CN107482609B - 一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法，包括：在多种运行方式下，对多条线路进行分段，对多条线路上的每个分段点分别设置接地故障及进行随后故障清除，获取每个分段点的多次故障发生时的过电压值；按电压档级，统计过电压最小值和最大值之间每档过电压的频度；根据获取的过电压的频度与每一种运行方式出现概率相乘，并将相乘后的结果进行相加，获取多条线路上每个分段点的总体过电压的频度；将总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取多条线路内典型空气间隙的闪络概率；根据每条线路中包括的多段档距，计算直流电网中多条线路的总体闪络率；若总体闪络率大于预期闪络率，则增大空气间隙长度。

Description

一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法及系统

技术领域

本发明涉及特高压直流输电技术领域，更具体地，涉及一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法及系统。

背景技术

高压直流输电技术被用于通过架空线和海底电缆远距离输送电能；同时在一些不适于用传统交流联接的场合，它也被用于独立电力系统间的联接。高压直流输电用于远距离或超远距离输电，因为它相对传统的交流输电更经济。应用高压直流输电系统，电能等级和方向均能得到快速精确的控制，这种性能可提高它所连接的交流电网性能和效率，直流输电系统已经被普遍应用。

目前，常规两端直流线路仅依据沿线最大操作过电压幅值来设计操作冲击空气空气间隙。该方法虽然较为简单，但可能造成间隙取值偏大，不能兼顾工程经济性，且无法准确评估线路的操作冲击性能。

因此，需要一种技术，以解决用于直流电网中线路运行性能评估的问题。

发明内容

本申请提供一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法及系统，以解决如何对直流电网中线路运行性能进行评估的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法，所述方法包括：

在多种运行方式下，对多条线路进行分段，对多条线路上的每个分段点分别设置接地故障及进行随后故障清除，获取所述每个分段点的多次故障发生时的过电压值；

按预设的电压档级，统计过电压最小值和最大值之间每档过电压的频度；

根据获取的过电压的频度与每一种运行方式出现概率相乘，并将相乘后的结果进行相加，获取多条线路上每个分段点的总体过电压的频度；

将所述总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取所述多条线路内典型空气间隙的闪络概率；

根据所述每条线路中包括的多段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率；

将所述总体闪络率与预期闪络率进行比较，若所述总体闪络率大于所述预期闪络率，则增大空气间隙长度。

优选地，所述对多条线路进行分段，包括：按塔型的类别对所述多条线路进行分段，按线路所处位置土壤电阻率的变化对所述多条线路进行分段，以及按线路平均长度对所述多条线路进行分段。

优选地，在多种运行方式下，停运极或停运线路上过压值设置为零。

优选地，所述多种运行方式包括：双极运行方式、单极金属回线运行方式和单极大地回路运行方式。

优选地，所述将所述总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取所述多条线路内典型空气间隙的闪络概率，包括：

其中F(u)du为任一条线路上每个分段点的总体过电压频度；

p(u)为任一线路典型空气间隙的放电概率，

为典型空气间隙在操作冲击电压波下的50％放电电压；σf为典型空气间隙放电电压的标准偏差，u为典型空气间的操作过电压。

优选地，所述根据所述每条线路中包括的多段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率，包括：

设置所述每条线路中分别实际含L₁、L₂…L_N1、L_N1+1…L_N1+N2、L_N1+N2+1…L_{N1+N2+……Nn}段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率为1-((1-(1-P₁)^L1)(1-(1-P₂)^L2)…(1-(1-P_N1)^N1)(1-(1-P_N1+1)^N1+1)…(1-(1-P_N1+N2)^N1+N2)(1-(1-P_N1+N2+1)^N1+N2+1)…(1-(1-P_N1+N2+…Nn)^{N1+N2+…Nn+1}))。

基于本发明的另一方面，提供一种用于直流电网中线路运行性能评估的系统，所述系统包括：

第一获取单元，用于在多种运行方式下，对多条线路进行分段，对多条线路上的每个分段点分别设置接地故障及进行随后故障清除，获取所述每个分段点的多次故障发生时的过电压值；

统计单元，用于按预设的电压档级，统计过电压最小值和最大值之间每档过电压的频度；

第二获取单元，用于根据获取的过电压的频度与每一种运行方式出现概率相乘，并将相乘后的结果进行相加，获取多条线路上每个分段点的总体过电压的频度；

第三获取单元，用于将所述总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取所述多条线路内典型空气间隙的闪络概率；

计算单元，用于根据所述每条线路中包括的多段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率；

分析单元，用于将所述总体闪络率与预期闪络率进行比较，若所述总体闪络率大于所述预期闪络率，则增大空气间隙长度。

优选地，所述第一获取单元还用于：所述对多条线路进行分段，包括：按塔型的类别对所述多条线路进行分段，按线路所处位置土壤电阻率的变化对所述多条线路进行分段，以及按线路平均长度对所述多条线路进行分段。

优选地，在多种运行方式下，停运极或停运线路上过压值设置为零。

优选地，所述多种运行方式包括：双极运行方式、单极金属回线运行方式和单极大地回路运行方式。

优选地，所述第三获取单元，还用于：

其中F(u)du为任一条线路上每个分段点的总体过电压频度；

p(u)为任一线路典型空气间隙的放电概率，

为典型空气间隙在操作冲击电压波下的50％放电电压；σf为典型空气间隙放电电压的标准偏差，u为典型空气间的操作过电压。

优选地，所述计算单元还用于：

设置所述每条线路中分别实际含L₁、L₂…L_N1、L_N1+1…L_N1+N2、L_N1+N2+1…L_{N1+N2+……Nn}段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率为1-((1-(1-P₁)^L1)(1-(1-P₂)^L2)…(1-(1-P_N1)^N1)(1-(1-P_N1+1)^N1+1)…(1-(1-P_N1+N2)^N1+N2)(1-(1-P_N1+N2+1)^N1+N2+1)…(1-(1-P_N1+N2+…Nn)^N1+N2+…Nn))。

本申请的实施方式能够准确评估直流电网中线路的操作冲击性能，通过选用线路预期闪络率为线路性能评估参数，为线路操作冲击空气间隙设计提供依据，本申请兼顾安全性和经济性设计线路操作冲击空气间隙。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法流程图；

图2为根据本发明实施方式的一种用于直流电网中线路运行性能评估的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法流程图。本申请提供的一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法，通过以预先设定预期闪络率作为线路性能评估参数，作为线路性能评估参数，为线路操作冲击空气间隙设计提供依据。如图1所示，一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法100从步骤101开始：

优选地，在步骤101：在多种运行方式下，对多条线路进行分段，对多条线路上的每个分段点分别设置接地故障及进行随后故障清除，获取每个分段点的多次故障发生时的过电压值。

优选地，本申请对多条线路进行分段，包括：按塔型的类别对多条线路进行分段，按线路所处位置土壤电阻率的变化对多条线路进行分段，以及按线路平均长度对多条线路进行分段。本申请将直流电网中n条线路分别分为N₁段、N₂段…N_n段。每条线路中点均应作为该段线路分段点之一。本申请根据线路具体情况分段，例如可按采用相同塔型的线路分为一段，也可按线路所处位置土壤电阻率变化分段，或者可简单按线路长度平均分段。

本申请的实施方式中，如一条线路为300公里，可分为10段，每段距离30公里，并将每段30公里按400间距分为一个档距，共有75个档距，包括76基塔，76个空气间隙。

在双极运行情况下，将n条线路上的分段点逐个设置接地故障及随后故障清除过程，该过程中接地故障时间和故障清除时间均为随机变量，每个接地故障点统计计算m次。即直流电网中健全极和故障极线路上每个分段点都将统计得到(N₁+N₂+……N_n)·m个过电压值。在双极运行情况下，停运线路上过电压值均设置为0。

在单极金属回线运行情况下，按步骤3方法统计计算，故障及线路上每个分段点都将统计得到(N₁+N₂+……N_n)·m个过电压值；停运极过电压值设置为0。在单极金属回线运行情况下，停运极或停运线路上过电压值也设置为0。同理，在其他运行方式下，得到各线路上各分段点的过电压值。停运极或停运线路上过电压值设置为0。本申请中的运行方式，包括，有些直流工程可能有单极大地回路运行，或者换流器降压半极运行，或者对于多端直流电网，可能出现某端或某几端换流站退出运行的情况。

优选地，本申请中，多种运行方式包括：双极运行方式、单极金属回线运行方式和单极大地回路运行方式。

本申请中，在多种运行方式下，停运极或停运线路上过压值设置为零。

优选地，在步骤102：按预设的电压档级，统计过电压最小值和最大值之间每档过电压的频度。将各种运行方式下，各线路上各分段点的过电压值进行统计：本申请取0.01p.u.电压为一档，统计出现在最大值和最小值之间每档过电压的频度，剔除零值过电压。例如：某种运行方式下，计算得到某段线路上过电压范围为1.58p.u至1.65p.u，且共计仿真100次，那么统计出来各档过电压频度为：

1.65p.u…………2次/100＝0.02

1.64p.u…………9次/100＝0.09

1.63p.u…………20次/100＝0.2

1.62p.u…………37次/100＝0.37

1.61p.u…………30次/100＝0.3

1.60p.u…………0次/100＝0

1.59p.u…………2次/100＝0.02

本申请中，各档频度之和为1。

优选地，在步骤103：根据获取的过电压的频度与每一种运行方式出现概率相乘，并将相乘后的结果进行相加，获取多条线路上每个分段点的总体过电压的频度。

本申请中，根据各种运行方式实现的概率作为权重，如：双极运行方式一年内占60％时间，单极金属回线方式35％，单极大地回路占5％。其运行时间占比可作为其出现概率值。

例如：某种运行方式下，其出现概率0.6，计算得到某段线路上过电压范围为1.58p.u至1.65p.u，且共计仿真100次，那么统计出来各档过电压频度为：

1.65p.u…………0.02

1.64p.u…………0.09

1.63p.u…………0.2

1.62p.u…………0.37

1.61p.u…………0.3

1.60p.u…………0

1.59p.u…………0.02

另一种运行方式下，其出现概率0.4，计算得到某段线路上过电压范围为1.60p.u至1.68p.u，且共计仿真100次，那么统计出来各档过电压频度为：

1.68p.u…………0.02

1.67p.u…………0.02

1.66p.u…………0.14

1.65p.u…………0.34

1.64p.u…………0.36

1.63p.u…………0

1.62p.u…………0.10

1.61p.u…………0.02

则总体频度为：

1.68p.u…………0.02×0.4＝0.008

1.67p.u…………0.02×0.4＝0.008

1.66p.u…………0.14×0.4＝0.056

1.65p.u…………0.02×0.6+0.34×0.4＝0.148

1.64p.u…………0.09×0.6+0.36×0.4＝0.198

1.63p.u…………0.2×0.6＝0.12

1.62p.u…………0.37×0.6+0.10×0.4＝0.262

1.61p.u…………0.3×0.6+0.02×0.4＝0.188

1.60p.u…………0

1.59p.u…………0.02×0.6＝0.012

优选地，在步骤104：将总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取多条线路内典型空气间隙的闪络概率。将各分段点的总体过电压频度与该段线路典型空气间隙放电概率的乘积积分，积分范围从负无穷大到正无穷大，得到各段线路内单个间隙闪络概率P₁、P₂…P_N1、P_N1+1、…P_N1+N2、P_N1+N2+1、…P_N1+N2+…Nn。

优选地，将总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取多条线路内典型空气间隙的闪络概率，包括：

其中F(u)du为任一条线路上每个分段点的总体过电压频度；

p(u)为任一线路典型空气间隙的放电概率，

为典型空气间隙在操作冲击电压波下的50％放电电压；σ_f为典型空气间隙放电电压的标准偏差，u为典型空气间的操作过电压。

可以表示为空气间隙D的函数，例如，对于棒-板空气间隙，试验数据表明，标准操作冲击下空气间隙的50％放电电压

可近似等于500D^0.6。

优选地，在步骤105：根据每条线路中包括的多段档距，计算直流电网中多条线路的总体闪络率。本申请中，根据每条线路中包括的多段档距，计算直流电网中多条线路的总体闪络率，包括：

设置每条线路中分别实际含L₁、L₂…L_N1、L_N1+1…L_N1+N2、L_N1+N2+1…L_{N1+N2+……Nn}段档距，计算直流电网中多条线路的总体闪络率为1-((1-(1-P₁)^L1)(1-(1-P₂)^L2)…(1-(1-P_N1)^N1)(1-(1-P_N1+1)^N1+1)…(1-(1-P_N1+N2)^N1+N2)(1-(1-P_N1+N2+1)^N1+N2+1)…(1-(1-P_N1+N2+…Nn)^N1+N2+…Nn))。

优选地，在步骤106：将总体闪络率与预期闪络率进行比较，若总体闪络率大于预期闪络率，则增大空气间隙长度。

将得到的直流电网线路的总体闪络率与预期闪络率进行比较，大于预期闪络率则应调整增大各段线路空气间隙长度。

通过增大各线路空气间隙长度，重新计算直流电网线路的总体闪络率，最终确定各段线路空气间隙长度，使直流电网线路的总体闪络率小于预期闪络率。

本申请的实施方式能够准确评估直流电网中线路的操作冲击性能，通过选用线路预期闪络率为线路性能评估参数，为线路操作冲击空气间隙设计提供依据，本申请兼顾安全性和经济性设计线路操作冲击空气间隙。

图2为根据本发明实施方式的一种用于直流电网中线路运行性能评估的系统结构图。如图2所示，一种用于直流电网中线路运行性能评估的系统200包括：

第一获取单元201，用于在多种运行方式下，对多条线路进行分段，对多条线路上的每个分段点分别设置接地故障及进行随后故障清除，获取每个分段点的多次故障发生时的过电压值。

优选地，第一获取单元201还用于：对多条线路进行分段，包括：按塔型的类别对多条线路进行分段，按线路所处位置土壤电阻率的变化对多条线路进行分段，以及按线路平均长度对多条线路进行分段。

优选地，多种运行方式包括：双极运行方式、单极金属回线运行方式和单极大地回路运行方式。

优选地，在多种运行方式下，停运极或停运线路上过压值设置为零。

统计单元202，用于按预设的电压档级，统计过电压最小值和最大值之间每档过电压的频度。

第二获取单元203，用于根据获取的过电压的频度与每一种运行方式出现概率相乘，并将相乘后的结果进行相加，获取多条线路上每个分段点的总体过电压的频度。

第三获取单元204，用于将总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取多条线路内典型空气间隙的闪络概率。

优选地，第三获取单元204，还用于：

其中F(u)du为任一条线路上每个分段点的总体过电压频度；

p(u)为任一线路典型空气间隙的放电概率，

为典型空气间隙在操作冲击电压波下的50％放电电压；σf为典型空气间隙放电电压的标准偏差，u为典型空气间的操作过电压。

计算单元205，用于根据每条线路中包括的多段档距，计算直流电网中多条线路的总体闪络率。本申请中，计算单元205还用于：

设置每条线路中分别实际含L₁、L₂…L_N1、L_N1+1…L_N1+N2、L_N1+N2+1…L_{N1+N2+……Nn}段档距，计算直流电网中多条线路的总体闪络率为1-((1-(1-P₁)^L1)(1-(1-P₂)^L2)…(1-(1-P_N1)^N1)(1-(1-P_N1+1)^N1+1)…(1-(1-P_N1+N2)^N1+N2)(1-(1-P_N1+N2+1)^N1+N2+1)…(1-(1-P_N1+N2+…Nn)^N1+N2+…Nn))。

分析单元206，用于将总体闪络率与预期闪络率进行比较，若总体闪络率大于预期闪络率，则增大空气间隙长度。本发明实施方式的一种用于直流电网中线路运行性能评估的系统200与本发明另一实施方式的一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法100相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如本申请所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在本申请中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (12)

1.一种用于直流电网中线路运行性能评估的方法，所述方法包括：

在多种运行方式下，对多条线路进行分段，对多条线路上的每个分段点分别设置接地故障及进行随后故障清除，获取所述每个分段点的多次故障发生时的过电压值；

按预设的电压档级，统计过电压最小值和最大值之间每档过电压的频度；

根据获取的过电压的频度与每一种运行方式出现概率相乘，并将相乘后的结果进行相加，获取多条线路上每个分段点的总体过电压的频度；

将所述总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取所述多条线路内典型空气间隙的闪络概率；

根据所述每条线路中包括的多段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率；

将所述总体闪络率与预期闪络率进行比较，若所述总体闪络率大于所述预期闪络率，则增大空气间隙长度。

2.根据权利要求1所述的方法，所述对多条线路进行分段，包括：按塔型的类别对所述多条线路进行分段，按线路所处位置土壤电阻率的变化对所述多条线路进行分段，以及按线路平均长度对所述多条线路进行分段。

3.根据权利要求1所述的方法，在多种运行方式下，停运极或停运线路上过压值设置为零。

4.根据权利要求1所述的方法，所述多种运行方式包括：双极运行方式、单极金属回线运行方式和单极大地回路运行方式。

5.根据权利要求1所述的方法，所述将所述总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取所述多条线路内典型空气间隙的闪络概率，包括：

其中F(u)du为任一条线路上每个分段点的总体过电压频度；

p(u)为任一线路典型空气间隙的放电概率，

为典型空气间隙在操作冲击电压波下的50％放电电压；σ_f为典型空气间隙放电电压的标准偏差，u为典型空气间的操作过电压。

6.根据权利要求1所述的方法，所述根据所述每条线路中包括的多段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率，包括：

设置所述每条线路中分别实际含L₁、L₂…L_N1、L_N1+1…L_N1+N2、L_N1+N2+1…L_{N1+N2+……Nn}段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率为1-((1-(1-P₁)^L1)(1-(1-P₂)^L2)…(1-(1-P_N1)^N1)(1-(1-P_N1+1)^N1+1)…(1-(1-P_N1+N2)^N1+N2)(1-(1-P_N1+N2+1)^N1+N2+1)…(1-(1-P_N1+N2+…Nn)^{N1+N2+…Nn+1}))。

7.一种用于直流电网中线路运行性能评估的系统，所述系统包括：

第一获取单元，用于在多种运行方式下，对多条线路进行分段，对多条线路上的每个分段点分别设置接地故障及进行随后故障清除，获取所述每个分段点的多次故障发生时的过电压值；

统计单元，用于按预设的电压档级，统计过电压最小值和最大值之间每档过电压的频度；

第二获取单元，用于根据获取的过电压的频度与每一种运行方式出现概率相乘，并将相乘后的结果进行相加，获取多条线路上每个分段点的总体过电压的频度；

第三获取单元，用于将所述总体过电压的频度与对应的线路典型空气间隙的放电概率的乘积进行积分，获取所述多条线路内典型空气间隙的闪络概率；

计算单元，用于根据所述每条线路中包括的多段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率；

分析单元，用于将所述总体闪络率与预期闪络率进行比较，若所述总体闪络率大于所述预期闪络率，则增大空气间隙长度。

8.根据权利要求7所述的系统，所述第一获取单元还用于：所述对多条线路进行分段，包括：按塔型的类别对所述多条线路进行分段，按线路所处位置土壤电阻率的变化对所述多条线路进行分段，以及按线路平均长度对所述多条线路进行分段。

9.根据权利要求7所述的系统，在多种运行方式下，停运极或停运线路上过压值设置为零。

10.根据权利要求7所述的系统，所述多种运行方式包括：双极运行方式、单极金属回线运行方式和单极大地回路运行方式。

11.根据权利要求7所述的系统，所述第三获取单元，还用于：

其中F(u)du为任一条线路上每个分段点的总体过电压频度；

p(u)为任一线路典型空气间隙的放电概率，

为典型空气间隙在操作冲击电压波下的50％放电电压；σ_f为典型空气间隙放电电压的标准偏差，u为典型空气间的操作过电压。

12.根据权利要求7所述的系统，所述计算单元还用于：

设置所述每条线路中分别实际含L₁、L₂…L_N1、L_N1+1…L_N1+N2、L_N1+N2+1…L_{N1+N2+……Nn}段档距，计算所述直流电网中所述多条线路的总体闪络率为1-((1-(1-P₁)^L1)(1-(1-P₂)^L2)…(1-(1-P_N1)^N1)(1-(1-P_N1+1)^N1+1)…(1-(1-P_N1+N2)^N1+N2)(1-(1-P_N1+N2+1)^N1+N2+1)…(1-(1-P_N1+N2+…Nn)^{N1+N2+…Nn+1}))。

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