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随着直流输电技术的不断发展并以其在远距离大容量输电方面的独特优势在西电东送中扮演愈来愈重要的角色,其可靠性已成为影响整个电力系统安全稳定运行的重要因素。而特高压混合多端直流输电系统结构较传统的直流输电系统更加复杂,设备数量庞大,利用传统可靠性评估方法繁琐、复杂、计算速度较慢;另一方面,随着国内直流换流站运行维护水平的不断提高,利用原有双端直流输电系统的可靠性数据计算特高压混合多端直流输电系统不仅存在模型的不再适用性问题,而且还存在算法的可靠与可信问题。
基于以上现状,本文依托南网科技项目《昆柳龙特高压多端混合直流输电运维风险及管控体系研究》,采用数据搜集--模型建构--算法分析--仿真验证的研究思路开展了研究工作,具体包括:特高压混合多端直流输电系统可靠性评估模型、特高压混合多端直流输电系统的可靠性指标体系、基于特性参数矩阵的高压直流输电系统可靠性分析方法、昆柳龙直流工程可靠性评估分析等内容。主要结论如下:
(1)建立了混合多端直流输电系统的可靠性评估模型。在分析了各种直流输电系统的接线结构和运行方式的基础上,按照常规直流、柔性直流两部分对混合多端直流输电系统进行了子系统划分,给出了具体的子系统划分方法。依据划分的各子系统间的可靠性逻辑关系,分别建立了各种接线结构的可靠性框图和模型,进而建立了可靠性评估模型。
(2)建构了特高压混合多端直流输电系统的可靠性指标体系。结合已有的研究采用的超、特高压常规直流、柔性直流输电系统可靠性指标,在充分考虑特高压混合多端直流输电工程的接线结构和运行特点的基础上,提出了特高压混合多端直流输电系统的可靠性指标体系。在指标体系的基础上,通过查阅大量文献搜集2013年以来直流输电系统的可靠性统计数据,分析得到混合多端直流各设备的可靠性参数,为可靠性计算奠定数据基础。
(3)提出了一种基于特性参数矩阵的高压直流输电系统可靠性分析方法,解决了传统方法应用于多端直流可靠性分析时存在的算法复杂且计算速度慢的问题。该方法通过使用基于矩阵的有效程序来计算高压直流输电系统的故障概率。与常规的系统可靠性方法的实用性方面的区别在很大程度上取决于系统的大小及其多个状态的复杂性不同,该方法可以以简单的矩阵形式描述任何一般的系统事件,因此提供了一种直接的方式来处理系统事件并估计其概率。通过两个具有多个降额状态的常规直流输电系统和多端混合直流输电系统的可靠性评估,证明了该方法的可行性。将该方法的性能和获得的结果与传统的评估方法进行了比较,证明了基于特性参数矩阵的可靠性方法表达更加简单,更有效率。
(4)基于本文所研究成果开展了实际工程的可靠性分析及仿真计算,验证了所提模型及算法的有效性和适用性。根据前面提出的直流输电系统可靠性模型和计算方法以及直流输电工程统计得出的可靠性参数,对昆柳龙特高压混合多端直流输电系统的备选方案进行可靠性评估,并通过对不同方案之间的可靠性计算结果的比较,分析了可靠性差异的原因,给出了基于可靠性分析的直流工程指标要求和接线结构建议。
仿真案例证明了所提分析模型与评估计算方法在模型的适用性、可靠与可信性、以及简洁性方面的优势。本文的研究成果可为特高压混合多端直流输电系统可靠性评估提供指导和借鉴,有较高的理论与工程实用价值。
基于以上现状,本文依托南网科技项目《昆柳龙特高压多端混合直流输电运维风险及管控体系研究》,采用数据搜集--模型建构--算法分析--仿真验证的研究思路开展了研究工作,具体包括:特高压混合多端直流输电系统可靠性评估模型、特高压混合多端直流输电系统的可靠性指标体系、基于特性参数矩阵的高压直流输电系统可靠性分析方法、昆柳龙直流工程可靠性评估分析等内容。主要结论如下:
(1)建立了混合多端直流输电系统的可靠性评估模型。在分析了各种直流输电系统的接线结构和运行方式的基础上,按照常规直流、柔性直流两部分对混合多端直流输电系统进行了子系统划分,给出了具体的子系统划分方法。依据划分的各子系统间的可靠性逻辑关系,分别建立了各种接线结构的可靠性框图和模型,进而建立了可靠性评估模型。
(2)建构了特高压混合多端直流输电系统的可靠性指标体系。结合已有的研究采用的超、特高压常规直流、柔性直流输电系统可靠性指标,在充分考虑特高压混合多端直流输电工程的接线结构和运行特点的基础上,提出了特高压混合多端直流输电系统的可靠性指标体系。在指标体系的基础上,通过查阅大量文献搜集2013年以来直流输电系统的可靠性统计数据,分析得到混合多端直流各设备的可靠性参数,为可靠性计算奠定数据基础。
(3)提出了一种基于特性参数矩阵的高压直流输电系统可靠性分析方法,解决了传统方法应用于多端直流可靠性分析时存在的算法复杂且计算速度慢的问题。该方法通过使用基于矩阵的有效程序来计算高压直流输电系统的故障概率。与常规的系统可靠性方法的实用性方面的区别在很大程度上取决于系统的大小及其多个状态的复杂性不同,该方法可以以简单的矩阵形式描述任何一般的系统事件,因此提供了一种直接的方式来处理系统事件并估计其概率。通过两个具有多个降额状态的常规直流输电系统和多端混合直流输电系统的可靠性评估,证明了该方法的可行性。将该方法的性能和获得的结果与传统的评估方法进行了比较,证明了基于特性参数矩阵的可靠性方法表达更加简单,更有效率。
(4)基于本文所研究成果开展了实际工程的可靠性分析及仿真计算,验证了所提模型及算法的有效性和适用性。根据前面提出的直流输电系统可靠性模型和计算方法以及直流输电工程统计得出的可靠性参数,对昆柳龙特高压混合多端直流输电系统的备选方案进行可靠性评估,并通过对不同方案之间的可靠性计算结果的比较,分析了可靠性差异的原因,给出了基于可靠性分析的直流工程指标要求和接线结构建议。
仿真案例证明了所提分析模型与评估计算方法在模型的适用性、可靠与可信性、以及简洁性方面的优势。本文的研究成果可为特高压混合多端直流输电系统可靠性评估提供指导和借鉴,有较高的理论与工程实用价值。