本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的評估方法，尤其是一種柔性直流輸電網(wǎng)絡可靠性評估方法。
背景技術：
直流輸電不僅能實現(xiàn)大容量電力遠距離輸送，而且大電網(wǎng)之間通過直流互聯(lián)，兩電網(wǎng)不互相干擾和影響，還可迅速地實現(xiàn)功率支援，從而大大提高互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性?？梢姡绷鬏旊娤到y(tǒng)對于交直流互聯(lián)大電網(wǎng)的安全可靠運行將起著重要的作用，這也決定了其自身的可靠性以及交流系統(tǒng)故障對直流系統(tǒng)運行風險的影響必然成為關注的重點。
1968年，國際大電網(wǎng)組織(cigre)開始對全世界的高壓直流輸電系統(tǒng)進行可靠性的統(tǒng)計和分析。同年，r.billinton教授發(fā)表了第一篇有關高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性的論文，應用概率分布法(probabilitydistributionmethod)對英國的金思諾斯(kingsnorth)直流輸電工程進行了可靠性評估。概率分布法根據(jù)直流系統(tǒng)元件的故障概率來計算系統(tǒng)的可用輸送容量隨機地處在各種可能狀態(tài)下的概率，并以此作為評估高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性的基礎指標。這種方法原理比較簡單、應用起來比較方便，但由于不能考慮系統(tǒng)在各種狀態(tài)之間的隨機轉移情況及其后果，因此計算結果會帶來誤差。同時，該方法沒有較強的系統(tǒng)性，建立元件故障率與系統(tǒng)處于各種容量狀態(tài)的概率關系十分繁瑣，并且容易出錯。上述缺點使得概率分布法在實際工程中的應用受到了很大的限制。
隨著markov理論和狀態(tài)空間模型引入電力系統(tǒng)的可靠性評估，billinton等人又提出了高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性評估的頻率和持續(xù)時間法(fd)，這種方法的基本思路是首先建立各子系統(tǒng)的狀態(tài)空間圖并獲得相應的等效模型，然后通過組合各等效模型來建立整個系統(tǒng)的狀態(tài)空間圖。在建立狀態(tài)空間圖及對各子系統(tǒng)等效模型進行組合的過程中，可以考慮實際高壓直流輸電系統(tǒng)各種復雜的技術條件。fd法評估的主要可靠性指標有系統(tǒng)可用輸送容量處于各種狀態(tài)的概率、頻率以及持續(xù)時間等。通過計算這些指標，可以更深刻地從可靠性角度反映高壓直流輸電系統(tǒng)的特點。
考慮到直流輸電系統(tǒng)設備眾多，fd法可能很難考慮到所有的設備。為此，基于故障模式后果分析法(fmea)采用故障樹與最小割集結合的方法描述系統(tǒng)動態(tài)行為，通過靈敏度分析指出了直流系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。
相對于交流系統(tǒng)，高壓直流輸電系統(tǒng)組成元件種類多，結構復雜，運行方式多樣。此外，作為一個典型的復雜可修復系統(tǒng)，高壓直流輸電系統(tǒng)中各元件或子系統(tǒng)的運行狀態(tài)并不相互獨立，而是存在較為復雜的相關性。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種效率更高、更優(yōu)化的柔性直流輸電網(wǎng)絡可靠性評估方法。
本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案：這種柔性直流輸電網(wǎng)絡可靠性評估方法，步驟如下：
(1)獲取元件失效頻率和恢復時間；
(2)對網(wǎng)絡拓撲進行建模，內點法計算直流潮流，得到初步可靠性結果；
(3)對元件先驗信息、拓撲進行敏感性分析，列舉先驗信息和拓撲范圍空間；
(4)批量計算敏感性分析結果，得到失電量數(shù)學期望值；
(5)計算各方案的綜合投資年值及運維費用、損耗費用的綜合年費用值；
(6)合并(求和)年費用值和年可靠性支出費用(失電量電費)期望值；
(7)對不同方案的綜合可靠性年費用值進行比較，選擇最優(yōu)方案。
本發(fā)明有益的效果是：本發(fā)明通過柔性直流系統(tǒng)的可靠性建模的計算結果與綜合投資年值及運維、損耗的綜合年費用值合并考慮，以同量綱值的量化結果提供了不同方案柔性直流輸電網(wǎng)絡的綜合可靠性和經(jīng)濟性比較手段，對于造價水平很高的柔直輸電網(wǎng)絡系統(tǒng)具有很大的現(xiàn)實優(yōu)化作用。具有顯著的經(jīng)濟效益及社會效益。
附圖說明
圖1是本發(fā)明流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：
如圖所示，這種柔性直流輸電網(wǎng)絡可靠性評估方法，步驟如下：
(1)獲取元件失效頻率和恢復時間，失效頻率和恢復時間是統(tǒng)計先驗信息，目前柔直元件先驗信息不足，只能參考傳統(tǒng)電力元件，因此，失效頻率和恢復時間通過已有元件信息進行外推獲得；
(2)對網(wǎng)絡拓撲進行建模，內點法計算直流潮流，得到初步可靠性結果；
(3)對元件先驗信息、輸電網(wǎng)絡系統(tǒng)拓撲進行敏感性分析，列舉先驗信息和拓撲范圍空間；
(4)批量計算敏感性分析結果，得到失電量數(shù)學期望值，由于元件先驗信息缺失，因此由步驟3計算得到的系統(tǒng)失電量值存在一個誤差空間，即需要通過對先驗信息進行敏感性分析，批量計算得到系統(tǒng)對應的失電量向量，并通過加權分析或人工判斷得到某方案的最終失電量數(shù)學期望值；
(5)計算各方案的綜合投資年值及運維費用、損耗費用的綜合年費用值；
年費用公式：
其中ac為年費用，i為投資(含固定資產(chǎn)投資和流動資金)，c為經(jīng)營成本，s為計算期末回收固定資產(chǎn)余值，w為計算期末回收流動資金。
(6)合并(求和)年費用值和年可靠性支出費用(失電量電費)期望值；
(7)對不同方案的綜合可靠性年費用值進行比較，選擇最優(yōu)方案。
步驟(2)中內點法的基本思想是從可行域內部的一個初始點出發(fā)，沿可行方向求出使目標函數(shù)下降的新內點，再從這個新內點出發(fā)，沿可行方向迭代求出使目標函數(shù)下降的后續(xù)內點，反復迭代，得到一個由內點組成的序列，使目標函數(shù)值逐漸趨于最優(yōu)值。為了找到最優(yōu)解，單純形法有時需要遍歷大部分甚至所有可行域頂點才能收斂，而內點法的計算時間對問題規(guī)模不敏感，具有多項式時間，更適于大系統(tǒng)優(yōu)化。目前主要有三類內點法：投影法、仿射尺度法和原對偶法。隨著不斷發(fā)展，內點法的應用領域也從線性規(guī)劃向線性互補問題、二次規(guī)劃問題、非線性規(guī)劃問題等不斷延伸。針對柔直輸電網(wǎng)絡系統(tǒng)的某一個方案，對各元件失效狀態(tài)下的各系統(tǒng)狀態(tài)進行建模，每個狀態(tài)通過內點法計算得到最優(yōu)潮流方案，即可得到該失效模式下系統(tǒng)的最小失負荷電量，通過對所有失效模式進行統(tǒng)計，即得到該方案下的系統(tǒng)失電量值。
下面表格為可靠性評估方案計算結果示例。表格示意了三個不同結構的柔直網(wǎng)絡的可靠性量化差異，其中抽樣次數(shù)為狀態(tài)評估用的總樣本數(shù)量，狀態(tài)評估失敗樣本數(shù)指抽樣樣本空間中的狀態(tài)評估計算不收斂數(shù)量，期望失負荷量指方案損失負荷功率的數(shù)學期望值，失負荷電量指方案的損失負荷電量的數(shù)學期望值，標準差、方差系數(shù)和期望失負荷概率為相應統(tǒng)計指標。可以看到，失負荷電量得以能夠將方案對應柔直網(wǎng)絡的可靠性與工程運維年費用直流定量掛鉤，對柔直網(wǎng)絡可靠性評估的閉環(huán)量化具有重要意義。
下面表格為可靠性評估靈敏度分析參數(shù)設置及結果示例。表格示意了某柔直網(wǎng)絡方案下海纜失效頻率和換流站失效頻率不同時對期望失電量的影響，可以看到，該方案下?lián)Q流站失效頻率對系統(tǒng)期望失電量的提升影響較海纜失效頻率大。
本發(fā)明所采用的可靠性評估方法中，增加了對柔性直流系統(tǒng)及柔性直流電網(wǎng)的支持，其抽樣原理與常規(guī)電力系統(tǒng)可靠性評估相仿，其中柔直支路可單獨考慮失效情況，即對應于柔直系統(tǒng)中包含直流斷路器的情況。柔直換流站可以設置主從關系、控制方式和控制參數(shù)，可完成對應狀態(tài)估計的計算。抽樣后，若柔直換流站故障，相鄰直流支路繼續(xù)保持正常運行，若線路故障，備用線路及相關換流站自動采取優(yōu)化策略以提高故障方式下潮流轉移水平而降低系統(tǒng)失效率。
本發(fā)明采用了自適應的并行計算方式，在可靠性評估的抽樣計算中，通過最大程度利用cpu的線程資源，對數(shù)萬次以上的抽樣后狀態(tài)估計進行了同步計算，在8核cpu上的計算加速比基本達到了6倍左右，大大降低了單次可靠性評估的計算時間。
本發(fā)明中狀態(tài)評估采用了基于直流潮流的opf模型，求解方法為預測校正原對偶內點法。
本發(fā)明將柔性直流輸電系統(tǒng)計及綜合投資年值及運維、損耗的綜合年費用值與年可靠性支出費用值進行了綜合考慮。
除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。