CN107069700A - 柔性直流输电网络可靠性评估方法 - Google Patents

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CN107069700A
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徐谦
杨勇
孙黎滢
徐晨博
杨升峰
张利军
黄锦华
陶佳
宁康红
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Energy Source In China Construction Group Zhejiang Province Power Design Institute Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Economic and Technological Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
Economic and Technological Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明涉及一种柔性直流输电网络可靠性评估方法，步骤如下：(1)获取元件失效频率和恢复时间；(2)对网络拓扑进行建模，内点法计算直流潮流，得到初步可靠性结果；(3)对元件先验信息、拓扑进行敏感性分析，列举先验信息和拓扑范围空间；(4)批量计算敏感性分析结果，得到失电量数学期望值。本发明有益的效果是：本发明通过柔性直流系统的可靠性建模的计算结果与综合投资年值及运维、损耗的综合年费用值合并考虑，以同量纲值的量化结果提供了不同方案柔性直流输电网络的综合可靠性和经济性比较手段，对于造价水平很高的柔直输电网络系统具有很大的现实优化作用。具有显著的经济效益及社会效益。

Description

柔性直流输电网络可靠性评估方法
技术领域
本发明涉及电力系统的评估方法，尤其是一种柔性直流输电网络可靠性评估方法。
背景技术
直流输电不仅能实现大容量电力远距离输送，而且大电网之间通过直流互联，两电网不互相干扰和影响，还可迅速地实现功率支援，从而大大提高互联电网的安全稳定性。可见，直流输电系统对于交直流互联大电网的安全可靠运行将起着重要的作用，这也决定了其自身的可靠性以及交流系统故障对直流系统运行风险的影响必然成为关注的重点。
1968年，国际大电网组织(CIGRE)开始对全世界的高压直流输电系统进行可靠性的统计和分析。同年，R.Billinton教授发表了第一篇有关高压直流输电系统可靠性的论文，应用概率分布法(Probability Distribution Method)对英国的金思诺斯(Kingsnorth)直流输电工程进行了可靠性评估。概率分布法根据直流系统元件的故障概率来计算系统的可用输送容量随机地处在各种可能状态下的概率，并以此作为评估高压直流输电系统可靠性的基础指标。这种方法原理比较简单、应用起来比较方便，但由于不能考虑系统在各种状态之间的随机转移情况及其后果，因此计算结果会带来误差。同时，该方法没有较强的系统性，建立元件故障率与系统处于各种容量状态的概率关系十分繁琐，并且容易出错。上述缺点使得概率分布法在实际工程中的应用受到了很大的限制。
随着Markov理论和状态空间模型引入电力系统的可靠性评估，Billinton等人又提出了高压直流输电系统可靠性评估的频率和持续时间法(FD)，这种方法的基本思路是首先建立各子系统的状态空间图并获得相应的等效模型，然后通过组合各等效模型来建立整个系统的状态空间图。在建立状态空间图及对各子系统等效模型进行组合的过程中，可以考虑实际高压直流输电系统各种复杂的技术条件。FD法评估的主要可靠性指标有系统可用输送容量处于各种状态的概率、频率以及持续时间等。通过计算这些指标，可以更深刻地从可靠性角度反映高压直流输电系统的特点。
考虑到直流输电系统设备众多，FD法可能很难考虑到所有的设备。为此，基于故障模式后果分析法(FMEA)采用故障树与最小割集结合的方法描述系统动态行为，通过灵敏度分析指出了直流系统可靠性的薄弱环节。
相对于交流系统，高压直流输电系统组成元件种类多，结构复杂，运行方式多样。此外，作为一个典型的复杂可修复系统，高压直流输电系统中各元件或子系统的运行状态并不相互独立，而是存在较为复杂的相关性。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种效率更高、更优化的柔性直流输电网络可靠性评估方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种柔性直流输电网络可靠性评估方法，步骤如下：
(1)获取元件失效频率和恢复时间；
(2)对网络拓扑进行建模，内点法计算直流潮流，得到初步可靠性结果；
(3)对元件先验信息、拓扑进行敏感性分析，列举先验信息和拓扑范围空间；
(4)批量计算敏感性分析结果，得到失电量数学期望值；
(5)计算各方案的综合投资年值及运维费用、损耗费用的综合年费用值；
(6)合并(求和)年费用值和年可靠性支出费用(失电量电费)期望值；
(7)对不同方案的综合可靠性年费用值进行比较，选择最优方案。
本发明有益的效果是：本发明通过柔性直流系统的可靠性建模的计算结果与综合投资年值及运维、损耗的综合年费用值合并考虑，以同量纲值的量化结果提供了不同方案柔性直流输电网络的综合可靠性和经济性比较手段，对于造价水平很高的柔直输电网络系统具有很大的现实优化作用。具有显著的经济效益及社会效益。
附图说明
图1是本发明流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图所示，这种柔性直流输电网络可靠性评估方法，步骤如下：
(1)获取元件失效频率和恢复时间，失效频率和恢复时间是统计先验信息，目前柔直元件先验信息不足，只能参考传统电力元件，因此，失效频率和恢复时间通过已有元件信息进行外推获得；
(2)对网络拓扑进行建模，内点法计算直流潮流，得到初步可靠性结果；
(3)对元件先验信息、输电网络系统拓扑进行敏感性分析，列举先验信息和拓扑范围空间；
(4)批量计算敏感性分析结果，得到失电量数学期望值，由于元件先验信息缺失，因此由步骤3计算得到的系统失电量值存在一个误差空间，即需要通过对先验信息进行敏感性分析，批量计算得到系统对应的失电量向量，并通过加权分析或人工判断得到某方案的最终失电量数学期望值；
(5)计算各方案的综合投资年值及运维费用、损耗费用的综合年费用值；
年费用公式：
其中AC为年费用，I为投资(含固定资产投资和流动资金)，C为经营成本，S为计算期末回收固定资产余值，w为计算期末回收流动资金。
(6)合并(求和)年费用值和年可靠性支出费用(失电量电费)期望值；
(7)对不同方案的综合可靠性年费用值进行比较，选择最优方案。
步骤(2)中内点法的基本思想是从可行域内部的一个初始点出发，沿可行方向求出使目标函数下降的新内点，再从这个新内点出发，沿可行方向迭代求出使目标函数下降的后续内点，反复迭代，得到一个由内点组成的序列，使目标函数值逐渐趋于最优值。为了找到最优解，单纯形法有时需要遍历大部分甚至所有可行域顶点才能收敛，而内点法的计算时间对问题规模不敏感，具有多项式时间，更适于大系统优化。目前主要有三类内点法：投影法、仿射尺度法和原对偶法。随着不断发展，内点法的应用领域也从线性规划向线性互补问题、二次规划问题、非线性规划问题等不断延伸。针对柔直输电网络系统的某一个方案，对各元件失效状态下的各系统状态进行建模，每个状态通过内点法计算得到最优潮流方案，即可得到该失效模式下系统的最小失负荷电量，通过对所有失效模式进行统计，即得到该方案下的系统失电量值。
下面表格为可靠性评估方案计算结果示例。表格示意了三个不同结构的柔直网络的可靠性量化差异，其中抽样次数为状态评估用的总样本数量，状态评估失败样本数指抽样样本空间中的状态评估计算不收敛数量，期望失负荷量指方案损失负荷功率的数学期望值，失负荷电量指方案的损失负荷电量的数学期望值，标准差、方差系数和期望失负荷概率为相应统计指标。可以看到，失负荷电量得以能够将方案对应柔直网络的可靠性与工程运维年费用直流定量挂钩，对柔直网络可靠性评估的闭环量化具有重要意义。
下面表格为可靠性评估灵敏度分析参数设置及结果示例。表格示意了某柔直网络方案下海缆失效频率和换流站失效频率不同时对期望失电量的影响，可以看到，该方案下换流站失效频率对系统期望失电量的提升影响较海缆失效频率大。
本发明所采用的可靠性评估方法中，增加了对柔性直流系统及柔性直流电网的支持，其抽样原理与常规电力系统可靠性评估相仿，其中柔直支路可单独考虑失效情况，即对应于柔直系统中包含直流断路器的情况。柔直换流站可以设置主从关系、控制方式和控制参数，可完成对应状态估计的计算。抽样后，若柔直换流站故障，相邻直流支路继续保持正常运行，若线路故障，备用线路及相关换流站自动采取优化策略以提高故障方式下潮流转移水平而降低系统失效率。
本发明采用了自适应的并行计算方式，在可靠性评估的抽样计算中，通过最大程度利用CPU的线程资源，对数万次以上的抽样后状态估计进行了同步计算，在8核CPU上的计算加速比基本达到了6倍左右，大大降低了单次可靠性评估的计算时间。
本发明中状态评估采用了基于直流潮流的OPF模型，求解方法为预测校正原对偶内点法。
本发明将柔性直流输电系统计及综合投资年值及运维、损耗的综合年费用值与年可靠性支出费用值进行了综合考虑。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种柔性直流输电网络可靠性评估方法，其特征是：步骤如下：
(1)获取元件失效频率和恢复时间；
(2)对网络拓扑进行建模，内点法计算直流潮流，得到初步可靠性结果；
(3)对元件先验信息、拓扑进行敏感性分析，列举先验信息和拓扑范围空间；
(4)批量计算敏感性分析结果，得到失电量数学期望值；
(5)计算各方案的综合投资年值及运维费用、损耗费用的综合年费用值；
(6)合并(求和)年费用值和年可靠性支出费用(失电量电费)期望值；
(7)对不同方案的综合可靠性年费用值进行比较，选择最优方案。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电网络可靠性评估方法，其特征是：所述步骤(1)中的失效频率和恢复时间通过已有元件信息进行外推获得。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006014527A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 Mitsubishi Electric Corp 系統制御手順の自動作成方法
CN104682381A (zh) * 2015-01-26 2015-06-03 南方电网科学研究院有限责任公司 大型风电场柔性直流输电系统可靠性计算方法

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Title
丁明，等: "含VSC-HVDC 的交直流混合发输电系统可靠性评估", 《中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十三届学术年会》 *

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