CN107578143A - 基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法 - Google Patents
基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，属电力系统可靠性评估技术领域。该方法首先针对柔性交直流混联电网拓扑结构和功能分析，在直流电网及交直流混联电网两种工作模式下，生成可靠性框图，结合不同的可靠性准则，计算系统可靠性指标；通过可靠性指标的灵敏度分析，判断系统中的薄弱元件。在此基础上，针对薄弱元件进行详细的可靠度分析，采用摄动法分析薄弱元件构成部件的灵敏度，结合经济性分析，确定提升元件可靠性应改进的构成部件。最终确定提升系统可靠性水平的关键元件和改造建议。本发明可应用于电网规划及运行阶段，对分析系统薄弱环节，提升电网可靠性水平，继而指导电网的后期升级改造，具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统中基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，属电力系统可靠性评估领域。
背景技术
由于能源分布与经济发展的不平衡，往往需要将电力能源远距离传输至负荷中心。直流输电在大容量、远距离输电方面具有明显优势，在我国“西电东送，全国联网”战略中发挥了重要作用，交直流联网成为未来电网的一个重要发展趋势。
交直流相互影响是交直流混联电网的重要研究内容。直流孤岛系统没有与交流电网之间的直接电气联系，孤岛方面在送端避免了交直流间的互相影响。但是，当孤岛或直流系统发生故障时，由于缺少大电网的无功及有功频率支持，事故风险较高。通过引入柔性直流技术，将交流配电网升级为交直流混合配电网，可以更大范围均衡潮流，提高可再生能源接入范围，同时可以避免形成电磁环网，是未来的一个重要发展趋势。在交直流混联电网方面，已有工程案例应用说明，新能源汇集地区各个风电基地内分散的风电功率汇集后可经长距输电走廊外送至远方负荷中心消纳，将风电基地、水电与本地火电统筹规划电源外送，联合组网后通过输电走廊外送至远方负荷中心，可以大幅提高功率传输容量和效率，降低外送成本。然而，目前对于交直流混联电网的可靠性研究仍处于初期阶段，针对实际交直流混联工程项目的可靠性评估研究开展较少，交直流混联及直流孤岛对负荷的可靠性影响缺少定量分析，柔性交直流混联电网的可靠性提升方法研究不足。
发明内容
为了更有效地评估柔性交直流混联电网的可靠性，继而指导后续的电网升级改造，本发明的目的是提供一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，通过系统级的可靠性评估及元件级的可靠度灵敏度分析，对柔性交直流混联电网进行薄弱环节分析，以便确定提升柔性交直流混联电网可靠性水平的关键元件，进而指导电网后期的升级改造。
本发明的技术方案如下：
一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)计算系统可靠性指标:针对柔性交直流混联电网拓扑结构和功能分析，在直流电网及交直流混联电网两种工作模式下，生成可靠性框图，结合不同的可靠性准则，计算系统可靠性指标，所述可靠性指标包括系统失负荷概率、失负荷频率和电量不足期望值；
2)对可靠性指标进行灵敏度分析：通过可靠性指标的灵敏度分析，判断系统中的薄弱元件，即对系统可靠性指标影响最大的元件，所述可靠性指标灵敏度分析采用如下公式：
式中，Si为第i个元件的可靠性指标灵敏度，Rs为系统整体可靠性指标或可靠度，Ri为第i个元件的可靠性指标或可靠度；
3)针对薄弱元件进行可靠度灵敏度分析：通过摄动法分析薄弱元件构成部件的灵敏度，并结合经济性分析，比较提升相同可靠性水平时，不同元件的经济性成本大小，确定提升元件可靠性应改进的构成部件和改进量。
上述技术方案中，其特征在于，步骤3)中针对薄弱元件进行可靠度灵敏度分析时，将元件的构成部件间的逻辑关系划分为串联关系与并联关系两类，并分别通过下式计算得到元件中需要改进的构成部件；
a、具有n个构成部件的串联系统，若第i个构成部件的可靠度为Ri，其中1≤i≤n，那么系统的可靠度为：
如果
或
那么最大，式中Rio为可靠性灵敏度最大的元件io 的可靠度；
这表明，如果第io个构成部件可靠度Rio最小，那么要提高系统的可靠度，首先要提高Rio；
b、在n个并联构成部件的系统中，系统的可靠度为：
如果
或
那么最大；
这表明，如果第io个构成部件可靠度Rio最大，那么要提高系统的可靠度，首先要提高Rio。
本发明所述经济性分析方法为：假如元件i的可靠度的单位成本为Ci，把Ri提高到Ri+Δi的总成本等于CiΔi；如果系统的可靠度为Rs，那么把Rs提高到而使成本最小；其中，Δi为元件i的可靠度提升水平，为可靠性提升目标值，即改进后系统的可靠度那么：
a、针对串联系统，
其中，Rj为元件j的可靠度，1≤j≤n；如果把Ri提高到Ri+Δi或Rj提高到Rj+Δj都能获得那么：
其中，Rk为元件k的可靠度，1≤k≤n，Δj为元件j的可靠度提升水平，Cj为元件j的可靠度的单位成本；如果CiRi≤CjRj，那么CiΔi≤CjΔj；所以，如果元件io使得那么元件io是提升系统可靠性最经济性的选择；Cio为元件io的可靠度的单位成本；
b、针对并联系统，
如果把Ri提高到Ri+Δi或Rj提高到Rj+Δj都能获得那么：
如果Ci(1-Ri)≤Cj(1-Rj)，那么CiΔi≤CjΔj；所以，如果那么元件io是提升系统可靠性最经济性的选择。
本发明的技术特征还在于：确定提升元件可靠性应改进的改进量时，首先确定改进后系统的可靠度已知改进前的系统可靠度为Rs，保证其它构成部件的可靠度不变，计算得到改进后的构成部件可靠度为改进量Δio通过下式计算：
本发明所述“可靠性框图”是指在保证供电正常的原则下画出来的可靠性逻辑方框图，可靠性框图中每一个元件用一方块表示，称作“等效元件”；逻辑方块图中的等效元件的故障率等于实物图中各元件故障率之和；所述可靠性准则包括保证供电通道的连续性,以及保证系统中一个负荷、某几个负荷或全部负荷连续供电。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：本发明提出的基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，其优点在于，首先，针对柔性交直流混联电网拓扑结构和功能分析，在直流电网及交直流混联电网两种工作模式下，生成可靠性框图，结合不同的可靠性准则，计算系统可靠性指标。该计算过程中，体现了交直流电网可靠性评估的不同需求，充分反映电网的实际可靠性水平。其次，通过可靠性指标的灵敏度分析，判断系统中的薄弱元件，在系统级的可靠性评估中确定系统中需要改进的薄弱元件。再次，针对薄弱元件进行详细的可靠度分析，通过摄动法分析薄弱元件构成部件的灵敏度，结合经济性分析，确定提升元件可靠性应改进的构成部件，该方法在元件级别综合反映了可靠性、经济性相协调的优化策略，明确了关键的部件及调整目标。最终，通过系统的可靠性指标灵敏度分析及元件的可靠度灵敏度分析，确定提升系统可靠性水平的关键元件和改造建议，综合反映了系统级和元件级的可靠度水平及改进需要。
发明内容解决了目前电网可靠性评估中缺少对交直流混联可靠性影响的定量分析，以及柔性交直流混联电网的可靠性提升方法研究不足的问题，综合系统级可靠性评估及元件级的可靠度灵敏度分析，确定了提升元件和系统可靠性水平的具体构成部件和改进量大小，对分析系统薄弱环节，提升可靠性水平，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。
具体实施方式
下面对本发明的原理及具体实施过程做进一步的说明和解释，并且随着对本发明的更全面理解，本发明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，出于说明的目的，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
本发明提供的基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，是针对目前电网可靠性评估中缺少对交直流混联可靠性影响的定量分析，以及柔性交直流混联电网的可靠性提升方法研究不足的问题。该方法首先针对柔性交直流混联电网拓扑结构和功能分析，在直流电网及交直流混联电网两种工作模式下，生成可靠性框图，结合不同的可靠性准则，计算系统可靠性指标。其次，通过可靠性指标的灵敏度分析，判断系统中的薄弱元件。在此基础之上，针对薄弱元件进行详细的可靠度分析，通过摄动法分析薄弱元件构成部件的灵敏度，结合经济性分析，确定提升元件可靠性应改进的构成部件。最终，通过系统的可靠性指标灵敏度分析及元件的可靠度灵敏度分析，确定提升系统可靠性水平的关键元件和改造建议。其具体包括如下步骤：
步骤1：针对柔性交直流混联电网拓扑结构和功能分析，在直流电网及交直流混联电网两种工作模式下，生成可靠性框图，结合不同的可靠性准则，计算系统可靠性指标，包括系统失负荷概率、失负荷频率、电量不足期望值等。
其中，电气主接线图表示系统中各个元件的物理联系，或称实物图。根据元件完好才能保证供电正常的原则画出来的可靠性逻辑框图，简称“可靠性框图”。可靠性框图则表示系统中各元件的功能关系。可靠性框图中每一个元件可用一方块表示，称作等效元件。等效元件中，任一元件发生故障，均将引起所在支路供电中断，因此，等效元件中的各元件不论是串联和并联在逻辑方块图中均看作串联，为此，逻辑方块图中的等效元件的故障率等于实物图中各元件故障率之和。
可靠性准则包括保证供电通道的连续性、保证系统中一个负荷、某几个负荷或全部负荷连续供电等；
步骤2：通过可靠性指标的灵敏度分析，判断系统中的薄弱元件，即对系统可靠性指标影响最大的元件；
步骤3：针对薄弱元件进行详细的可靠度分析，通过摄动法分析薄弱元件构成部件的灵敏度，结合经济性分析，确定提升元件可靠性应改进的构成部件和改进量：
1)在对薄弱元件进行可靠度灵敏度分析时，主要将元件的构成部件间的逻辑关系划分为串联关系与并联关系两类，并分别通过下式计算得到元件中需要改进的构成部件；
具有n个构成部件的串联系统，若第i个构成部件的可靠度为Ri(1≤i≤n)，那么系统的可靠度为：
如果
或
那么
Si为第i个元件的可靠性指标灵敏度，Rs为系统整体可靠性指标或可靠度，Ri为第i个元件的可靠性指标或可靠度；Rio为可靠性灵敏度最大的元件io 的可靠度；
这表明，如果第io个构成部件可靠度Rio最小，那么要提高系统的可靠度，首先要提高Rio，因为这样才是最有效。
在n个并联构成部件的系统中，系统的可靠度为：
如果
或
那么最大。
这表明，如果第io个构成部件可靠度Rio最小，那么要提高系统的可靠度，首先要提高Rio，因为这样才是最有效。
2)对构成元件进行经济性分析时，假如第i个构成部件的可靠度的单位成本为Ci，把Ri提高到Ri+Δi的总成本等于CiΔi；如果系统的可靠度为Rs，那么设计者的任务是把Rs提高到而使成本最小，其中，
针对串联系统，
如果把Ri提高到Ri+Δi或Rj提高到Rj+Δj都可以获得那么：
如果CiRi≤CjRj，那么CiΔi≤CjΔj；所以，如果那么构成部件Rio是最佳的。
针对并联系统，
如果把Ri提高到Ri+Δi或Rj提高到Rj+Δj都可以获得那么：
如果Ci(1-Ri)≤Cj(1-Rj)，那么CiΔi≤CjΔj。所以，如果那么构成部件Rio是最佳的。
3)确定改进量时，首先确定改进后系统的可靠度已知改进前的系统可靠度为Rs，保证其他构成部件的可靠度不变，计算得到改进后的构成部件可靠度为改进量Δio通过下式计算：
Claims (6)
1.一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)计算系统可靠性指标:针对柔性交直流混联电网拓扑结构和功能分析，在直流电网及交直流混联电网两种工作模式下，生成可靠性框图，结合不同的可靠性准则，计算系统可靠性指标，所述可靠性指标包括系统失负荷概率、失负荷频率和电量不足期望值；
2)对可靠性指标进行灵敏度分析：通过可靠性指标的灵敏度分析，判断系统中的薄弱元件，即对系统可靠性指标影响最大的元件，所述可靠性指标灵敏度分析采用如下公式：
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</mrow>
式中，Si为第i个元件的可靠性指标灵敏度，Rs为系统整体可靠性指标或可靠度，Ri为第i个元件的可靠性指标或可靠度；
3)针对薄弱元件进行可靠度灵敏度分析：通过摄动法分析薄弱元件构成部件的灵敏度，并结合经济性分析方法，比较提升相同可靠性水平时，不同元件的经济性成本大小，确定提升元件可靠性应改进的构成部件和改进量。
2.根据权利要1所述的一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，其特征在于，步骤3)中针对薄弱元件进行可靠度灵敏度分析时，将元件的构成部件间的逻辑关系划分为串联关系与并联关系两类，并分别通过下式计算得到元件中需要改进的构成部件；
a、具有n个构成部件的串联系统，若第i个构成部件的可靠度为Ri，其中1≤i≤n，那么系统的可靠度为：
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那么最大，式中Rio为可靠性灵敏度最大的元件io的可靠度；
这表明，如果第io个构成部件可靠度Rio最小，那么要提高系统的可靠度，首先要提高Rio；
b、在n个并联构成部件的系统中，系统的可靠度为：
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这表明，如果第io个构成部件可靠度Rio最大，那么要提高系统的可靠度，首先要提高Rio。
3.根据权利要1或2所述的一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，其特征在于，所述经济性分析方法为：假如元件i的可靠度的单位成本为Ci，把Ri提高到Ri+Δi的总成本等于CiΔi；如果系统的可靠度为Rs，那么把Rs提高到而使成本最小；其中，Δi为元件i的可靠度提升水平，为可靠性提升目标值，即改进后系统的可靠度那么：
a、针对串联系统，
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其中，Rk为元件k的可靠度，1≤k≤n，Δj为元件j的可靠度提升水平，Cj为元件j的可靠度的单位成本；如果CiRi≤CjRj，那么CiΔi≤CjΔj；所以，如果元件io使得那么元件io是提升系统可靠性最经济性的选择；Cio为元件io的可靠度的单位成本；
b、针对并联系统，
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如果把Ri提高到Ri+Δi或Rj提高到Rj+Δj都能获得那么：
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</mrow>
如果Ci(1-Ri)≤Cj(1-Rj)，那么CiΔi≤CjΔj；所以，如果那么元件io是提升系统可靠性最经济性的选择。
4.根据权利要3所述的一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，其特征在于，确定提升元件可靠性应改进的改进量时，首先确定改进后系统的可靠度已知改进前的系统可靠度为Rs，保证其它构成部件的可靠度不变，计算得到改进后的构成部件可靠度为改进量Δio通过下式计算：
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5.根据权利要1所述的一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，其特征在于，所述“可靠性框图”是指在保证供电正常的原则下画出来的可靠性逻辑方框图，可靠性框图中每一个元件用一方块表示，称作“等效元件”；逻辑方块图中的等效元件的故障率等于实物图中各元件故障率之和。
6.根据权利要1所述的一种基于灵敏度分析的柔性交直流混联电网可靠性提升方法，其特征在于，所述可靠性准则包括保证供电通道的连续性,以及保证系统中一个负荷、某几个负荷或全部负荷连续供电。
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