（电气工程专业论文）高压直流输电系统可靠性评估模型及算法研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着高压直流输电技术的不断发展，实际工程的日益增多，以及交直流联合电 力系统的出现，高压直流输电系统的可靠性已成为影响整个电力系统可靠性的重要 因素，因此，迫切需要评估高压直流输电系统的可靠性以及分析各种影响因素。 论文结合中国南方电网公司项目“云广特高压8 0 0 k v 直流输电系统可靠 性指标研究”，对高压直流输电系统可靠性评估、元件可靠性灵敏度分析、特高压系 统指标分析以及交直流系统可靠性评估建模等问题进行了较深入的研究。直流系统 元件数目庞大，系统结构复杂，论文依据实际运行条件，运用故障树( f t a ) 法和马 尔可夫基本原理，研究直流输电系统可靠性方法及其在实际工程中的应用。论文所 做主要工作如下； 在深入研究直流输电系统典型接线方式与运行方式的基础上，分析系统故障 原因建立各级故障树图，并分层建立了高压及特高压直流输电子系统及系统故障树 模型，结合频率和持续时间( f d ) 法处理元件备用，应用故障树定性及定量方法， 结合经典故障树理论，计算直流系统可靠性指标。经单双1 2 脉实际系统的算例验证， 该方法正确、有效，根据其提供的故障树图，可快速判断系统失效原因及补救措施。 运用固法评估特高压直流输电系统可靠性。根据系统功能、备用模式及运 行条件的影响，将直流系统划分为若干子系统根据马尔可夫原理，研究子系统问 的转移变换关系，确定状态间转移率，据此建立特高压直流输电系统的状态转移图。 结合具体工程，采用f t 法对元件原始参数进行预处理，显著降低计算复杂度。应 用容量归并，简化状态转移，最终应用f d 法理论组合各子系统计算系统可靠性指标。 通过实际系统的计算分析，验证了方法的正确性。 提出直流系统元件可靠性灵敏度指标，结合f t a 法和平均持续时间法建立了 高压直流输电系统元件可靠性灵敏度分析的组合模型，提出了直流系统可靠性评估 概率灵敏度和关键重要度的定义，为从元件层面刻画高压直流输电系统可靠性影响 程度提供有效的解决方案 根据本文对f t a 法和f d 法的基本理论、算法实现等方面的研究成果，基于 两种方法分别编制了可靠性评估程序，结合工程项目对云广8 0 0 k v 双1 2 脉特高压 直流输电系统进行了可靠性指标分析，包括参数灵敏度分析、系统薄弱环节分析及 元件备用影响分析等，同时探讨了单双1 2 脉不同接线方式对系统可靠性的影响，得 到若干有价值的结论。最终为改进系统可靠性提出了增强性措施。 在完成直流系统可靠性评估的前提下，结合m o n t ec a r l o 模拟法，在交直流 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 混合输电系统的可靠性评估模型建立方面进行了拓展研究。通过对i e e e - 盯s9 6 测 试系统的算例分析，确定了该模型的正确性。与此同时，如何在该模型基础上进一 步考虑交直流系统暂态稳定性问题及电压水平约束，并完善该模型，将成为日后研 究的方向 关键词：高压直流，可靠性，故障树，频率及持续时间法，交直流 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fh i 曲v o l t a g ed i r e c t e dc u r r e n t ( h v d c ) t r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g i e s , t h ei n c r e a s i n gn u m b e ro fh v d cp r o j e c t s a n dt h e a p p e a r a n c e o f h v a c ，h v d ch y b r i dt r a n s m i s s i o ns y s t e m , t h er e l i a b i l i t yo fh v d cs y s t e mb 锄ea v e r yi m p o r t a n tf a c t o rt ot h eb u l kp o w e rs y s t e m sr e l i a b i l i t y i t sn e c e s s a r yt oe v a l u a t e h v d c s y s l e m sr e l i a b i l i t ya n da n a l y z et h ei n f l u e n c ef a c t o r s t h ew o r ko ft h i st h e s i si ss u p p o r t e db yc h i n as o u t h e r np o w e rg i r dc o m p a n y s p r o j e c t y u n n a n g a n g z h o uu l t r ah i g hv o l t a g e ：t ：8 0 0 k vd cw a n s m i s s i o ns y s t e m s r e l i a b i l i t yi n d i c , e s 挥a f c kr e s e a r c h e sa 愆i m p l e m e n t e do nh v d cs y s t e m sr e l i a b i l i t y e v a l u a t i o n , c o m p o n e n t s r e l i a b i l i t ys e n s i t i v i t ya n a l y s i s , u h v d cs y s t e m sr e l i a b i l i t y a n a l y s i sa n dr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o nm o d e lf o ra c d ch y b r i ds y s t e m s i n c eh v d cs y s t e m f e a t u r e si ni t sn u m e r o u sc o m p o n e n t sa n dc o m p l e xs t n k = t l 盯e u n d e rp r a c t i c a lo p e r a t i o n c o n d i t i o n , t h et h e s i ss t b d i 鼯o nh v d cs y s t e m sr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o nm e t h o d sa n dt h e i r a p p l i c a t i o ni np r a c t i c a le n g i n e e r i n gb yc o m b i n i n gf a u l tt r e ea n a l y s i sm e t h o dw i t hm a r k o v t h e o r i e s n 圮m a i na c h i c v e m e n t sa 嬲f o l l o w s ： 1 b a s e do nh v d cs y s t e m st y p i c 柚c o r m e 而o nm a n n e r sa n do p e r a t i o nm o d e s , f a u l t t r e ed i a g r a m sf f t d ) 黜b u i l tb ya n a l y z m gs y s t e m sf a u l tc a u s a t i o n , h v d ca n d u h v i x ：s u b s y s t e m s a n ds y s t e m s f a u l tt r e e a n a l y s i st y r a ) m o d e l s a r e l a y e r - e s t a b l i s h e d , a n df r e q u e n c ya n dd u r a t i o nf i b ) t e c h n i q u ei sc o m b i n e df o r r e s e r v a t i o na n a l y s i s q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v em e t h o d sw i t l lc l a s s i c a l 丌at h e o r i e sa r e a p p l i e dt od cs y s t e m si n d i c e sc a l c u l a t i o n t h r o u o ai x l 2 - p u l s ea n d2 x 1 2 - p u l s eh v d c p r a c t i c a lt e s ts y s t e m s , t h em e t h o d s 黜p r o v e dc o n b c ta n de f f i c i e n t , b a s e do nt h e p r e s e n t e df t d s , s y s t e m sf a i l u r ec a u s a t i o na n dt e m e d i a t i o nc a nb eq u i c k l ye 剐j 】丑a t o 正 2 e v a l u a t i n gu h v d ct r a n s m i s s i o ns y s t e m sr e l i a b i l i t yi s e v a l u a t e du s i l l gf d m e t h o d a c c o r d i n gt oi m p a c t so fs y s t e mf i m c = t i o n sw i t hs t a n d b ym o d e sa n do p e r a t i o n a l c o n d i t i o n s ，d cs y s t e mi sd i v i d e di n t os e v e r a l 飘i b 掣s c a n s b a s e do nm a r k o ，t h e o r i e s , t h e t r a n s i tr e l a t i o n s h i p sa n dt r a n s i ti a t e sb e t w e e ns u b s y s t e m sa r s t u d i e d , a n ds t a l et r a n s i t i o n d i a g r a m s 毗b u i l ta c c o r d i n g l y c o m b i n e dw i t hp r a c t i c a lp r o j e c t , f t am e t h o di sa p p l i e d f o rc o m p o n e n t s p a r a m e t e 鸺p r e c o n d i t i o n i n g , a n dt h ec a l c u l a t i o nc o m p l e x i t yi sr e d u c e d s i g n i f i c a n t l y t h ea p p l i c a t i o no fc a p a c i t ym e r g ei ns t a t et r a n s i t i o ns t t l d i o sm a k e st h e t r a n s i t i o np r o c e s sm u c hs i m p l e r f i n a l l y , t h er e l i a b i l i t yo fs y s t e mi se v a l u a t e du s i d gf d m e t h o d t h r o u g ha n a l y s i so f c a s e s , t h em e t h o d i sp r o v e dc o r r c c l m 重庆大学硕士学位论文英文摘要 3 s e n s i t i v i t yi n d i c e s 氍p r o p o s e d t h es e n s i t i v i t ya n a l y s i sm o d e lo fh v d c s y s t e m sr e l i a b i l i t yi n d i c e si se s t a b l i s h e db yo m b i n g i n gt h ef t a m e t h o da n df dm e t h o d p r o b a b i l i t ys e n s i t i v i t ya n dk e ys e n s i t i v i t yi n d i c e s 虢a l s od e f i n e d e f f e c t i v es o l u t i o ni s p r o p o s e df o rd e p i c t i n gt h er e l i a b i l i t yi m p a c to f t h ec o m p o n e n t st o w a r dh v d cs y s t e m 4 a c c o r d i n gt ot h et h e o r ya n da r i t h m e t i ca n a l y s i so ff i aa n df dm e t h o d s , p r o g r a m sa r ed e v e l o p e df o rc a l c u l a t i n gt h er e l i a b i l i t yo fh v i ) ct r a n s m i s s i o ns y s t e m u s i n gt h ep r o g r a m s ，t h er e l i a b i l i t yo f y u n n a n - c r u a i l g z h o u 士8 0 0 k v2 x 1 2 - p u l s eu h v d c s y s t e mi se v a l u a t e da n dt h er e l i a b i l i t yr e s u l t s , i n c l u d i n gp a r a m e t e r s s e n s i t i v i t y , s y s t e m s w e a k n e s sl i n ka n ds t a n d b ym o d e sa 聆a m y z e da tt h e 鬟l m et i m e , t h ei m p a c t so f d i f f e r e n t c o n n e c t i o nm o c l 酷( 1 x 1 2 - p u l s ea n d2 x 1 2 - p u l s e lo nr e l i a b i l i t y 哪d i s c u s s e d , s e v e r a l v a l u a b l ec o n c l u s i o n sa r em a d e r i n a l l y , as e r i e so f r e i n f o r c e m e n tl l l e a s u l _ e sa r ep r e s e n t e d 5 b a s e do nt h ep r e c o n d i t i o nt h a th v d cs y s t e m sr e l i a b i l i t yi se v a l u a t e d , u s i n g m o n t ec a r l os i m u l a t i o n , r e s e a r c h e so l la c f d ch y b r i du a n s m i s s i o ns y s t e m sr e l i a b i l i t y e v a l u a t i o na r ee x p a n d e d t h er e l i a b i l i t yi n d i c e so fi e e e - r t s9 6t e s ts y s t e ma r e c a l c u l a t e d , a n dt h er e s u l t sp r o v et h a tt h em o d e li sc o r l e c ：t a tt h es a _ r n et i m e , h o wt ot a k e i n t oa c c o u n to f h y b r i ds y s t e m st r a n s i e n ts t a b i l i z a t i o na n dv o l t a g er e s t r i c t i o nt om a k et h e m o d e lm o r e c o m p l e t ew i l lb et h es u b j e c ti nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：h v d c ，r e l i a ：b i l i t y , f a u l tt r e ea n a l y s i s , f r e q u e n c ya n dd i j l 面o nm e t h o d , a c d ch y b r i ds y s t e m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：融- 脚放 签字日期： 驷1 年s 月2 f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废盔堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打。4 ”) 学位论文作者签名：话j 节兹 导师签名： 签字日期：川年s 月z l e 1 ) 习交。么 签字隰? 7 年f 月2 f 日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 引言 电力系统的根本任务是尽可能经济且可靠地将电力供给各用户。安全、经济、 优质、可靠是对电力系统的根本要求。电力系统可靠性研究是从电力系统规划、 设计和运行等实践活动中提出的一项具有巨大经济价值和重大社会意义的前沿性 课题，可靠性评估正逐步成为电力系统规划决策中的常规性工作。 随着高压直流输电技术的不断发展和实际工程的日益增多，高压直流输电系 统的可靠性已成为影响整个电力系统可靠性的重要因素由于高压直流输电技术 主要运用于远距离大功率输电、大区联网和系统间非同步联络以及地下或海底电 缆输电等特殊场合“，这就对高压直流系统的可靠性提出了很高的要求，而其可靠 性的改善也将给整个电力系统的安全、可靠和经济运行带来巨大的效益陆”因此 评估高压直流输电系统的可靠性以及分析各种影响因素，并提出相应的对策，是 一项十分重要的工作 超高压交直流混合输电是随着边远地区水电资源的开发和大型坑口电站的建 设而提出的为把这些远方大型电站接入系统，交、直流线路常常需跨越数百乃至 上千公里的地理区域，经历复杂的气象条件。高压直流输电技术的成熟和交直流混 合输电工程的陆续投运，使得研究直流系统对整个系统的影响以及如何对交直流 混合系统进行可靠性评估显得极为重要“一。交直流混合系统的可靠性评估在系统 规划、设计和运行中都将起到重要的作用。通过评估系统可靠性水平，可以寻找 可靠性薄弱环节，提出增强性措施，并在方案比较和可行性论证时进行可靠性决 策；也可以用来确定系统的运行方式或安排计划检修。 1 2 发输电系统可靠性研究的发展概况 要进行交直流混合输电系统的可靠性评估，必须进行直流系统可靠性评估和 发输电系统可靠性评估 运用概率方法评估电力系统可靠性始于上世纪三十年代，w j 。l y m a n 和s m d e a n 等人对统计理论进行研究，并将其运用于设备维修和备用容量确定等问题 峨“”。在电力系统可靠性研究中，发输电系统( c o m p o s i t eg e n e r a t i o na n d t r a n s m i s s i o ns y s t e m s ) 又称为大电力系统( b u l kp o w e rs y s t e m s ) 。发输电系统可靠性 评估的概率方法的研究，始于6 0 年代末，其基本目标就是所谓的发电和主输电网 的充裕度( a d e q u a c y ) 和安全度( s e c u r i t y ) 评估，即在各种可能的状态下，进行发电系 统和主输电网对各负荷点提供合乎质量的供电能力的综合评价1 “。 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 直到今天，许多国家的电力部门仍然习惯于采用确定性方法对发输电系统可 靠性进行分析和评价，例如广为使用的卜l 准则。这种确定性的分析方法只能对 系统在特定状态下性能的“好”或“坏”作定性的判别，而不能给出表征系统可 靠性能的数字特征正因为如此，促进了发输电系统可靠性评估概率方法的发展 自1 9 6 9 年国际知名学者b i l l i n t o n 教授关于这个领域的第一篇学术论文“”问世以 来，发输电系统可靠性评估在计算模型、评估方法和工程应用等方面取得了一系 列成果1 嘲 发输电系统可靠性评估方法分为两大类，即解析法( a n a l y s i sm e t h o d ) 和m o n t e c a r l o 模拟法( m o n t ec a r l os i m u l a t i o nm e t h o d ) 嘶“2 解析法是根据电力系统元件 的随机参数，建立系统的可靠性数学模型，通过数值计算方法获得系统的各项指 标。由于解析法采用的是严格的数学手段，计算结果可信度高但是它的计算量 随系统规模的增大呈指数增长，所以解析法一般只适合于网络规模较小而网络结 构较强的系统。但对于大的电力系统，或当模型中需考虑的因素较多时，解析法 会变得非常复杂。m o n t ec a r l o 模拟法是将系统中每个元件的概率参数在计算机上 用相应的随机数表示，在计算机上模拟系统实际情况，按照对此模拟过程进行若 干时间的观察，估算所要求的指标。它的基本思想是，为了求解数学、物理、工 程技术以及生产管理等方面的问题，首先建立一个概率模型或随机过程，使其参 数为问题所要求的解，然后通过对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求参数 的统计特征，最后给出所求解的近似值，而解的精确度可用估计值的标准误差来 表示。m o n t ec a r l o 法属于统计试验方法，比较直观，可以发现一些人们难以预料 的事故，而且m o n t ec a r l o 法的采样次数与系统的规模无关，容易处理各种实际运 行控制策略，所以m o n t ec a r l o 法在进行大型电力系统的可靠性评估时更具有优越 性。它的主要不足在于计算时间与计算精度的相关性，也即是说为了获得精度较 高的可靠性指标，往往需要很长的计算时间 发输电系统可靠性评估中的另一类主要计算为潮流计算，可采用大致两类方 法：网流法和潮流法。网流法( n e t f l o w a l g o r i t h m ) 是利用网络在特定状态下的最大 流代替系统中的潮流分布，从而简化了交流潮流的计算和负荷削减计算。由于它 不考虑元件故障后系统的实际响应过程，只考虑系统最大可能的响应极限，因此 这种方法反映的是一个规划网络可能达到的固有可靠性。这种方法的最大优点在 于计算速度较快，但无法考虑电压质量及系统潮流的实际约束，因此，它是系统 可靠性偏乐观的估计潮流法又分为直流潮流法d c p f a ( d cp o w e rf l o w a l g o r i t h m ) 和交流潮流法a c p f a ( a cp o w e rf l o wa l g o r i t h m ) 。目前对d c p f a 法研究较多， 该方法也具有计算速度较快的特点，在工程上也有较广泛的应用，但仍然存在着 不能考虑系统电压和无功功率的影响的缺陷。a c p f a 法可考虑系统的实际响应过 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 程、电压质量及潮流的实际制约等因素，因此。评估的结果从理论上更接近实际 情况，精度较高但对于发输电系统这样的大型复杂网络，系统可能出现的偶然 事故状态数非常大，丽事故后系统行为的分析过程是一组非线性方程和非线性优 化的求解问题，因此要达到理想精度，其计算量常常会达到难以接受的程度，这 是发输电系统可靠性评估交流潮流法实现工程应用的主要障碍。 1 3 高压直流系统可靠性研究发展概况 与交流电力系统的可靠性研究相比，高压直流输电系统可靠性研究的起步要 晚得多，所取得的成果在数量及质量上都与交流系统的可靠性研究存在较大的差 距。但是目前可靠性研究对任何一个高压直流输电工程都已成为不可缺少的内容 高压直流输电系统可靠性研究在实际工程中所取得的巨大经济效益和社会效益， 也已经被各系统长期运行中所积累的技术、经济指标以及大量的统计资科所证实 高压直流系统可靠性的研究开始于上世纪六十年代末期，有关这方面的第一 篇论文是加拿大的r b i l l i n t o n 在1 9 6 8 年发表的，同年，国际大电网会议( c i g r e ) 也成立了专门工作组，开始对高压直流输电工程进行可靠性统计和分析，经过多 年的努力，不仅获得了大量对评估高压直流输电系统可靠性方面的重要统计资料， 而且还从实践中提出了一套比较完整的可靠性指标。这些工作为从理论上对高压 直流输电系统可靠性评估进行更深入的研究创造了条件。 最早用于高压直流输电系统可靠性评估的方法是概率分布法( p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o nm e t h o d ) 。r b i l l i n t o n 等人曾用此方法对英国的k j n g s n o r t ht 程作了可 靠性评估。概率分布法是根据各元件的故障概率来计算高压直流输电系统的可用 输送容量随机地处在各种可能状态下的概率，并以此作为评估高压直流输电系统 可靠性的基础指标。这种评估方法在概念上比较简单，使用起来也方便、灵活。 但由于不能考虑系统在各种状态之间的随机转移情况以及由此而引起的影响，因 此，计算结果必然会带来误差同时，该方法没有较强的系统性，建立元件故障 与系统处于各种容量状态的概率关系是一项十分繁琐的工作，并且容易出错。所 有这些都使得概率分布法在实际工程中的应用受到很大的限制。随着m a r k o v 过程 的基本理论和模型引入电力系统的可靠性评估，p 、b i l l i n t o n 等人又提出了高压直 流输电系统可靠性评估的频率和持续时间疆d ) 法。 我国对高压直流输电系统可靠性的研究开始于8 0 年代初，研究工作针对葛洲 坝可靠性指标、原始参数以及可靠性综合分析和决策等开展了较系统的理论研究 虽然我国在这方面的研究起步较晚，但经过科研人员的努力，却取得了丰硕的成 果删表现在根据m a r k o v 过程的基本原理，提出了累积状态之问转移频率和等 效转移率等新的概念以及有关的性质，从而，丰富了可靠性理论，发展了高压直 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 流输电系统可靠性评估的f d 法；此外，还对高压直流输电系统的备用策略、同杆 双极直流线路的共同模式故障等问题进行了一定的研究。这些研究成果比国外同 一领域的研究前进了一步，对全面评估高压直流输电系统的可靠性水平以及提出 有效的增强措施等都具有重要的意义 现在进行直流系统的可靠性计算主要采用两种方法；频率和持续时闯法、故 障后果分析法m 嘲。故障后果分析法是对直流系统中的每个元件建立可靠性的模 型，根据元件的可靠性串并联关系逐个组合元件，最后得到整个直流系统的可靠 性指标该方法在概念上比较简单，使用起来也比较方便，但计算量较大，过程 比较繁琐。频率和持续时间法又称f d 法，f d 法着眼于建立各子系统的状态空间 图并获得相应的等效模型，通过组合各等效模型而建立整个高压直流输电系统的 状态空问图。在建立状态空间图及对各予系统等效模型进行组合的过程中，可以 考虑实际高压直流输电系统各种复杂的技术条件。f d 法评估的主要可靠性指标有 系统可用输送容量处于各种状态的概率、频率及平均持续时间等。 1 4 交直流混合系统可靠性研究发展概况 在进行交直流混合输电系统的可靠性分析时，常有两类方法：一类是进行仿 真研究，通常只对直流系统进行仿真，再将结果并入交流网络另一类是编制可 靠性程序进行计算。 数字仿真计算的基本思想把交流网中的整流站、逆交站分别作为交、直流系 统的分界点，称直流节点，直流节点两侧的交流部分服从交流系统的变化规律。 两个直流节点之间的直流部分服从直流输电规律，采用直流计算程序计算在 潮流计算中，把直流节点作为交流系统特殊的负荷节点处理，这种负荷的有功消 耗由指定的稳态直流传输功率确定，负荷的无功消耗由当时实际的直流节点电压 和直流系统稳态运行情况共同决定整流站同时消耗有功和无功。在动稳计算中， 实际上是把直流节点作为发电机节点处理。根据直流节点电压的变化，求出在直 流系统的调节控制作用下，每一时刻直流节点( 1 i p 换流站) 对交流系统的注入电流。 所以它们作为发电机节点与系统中各台发电机的注入电流一起决定该时刻系统的 平衡情况。从而分析了增加直流系统后交流系统的稳定情况。交流系统对直流系 统的影响集中地反映在向直流系统提供换相电压( 即直流节点电压) ，而直流系统 对交流系统的影响集中反映在直流节点向交流系统提供节点功率或注入电流，它 们和交流系统内部的控制规律、参数一起决定交流系统所提供的换相电压。因此， 交、直流系统间的相互作用是通过它们间交换换相电压、节点功率或注入电流来 体现的 编制可靠性程序计算混合系统可靠性方面，现在国内外在可靠性方面研究的 4 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 较多的是交直流并联输电系统，而对交直流网络系统的研究还较少侧国外， r b i l l i n t o n 等人使用i e e e 标准可靠性测试系统进行了对于包括一条连接电源节点 的直流输电线的交直流混合系统充裕度评估的研究删方法大致如下：对于直流 系统，采用故障后果分析法评估其可靠性，得到直流输电系统的按容量状态划分 的概率、频率及持续时间指标在与直流系统连接的远程电源节电生成故障容量 停运表生成直流线路的等效故障率合并直流线路和远程电源节点得到组合状 态，根据直流系统的传输容量和状态修改远程电源的容量状态。计算组合状态的 运行容量、故障率和平均持续时问，并将其作为节点上的发电机数据作为计算程 序的输入进而并入交流可靠性计算程序进行解算，求得系统的可靠性指标该方 法简单直观，但是只能求解某一特定结构的交直流混合输电系统。对于交直流并 联和网络系统无法处理，具有局限性在国内。任震等人提出了交直流网络系统 可靠性评估的m o n t e c a l l o - f d 混合法，并对其可靠性等效模型作了深入研究 详细讨论了整个交直流网络系统的模拟方法，具体分析了计划检修的模拟和一阶、 二阶故障的判别方法，并区分了故障后潮流调整与否两种实际情况，阐述了网络 系统可靠性状态分析的方法，并在系统随机模拟中引入了对指标精度的控制啪删 1 5 论文所作的工作 本文课题结合中国南方电网公司项目云广特高压8 0 0 k v 直流输电系统 可靠性指标研究开展研究工作。本文侧重于直流输电系统可靠性方法及应用的研 究，即将故障树分析法和频率及持续时间法应用于实际大型超高压及特高压直流 输电系统。所作的主要工作具体如下： 研究直流输电系统结构及运行方式；对国内外高压直流输电系统运行可靠 性数据进行整理分析；确定高压直流输电系统可靠性指标体系。 进行故障树法应用于直流系统可靠性评估的算法设计、模型建立，绘制以 各系统故障为顶事件的故障树图，进行单双1 2 脉直流输电系统可靠性评估的工程 实践应用。结合f d 法解决高压直流系统特别是双1 2 脉系统元件多，难于处理元 件备用等问题。 基于频率及持续时间法进行双1 2 脉直流输电系统可靠性评估建模。鉴于 实际系统运行方式多样，结构复杂，以实际工程为背景，先进行予系统划分，根 据马尔可夫原理，研究子系统闻的转移变换关系，确定状态问转移率，据此建立 特高压直流输电系统的状态转移图采用f t 法对元件原始参数进行预处理，应 用容量归并简化状态转移。应用f d 法理论组合各子系统计算系统可靠性指标。 提出直流系统元件可靠性灵敏度指标，结合故障树法和平均持续时间法建 立了高压直流输电系统元件可靠性灵敏度分析的组合模型提出直流系统可靠性 5 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 评估概率灵敏度和关键重要度的定义，为从元件层面刻画高压直流输电系统可靠 性影响程度提供有效的解决方案。 对实际特高压直流输电系统进行了可靠性指标分析，包括参数灵敏度分 析、系统薄弱环节分析及元件备用影响分析等，同时探讨了单双1 2 脉不同接线方 式对系统可靠性的影响，最终为改进系统可靠性提出了增强性措施。 结合f t a 模型和m o n t ec a r l o 模拟法，在交直流混合输电系统的可靠性评 估模型建立方面进行了拓展研究。 6 重庆大学硕士学位论文 2 高压直流输电系统可靠性研究 2 高压直流输电系统可靠性研究 2 1 直流输电系统换流站典型接线方式与运行方式 直流输电系统换流站接线方式主要有以下几种： 单极接线 单极接线通常采用一根负极性的导线，由大地或水提供回路。为了节省线路建 设的投资，直流输电系统有时用单极接线方式。但是单极系统中的地电流受地质影 响，有时可能对其附近的地下设施产生不良影响。为避免这种情况，可采用双极接 线。 双极接线 双极接线采用两根直流导线，一正一负，如一条线路故障而导致一极隔离，另 一极可通过大地运行，能承担一半的额定负荷 同极接线 同极接线的导线数不少于两根，所有导线同极性，一般取负极性。 无论是单极接线还是双极接线，其换流单元的接线方式，可采用单桥换流器也 可采用多桥换流器多桥换流器通常用偶数个桥在直流侧相串而在交流侧相并的接 线。实际应用中，大多数直流换流器是由1 2 脉动换流阀构成，也称为双桥( 1 2 脉) 换流器。因此，现代高压直流输电系统一般采用双极1 2 脉动换流阀的接线方式。由 于每极采用1 2 脉动换流阀组个数有所不同，双极1 2 脉动换流阀的接线方式可分为 单1 2 脉接线和双1 2 脉接线。 下面以双极系统为例分别介绍换流器的接线方式。 6 脉换流器：也称单桥换流器，它由6 脉动换流阀构成。 1 2 脉换流器：单1 2 脉接线，每极有一组1 2 脉动换流器( 图2 1 a ) 。可以把 它看成是两个独立的单桥换流器相串联。两个桥的换流变压器分别以y y ，y 接 线。这种接线方式使两桥的交流侧电压相位相差3 0 ，显见两个相位相差3 0 。的6 脉动波形相加成为一个1 2 脉动的波形且脉动幅值减小。而且两桥的交流侧电流合成 之后比单桥更接近于正弦波形。这将大大减少交流侧的谐波电流，从而节省交流侧 滤波器的投资。此外，双桥换流器和单桥换流器相比，其直流纹波电压得到改善；6 次和1 8 次谐波分量消失( 6 脉波谐波换流桥的直流侧有6 次及其倍数的谐波，而1 2 脉换流桥只有1 2 次及其倍数的谐波) 1 2 脉动换流器接线结构简单，换流站设备数 量少、造价低、损耗小，是理想的接线方式。但其单台设备的容量大，制造难度大， 运输也困难。单1 2 脉接线每极仅有一个1 2 脉动换流阀组，且由于单1 2 脉直流换流 站系统不允许出现单极6 脉波的运行方式，所以任一单桥换流器故障均可导致单极 7 重庆大学硕士学位论文 2 高压直流输电系统可靠性研究 停运。当直流输电单极( 占额定容量的l 2 ) 停运时，对两端的交流系统的冲击和影 响也会较大。国外许多超高压直流输电系统以及国内- 4 - 5 0 0 k v 葛南、龙政、江城、 天广和贵广直流输电系统都采用该接线方式。双极双桥单1 2 脉直流输电系统可包括 以下3 种运行方式：双极，输电功率为1 0 0 容量；单极，输电功率为5 0 容量；o 极，输电功率为o 容量。 双1 2 脉换流器：双1 2 脉换流阀接线方式的每极是由两个单1 2 脉动换流阀 相互连接，且串并联多个切换开关于换流桥的两端而成。它的接线方式和运行控制 比1 8 脉动换流阀或者2 4 脉动换流阀要简单的。通过两个1 2 脉动换流阀组的串( 并) 联连接，在单个换流阀臂的相同承压( 载流) 下，也可提高单极的运行电压( 电流) 双1 2 脉换流器可分为每极两组1 2 脉动换流器串联( 图2 1 b ) 和每极两组1 2 脉动换 流器并联( 图2 1 c ) 每极两组1 2 脉动换流器串联，换流器和换流变压器的数量将 增加一倍，但其单台容量将降低一半，有利于设备的制造和运输。每极两组1 2 脉动 换流器并联，换流器和换流变压器的数量以及单台设备容量与串联方式相同。其特 点是设备的电压高、电流小。但相对串联方式需要在一开始就制造出高压的换流设 备，其换流站造价比串联方式高。由于1 2 脉动换流器作为基本换流单元可以独立运 行，可按1 2 脉动阀组分期进行建设，通过换流器两端多个开关的切换，可以在每极 任一1 2 脉动换流阀组故障的情况下，只停运一组1 2 脉动阀组( 占额定容量的1 4 ) 对于这种接线方式，可包括以下6 种运行方式：双极，两极完全运行，输电功率为 1 0 0 容量；双极，一极完全运行，一极部分运行，输电功率为7 5 容量；双极， 两极都部分运行，输电功率为5 0 容量；单极，一极停运，一极完全运行，以大地 为回路或以另一级直流输电线作为回路，输电功率为5 0 容量；单极，一极停运， 一极部分运行，以大地为回路或以另一级直流输电线作为回路，输电功率为2 5 容 量；0 极，两极停运，输电功率为o 容量。 特高压换流站系统输送容量大，电压等级高，考虑运行及设备制造原因，较多 采用双1 2 脉接线。例如，国外的6 0 0 k v 依泰普直流输电系统，前苏联研制的埃基 巴图兹一唐波夫- - 7 5 0 k v 直流输电工程，以及我国拟建的云广土8 0 0 k v 特高压直流 输电系统都采用双1 2 脉的接线方式。 0 重庆大学硕士学位论文2 高压直流输电系统可靠性研究 ( a ) 单1 2 脉接线( b ) 取1 2 脉串联接线 ( c ) 双1 2 脉并联接线 图2 1 特高压直流输电接线方式 f i g2 1m a i nc 打c u no f i - i v d cc o n v e r t e rs y s t e m 需要说明的是：上述对运行容量状态的分类均是以1 2 脉换流单元( 阀组) 作为最 小容量单位。高压直流输电系统由于外部和自身原因，可能降低电压或电流，从而 降额运行产生更多的运行容量状态。 2 2 高压直流输电系统可靠性指标体系 研究中用到的主要可靠性参数如下蜘； 故障率( f a i l u 糟r a t e ) 五 在随机故障期，各个元件故障率为常数。 修复率( r e p a i rr a t e ) 平均维修时间m r r r o a nt i m et or e p a i r ) r = l ， 平均无故障工作时间m t t f ( m e a nt i m et of a i l u r e s ) 朋= l 五 平均故障间时间m t b f ( m e a nt i m ek t 、啪f a i l u r e s ) m t b f = 扣7 7 f4 - m i t r 9 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) 重庆大学硕士学位论文2 高压直流输电系统可靠性研究 频率( f r e q u e u c y ) f f f i l ( m + r ) 持续时间( d u r a t i o n ) d = p f 研究中使用的主要可靠性指标如下： 总等值停运时间t e o t ( t o t a le q u i v a l e n to u t a g ec a n e ) t e o t = e o t 式中e o t 为等值停运时问 占。r = 实际停运时间( - 一盟堕号暑是孚) 能量不可用率e u ( e n e r g yu n a v a i l a b i l i t y ) e u = t e o t 研究的时段 能量可用率e a ( e n e r g ya v a i l a b i l i t y ) e a = 1 - e u 单极强迫停运次数m u o t ( m o n o p o l ef o r c e do u t a g et i m e s ) 在规定时间区间内，直流输电系统发生单极强迫停运的次数。 双极强迫停运次数b