統一潮流控制器可靠性建模及其接入電網可靠性評估方法技術

一種統一潮流控制器可靠性建模及其接入電網可靠性評估方法，該方法從UPFC物理結構出發，分析了構成元件的功能特點及其邏輯關系，通過將UPFC分解為5個子系統，并建立各子系統的可靠性模型，最終采用串并聯分析方法得到UPFC裝置的可靠性模型及可靠性參數。在此基礎之上，分析了UPFC接入后對電網母線電壓及線路潮流影響，計算消除電壓越限切負荷及線路潮流越限切負荷大小，提出了考慮UPFC的電網可靠性評估方法。本發明專利技術可應用于電網規劃及運行階段，對分析新型設備對電網可靠性的影響，繼而指導電網的后期升級改造，具有重要意義。

Reliability modeling of unified power flow controller and its access to grid reliability evaluation method

An evaluation method for UPFC reliability modeling and grid reliability, the UPFC method from the physical structure, analysis of the composition of the functional characteristics and logical relationship between elements, the UPFC is divided into 5 subsystems, and to establish the reliability model of each subsystem, the series reliability model and parameters of parallel analysis method UPFC device. On this basis, influence on voltage and line power flow analysis of the UPFC access, the calculation of limit load shedding and eliminate voltage limit line flow shear load, put forward an evaluation method considering the reliability of power grid UPFC. The invention can be applied to the power grid planning and operation stage, and has important significance for analyzing the influence of the new equipment on the reliability of the power grid, and then guiding the later upgrading and upgrading of the power grid.

【技術實現步驟摘要】
統一潮流控制器可靠性建模及其接入電網可靠性評估方法
本專利技術涉及電力系統中統一潮流控制器可靠性建模及其接入電網可靠性評估方法，屬電力系統可靠性評估領域。
技術介紹
伴隨著電力需求的持續增長，電力傳輸線路的負載越來越大，加之電源與負荷中心分布不均衡，需要配合遠距離、特高壓輸電。由此產生的電壓波動、“功率倒流”、“功率繞送”等問題影響到電網的安全穩定運行。如何保證大電網的安全穩定運行以及相關的電氣裝置研究成為電力行業的研究重點。統一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)作為潮流調節能力最強的一種混合型柔性交流輸電系統(FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems，FACTS)裝置，得到廣泛關注。UPFC利用電力電子開關原理實現串聯在線路中的電壓源，起到線路參數補償、獨立無功補償和線路潮流控制的作用，具有優越的潮流控制性能，能對潮流的變化進行快速的動態響應。是眾多潮流控制方法中最有效的一種，可通過改變和補償電壓幅值、功角和線路阻抗等參數來進行控制。然而，UPFC結構復雜，包含了串、并聯變壓器，電壓源換流器(VoltageSourcedConverter，VSC)或模塊化多電平換流器(ModularMultilevelConverter，MMC)，直流線路，直流電容器等極設備，以及控制、保護系統等環節，針對UPFC的可靠性詳細建模工作尚未開展，因此，目前對于包含UPFC的電網可靠性影響研究較少。因此，為更有效地評估UPFC對電網可靠性的影響，繼而指導后續的電網升級改造，需要對UPFC工作機理進行深入分析，通過構成元件及元件間的邏輯關系分析建立適應電網評估需要的UPFC精細化可靠性模型；并在此基礎之上，分析UPFC接入后對電網電壓、線路潮流的調節能力，研究符合其控制特點的切負荷策略，評估UPFC接入對電網可靠性的影響至關重要。
技術實現思路
鑒于上述問題，本專利技術的目的是提供一種統一潮流控制器可靠性建模方法，并在此基礎之上，提供包含UPFC的電網可靠性評估方法，從而定性、定量評估UPFC接入對電網可靠性的影響，進而指導電網后期的升級改造。本專利技術的技術方案如下：一種統一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于該方法包括如下步驟：1)根據統一潮流控制器構成元件的功能特點，將統一潮流控制器劃分為五個子系統，即變壓器子系統、換流橋子系統、極設備子系統、直流線路子系統和控制及保護子系統；2)在各子系統內，根據其實現的既定功能，確定各子系統內構成元件間的邏輯關系，并建立各子系統的可靠性故障模型；3)根據各子系統間的邏輯關系及元件的串聯關系，用串聯等值公式求得統一潮流控制器的兩狀態模型和對應的可靠性參數：式中：λeqi和μeqi分別是各個子系統的等效故障率和等效修復率，ri為各個子系統的等效故障修復時間，λUPFC是統一潮流控制器的等效故障率，rUPFC是每次故障平均修復時間,μUPFC是等效修復率；假設統一潮流控制器故障概率服從指數分布，那么即得到統一潮流控制器正常工作概率為故障概率為上述技術方案中，其特征在于：所述變壓器子系統包括單相三繞組換流變壓器和交流側斷路器；所述的換流橋子系統包括換流閥組、換流閥冷卻設備及保護裝置；所述的極設備子系統包括中性點接地支路及相關開關元件；所述的直流線路子系統包括直流斷路器、直流電抗和直流輸電線路。本專利技術的技術方案中，步驟2)中所述確定各子系統內構成元件間的邏輯關系，并建立各子系統的可靠性故障模型采用串聯等效模型、并聯等效模型、無備用元件可靠性模型、冷備用可靠性模型和熱備用可靠性模型中的至少一種。本專利技術還提供了一種對含有統一潮流控制器的電網進行可靠性的評估方法，其特征在于該方法包括如下步驟：1)通過蒙特卡洛模擬法模擬系統運行狀態，并建立狀態空間S，狀態空間中每一個元素都代表了一個系統狀態Si，系統狀態概率為pi；2)針對系統狀態Si，分析當前運行狀態下是否包含電壓越限母線及潮流越限線路，記越限母線為Bi，記越限線路為Lij；3)針對系統狀態Si中每一個越限母線Bi，分析當前越限母線Bi是否有統一潮流控制器接入：ⅰ)若有統一潮流控制器接入，則生成0-1的隨機數，并與越限母線Bi下的故障概率qUPFC進行比較：a.若隨機數小于或等于當前母線下的統一潮流控制器故障概率，則當前統一潮流控制器有故障，為消除電壓越限，削減負荷大小為α-loadi,1，計算得到當前狀態下的切負荷概率為pi×qUPFC；b.若隨機數大于當前母線下的故障概率，則正常工作，調整統一潮流控制器注入量，消除母線電壓越限，削減負荷為0，切負荷概率為0；若調整后仍無法消除電壓越限，則仍需削減負荷大小β-loadi,1，計算得到當前狀態下的切負荷概率為pi×pUPFC；ⅱ)若不存在統一潮流控制器，為消除電壓越限，削減負荷loadi,1，計算得到當前狀態下的切負荷概率為pi，1＝pi；4)針對系統狀態Si中每一個越限線路Lij，分析當前越限線路Lij是否有統一潮流控制器接入：ⅰ)若有統一潮流控制器接入，則生成隨機數，并與線路Lij下的故障概率qUPFC比較：a若隨機數小于或等于當前線路下的故障概率，則當前有故障，無法工作，為消除線路越限，削減負荷大小為α-loadi,2，計算得到當前狀態下的切負荷概率為pi×qUPFC；b、若隨機數大于當前線路下的故障概率，則正常工作，調整統一潮流控制器注入量，消除線路越限，削減負荷為0，切負荷概率為0；若統一潮流控制器調整后仍無法消除線路越限，則削減負荷β-loadi,2，計算得到當前狀態下的切負荷概率為pi×pUPFC；ⅱ)若不存在統一潮流控制器，則削減負荷loadi,2，計算得到當前狀態下的切負荷概率為pi,2＝pi；5)計算完成，統計母線電壓越限、線路潮流越限造成的系統切負荷概率及切負荷量，得到可靠性指標。本專利技術具有以下優點及突出性的技術效果：本專利技術提出的UPFC可靠性建模及其接入電網可靠性評估方法，從UPFC物理結構出發，分析了構成元件的功能特點及其邏輯關系，將UPFC分解為5個子系統，繼而建立了子系統的可靠性模型，并最終通過串并聯分析方法得到UPFC裝置的可靠性模型及可靠性參數。在此基礎之上，分析UPFC接入后對電網母線電壓及線路潮流影響，計算消除電壓越限切負荷及線路潮流越限切負荷大小，提出了考慮UPFC的電網可靠性評估方法，解決了目前電網中應用的新型電力電子裝置UPFC建模困難及接入電網可靠性影響不詳的問題，對分析新型設備對電網可靠性的影響，繼而指導電網的后期升級改造，具有重要意義，該方法可應用于電網規劃及運行階段。附圖說明圖1為統一潮流控制器的結構及其子系統劃分圖。其中，1-變壓器子系統；2-換流橋子系統；3-極設備子系統；4-直流線路子系統。圖2為統一潮流控制器狀態空間圖。圖3為統一潮流控制器接入電網工作原理圖。圖4為統一潮流控制器接入電網等效圖。圖5為統一潮流控制器故障后的接入點示意圖。圖6為含統一潮流控制器的電網可靠性評估方法流程。具體實施方式下結合附圖和具體實施例對本專利技術的原理及具體實施過程做進一步的說明，并且隨著對本專利技術的更全面理解，本專利技術的其它目的及結果將更加明白及易于理解。在下面的描述中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種統一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于該方法包括如下步驟：1)根據統一潮流控制器構成元件的功能特點，將統一潮流控制器劃分為五個子系統，即變壓器子系統、換流橋子系統、極設備子系統、直流線路子系統和控制及保護子系統；2)在各子系統內，根據其實現的既定功能，確定各子系統內構成元件間的邏輯關系，并建立各子系統的可靠性故障模型；3)根據各子系統間的邏輯關系及元件的串聯關系，用串聯等值公式求得統一潮流控制器的兩狀態模型和對應的可靠性參數：

【技術特征摘要】
1.一種統一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于該方法包括如下步驟：1)根據統一潮流控制器構成元件的功能特點，將統一潮流控制器劃分為五個子系統，即變壓器子系統、換流橋子系統、極設備子系統、直流線路子系統和控制及保護子系統；2)在各子系統內，根據其實現的既定功能，確定各子系統內構成元件間的邏輯關系，并建立各子系統的可靠性故障模型；3)根據各子系統間的邏輯關系及元件的串聯關系，用串聯等值公式求得統一潮流控制器的兩狀態模型和對應的可靠性參數：式中：λeqi和μeqi分別是各個子系統的等效故障率和等效修復率，ri為各個子系統的等效故障修復時間，λUPFC是統一潮流控制器的等效故障率，rUPFC是每次故障平均修復時間,μUPFC是等效修復率；假設統一潮流控制器故障概率服從指數分布，那么即得到統一潮流控制器正常工作概率為故障概率為2.根據權利要求1所述的一種統一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于：所述變壓器子系統包括單相三繞組換流變壓器和交流側斷路器；所述的換流橋子系統包括換流閥組、換流閥冷卻設備及保護裝置；所述的極設備子系統包括中性點接地支路及相關開關元件；所述的直流線路子系統包括直流斷路器、直流電抗和直流輸電線路。3.根據權利要求1或2所述的一種統一潮流控制器可靠性建模方法，其特征在于：步驟2)中確定各子系統內構成元件間的邏輯關系，并建立各子系統的可靠性故障模型采用串聯等效模型、并聯等效模型、無備用元件可靠性模型、冷備用可靠性模型和熱備用可靠性模型中的至少一種。4.一種采用如權利要求1所求的可靠性參數對含有統一潮流控制器的電網進行可靠性的評估方法，其特征在于該方法包括如下步驟：1)通過蒙特卡洛模擬法模擬系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王哲，趙宏大，史靜，程林，劉滿君，江軼，談健，葛毅，楊俊義，李琥，牛文娟，胡曉燕，朱磊，
申請(專利權)人：國網江蘇省電力公司經濟技術研究院，清華大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32