接构成；子系统B(SB)是由换流阀(CV)的元件构成，换流阀为模块化多电平结构，模块化多电平结构换流阀包含六个换流桥臂，各换流桥臂包含若干换流子模块(SubModule,SM)；子系统C(SC)由直流断路器(DCB)和直流线路(DCL)的两个元件依次连接构成。具体实施中，直流侧发电机组例如为风机，直流发电节点为一风电场。交流侧发电机组例如为火电机组，交流发电节点为一火电场。所述步骤1)包括：1.1)基于多端直流系统中各元件计及老化的故障率函数和各元件的连接关系逻辑，建立多端直流系统的状态-概率模型；1.1.1)首先，分为三个子系统分别处理；对于子系统A，根据子系统内各元件的串并联关系对子系统A的故障率函数λSA(t)与修复率函数μSA(t)进行建模：其中，λACB(t),λCT(t),λCPD(t),λACF(t)分别为交流断路器(ACB)、交流滤波器(ACF)、换流变压器(CT)以及控制与保护设备(CPD)的故障率函数，μACB,μCT,μCPD,μACF分别为交流断路器(ACB)、交流滤波器(ACF)、换流变压器(CT)以及控制与保护设备(CPD)的修复率，上述参数均可通过元件手册查得；对于子系统B，子系统B中的换流模块为不可修复元件故而整个子系统B视为不可修复元件，所有换流桥臂的子模块都工作在负荷共享模式中，采用以下公式处理子系统B的故障率函数λSB(t)进行建模：其中，λarm为换流阀(CV)的每个换流桥臂的故障率，NSM为换流阀(CV)的单个换流桥臂备用换流子模块数量，LSM为满足换流阀(CV)的每个换流桥臂正常工作要求的最少运行换流子模块的数量，λSM(τ)为子模块的可靠性函数，e表示常数e；nSM表示当前正常运行的一换流子模块，τ表示当前所在的时刻；由于子系统B中的换流阀元件为不可修复元件，不存在修复率，因此子系统B不存在修复率函数μSB(t)。对于子系统C，根据子系统内各元件的串并联关系对子系统C的故障率函数λSC(t)与修复率函数μSC(t)进行建模：其中，λDCB(t),λDCL(t)分别为直流断路器(DCB)和直流线路(DCL)的故障率函数，μDCB,μDCL分别为直流断路器(DCB)和直流线路(DCL)的修复率，上述参数均可通过元件手册查得；1.1.2)然后根据三个子系统的故障率函数与修复率函数采用马尔可夫状态转移方程直接计算得到整个多端直流系统的各状态及对应的等效概率；其中，zv,y分别表示多端直流系统的当前状态，zv,x分别表示多端直流系统的参考状态；分别为t时刻多端直流系统的参考状态zv,x和当前状态zv,y对应的等效概率，Nv为总的系统状态数，分别为t时刻多端直流系统从参考状态zv,x到当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法，其特征在于：/n1)基于含多端直流输电的交直流电力系统各元件计及老化的故障率函数与各元件的连接关系逻辑，建立含多端直流系统的交直流电力系统的状态-概率模型；具体是利用多端直流系统的状态-概率模型，输入所有元件在时刻t的故障率函数和修复率，进而计算获得多端直流系统中耦合元件的各子系统的故障率函数和修复率函数；结合利用交流电力系统的状态-概率模型中的交流电力系统的状态和状态概率，获得时刻t交直流电力系统的状态集合Z

【技术特征摘要】
1.一种含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法，其特征在于：
1)基于含多端直流输电的交直流电力系统各元件计及老化的故障率函数与各元件的连接关系逻辑，建立含多端直流系统的交直流电力系统的状态-概率模型；具体是利用多端直流系统的状态-概率模型，输入所有元件在时刻t的故障率函数和修复率，进而计算获得多端直流系统中耦合元件的各子系统的故障率函数和修复率函数；结合利用交流电力系统的状态-概率模型中的交流电力系统的状态和状态概率，获得时刻t交直流电力系统的状态集合Zv,t与对应的概率集合Pv,t；
2)基于以停电损失与再调度损失最低为目标的交直流电力系统最优潮流模型，建立含多端直流系统的交直流电力系统故障状态的再调度模型，从而计算含多端直流系统的交直流电力系统中各节点在故障状态下的最优负荷切除量；具体是利用时刻t交直流电力系统的状态集合Zv,t输入到的再调度模型中，对状态集合Zv,t中所有的故障状态进行再调度优化，得到时刻t交直流电力系统各负荷节点的最优负荷切除量；
3)基于各节点在故障状态下的最优负荷切除量，通过建立含多端直流系统的交直流电力系统的节点可靠性分析模型，计算各节点的可靠性参数，从而对各节点的可靠性进行检测；具体是利用最优负荷切除量和时刻t概率集合Pv,t输入到节点可靠性分析模型处理获得可靠性参数，最后利用可靠性参数对含多端直流系统的交直流电力系统节点进行可靠操作处理。


2.根据权利要求1所述的一种含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法，其特征在于：所述的含多端直流系统的交直流电力系统主要由多端直流系统和交流电力系统连接而成，多端直流系统包括直流发电节点和耦合元件，每个直流发电节点是由至少一个直流侧发电机组连接构成，多端直流系统的各个直流发电节点经自身的耦合元件和交流电力系统连接；交流电力系统包括多个交流发电节点、负荷节点与交流线路，每个交流发电节点是由至少一个交流侧发电机组连接构成，每个负荷节点是由至少一个负荷设备连接构成，各负荷节点与各发电节点间通过交流线路相连；耦合元件包括三个子系统，分别为子系统A、子系统B和子系统C：子系统A(SA)是由交流断路器(ACB)、交流滤波器(ACF)、换流变压器(CT)和控制与保护设备(CPD)的四个元件依次连接构成；子系统B(SB)是由换流阀(CV)的元件构成；子系统C(SC)由直流断路器(DCB)和直流线路(DCL)的两个元件依次连接构成。


3.根据权利要求1所述的一种含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法，其具体特征在于：所述步骤1)包括：
1.1)基于多端直流系统中各元件计及老化的故障率函数和各元件的连接关系逻辑，建立多端直流系统的状态-概率模型；
1.1.1)首先，分为三个子系统分别处理；
对于子系统A，根据子系统内各元件的串并联关系对子系统A的故障率函数λSA(t)与修复率函数μSA(t)进行建模：



其中，λACB(t),λCT(t),λCPD(t),λACF(t)分别为交流断路器(ACB)、交流滤波器(ACF)、换流变压器(CT)以及控制与保护设备(CPD)的故障率函数，μACB,μCT,μCPD,μACF分别为交流断路器(ACB)、交流滤波器(ACF)、换流变压器(CT)以及控制与保护设备(CPD)的修复率；
对于子系统B，所有换流桥臂的子模块都工作在负荷共享模式中，采用以下公式处理子系统B的故障率函数λSB(t)进行建模：



其中，λarm为换流阀(CV)的每个换流桥臂的故障率，NSM为换流阀(CV)的单个换流桥臂备用换流子模块数量，LSM为满足换流阀(CV)的每个换流桥臂正常工作要求的最少运行换流子模块的数量，λSM(τ)为子模块的可靠性函数，e表示常数e；nSM表示当前正常运行的一换流子模块，τ表示当前所在的时刻；
对于子系统C，根据子系统内各元件的串并联关系对子系统C的故障率函数λSC(t)与修复率函数μSC(t)进行建模：



其中，λDCB(t),λDCL(t)分别为直流断路器(DCB)和直流线路(DCL)的故障率函数，μDCB,μDCL分别为直流断路器(DCB)和直流线路(DCL)的修复率；
1.1.2)然后根据三个子系统的故障率函数与修复率函数计算得到整个多端直流系统的各状态及对应的等效概率；



其中，zv,y分别表示多端直流系统的当前状态，zv,x分别表示多端直流系统的参考状态；分别为t时刻多端直流系统的参考状态zv,x和当前状态zv,y对应的等效概率，Nv为总的系统状态数，分别为t时刻多端直流系统从参考状态zv,x到当前状态zv,y与从当前状态zv,y到参考状态zv,x的状态转移率；
1.2)基于交流电力系统中各元件计及老化的故障率函数和各元件的连接关系逻辑，建立交流电力系统的状态-概率模型：
交流电力系统中的元件均视为两状态元件，即包含可用状态(100％容量)与不可用状态(0％容量)的两种状态，交流电力系统中由所有元件根据两种状态进行排列组合分配获得交流电力系统的所有可能的状态，同时采用以下公式获得交流电力系统每种状态下的状态概率：



其中，pz1(t)为时刻t交流电力系统容量状态为z1的概率，o为容量状态z1下的交流电力系统正常工作的元件数，An(t)与Ul(t)分别为时刻t元件n的可用率和元件l的不可用率；元件n为当前正常工作的一元件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁一，郭立邦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33