一種獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)可靠性分析領(lǐng)域，設(shè)及一種獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電 系統(tǒng)可靠性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，高壓直流輸電的實(shí)際工程日益增多，該技術(shù)目前主要用于遠(yuǎn)距離大功率 輸電、大區(qū)聯(lián)網(wǎng)及地下或海底電纜送電等，所有該些工程應(yīng)用都對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)的可 靠性提出了很高的要求，其可靠性的改善也將給整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶 來(lái)巨大的效益。因此，定量評(píng)估高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性，分析各種影響因素，并提出相 應(yīng)的對(duì)策，是一項(xiàng)十分重要的工作。
[0003] 與交流系統(tǒng)可靠性研究相比，高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性研究的起步較晚。在直流 輸電系統(tǒng)可靠性建模評(píng)估方面，主要方法有概率分布法、頻率和持續(xù)時(shí)間法、蒙特卡洛模擬 法等。最早用于高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的方法是概率分布法，根據(jù)各元件的故障概 率來(lái)計(jì)算高壓直流輸電系統(tǒng)的可用輸送容量隨機(jī)地處在各種可能狀態(tài)下的概率，并W此作 為評(píng)估高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)指標(biāo)。頻率和持續(xù)時(shí)間法著眼于建立各子系統(tǒng)的狀 態(tài)空間圖并獲得相應(yīng)的等效模型，通過(guò)組合各等效模型而建立整個(gè)高壓直流輸電系統(tǒng)的狀 態(tài)空間圖。而蒙特卡洛模擬法是W概率理論和統(tǒng)計(jì)方法為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)模擬方法，它 用抽樣的方法進(jìn)行狀態(tài)選擇用統(tǒng)計(jì)的方法得到可靠性指標(biāo)。
[0004] 概率分布評(píng)估方法概念簡(jiǎn)單、使用方便，然而不能考慮系統(tǒng)在各狀態(tài)間的隨機(jī)轉(zhuǎn) 移情況，因此計(jì)算結(jié)果存在誤差。蒙特卡洛模擬法求解得到的是近似值，其主要不足在于計(jì) 算時(shí)間與計(jì)算精度相關(guān)，為降低誤差，將顯著增加計(jì)算時(shí)間。傳統(tǒng)的頻率和持續(xù)時(shí)間法求解 精確，然而建立狀態(tài)空間圖的過(guò)程非常繁瑣，為簡(jiǎn)化計(jì)算，考慮的系統(tǒng)容量狀態(tài)數(shù)較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種獲取基于參數(shù)矩陣化的 直流輸電系統(tǒng)可靠性的方法，該方法通過(guò)引入?yún)?shù)矩陣獲取準(zhǔn)確性高的直流輸電系統(tǒng)可靠 性，并且操作簡(jiǎn)單。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性的方 法包括W下步驟：
[0007] 1)獲取直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)該直流輸電系統(tǒng)中各元件的連接方式及運(yùn) 行狀態(tài)將該直流輸電系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)，得直流輸電系統(tǒng)的可靠性框圖；
[000引 2)利用狀態(tài)空間法得到各子系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)元件的可靠性模型，再合并子系統(tǒng)中各元 件的可靠性模塊，得各子系統(tǒng)的可靠性模型；
[0009] 3)引入系統(tǒng)參數(shù)化矩陣，所述系統(tǒng)參數(shù)化矩陣包括容量矩陣C、容量概率矩陣P 及狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣R，得各子系統(tǒng)的容量矩陣C、容量概率矩陣P及狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣R，然后 根據(jù)直流輸電系統(tǒng)的可靠性框圖將所有子系統(tǒng)的可靠性模型進(jìn)行合并，其中，當(dāng)兩個(gè)子系 統(tǒng)為串聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，則按照式巧）、（7)、（8)進(jìn)行合并，當(dāng)兩個(gè)子系統(tǒng)為并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，則按照式 化）、（7)、（8)進(jìn)行合并，得直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)的可靠性模型及逆變側(cè)的可靠性模型， 然后將所述直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)的可靠性模塊與逆變側(cè)的可靠性模型按照式巧）、（7) 及（8)進(jìn)行合并，得該直流輸電系統(tǒng)的可靠性模型，然后根據(jù)該直流輸電系統(tǒng)的可靠性模 型得直流輸電系統(tǒng)的可靠性，其中式巧）、化）、（7)及（8)分別為：
[0010] Cs={cUICy=min{a1，bj}}啡GC1，bj'GC2妨
[0011] Cs={cu|cy=ai+bj}啡￡C1，bj'G〇2做
[001 引Ps二P、P-^ (7)
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 獲取直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)該直流輸電系統(tǒng)中各元件的連接方式及運(yùn)行狀 態(tài)將該直流輸電系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)，得直流輸電系統(tǒng)的可靠性框圖； 2) 利用狀態(tài)空間法得到各子系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)元件的可靠性模型，再合并子系統(tǒng)中各元件的 可靠性模塊，得各子系統(tǒng)的可靠性模型； 3) 引入系統(tǒng)參數(shù)化矩陣，所述系統(tǒng)參數(shù)化矩陣包括容量矩陣C、容量概率矩陣P及狀 態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣R，得各子系統(tǒng)的容量矩陣C、容量概率矩陣P及狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣R，然后根據(jù) 直流輸電系統(tǒng)的可靠性框圖將所有子系統(tǒng)的可靠性模型進(jìn)行合并，其中，當(dāng)兩個(gè)子系統(tǒng)為 串聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，則按照式（5)、（7)、（8)進(jìn)行合并，當(dāng)兩個(gè)子系統(tǒng)為并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，則按照式（6)、 (7)、（8)進(jìn)行合并，得直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)的可靠性模型及逆變側(cè)的可靠性模型，然后將 所述直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)的可靠性模塊與逆變側(cè)的可靠性模型按照式（5)、（7)及（8)進(jìn) 行合并，得該直流輸電系統(tǒng)的可靠性模型，然后根據(jù)該直流輸電系統(tǒng)的可靠性模型得直流 輸電系統(tǒng)的可靠性，其中式（5)、（6)、（7)及（8)分別為： Cs = {c Jj I Cij= min {a j, bj}} ；aj G C 1； bj G C2 (5) Cs= {c Jcij= a i+bj} CubjG C2 (6)
Pkl E P S，Ckl、Cms、Cns、Cwr、Cwt E C s，（Ii' dj G C，y UinG R p η rt G R 2 (8) 其中，Cp C2、Cs分別為第一個(gè)子系統(tǒng)的容量矩陣、第二個(gè)子系統(tǒng)的容量矩陣、第一個(gè)子 系統(tǒng)及第二個(gè)子系統(tǒng)合并后得到的新系統(tǒng)的容量矩陣；Pi、P2、Ps分別為第一個(gè)子系統(tǒng)的容 量概率矩陣、第二個(gè)子系統(tǒng)的容量概率矩陣、第一個(gè)子系統(tǒng)及第二個(gè)子系統(tǒng)合并后得到的 新系統(tǒng)的容量概率矩陣&為容量矩陣C i中的第i個(gè)元素，為容量矩陣C2中的第j個(gè)元 素，M為容量矩陣C s中第i行第j列的元素，P ^為容量概率矩陣P s中的第j行的元素，R i、 R2、Rs分別為第一個(gè)子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣、第二個(gè)子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣、以及第一 個(gè)子系統(tǒng)與第二個(gè)子系統(tǒng)合并后得到的新系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣；λ u為容量矩陣R 2中第 i行、第j列的元素；Pkl為容量概率矩陣P s中的第k行、第1列元素；c kl、cms、cns、c"、Cwt均 為容量矩陣C s中的元素，c kl、cms、cns、cm、cwt中的下標(biāo)分別為元素所在行數(shù)與列數(shù)；γ "為 狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣R1中的第m行、第n列的元素；q rt為狀態(tài)轉(zhuǎn)移率矩陣R 2中的第r行、第t 列的元素，4及屯分別為容量矩陣C中的第i個(gè)元素及第j個(gè)元素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性的方法，其特征 在于，步驟2)的具體操作為： 1)提取直流輸電系統(tǒng)內(nèi)各元件的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息，根據(jù)各元件的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息建立各元 件的兩狀態(tài)模型； 2)根據(jù)各元件的兩狀態(tài)模型得各元件的等效模型，然后根據(jù)子系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將各元 件的等效模型進(jìn)行兩兩組合，得各子系統(tǒng)的可靠性模型，其中，當(dāng)需要組合的兩個(gè)元件的等 效模型為串聯(lián)關(guān)系時(shí)，則按照式（1)得串聯(lián)組合后得到的新系統(tǒng)的狀態(tài)概率，并按照式（2) 得到串聯(lián)組合后得到的新系統(tǒng)的概率及轉(zhuǎn)移率；當(dāng)需要組合的兩個(gè)元件的等效模型為并聯(lián) 關(guān)系時(shí)，則按照式（3)得到并聯(lián)組合后得到的新系統(tǒng)的狀態(tài)概率，并按照式（4)得到并聯(lián)組 合后得到的新系統(tǒng)的概率及轉(zhuǎn)移率，其中
式中，λ A、別為元件A故障率及元件B的故障率；μ Α、μ j別為元件A的修復(fù) 率及元件B的修復(fù)率；Pi (i = 1，2, 3, 4)為子系統(tǒng)的容量狀態(tài)概率；λ u (i = 1，2, 3, 4 ; j = 1，2, 3, 4)為子系統(tǒng)各狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性的方法，其特征 在于，所述直流輸電系統(tǒng)的可靠性通過(guò)總等值停運(yùn)時(shí)間TEOT、能量可用率EA、能量不可用 率EU、系統(tǒng)期望輸送容量EC來(lái)表征。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性的方法，其特征 在于，所述利用直流輸電系統(tǒng)的參數(shù)矩陣根據(jù)式（9)及（10)得直流輸電系統(tǒng)各容量狀態(tài)的 頻率及持續(xù)時(shí)間，其中，式（9)及式（10)分別為： ^ I
其中，4為系統(tǒng)處于狀態(tài)i的容量狀態(tài)頻率；T 系統(tǒng)處于狀態(tài)i的持續(xù)時(shí)間；p i為系 統(tǒng)處于狀態(tài)i的穩(wěn)態(tài)概率；λ u為系統(tǒng)從狀態(tài)i到狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移率； 然后根據(jù)直流輸電系統(tǒng)各容量狀態(tài)的頻率及持續(xù)時(shí)間得直流輸電系統(tǒng)的總等值停運(yùn) 時(shí)間TEOT、能量可用率EA、能量不可用率EU及系統(tǒng)期望輸送容量EC，其中，直流輸電系統(tǒng)的 總等值停運(yùn)時(shí)間TEOT、能量可用率EA、能量不可用率EU及系統(tǒng)期望輸送容量EC分別為：
其中：TEOT為總等值停運(yùn)時(shí)間；EOTi為等值停運(yùn)時(shí)間；Ti為實(shí)際停運(yùn)時(shí)間；EA為能量可 用率；EU為能量不可用率；EC為系統(tǒng)期望輸送容量；Ci、？1分別為直流輸電系統(tǒng)處于狀態(tài)i 的輸送容量標(biāo)么值及穩(wěn)態(tài)概率；C為系統(tǒng)基準(zhǔn)容量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性的方法，其特征 在于，所述元件的兩狀態(tài)模型通過(guò)元件的容量狀態(tài)、故障率、修復(fù)率來(lái)表征，其中，修復(fù)率為 元件修復(fù)時(shí)間的倒數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的獲取基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性的方法，其特征 在于，所述子系統(tǒng)的可靠性模型由子系統(tǒng)的容量狀態(tài)、狀態(tài)概率、狀態(tài)轉(zhuǎn)移率來(lái)表征。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于參數(shù)矩陣化的直流輸電系統(tǒng)可靠性方法，包括根據(jù)直流輸電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài)，確定系統(tǒng)可靠性框圖；提取各元件的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息并計(jì)算得到元件可靠性參數(shù)，根據(jù)元件連接方式建立子系統(tǒng)可靠性模型；利用參數(shù)矩陣化的方法將子系統(tǒng)可靠性模型組合計(jì)算得到直流輸電系統(tǒng)可靠性模型；選定可靠性指標(biāo)，并在系統(tǒng)可靠性模型的基礎(chǔ)上計(jì)算可靠性指標(biāo)，以此實(shí)現(xiàn)評(píng)估直流輸電系統(tǒng)可靠性的目的。
【IPC分類(lèi)】H02J3-36, G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104767217
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410499686
【發(fā)明人】劉杰, 王秀麗, 郭靜麗, 寧聯(lián)輝
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院, 西安交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2014年9月25日