特高压直流输电系统可靠性计算方法

摘要

一种特高压直流输电系统可靠性计算方法，涉及双12脉接线的高压直流输电系统可靠性计算方法。本发明是利用计算机，通过程序，采用状态枚举法，先分别计算双12脉接线单侧换流变压器子系统和单侧交波滤波器子系统可靠性指标，再计算整个直流输电系统的可靠性指标。本发明具有模型通用性好，便于推广应用，计算准确性高，计算速度快等特点。本发明可广泛用于双12脉接线的高压直流输电系统可靠性计算，特别适用于特高压直流输电系统的可靠性计算。

主权项

1.一种特高压直流输电系统可靠性计算方法，利用计算机，通过程序进行计算，其特性在于具体的方法步骤如下：(1)、双12脉接线特高压直流输电系统单侧换流变压器子系统可靠性计算1)输入双12脉接线特高压直流输电系统中单侧换流变压器子系统各元件的统计可靠性参数，包括换流变压器的故障率λ、修复时间8760/μ和安装时间γ，断路器的故障率λ、修复时间8760/μ和隔离时间；2)枚举单侧换流变压器故障事件第(1)——1)步完成后，对单侧换流变压器子系统各元件，进行枚举故障事件，对换流变压器的故障事件枚举到四阶事件，即故障元件数为四，整流侧和逆变侧分别枚举，并得到该枚举故障事件的故障元件集；3)从故障元件集中找出故障可替换元件集第(1)——2)步完成后，比较故障元件集与备用元件集中元件的型号和连接方式，当备用元件的型号和连接方式与故障元件一致时，则此故障元件为可替换元件，从而寻找出所有可替换的元件，形成故障可替换元件集；4)形成可替换元件集的备用启用优先排序第(1)——3)步完成后，首先考虑各阀组对应的换流变压器需要替换的变压器台数，将1)——3)步形成的故障可替换元件集中的各变压器，进行备用启用优先排序，先按元件的个数排序：当阀组对应的换流变压器中，包含的可替换元件个数越少，则该变压器的备用启用的优先级越高；当阀组对应的换流变压器中，包括的可替换元件的个数相等时，则该变压器的备用启用优先级等同，对备用启用优先级等同的变压器，再按其容量的大小排序：当变压器组及其对应的阀组的容量越大时，其备用启用的优先级越高，当变压器组及其对应的阀组容量相等时，其备用启用优先级等同，对备用启用优先级等同的变压器，再进一步按其等效故障修复时间排序：当变压器的故障修复时间越长，则该变压器的备用启用优先级越高；当变压器的故障修复时间相等时，其备用启用优先级等同，则这些变压器可随机启用，从而形成可替换故障元件集的变压器备用启用的优先排序；5)按备用启用优先排序的顺序进行变压器替换第(1)——4)步完成后，对第(1)——2)步枚举故障事件，按第(1)——4)步形成的变压器的备用启用优先排序的顺序进行换流变压器的替换，并进行故障元件的可用率和不可用率计算，在进行故障元件的可用率和不可用率计算时，按备用启用优先排序的顺序，故障元件的修复时间用备用安装时间来替换；6)计算枚举故障事件的概率、频率及对应的系统容量第(1)——5)步完成后，先按下式计算枚举故障事件的概率：式中：A_i和U_i分别是第i个元件可用率和不可用率，N_f和N-N_f分别是状态s中失效和未失效的元件数量，枚举故障事件的频率为：$f\left(s\right)=P\left(s\right)\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\lambda }_k---\left(2\right)$式中，λ_k是第k个元件从状态s离开的转移率，当第k个元件在工作，则λ_k是故障率；当第k个元件处于停运且无备用，则λ_k是修复率，当第k个元件处于停运但是有备用投入，则λ_k是备用安装率，枚举故障事件对应的容量状态由换流变压器故障引起的停运容量来确定；7)第(1)——6)步完成后，然后判断枚举故障事件是否完成：当完成时，则输出计算结果；否则返回第(1)——1)步再进行故障事件枚举，最后进行单侧换流变压器子系统的可靠性指标计算：子系统处于某容量状态的概率为此容量状态对应的所有枚举故障事件失效概率之和，子系统处于某容量状态的频率为此容量状态对应的所有枚举事件失效频率之和；(2)、双12脉接线特高压直流输电系统单侧交流滤波器子系统可靠性计算1)分别输入双12脉接线特高压直流输电系统中，单侧交流滤波器子系统的A型11/13次双调谐交流滤波器，B型3/24/36次三调谐交流滤波器，C型和D高通交流滤波器的统计故障率λ和修复时间8760/μ，母线的故障率λ和修复时间8760/μ，断路器的障率λ、修复时间8760/μ和隔离时间γ′；2)枚举单侧交流滤波器故障事件第(2)——1)步完成后，对单侧交流滤波器子系统的元件，进行枚举故障事件，故障事件枚举到五阶，即故障元件数为五；3)确定枚举故障事件对应的容量状态第(2)——2)步完成后，确定单侧交流滤波器子系统枚举故障事件对应的容量状态：①单个枚举故障事件容量状态的确定在枚举过程中，某一单个枚举故障事件对应A、B、C、D型交流滤波器个数分别为N_a、N_b、N_c和N_d搜索交流滤波器无功容量表，找出所有满足N_a≥N_ak、N_b≥N_bk、N_c≥N_ck、N_d≥N_dk的容量状态集合φ，其中N_ak、N_bk、N_ck、N_dk分别为容量状态k对应的A、B、C、D型交流滤波器个数，则容量状态集合φ中最大的容量状态为单个枚举故障事件对应的容量状态；②交流滤波器断路器隔离过程与修复过程的等效对断路器故障的隔离过程和修复过程分开计算，其隔离过程的故障后果与其所连接的母线相同，其修复后果与其所连接的滤波器相同，即交流主母线所连断路器故障后果与其所连交流滤波器母线相同，则分别将断路器的隔离过程与修复过程等效；③断路器隔离过程的等效及其故障后果的确定在进行单侧交流滤波器子系统多阶故障枚举时，只存在两种情况，一是元件的故障影响容量相加，一是元件故障后果容量“取大”，取大包括到相等中的任一个，只有两种情况下对其进行取大处理，一是小母线与同其下连接的滤波器故障，一是状态中存在大母线故障，在处理多阶故障状态时，先进行同一母线下的取大处理，然后将各容量相加，可得多阶故障状态的后果；4)计算枚举故障事件的概率、频率第(2)——3)步完成后，先按第(1)步中的式(1)和式(2)，计算枚举故障事件概率和频率，再累加相同容量状态的枚举故障事件的概率，即为子系统的累计失效概率，累加相同容量状态枚举故障事件的频率，即为子系统的累计失效频率，然后进行故障枚举事件的完成判断：当完成时，则输出计算结果；否则返回第(2)——1)步，再进行枚举故障事件；(3)、双12脉接线特高压直流输电系统可靠性计算1)输入系统原始数据和系统拓扑关系输入双12脉接线特高压直流输电系统中：交流滤波器、换流变压器、母线、断路器、平波电抗器、阀组、站控、极控、辅助电源、直流输电线路的统计故障率、修复时间和安装时间；2)计算各子系统的多状态停运容量表第(3)——1)步完成后，计算各子系统的多状态停运容量表：根据特高压直流换流站的典型结构，其子系统包括换流变压器子系统、控制保护子系统、阀组系统、交流滤波器子系统、交流场、直流场、直流输电线路和辅助设备，分别计算各子系统可靠性，得到各子系统的等效多容量状态模型；A.计算每个单侧单极换流单元组合的停运容量表，即单侧单极单个12脉波换流阀对应的换流变压器、换流阀和换流变压器断路器：首先，根据第(1)步中的方法，结合状态枚举法得到单侧单极单个换流单元对应的换流变压器组可靠性，然后计算单侧单极单个换流单元对应的断路器可靠性，最后合并换流变压器组、断路器和阀可靠性计算结果得到单侧单极换流单元可靠性；B.两侧交流滤波器子系统的可靠性计算根据第(2)步中的计算方法，得到计算无功容量表的单侧交流滤波器可靠性；3)计算双12脉接线特高压直流输电系统的可靠性第(3)——2)步完成后，先根据特高压直流输电系统逻辑结构和运行方式，得到双12脉接线特高压直流输电系统的可靠性模型方框图，按照此框图基于状态枚举法串并联组合各子系统可靠性即可得到系统可靠性指标，基于状态枚举法组合子系统可靠性模型时，系统单个枚举故障事件对应的容量状态由整流侧交流滤波器容量、正极元件和负极元件容量之和、逆变侧交流滤波器容量取小得到，最后，输出双12脉接线特高压直流输电系统的可靠性计算结果。