CN110780132B - 含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法 - Google Patents

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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/003—Environmental or reliability tests

Abstract

本发明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。

Description

含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明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。
本发明具体包括以下步骤：
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(Sub Module,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：
Figure BDA0002244456620000031
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：
Figure BDA0002244456620000032
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：
Figure BDA0002244456620000041
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；
Figure BDA0002244456620000042
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；
Figure BDA0002244456620000043
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，
Figure BDA0002244456620000044
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。
以一个四端直流输电系统为例，假设直流输电系统的总容量为Cs，则当风电场在四端直流输电系统的送端输出功率相同时，系统的功率传输容量存在Cs、0.75Cs、0.5Cs、0.25Cs、0％共五种状态。
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：
Figure BDA0002244456620000045
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，元件l为当前故障的一元件；
可用率An(t)和不可用率Ul(t)分别由如下两公式求出：
Figure BDA0002244456620000051
Figure BDA0002244456620000052
其中λn(τ)与μn(τ)分别为元件n的修复率与故障率函数，λl(τ)与μl(τ)分别为元件l的修复率与故障率函数，e表示常数e；
1.3)由多端直流系统的所有状态zv,y和交流电力系统的所有可能的状态组建构成时刻t交直流电力系统的状态集合Zv,t，由多端直流系统的所有状态zv,y对应的等效概率和交流电力系统的所有可能的状态下的状态概率组建构成交直流电力系统的概率集合Pv,t。
所述的子系统中的元件均视为两状态元件，在考虑元件老化的情况下，采用以下公式的故障率函数λ(t)计算获得各个元件的故障率：
Figure BDA0002244456620000053
其中，λ0为元件工作在稳定时期的故障率，ρ和σ为元件工作在老化时期的故障率函数的系数，t1为元件进入老化状态的临界时间点。
在考虑元件老化的情况下，本发明采用威布尔函数对各元件的故障率函数进行描述，能够准确描述对元件的故障率变化，解决了传统的指数分布函数无法对元件的故障率变化进行准确描述的技术问题。
所述步骤2)具体为：
以时刻t的交直流电力系统故障状态z为例，建议以下再调度模型的目标函数为：
Figure BDA0002244456620000054
其中，fz(t)表示再调度模型的目标函数，
Figure BDA0002244456620000055
和
Figure BDA0002244456620000056
分别为t时刻负荷节点m的负荷削减量以及发电节点g的出力再调度量，
Figure BDA0002244456620000057
和
Figure BDA0002244456620000058
分别为时刻t负荷节点m的负荷削减函数与发电节点g的机组发电损失函数，Nm为负荷节点的总数，Ng为发电节点的总数；z表示交直流电力系统的状态集合Zv,t中的一个元素，m和g分别表示负荷节点和发电节点的序数，发电节点包括了直流发电节点和交流发电节点；
同时建立目标函数的以下约束：
多端直流系统的节点功率平衡约束：
Figure BDA0002244456620000061
其中，
Figure BDA0002244456620000062
为换流阀元件i在时刻t的输出功率，
Figure BDA0002244456620000063
为换流阀元件i在时刻t的电压幅值，
Figure BDA0002244456620000064
为换流阀元件k在时刻t的电压，Yik为换流阀元件i与换流阀元件k间的直流线路的导纳，NDC为换流阀元件的总数；
多端直流系统耦合元件的功率平衡约束：
Figure BDA0002244456620000065
Figure BDA0002244456620000066
其中，Ri和Xi分别为换流阀元件i的电阻与电抗，ai等于arctan(Xi/Ri)；
Figure BDA0002244456620000067
与
Figure BDA0002244456620000068
分别为时刻t换流阀元件i的调制比和换流角度，
Figure BDA0002244456620000069
为时刻t与多端直流系统相连的交流节点的电压幅值，
Figure BDA00022444566200000610
为t时刻从换流阀元件i注入交流系统的功率；
换流阀元件电压下垂控制约束：
Figure BDA00022444566200000611
其中，
Figure BDA00022444566200000612
为t时刻换流阀元件i的下垂控制系数，
Figure BDA00022444566200000613
与
Figure BDA00022444566200000614
分别为换流阀元件i下垂控制的电压与功率参考值；
交流系统节点的功率平衡约束：
Figure BDA00022444566200000615
其中，
Figure BDA00022444566200000616
为时刻t交流系统的发电节点u的输出功率，
Figure BDA00022444566200000617
和
Figure BDA00022444566200000618
分别为交流系统的发电节点u和负荷节点v在时刻t的节点电压幅值，Guv和Buv分别为交流系统的发电节点u和负荷节点v相连交流线路的电导与电纳，
Figure BDA00022444566200000619
为发电节点u和负荷节点v在时刻t的节点电压的相角差；
发电节点有功出力约束：
Figure BDA00022444566200000620
其中，
Figure BDA00022444566200000621
为时刻t发电节点g的有功出力，
Figure BDA00022444566200000622
和
Figure BDA00022444566200000623
分别为时刻t发电节点g的有功出力下限与上限；
负荷节点负荷削减约束：
Figure BDA0002244456620000071
其中，
Figure BDA0002244456620000072
为时刻t负荷节点m的负荷削减量，
Figure BDA0002244456620000073
为时刻t负荷节点m的负荷削减上限；
负荷节点电压幅值约束：
Figure BDA0002244456620000074
其中，
Figure BDA0002244456620000075
为时刻t负荷节点m的节点电压幅值，Vm 和
Figure BDA0002244456620000076
为时刻t负荷节点m的电压幅值下限与上限；
换流阀元件调制比约束：
Figure BDA0002244456620000077
其中，
Figure BDA0002244456620000078
表示时刻t换流阀元件i的调制比
换流阀换向角度约束：
Figure BDA0002244456620000079
其中，
Figure BDA00022444566200000710
表示时刻t换流阀元件i的换向角度
换流阀功率约束：
Figure BDA00022444566200000711
其中，
Figure BDA00022444566200000712
是换流阀元件i在时刻t的最大可用容量；
交流线路潮流约束：
Figure BDA00022444566200000713
其中，
Figure BDA00022444566200000714
是将交流系统发电节点u和负荷节点v进行连接的交流线路在时刻t的最大可用容量；
直流线路潮流约束：
Figure BDA00022444566200000715
其中，
Figure BDA00022444566200000716
是将换流阀元件i和k进行连接的直流线路在在时刻t的最大可用容量，
Figure BDA00022444566200000717
表示换流阀元件i和k间直流线路的阻抗。
所述步骤3)具体为：
根据上述交直流电力系统的节点可靠性分析模型得到的状态集合Zv,t中所有故障状态的负荷削减量
Figure BDA00022444566200000719
以及状态的概率集合Pv,t，采用以下公式处理获得交直流电力系统各节点的可靠性参数EENSm(t)和LOLPm(t)：
Figure BDA00022444566200000718
Figure BDA0002244456620000081
其中，EENSm(t)表示为时刻t负荷节点m的负荷削减期望值，LOLPm(t)表示为时刻t负荷节点m的负荷削减概率值，pz(t)为时刻t交直流电力系统故障状态z的发生概率，为交直流电力系统的概率集合Pv,t中的一个元素；Nz为交直流电力系统故障状态总数，
Figure BDA0002244456620000082
表示负荷节点m在故障状态z的负荷削减参数，
Figure BDA0002244456620000083
计算为：
Figure BDA0002244456620000084
在时刻t，各负荷节点的负荷削减期望值EENSm(t)与负荷削减概率值LOLPm(t)作为可靠性参数，通过所提出的交直流电力系统节点可靠性检测方法，对各负荷节点的上述两个可靠性参数计算处理，并进行以下判断。
若负荷节点m的负荷削减期望值EENSm(t)与负荷削减概率值LOLPm(t)均分别小于交直流电力系统的削减期望阈值EENSset和削减概率阈值LOLPset，则负荷节点m的可靠性满足系统要求；
若负荷节点m的负荷削减期望值EENSm(t)与负荷削减概率值LOLPm(t)均分别大于等于交直流电力系统的削减期望阈值EENSset和削减概率阈值LOLPset，则负荷节点m的可靠性不满足系统要求，对负荷节点m处的负荷设备提前采取措施提高该负荷节点的可靠性，如启动备用或储能放电等措施，
具体实施中，通常阈值EENSset和LOLPset可以分别设为1500和0.02。
根据含多端直流系统的交直流电力系统的特点，建立了含多端直流系统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，从而对交直流电力系统的节点可靠性进行有效检测。
本发明通过对含多端直流系统的交直流电力系统进行故障状态的建模，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，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。
本发明的有益效果：
本发明提出了一种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，该方法针对多端直流系统与传统交流电力系统的耦合特点，建立的交直流电力系统的状态与概率模型能全面反映含多端直流系统的交直流电力系统的各类故障状态。此外，该方法中基于交直流电力系统最优潮流模型形成的故障状态再调度模型能得出各类故障状态下含多端直流系统的交直流电力系统的各节点的最优负荷切除量与机组再调度量，从而为精确计算各节点的可靠性参数打下基础。而各节点的可靠性参数能帮助电力调度机构准确识别系统中可靠性较低的薄弱环节，从而采取一定措施提升交直流电力系统的节点可靠性，保证交直流电力系统安全可靠运行。
附图说明
图1是多端直流系统结构图；
图2是模块化多电平拓扑结构图；
图3是典型四端直流输电系统状态空间图；
图4是交直流电力系统节点可靠性检测方法的逻辑框图；
图5是实施案例的交直流电力系统连接结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的实施例如下：
如图1所示，具体实施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和负荷节点，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；
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，如图2所示，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(Sub Module,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。
1)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，然后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；
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，根据图1中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。
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，处理子系统B的故障率函数λSB(t)进行建模。
对于子系统C，根据图1中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。
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。
以一个四端直流系统为例，假设直流输电系统的总容量为Cs，则当风电场在四端直流输电系统的送端输出功率相同时，系统的功率传输容量存在Cs、0.75Cs、0.5Cs、0.25Cs、0％共五种状态，各状态之间的转化关系如图3所示。
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，获得交流电力系统每种状态下的状态概率。
1.3)由多端直流系统的所有状态zv,y和交流电力系统的所有可能的状态组建构成时刻t交直流电力系统的状态集合Zv,t，由多端直流系统的所有状态zv,y对应的等效概率和交流电力系统的所有可能的状态下的状态概率组建构成时刻t交直流电力系统的概率集合Pv,t。
2)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，然后利用时刻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，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；
以t时刻的交直流电力系统故障状态z为例，框架如图4所示，建议以下再调度模型的目标函数为：
Figure BDA0002244456620000111
其中
Figure BDA0002244456620000112
和
Figure BDA0002244456620000113
分别为t时刻负荷节点m的负荷削减量以及发电节点g的出力再调度量，
Figure BDA0002244456620000114
和
Figure BDA0002244456620000115
分别为负荷节点m的负荷削减函数与发电节点g的机组发电损失函数，Nm为负荷节点的总数，Ng为发电节点的总数；z表示时刻t交直流电力系统的状态集合Zv,t中的一个元素，m和g分别表示负荷节点和发电节点的序数，发电节点包括了直流发电节点和交流发电节点；
同时建立目标函数的直流母线功率平衡约束、交直流耦合母线功率平衡约束、换流站直流电压下垂控制约束、交流母线功率平衡约束、发电机有功出力约束、母线负荷削减约束、电压幅值约束、换流站调制比约束、换流站相位控制角约束、换流站容量约束、交流线路潮流约束、直流线路潮流约束。
3)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，利用最优负荷切除量和时刻t交直流电力系统概率集合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输电的交直流电力系统节点进行可靠操作处理。
根据上述交直流电力系统的节点可靠性分析模型得到的时刻t状态集合Zv,t中所有故障状态的负荷削减量
Figure BDA0002244456620000116
以及时刻t状态的概率集合Pv,t，处理获得交直流电力系统各节点的可靠性参数EENSm(t)和LOLPm(t)。
在时刻t，各负荷节点的负荷削减期望值EENSm(t)与负荷削减概率值LOLPm(t)作为可靠性参数，通过所提出的交直流电力系统节点可靠性检测方法，对各负荷节点的上述两个可靠性参数计算处理，并进行以下判断。
若负荷节点m的负荷削减期望值EENSm(t)与负荷削减概率值LOLPm(t)均分别小于交直流电力系统的削减期望阈值EENSset和削减概率阈值LOLPset，则负荷节点m的可靠性满足系统要求；
若负荷节点m的负荷削减期望值EENSm(t)与负荷削减概率值LOLPm(t)均分别大于等于交直流电力系统的削减期望阈值EENSset和削减概率阈值LOLPset，则负荷节点m的可靠性不满足系统要求，对负荷节点m处的负荷设备提前采取措施提高该负荷节点的可靠性，如启动备用或储能放电等措施，
具体实施中，通常阈值EENSset和LOLPset可以分别设为1500和0.02。
以前文所述的一个四端直流系统作为多端直流系统，形成一个7节点的交直流电力系统如图5所示，采用本发明提出的含多端直流系统的交直流电力系统节点可靠性检测方法对上述交直流电力系统进行可靠性检测，可以得到交直流系统中各负荷节点的可靠性参数如表1所示。
表1各负荷节点的可靠性参数
Figure BDA0002244456620000121
从表1中可以看出，通过本发明所提的节点可靠性检测方法，可以发现负荷节点3的LOLPm(t)与EENSm(t)不满足系统要求，应对上述节点采取措施提高其节点可靠性。

Claims (6)

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考虑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函数，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考虑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：
Figure FDA0002532106670000021
其中，λACB(t),λACF(t),λCT(t),λCPD(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,μACF,μCT,μCPD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：
Figure FDA0002532106670000022
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：
Figure FDA0002532106670000023
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；
Figure FDA0002532106670000031
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；
Figure FDA0002532106670000032
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，
Figure FDA0002532106670000033
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考虑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100％容量的可用状态与0％容量的不可用状态的两种状态，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：
Figure FDA0002532106670000034
其中，
Figure FDA0002532106670000035
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，元件l为当前故障的一元件；
可用率An(t)和不可用率Ul(t)分别由如下两公式求出：
Figure FDA0002532106670000036
Figure FDA0002532106670000037
其中λn(τ)与μn(τ)分别为元件n的故障率函数与修复率函数，λl(τ)与μl(τ)分别为元件l的故障率函数与修复率函数，e表示常数e；
1.3)由多端直流系统的所有状态zv,y和交流电力系统的所有可能的状态组建构成时刻t交直流电力系统的状态集合Zv,t，由多端直流系统的所有状态zv,y对应的等效概率和交流电力系统的所有可能的状态下的状态概率组建构成交直流电力系统的概率集合Pv,t。
4.根据权利要求3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：每个所述的子系统中的元件均视为两状态元件，在考虑元件老化的情况下，采用以下公式的故障率函数λ(t)计算获得各个元件的故障率：
Figure FDA0002532106670000041
其中，λ0为元件工作在稳定时期的故障率，ρ和σ为元件工作在老化时期的故障率函数的系数，t1为元件进入老化状态的临界时间点。
5.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2)具体为：
建立以下再调度模型的目标函数为：
Figure FDA0002532106670000042
其中，fz(t)表示再调度模型的目标函数，
Figure FDA0002532106670000043
和
Figure FDA0002532106670000044
分别为t时刻负荷节点m的负荷削减量以及发电节点g的出力再调度量，
Figure FDA0002532106670000045
和
Figure FDA0002532106670000046
分别为时刻t负荷节点m的负荷削减函数与发电节点g的机组发电损失函数，Nm为负荷节点的总数，Ng为发电节点的总数；z表示交直流电力系统的状态集合Zv,t中的一个元素，m和g分别表示负荷节点和发电节点的序数，发电节点包括了直流发电节点和交流发电节点；
同时建立目标函数的以下约束：
多端直流系统的节点功率平衡约束：
Figure FDA0002532106670000047
其中，
Figure FDA0002532106670000048
为换流阀元件i在时刻t的输出功率，
Figure FDA0002532106670000049
为换流阀元件i在时刻t的电压幅值，
Figure FDA00025321066700000410
为换流阀元件k在时刻t的电压，
Figure FDA00025321066700000411
为换流阀元件i与换流阀元件k间的直流线路的导纳，NDC为换流阀元件的总数；
多端直流系统耦合元件的功率平衡约束：
Figure FDA00025321066700000412
Figure FDA0002532106670000051
其中，Ri和Xi分别为换流阀元件i的电阻与电抗，αi等于arctan(Xi/Ri)；
Figure FDA0002532106670000052
与
Figure FDA0002532106670000053
分别为时刻t换流阀元件i的调制比和换向角度，
Figure FDA0002532106670000054
为时刻t与多端直流系统相连的交流节点的电压幅值，
Figure FDA0002532106670000055
为t时刻从换流阀元件i注入交流系统的功率；
换流阀元件电压下垂控制约束：
Figure FDA0002532106670000056
其中，
Figure FDA0002532106670000057
为t时刻换流阀元件i的下垂控制系数，
Figure FDA0002532106670000058
与
Figure FDA0002532106670000059
分别为换流阀元件i下垂控制的电压与功率参考值；
交流系统节点的功率平衡约束：
Figure FDA00025321066700000510
其中，
Figure FDA00025321066700000511
为时刻t交流系统的发电节点u的输出功率，
Figure FDA00025321066700000512
和
Figure FDA00025321066700000513
分别为交流系统的发电节点u和负荷节点v在时刻t的节点电压幅值，Guv和Buv分别为交流系统的发电节点u和负荷节点v相连交流线路的电导与电纳，
Figure FDA00025321066700000514
为发电节点u和负荷节点v在时刻t的节点电压的相角差；
发电节点有功出力约束：
Figure FDA00025321066700000515
其中，
Figure FDA00025321066700000516
为时刻t发电节点g的有功出力，
Figure FDA00025321066700000517
和
Figure FDA00025321066700000518
分别为时刻t发电节点g的有功出力下限与上限；
负荷节点负荷削减约束：
Figure FDA00025321066700000519
其中，
Figure FDA00025321066700000520
为时刻t负荷节点m的负荷削减量，
Figure FDA00025321066700000521
为时刻t负荷节点m的负荷削减上限；
负荷节点电压幅值约束：
Figure FDA00025321066700000522
其中，
Figure FDA00025321066700000523
为时刻t负荷节点m的节点电压幅值，Vm 和
Figure FDA00025321066700000524
为时刻t负荷节点m的电压幅值下限与上限；
换流阀元件调制比约束：
Figure FDA0002532106670000061
其中，
Figure FDA0002532106670000062
表示时刻t换流阀元件i的调制比
换流阀换向角度约束：
Figure FDA0002532106670000063
其中，
Figure FDA0002532106670000064
表示时刻t换流阀元件i的换向角度
换流阀功率约束：
Figure FDA0002532106670000065
其中，
Figure FDA0002532106670000066
是换流阀元件i在时刻t的最大可用容量；
交流线路潮流约束：
Figure FDA0002532106670000067
其中，
Figure FDA0002532106670000068
是将交流系统发电节点u和负荷节点v进行连接的交流线路在时刻t的最大可用容量；
直流线路潮流约束：
Figure FDA0002532106670000069
其中，
Figure FDA00025321066700000610
是将换流阀元件i和k进行连接的直流线路在在时刻t的最大可用容量，
Figure FDA00025321066700000611
表示换流阀元件i和k间直流线路的阻抗。
6.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3)具体为：
采用以下公式处理获得交直流电力系统各节点的可靠性参数EENSm(t)和LOLPm(t)：
Figure FDA00025321066700000612
Figure FDA00025321066700000613
其中，
Figure FDA00025321066700000614
为时刻t负荷节点m的负荷削减量，EENSm(t)表示为时刻t负荷节点m的负荷削减期望值，LOLPm(t)表示为时刻t负荷节点m的负荷削减概率值，pz(t)为时刻t交直流电力系统故障状态z的发生概率，pz(t)为交直流电力系统的概率集合Pv,t中的一个元素；Nz为交直流电力系统故障状态总数，
Figure FDA00025321066700000615
表示负荷节点m在故障状态z的负荷削减参数，
Figure FDA00025321066700000616
计算为：
Figure FDA00025321066700000617
若负荷节点m的负荷削减期望值EENSm(t)与负荷削减概率值LOLPm(t)均分别小于交直流电力系统的削减期望阈值EENSset和削减概率阈值LOLPset，则负荷节点m的可靠性满足系统要求；
若负荷节点m的负荷削减期望值EENSm(t)与负荷削减概率值LOLPm(t)均分别大于等于交直流电力系统的削减期望阈值EENSset和削减概率阈值LOLPset，则负荷节点m的可靠性不满足系统要求，对负荷节点m处的负荷设备提前采取措施提高该负荷节点的可靠性。
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