CN106786559A - 一种海上换流站可靠性的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海上换流站可靠性的评估方法，该方法包括根据海上换流站内部电气设备的可利用率计算换流站子系统的可利用率；根据换流站子系统的可利用率计算换流站总体可利用率；根据换流站总体可利用率，评估换流站可靠性。本发明提供的技术方案有效提高了换流站持续工作时间和工作效率，为工程前期研究阶段提供了换流站可靠性评估依据，为工程建设提供了技术支撑。

Description

一种海上换流站可靠性的评估方法

技术领域

本发明涉及换流站可靠性评估领域，具体讲涉及一种海上换流站可靠性的评估方法。

背景技术

海上风能资源的能量效益比陆地风电场高20％至40％，具有电量大、运行稳定以及机组寿命长等优势，是未来风电发展的主要方向。随着海上风电场规模的不断扩大，海上换流站成为工程中必不可少的一部分，近年来海上换流站的建设在世界范围内正经历着前所未有的增长。

模块化多电平柔性直流输电技术凭借其灵活、可控的技术特点，以及环保、占用空间较小、供电可靠性高的优势，特别适合应用于为海上平台系统供电。由于海上换流平台的维护特性以及工作环境，使得设备及整体的可靠性极大程度的影响工程的技术性能和资金投入。然而虽然基于柔性直流输电技术的海上换流站工程数量不断增加，但对于其工程整体的可靠性研究目前尚属空白。

为填补海上换流站工程可靠性的评估的空白，需要提供一种换流站可靠性评估的方法，为工程实施提供技术支撑。

发明内容

为满足现有技术发展的需要，本发明提供了一种海上换流站可靠性的计算方法。

本发明提供的海上换流站可靠性计算方法，其改进之处在于，所述方法包括：

根据海上换流站内部电气设备的可利用率计算换流站子系统的可利用率；

根据换流站子系统的可利用率计算换流站总体可利用率；

根据换流站总体可利用率，评估换流站可靠性。

进一步的，所述换流站子系统的可利用率A_subsystem-i按下式计算：

其中，N：表示子系统内各设备的数量；A_i：表示换流站内部电气设备的可利用率，按下式计算：

MTBF：表示平均故障间隔时间；MTTR：表示平均修复时间。

进一步的，所述根据换流站子系统的可利用率计算换流站总体可利用率，如下式所示：

其中，M：表示换流站内子系统的数量。

一种划分子系统的换流站可靠性评估方法，计算换流站子系统的可利用率前，将换流站划分为如下各换流站子系统：

GIS、变压器、换流阀桥臂、换流阀、平波电抗、控制保护系统和辅助系统。

进一步的，所述换流站总体可利用率A_换流站按下式计算：

A_GIS：表示GIS子系统的可利用率；A_变压器：表示变压器的子系统的可利用率：表示包括6个换流阀桥臂的阀电抗器子系统的可利用率；A_换流阀、A_控制保护、A_辅助系统和分别表示换流阀子系统、控制保护子系统、辅助系统和包括2个平波电抗的平波电抗子系统的可利用率。

一种海上换流站可靠性的评估方法，所述换流站为双极柔性直流输电系统换流站，所述方法包括：

根据单极线路内部子系统中电气设备的可利用率计算单极线路内部子系统的可利用率；

根据单极线路内部子系统的可利用率计算双极柔性直流输电系统换流站的可利用率；

根据换流站总体可利用率，评估换流站可靠性。

进一步的，通过下式计算单极线路的可利用率A_single：

式中，M’：表示单极线路内部子系统的数量；A_s-i'：表示单极线路内部子系统的可利用率，通过下式求得：

式中，N’：表示单极线路内部子系统中的设备数量；A_i'：表示单极线路内部子系统中设备的可利用率，通过下式求得：

进一步的，按下式计算双极柔性直流输电系统换流站的可利用率A_double：

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明提供的技术方案将海上换流站划分为电气设备、子系统和系统的三等级，逐级计算可利用率，并用系统的总可利用率评估海上换流站的可靠性，该评估方法依靠子系统划分的评估方法评估海上换流站，即可有效评估海上换流站的可靠性，又可根据不同子系统和设备的可利用率评估换流站内部设备可靠性，保证换流站持续且高效工作。

2、本发明提供的海上换流站可靠性评估方法，将填补我国海上换流站可靠性研究的技术空白，为工程前期研究阶段提供换流站可靠性计算的依据；为我国未来海上换流站以及远海风电场的规划建设提供技术支撑；本发明提供的换流站可靠性评估方法的相关成果也完全适用于国际海上风电工程，为我国开拓国际市场提供理论依据。

附图说明

图1为本发明提供的海上换流站内部设备简化结构图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图，以具体实施例的方式详细介绍本发明提供的技术方案。

本发明提供了一种计算基于柔性直流输电技术的海上换流站工程可靠性的方法，针对基于柔性直流输电技术的工程在世界范围内规划及投运的数量日益增对，但针对工程可靠性方面的研究极少，补充了海上换流站可靠性分析的空白。

实施例1

本发明提供的海上换流站可靠性评估方法包括：

首先，根据各电气设备厂家提供的其产品的平均修复时间(MTTR)，即设备故障后平均修复所需要的时间，平均故障间隔时间(MTBF)，即平均一次故障到下一次故障之间所间隔的时间，计算得到单件设备的可用率指标A_i，计算过程如下：

如附图1所示的典型基于柔性直流输电技术的海上换流站的内部电气系统结构，将全部电气设备划分为多个子系统。其中，目前主流柔性直流输电工程所采用的模块化多电平技术的海上换流站中含有多个桥臂电抗器以及直流侧平波电抗器，因此包含多个桥臂电抗器的子系统可利用率将由单个桥臂电抗器设备可利用率的N次方形式求出。根据各子系统内部关键设备的数量即可求得子系统的可利用率A_subsystem，如下式所示：

其中，N为子系统内各设备的数量。

最终，海上换流站的综合可利用率即可由各子系统的可利用率A_station综合得出，如下式所示。

其中，M为换流站内各子系统的数量。

实施例2

以附图1所示的柔性直流海上换流站为例，将换流站划分为如下各换流站子系统：

GIS、变压器、换流阀桥臂、换流阀、平波电抗、控制保护系统和辅助系统。

控制保护子系统内包含阀控制保护系统、换流站级控制保护系统、直流侧控制保护系统等换流站内全部控制保护系统，辅助系统内包含站用电系统、冷却系统、辅助供电系统等。

根据子系统内各设备的可利用率计算各子系统可利用率：

换流站各子系统的可利用率A_subsystem-i按下式计算：

其中，N：表示子系统内各设备的数量；A_i：表示换流站内部电气设备的可利用率，按下式计算：

MTBF：表示平均故障间隔时间；MTTR：表示平均修复时间。

根据各子系统的可利用率计算换流站系统总可利用率：

换流站综合可利用率为：

式中，A_GIS：表示GIS子系统的可利用率；A_变压器：表示变压器的子系统的可利用率：表示包括6个换流阀桥臂的阀电抗器子系统的可利用率；A_换流阀、A_控制保护、A_辅助系统和分别表示换流阀子系统、控制保护子系统、辅助系统和包括2个平波电抗的平波电抗子系统的可利用率。

实施例3

对于海上双极柔性直流输电系统的换流站而言,依据上述方法通过单极线路内部设备的可利用率计算得到换流站单极线路的可利用率A_single；根据电机线路内部子系统的可利用率计算整体双极柔性直流输电系统的换流站的可利用率A_double；根据换流站总体可利用率，评估换流站可靠性；

按下式计算单极线路的可利用率A_single：

式中，M’：表示单极线路内部子系统的数量；A_s-i'：表示单极线路内部子系统的可利用率，通过下式求得：

式中，N’：表示单极线路内部子系统中的设备数量；A_i'：表示单极线路内部子系统中设备的可利用率，通过下式求得：

根据功率输出比例，按下式计算双极柔性直流输电系统换流站可利用率A_double：

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海上换流站可靠性的评估方法，其特征在于，所述方法包括：

根据海上换流站内部电气设备的可利用率计算换流站子系统的可利用率；

根据换流站子系统的可利用率计算换流站总体可利用率；

根据换流站总体可利用率，评估换流站可靠性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换流站子系统的可利用率A_subsystem-i按下式计算：

$A_{subsystem-i}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Π}}{A}_i$

其中，N：表示子系统内各设备的数量；A_i：表示换流站内部电气设备的可利用率，按下式计算：

$A_i=\frac{MTBF}{MTBF+MTTR}$

MTBF：表示平均故障间隔时间；MTTR：表示平均修复时间。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据换流站子系统的可利用率计算换流站总体可利用率，如下式所示：

$A_{station}=\underset{i=1}{\overset{M}{\Π}}{A}_{subsystem-i}$

其中，M：表示换流站内子系统的数量。

4.一种如权利要求1或2所述的换流站可靠性的评估方法，其特征在于，计算换流站子系统的可利用率前，将换流站划分为如下各换流站子系统：

GIS、变压器、换流阀桥臂、换流阀、平波电抗、控制保护系统和辅助系统。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述换流站总体可利用率A_换流站按下式计算：

A_GIS：表示GIS子系统的可利用率；A_变压器：表示变压器的子系统的可利用率：表示包括6个换流阀桥臂的阀电抗器子系统的可利用率；A_换流阀、A_控制保护、A_辅助系统和分别表示换流阀子系统、控制保护子系统、辅助系统和包括2个平波电抗的平波电抗子系统的可利用率。

6.一种海上换流站可靠性的评估方法，其特征在于，所述换流站为双极柔性直流输电系统换流站，所述方法包括：

根据单极线路内部子系统中电气设备的可利用率计算单极线路内部子系统的可利用率；

根据单极线路内部子系统的可利用率计算双极柔性直流输电系统换流站的可利用率；

根据换流站总体可利用率，评估换流站可靠性。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，按下式计算单极线路的可利用率A_single：

$A_{\sin gle}=\underset{i=1}{\overset{M^{\′}}{\Π}}{A_{s-i}}^{\′}$

式中，M’：表示单极线路内部子系统的数量；A_s-i'：表示单极线路内部子系统的可利用率，通过下式求得：

${A_{s-i}}^{\′}=\underset{i=1}{\overset{N^{\′}}{\Π}}{A_i}^{\′}$

式中，N’：表示单极线路内部子系统中的设备数量；A_i'：表示单极线路内部子系统中设备的可利用率，通过下式求得：

${A_i}^{\′}=\frac{MTBF}{MTBF+MTTR}.$

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，按下式计算双极柔性直流输电系统换流站的可利用率A_double：

$A_{\mathrm{double}}=A_{\sin \mathrm{gle}}^2\×100\%+2\×A_{\sin \mathrm{gle}}\×(1-A_{\sin \mathrm{gle}})\×50\%.$