[發明專利]特高壓交直流輸電系統可靠性與經濟性的比較選擇方法

有效

• 申請號: 201710030275.3
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106780152B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 胡博;謝開貴;何劍;彭呂斌;湯涌;易俊;賀慶
• 申請（專利權）人: 重慶大學;中國電力科學研究院;國家電網公司;國網江蘇省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;G06Q10/04
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

1.一種特高壓交直流輸電系統可靠性與經濟性的比較選擇方法，其特征在于包括以下步驟：

S1：分別建立特高壓交流輸電系統和特高壓直流輸電系統的可靠性評估模型；

步驟1建立的特高壓直流輸電系統的可靠性評估模型的具體步驟為：

步驟1建立的特高壓交流輸電系統的可靠性評估模型的具體步驟為：

S11a：對特高壓交流輸電系統分成變電站、開關站和輸電線三個交流子系統，定義變壓器T、斷路器B、并聯高壓電抗器X、母線M、輸電線路為交流子系統可靠性元件，分別建立交流子系統可靠性元件運行-切換-在修三狀態失效模型；

S11b：通過步驟S11a得到的三狀態失效模型，分別計算交流子系統可靠性元件處于不同狀態的概率，得出每個元件的三狀態概率表；

S11c：基于每個元件的三狀態概率表，采用狀態枚舉法建立交流子系統可靠性評估模型；

步驟S11c中所述采用狀態枚舉法建立交流子系統可靠性評估模型的具體步驟為：

A1：枚舉單個系統狀態，系統狀態發生概率為所有元件各自所處狀態概率的乘積，設可靠性元件i處于切換狀態l，元件j處于在修狀態m，同時其他元件為正常狀態u，系統狀態的發生概率為：

式(1)中，s是系統狀態，n是變電站或開關站可靠性元件的總數；

單個系統狀態的發生頻率為：

式(2)中，P(s)是系統狀態s的概率，λ_k是第k個元件離開狀態s的轉移率；

A2：檢驗每個系統狀態涉及的每個元件所處狀態，檢驗完所有元件后，即可獲得該系統狀態下所有停運元件的集合，然后進行連通性分析，檢查各電源進線、交流子系統出線之間的連通性，計算有多少容量可以被正常輸送，確定交流子系統可傳輸的容量；

A3：判斷系統狀態枚舉是否完成，若是，返回步驟A1；否則進入步驟A4；

A4：合并容量相同的系統狀態，分別計算交流子系統處于各容量系統狀態的累積概率和頻率；

S11d：根據步驟S11c得到的交流子系統可靠性評估模型，構建由變電站、開關站、輸電線組成的串聯可靠性評估模型；

S12a：對特高壓直流輸電系統進行直流子系統劃分：換流變壓器子系統、交流場子系統、閥組子系統、平波電抗器子系統、直流濾波器子系統、直流輸電線路子系統；

換流變壓器子系統，包括單個換流站全部的換流變壓器、備用換流變壓器及其與之相連的斷路器；

交流場子系統，包括單個換流站的交流濾波器及其所連斷路器和母線；

閥組子系統，包括單個換流站的所有12脈波閥組及其閥控、閥冷設備；

平波電抗器子系統，包括單個換流站的所有平波電抗器及其輔助設備；

直流濾波器子系統，包括單個換流站的所有直流濾波器及其輔助設備；

直流輸電線路子系統，包括正極和負極的直流輸電線路；

S12b：采用狀態枚舉法，分別計算步驟S12a得到的六個直流子系統的可靠性評估模型，具體步驟為：

B1：枚舉直流子系統故障狀態，并得到該故障狀態的故障元件集；

B2：從故障元件集中找出故障可替換元件集；

B3：形成可替換元件集的備用啟用最優序列；

B4：計算故障狀態的發生概率、頻率，并確定系統對應的容量系統狀態，得到故障狀態概率表；

B5：完成所有故障狀態的枚舉，并計算該直流子系統可靠性指標，并結合該直流子系統可靠性串聯模型，建立該直流子系統的等效可靠性評估模型；

S12c：根據六個直流子系統的可靠性評估模型，建立六個直流子系統間的故障邏輯關系，再次采用狀態枚舉法，建立特高壓直流輸電系統可靠性評估模型；

所述計算各個容量系統狀態發生概率、頻率時，其離開某個容量系統狀態C_k的轉移率可由累積頻率和累積概率計算得到：

式(3)中，是離開某個容量系統狀態C_k的轉移率，是離開某個容量系統狀態的發生頻率，是離開某個容量系統狀態的發生概率；

S2：參考實際的特高壓輸電工程，設定特高壓交流輸電系統和特高壓直流輸電系統的設計參數；

S3：分別計算特高壓交流輸電系統和特高壓直流輸電系統的可靠性指標值；

S4：根據高壓交流輸電系統的可靠性指標值，計算特高壓交流輸電系統全壽命周期費用；根據高壓直流輸電系統的可靠性指標值，計算特高壓直流輸電系統全壽命周期費用；

步驟S4所述的特高壓交流輸電系統和特高壓直流輸電系統全壽命周期費用包括：投資費用、運維費用、輸電損耗費用、停電損耗費用；

全壽命周期總費用的年費用計算公式為：

公式(4)中，B＝r(1+r)^N/((1+r)^N-1)，其中AC是年費用，IC是投資費用，OC_i是第i年的運維費用，LC_i是第i年的輸電損耗費用，FC_i是第i年的停電損失費用，B是資金回收系數，r是折現率，N是輸電工程經濟壽命；

年度停電損失費用FC_i為：

FC_i＝P₀×t_e×FEU×β_c (9)

式(9)中，β_c是單位停電損失費用，FEU是強迫能量不可用率，其計算公式為：P₀是額定功率，t_e是最大負荷利用小時數；

公式(10)中，C_k為某個容量系統狀態，M是系統不同容量狀態的個數，是離開某個容量系統狀態的發生概率；

S5：根據步驟S3和步驟S4得到的特高壓交流輸電系統和特高壓直流輸電系統的可靠性指標值、全壽命周期費用，以全壽命周期費用最小為準則，選擇出最佳輸電系統。

2.根據權利要求1所述的特高壓交直流輸電系統可靠性與經濟性的比較選擇方法，其特征在于：所述輸電損耗費用包括電阻損耗費用、電暈損耗費用、變電站損耗費用、電量損耗費用；

其中，電阻損耗的計算公式為：

式(5)中，δ_lr是線路電阻損耗，T₀＝8760小時，i是瞬時電流，R是線路電阻，I₀是額定電流，τ是等效的損耗小時數；

電暈損耗平均值為“好天氣”小時數損耗、雪天小時數損耗、雨天小時數損耗之和除以全年日歷小時數，電暈損耗的電量損失為：

δ_lc＝P_ct₀ (6)

式(6)中，δ_lc是電暈產生的電量損失，P_c是電暈損耗平均值，t₀是全年的運行小時數；

δ_st＝bP₀t_e (7)

式(7)中，δ_st是變電站的電量損耗，P₀是額定功率，t_e是最大負荷利用小時數，b是比例系數；

損耗費用為損耗電量與上網電價之積：

LC_i＝β_gδ (8)

式(8)中，δ是損耗電量，β_g是上網電價。