本发明专利技术提供了一种多端VSC-HVDC并网系统的可靠性计算方法，其包括如下步骤：A、采用解析法对多端VSC-HVDC并网系统进行子系统划分及可靠性建模；B、建立计及风速特性和风机随机故障的风电场出力模型；C、建立计及STATCOM状态的VSC-HVDC系统可靠性模型；D、计及风电场出力间歇性的多端VSC-HVDC并网系统可靠性评估。本发明专利技术不仅能够计算两端VSC-HVDC并网系统可靠性，还能计算多端VSC-HVDC并网系统可靠性，并且模型通用性较好，便于推广应用；能够考虑VSC-HVDC系统对风电场或交流系统的无功补偿能力，更为接近VSC-HVDC工程实际运行情况；能够考虑风电场出力间歇性对VSC-HVDC系统的影响，更能准确刻画风电场和VSC-HVDC系统之间的相互关系，工程应用价值更大。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于直流输电系统可靠性计算方法
，具体涉及多端VSC-HVDC并 网系统可靠性计算方法。
技术介绍
随着风电场规模的增大，风电场采用交流或LCC-HVDC并网遇到了很多技术瓶颈， 而VSC-HVDC技术可以克服和缓解并网时存在的诸多问题：首先，VSC-HVDC在传输有功功 率的同时，还能灵活地调节与之相连的交流系统电压；其次，VSC-HVDC能够给风电场提供 良好的动态无功补偿，避免了风电场无功补偿装置和设备的投资，同时还能提升风电场的 故障穿越能力；最后，VSC-HVDC还能防止风电场的电压波动对交流系统的影响，同时也能 改善风电场对系统波动的抗干扰能力。因此VSC-HVDC已成为目前国际上公认的大规模风 电场并网的最佳选择。特别是多端VSC-HVDC技术，凭借其灵活可控的特点将会成为未来 风电场并网的主要方式。目前，国内外关于VSC-HVDC技术的研究较多，主要集中在电气建 模、仿真、优化控制和保护策略等方面，而针对VSC-HVDC工程可靠性方面的研究较少，加上 VSC-HVDC工程常用于风电场并网，有必要对风电场VSC-HVDC并网工程的潜在风险进行可 靠性评估，才能推动VSC-HVDC技术的健康发展。 针对基于电流源换流器的传统直流输电（LCC-HVDC)，VSC-HVDC在潮流反转时，不 需要改变电压极性就可以实现电流方向反转，因此非常有利于构成多端VSC-HVDC系统。随 着近年来风能、太阳能等可再生能源的兴起，以及将直流并网用于风电场的技术日益成熟， 多端VSC-HVDC系统受到了越来越多的关注。世界上已有多个多端VSC-HVDC工程投入使 用。我国于2013年投入运行了世界上第一个多端VSC-HVDC工程--广东南澳VSC-HVDC 示范工程；2014年投入运行了浙江舟山五端VSC-HVDC示范工程。与两端VSC-HVDC系统相 比，多端VSC-HVDC系统能够实现多电源供电、多落点受电，因此其运行方式更加灵活多变， 具有更高的经济性与可靠性。特别是随着风电场规模的增大，采用多端VSC-HVDC输电的优 势更加明显，它可以将多个风电场连接起来，构成直流网络，提高风电场的风能利用率。但 目前国内外针对多端VSC-HVDC系统的可靠性研究较少。 目前国内外对多端VSC-HVDC系统的研究主要集中在电气建模仿真上，而对多端 VSC-HVDC系统可靠性方面的研究较少。期刊《电网技术》2009年第33卷第18期"大规模 近海风电场VSC-HVDC并网拓扑及其控制"详细介绍了风电场采用多端VSC-HVDC并网的拓 扑方式，并设计了相应的控制策略。期刊《现代电力》2013年第30卷第6期"多端直流输 电系统可靠性评估方法研究"通过对多端VSC-HVDC系统进行子系统划分，根据状态空间法 提出了一种适用于多端VSC-HVDC系统可靠性评估的等效模型，对系统各设备的参数进行 灵敏度分析。 当前国内外研究几乎没有考虑VSC-HVDC系统处于STATC0M状态时能够对风电 场或交流系统进行动态无功功率补偿，直接采用正常和故障两状态模型对其进行建模，根 本没有体现VSC-HVDC系统的优点和价值。另外，上述文献都是采用解析法直接对多端 VSC-HVDC系统进行可靠性建模，计算量大，且难以反映风电场采用多端VSC-HVDC并网的实 际运行情况，比如多端VSC-HVDC系统的某一端故障时，不影响其他端的正常运行；而且，未 计及风电场出力与VSC-HVDC系统的元件故障具有时序相关性的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有VSC-HVDC系统可靠性计算方法的不足，提供一种 VSC-HVDC并网系统的可靠性计算方法，本方法更为通用，不仅能够计算两端VSC-HVDC并网 系统可靠性，还能够计算多端VSC-HVDC并网系统可靠性；能够考虑VSC-HVDC系统对风电场 或交流系统的无功补偿能力；能够考虑风电场出力和VSC-HVDC系统元件故障间的时序相 关性的特点。 为了实现上述目的，本专利技术提供了一种将Markov法和MonteCarlo法相结合的多 端VSC-HVDC并网系统可靠性评估的混合法。首先根据多端VSC-HVDC系统的接线特点和 各组成元件的功能将并网系统划分为不同的子系统，包括风电场子系统、整流端子系统、逆 变端子系统以及传输线路子系统，分别建立各子系统的Markov模型；然后基于时序Monte Carlo法计算系统可靠性指标。另外，为了刻画风电场出力间歇性对VSC-HVDC并网系统可 靠性的影响以及VSC-HVDC系统的无功补偿能力，建立了多端VSC-HVDC并网系统可靠性评 估指标体系。本专利技术的可靠性计算方法具体步骤如下：A、采用解析法对多端VSC-HVDC并网系统进行子系统划分及可靠性建模； 对于多端VSC-HVDC系统而言，由于其元件数量较多且运行状况复杂，若直接对其 进行建模和求解比较困难，因此可以借鉴常规高压直流输电系统可靠性评估中基于子系统 划分的思想。子系统划分方法是一种简化且精度更高的方法，在直流输电系统可靠性评估 中得到了广泛应用。 以三端VSC-HVDC并网系统为例，首先根据其并网拓扑和各组成部分的功能进行 子系统划分，主要分为风电场子系统、整流端子系统、逆变端子系统以及直流线路子系统， 如图1所示。然后分别对各子系统建立Markov等效模型，能有效降低建模复杂度。 ①风电场子系统 风电场子系统的功能是将风能转化为电能，经变压器升压后输送到换流站。风电 场出力主要受到风机以及与之相连的升压变压器的影响。把风机模型和升压变压器模型进 行组合，得到风电场子系统的多状态Markov模型，如图2所示。图中，括号里的数字（1)、 (2)、（3)、（4)代表风电场子系统的状态；1表示风机，2表示升压变压器；λ^Ρμi分别为 风机的故障率和修复率；λ2和μ2分别为升压变压器的故障率和修复率。 将图2进行化简后得到风电场子系统的等效两状态Markov等效模型，如图3所 不。 ②整流端子系统 整流端子系统的功能是将风电场输送过来的电能经联接变压器变压后并经过换 流器整流，然后通过直流输电线路输送出去。整流端子系统主要包括联接变压器、交流滤波 器、相电抗器、电压源换流器、直流电容以及控制保护装置等。 根据上述两元件的模型组合过程，将组合后的结果继续和其他元件进行再次组 合，最终得到整流端子系统的等效两状态Markov模型，如图4所示。 ③逆变端子系统 逆变端子系统的功能是将直流输电线路输送过来的直流逆变为交流，最后接入交 流系统。与整流端子系统类似，逆变端子系统也主要包括联接变压器、交流滤波器、相电抗 器、电压源换流器、直流电容以及控制保护装置等。逆变端子系统的建模过程同整流端子系 统一致，此处不再赘述。图5给出了逆变端子系统的等效两状态Markov模型。 ④直流线路子系统 直流输电线路可以将两个换流器互联，具备有功功率交换的能力，可以进行有功 潮流的传输。为了减少直流输电线路故障，VSC-HVDC系统通常采用电缆作为输电线路。 当直流输电线路工作正常时，此时VSC-HVDC系统既可以传输有功功率，又可以与 风电场或交流系统进行无功功率交换，改善交流侧电网的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多端VSC‑HVDC并网系统的可靠性计算方法，其包括如下步骤：A、采用解析法对多端VSC‑HVDC并网系统进行子系统划分及可靠性建模；B、建立计及风速特性和风机随机故障的风电场出力模型；C、建立计及STATCOM状态的VSC‑HVDC系统可靠性模型；D、计及风电场出力间歇性的多端VSC‑HVDC并网系统可靠性评估。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄莹，胡博，李凌飞，谢开贵，黎小林，彭吕斌，李欢，李昌林，李江山，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东;44
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