程林，汪瑩，宋福龍，羅金山，劉滿君

(1．清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京市100084;2．國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市102209)

柔性交直流混聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)可靠性評(píng)估

程林1，汪瑩2，宋福龍2，羅金山2，劉滿君1

(1．清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京市100084;2．國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市102209)

直流孤島方式下，直流送端與交流電網(wǎng)之間沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系，減小了對(duì)交流系統(tǒng)的影響，提高了遠(yuǎn)距離輸電的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，交直流混聯(lián)電網(wǎng)可以更大范圍均衡潮流，提高可再生能源的接入范圍，是未來(lái)電網(wǎng)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。然而，目前針對(duì)實(shí)際電網(wǎng)在交直流混聯(lián)、直流孤島方式下的可靠性評(píng)估的研究較少，2種方式對(duì)交流主網(wǎng)的可靠性影響未知。因此，該文基于多端柔性直流互聯(lián)裝置可靠性模型建立了交直流混聯(lián)、直流孤島2種方式下的可靠性評(píng)估模型。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合張北地區(qū)新能源接入案例，通過(guò)定性、定量分析了交直流混聯(lián)及直流孤島方式下，張北柔性直流系統(tǒng)接入對(duì)北京電網(wǎng)的可靠性影響。算例結(jié)果表明，張北柔性直流系統(tǒng)通過(guò)交直流混聯(lián)或直流孤島方式接入不會(huì)影響北京電網(wǎng)的可靠性。

電力系統(tǒng);交直流混聯(lián)電網(wǎng);直流孤島;可靠性;張北柔性直流系統(tǒng)

0 引言

由于能源分布與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，往往需要將電力能源遠(yuǎn)距離傳輸至負(fù)荷中心。直流輸電在大容量、遠(yuǎn)距離輸電方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)“西電東送，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略中發(fā)揮了重要作用，交直流聯(lián)網(wǎng)成為未來(lái)電網(wǎng)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

相較于交流輸電，直流輸電具有很多技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)［1-2］，包括:(1)適用于遠(yuǎn)距離大容量送電，直流輸電與交流輸電相比的等價(jià)輸電距離約為600～900 km，若輸電距離超過(guò)等價(jià)距離，選擇直流輸電將更為經(jīng)濟(jì); (2)采用直流異步互聯(lián)時(shí)，兩端交流系統(tǒng)的短路電流不會(huì)增大;(3)釆用直流聯(lián)網(wǎng)，可以避免因交流弱聯(lián)網(wǎng)而發(fā)生低頻振蕩;(4)采用直流聯(lián)網(wǎng)，可以在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上隔離交流故障的傳播，避免連鎖故障發(fā)生，是預(yù)防發(fā)生大停電事故的有效措施。大容量直流輸電系統(tǒng)通常采用送端孤島方式，這樣可以減小對(duì)交流系統(tǒng)的影響，改善遠(yuǎn)距離輸電的穩(wěn)定性［3］。目前，國(guó)內(nèi)外直流孤島的應(yīng)用包括加拿大納爾遜河直流孤島系統(tǒng)［4］、巴西伊泰普直流孤島系統(tǒng)［3］、中蒙直流輸電工程［5］、向上特高壓直流輸電工程［6］、云廣直流輸電工程［7］等。

交直流相互影響是交直流混聯(lián)電網(wǎng)的重要研究?jī)?nèi)容［8-10］。直流孤島系統(tǒng)與交流電網(wǎng)之間沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系，孤島方式在送端避免了交直流間的互相影響。但是，當(dāng)孤島或直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，由于缺少大電網(wǎng)的無(wú)功及有功頻率支持，事故風(fēng)險(xiǎn)較高。通過(guò)引入柔性直流輸電技術(shù)，將交流電網(wǎng)升級(jí)為交直流混聯(lián)電網(wǎng)［11-12］，可以更大范圍均衡潮流，提高可再生能源接入范圍［13］，同時(shí)可以避免形成電磁環(huán)網(wǎng)［14］，是未來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。在交直流混聯(lián)電網(wǎng)方面，張北地區(qū)各個(gè)風(fēng)電基地內(nèi)分散的風(fēng)電功率匯集后可經(jīng)長(zhǎng)距輸電走廊外送至遠(yuǎn)方負(fù)荷中心消納，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、水電與本地火電統(tǒng)籌規(guī)劃外送。聯(lián)合組網(wǎng)后通過(guò)輸電走廊外送至遠(yuǎn)方負(fù)荷中心，可以大幅提高功率傳輸容量和效率，降低外送成本。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)針對(duì)交直流混聯(lián)電網(wǎng)中的設(shè)備模型及系統(tǒng)評(píng)估方法開(kāi)展了相關(guān)的研究。在建模方法方面，文獻(xiàn)［15］提出了頻率和持續(xù)時(shí)間法(frequency and duration method，F(xiàn)D method)，考慮了故障發(fā)生的時(shí)序及周期;文獻(xiàn)［16］提出了蒙特卡羅模擬法，在HVDC可靠性充裕度分析中考慮了隨機(jī)故障影響;文獻(xiàn)［17］提出了解析法和模擬法相結(jié)合的混合法，提高了算法效率。在可靠性評(píng)估方面，文獻(xiàn)［18］采用FD法和最小割集法對(duì)整個(gè)混聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，分別建立直流電網(wǎng)與交流電網(wǎng)等效模型，然后計(jì)算整體可靠性指標(biāo);文獻(xiàn)［19］采用非序貫蒙特卡洛模擬法進(jìn)行交直流混聯(lián)系統(tǒng)的充裕度分析，評(píng)估了HVDC在遠(yuǎn)距離輸電應(yīng)用場(chǎng)合下考慮電壓、網(wǎng)損等問(wèn)題的系統(tǒng)可靠性水平;文獻(xiàn)［20］采用改進(jìn)的最小割集法對(duì)交直流混聯(lián)配電網(wǎng)的可靠性進(jìn)行對(duì)比分析，并在其中考慮了分布式電源及直流負(fù)荷影響，得到交流配電網(wǎng)可靠性水平高于直流配電網(wǎng)的結(jié)論。

然而，目前對(duì)于交直流混聯(lián)電網(wǎng)的可靠性研究仍處于初期階段，交直流混聯(lián)及直流孤島對(duì)負(fù)荷的可靠性影響未知?；诖耍疚膶㈤_(kāi)展交直流混聯(lián)電網(wǎng)可靠性研究，通過(guò)建立交直流混聯(lián)電網(wǎng)可靠性模型，評(píng)估直流孤島及交直流混聯(lián)2種方式下的電網(wǎng)可靠性水平，確定直流孤島對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響。

1 直流互聯(lián)裝置可靠性模型

1.1直流互聯(lián)裝置物理模型

為了進(jìn)行包含多端柔性直流互聯(lián)裝置的電網(wǎng)可靠性評(píng)估，需要從多端柔性直流互聯(lián)裝置的物理模型出發(fā)。一般來(lái)講，將多端柔性直流互聯(lián)裝置按照功能和連接關(guān)系劃分為5個(gè)子系統(tǒng)［16］，包括:

(1)換流橋子系統(tǒng)，主要有換流閥組、換流閥冷卻設(shè)備及保護(hù)裝置等;

(2)換流變壓器子系統(tǒng)，主要有單相三繞組換流變壓器、交流側(cè)斷路器等;

(3)控制及保護(hù)子系統(tǒng);

(4)直流線路子系統(tǒng)，主要有直流斷路器、直流電抗、直流輸電線路;

(5)極設(shè)備子系統(tǒng)，包括中性點(diǎn)接地支路及相關(guān)開(kāi)關(guān)元件。

兩端柔性直流互聯(lián)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 兩端柔性直流互聯(lián)裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 Structureoftwo-terminalflexibleDCinterconnection

多端柔性直流互聯(lián)裝置及組成原件是可修復(fù)的，且每個(gè)元件的狀態(tài)數(shù)是有限的，主要有運(yùn)行、檢修、安裝3種狀態(tài)，并且每個(gè)原件的壽命和修復(fù)時(shí)間都服從指數(shù)分布，所以可將整個(gè)系統(tǒng)看作在空間上具有若干的離散可識(shí)別的狀態(tài)且在時(shí)間上是連續(xù)的系統(tǒng)，因而可以用穩(wěn)態(tài)馬爾可夫過(guò)程進(jìn)行建模。建模過(guò)程中，按照容量水平建立各子系統(tǒng)的狀態(tài)空間圖，同時(shí)將子系統(tǒng)的狀態(tài)空間圖組合成整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)空間圖。

多端柔性直流互聯(lián)裝置的很多重要設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且檢修時(shí)間長(zhǎng)，如果子系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)可能將無(wú)法運(yùn)行因而一些重要設(shè)備都有備用元件。包含備用元件的設(shè)備可靠性模型可以通過(guò)帶冷備用、熱備用元件的穩(wěn)態(tài)馬爾可夫過(guò)程進(jìn)行建模，該方法的具體實(shí)施步驟可參考文獻(xiàn)［21］，本文中的直流互聯(lián)裝置可靠性模型采用考慮備用的穩(wěn)態(tài)馬爾可夫過(guò)程建模方法開(kāi)展。

1.2元件兩狀態(tài)模型

為了評(píng)估整個(gè)交直流混聯(lián)電網(wǎng)的可靠性，需要將多端柔性直流互聯(lián)裝置等效為一條輸電線路，所以需要按100%容量和0容量2種狀態(tài)將各個(gè)子系統(tǒng)的多狀態(tài)模型合并為兩狀態(tài)等效轉(zhuǎn)移模型，再按子模塊的連接關(guān)系得到多端柔性直流互聯(lián)裝置的兩狀態(tài)等效模型，如圖2所示。

圖2 子模塊的兩狀態(tài)等效模型Fig.2 Equivalentmodelofsub-moduleundertwostates

圖中λeq和μeq分別為狀態(tài)合并后的元件等效故障率和等效修復(fù)率，運(yùn)行、故障分別是元件所處狀態(tài)，100%表示元件運(yùn)行，0%表示元件發(fā)生故障，狀態(tài)1、2分別是元件狀態(tài)的編號(hào)。等效故障率、修復(fù)率的計(jì)算方法分別如下:

式中:pi與pj為各個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)概率;λij與λji是狀態(tài)轉(zhuǎn)移率;集合A和B分別為子系統(tǒng)所有運(yùn)行狀態(tài)的集合和所有故障狀態(tài)的集合。

1.3直流互聯(lián)裝置可靠性模型

各個(gè)子系統(tǒng)按照上文所述方法建立兩狀態(tài)模型，5個(gè)子系統(tǒng)都對(duì)整個(gè)裝置的正常運(yùn)行有著重要的影響，任意子模塊故障，系統(tǒng)都要退出運(yùn)行狀態(tài)，因此整個(gè)裝置的可靠性評(píng)估模型可以看作是5個(gè)子系統(tǒng)的可靠性評(píng)估模型串聯(lián)而成，狀態(tài)空間圖如圖3所示。圖中λeqi和μeqi分別是各個(gè)子系統(tǒng)的等效故障率和等效修復(fù)率。

圖3 柔性直流互聯(lián)裝置狀態(tài)空間圖Fig.3 StatespacediagramofflexibleDC interconnectionsystem

按照元件串聯(lián)關(guān)系，用串聯(lián)等值公式可以求得整個(gè)多端柔性直流互聯(lián)裝置的兩狀態(tài)模型和對(duì)應(yīng)的可靠性參數(shù)，如式(3)—(5)所示:

式中:λDC為多端柔性直流互聯(lián)裝置的等效故障率; rDC是每次故障平均修復(fù)時(shí)間;ri為各個(gè)子系統(tǒng)的等效故障修復(fù)時(shí)間;μDC為多端柔性直流互聯(lián)裝置的等效修復(fù)率。

2 電網(wǎng)可靠性定性分析

本文研究張北、康保、豐寧、昌平多端柔性直流系統(tǒng)中當(dāng)張北、康保處于直流孤島運(yùn)行情況下，對(duì)北京電網(wǎng)供電可靠性的影響。針對(duì)交直流混聯(lián)、直流孤島2種方式分析多端柔性直流系統(tǒng)接入對(duì)北京電網(wǎng)可靠性的影響。多端直流系統(tǒng)運(yùn)行示意圖如圖4所示。圖中虛線所示線路運(yùn)行則電網(wǎng)運(yùn)行方式為交直流混聯(lián)運(yùn)行;若虛線所示線路停運(yùn)，則張北、康保直流孤島運(yùn)行。需要說(shuō)明的是，北京電網(wǎng)500 kV輸電線路成環(huán)，在電網(wǎng)滿足“N－1”條件下，北京電網(wǎng)負(fù)荷可按整體對(duì)待。圖中，直流孤島運(yùn)行方式下，各換流站的容量如表1所示。

圖4 多端直流系統(tǒng)運(yùn)行示意圖Fig.4 DiagramofmultiterminalDCsystem

表1 各換流站容量Table1 Capacityofconverterstations MW

接下來(lái)，本文將在交直流混聯(lián)及直流孤島2種運(yùn)行方式下，通過(guò)分析直流系統(tǒng)故障后對(duì)北京電網(wǎng)負(fù)荷供電通道連續(xù)性的影響，進(jìn)行北京電網(wǎng)可靠性計(jì)算。

2.1交直流混聯(lián)運(yùn)行方式

通過(guò)對(duì)交直流混聯(lián)運(yùn)行方式下的北京電網(wǎng)進(jìn)行故障模式及后果分析(failure modes and effects analysis，F(xiàn)MEA)，包括直流換流器“N－1”、“N－2”故障，直流線路“N－1”、“N－2”故障以及換流站與當(dāng)?shù)亟涣麟娋W(wǎng)連線的“N－1”、“N－2”故障，可知，在交直流混聯(lián)運(yùn)行方式下，發(fā)生直流換流器故障、直流線路故障或直流換流站與交流電網(wǎng)連接線路故障時(shí)，雖然有些會(huì)導(dǎo)致電源失去與電網(wǎng)的直接輸送通道，但是通過(guò)功率轉(zhuǎn)移，電網(wǎng)不會(huì)失去電源，具體如表2所示。因此，在交直流混聯(lián)方式下，電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性不受影響。

表2 交直流混聯(lián)運(yùn)行方式下FMEA結(jié)果Table2 FMEAresultsofAC/DChybridpowergrid

2.2直流孤島運(yùn)行方式

與前文分析類似，通過(guò)對(duì)直流孤島運(yùn)行方式下的北京電網(wǎng)進(jìn)行故障模式及后果分析，包括直流換流器“N－1”、“N－2”故障，直流線路“N－1”、“N－2”故障，以及換流站與當(dāng)?shù)亟涣麟娋W(wǎng)連線的“N－1”、“N－2”故障，可知，在直流孤島運(yùn)行方式下，發(fā)生直流換流器故障、直流線路故障或直流換流站與交流電網(wǎng)連接線路故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電源失去與電網(wǎng)的直接輸送通道，在無(wú)備用供電通道時(shí)，電網(wǎng)將失去此電源，具體如表3所示。因此，在直流孤島運(yùn)行方式下，電網(wǎng)存在電源可靠性問(wèn)題，可能會(huì)因此造成多余的負(fù)荷損失。具體的負(fù)荷損失情況需要定量分析確定。

表3 直流孤島運(yùn)行方式下FMEA結(jié)果Table3 FMEAresultsofDCislandingpowergrid

通過(guò)以上分析可知:

(1)在北京電網(wǎng)當(dāng)前的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，當(dāng)電網(wǎng)中不存在“N－1”和“N－2”熱穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，交直流混聯(lián)運(yùn)行對(duì)北京電網(wǎng)供電可靠性沒(méi)有影響;

(2)直流孤島運(yùn)行情況下，在直流系統(tǒng)故障情況下將損失電源，在電網(wǎng)備用不足情況下，由于電源可靠性問(wèn)題，可能存在可用發(fā)電容量不滿足負(fù)荷需求的風(fēng)險(xiǎn);

(3)直流孤島運(yùn)行情況下，昌平直流換流器故障對(duì)發(fā)電容量的影響最大，有可能會(huì)造成電源可靠性問(wèn)題;

(4)2種運(yùn)行方式下，直流線路的“N－1”和“N－2”故障對(duì)電源和負(fù)荷的可靠性都無(wú)影響。

3 電網(wǎng)可靠性定量分析

3.1設(shè)備可靠性參數(shù)

為了更直接清晰地評(píng)估交直流混聯(lián)及直流孤島2種運(yùn)行方式下的北京電網(wǎng)可靠性水平，根據(jù)北京2018年電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，保留特高壓、500 kV網(wǎng)絡(luò)。電網(wǎng)中，不考慮發(fā)電機(jī)故障造成的電網(wǎng)損失，可將發(fā)電機(jī)視為等效參數(shù)，發(fā)電故障率取0。2013—2014年國(guó)家能源局電力可靠性管理中心發(fā)布的電網(wǎng)架空線路與變壓器可靠性參數(shù)如表4所示。

表4 電網(wǎng)設(shè)備可靠性原始參數(shù)Table4 Originalreliabilityparametersof powergridequipment

接下來(lái)，首先對(duì)交直流混聯(lián)及直流孤島中的柔性直流互聯(lián)裝置進(jìn)行可靠性建模。具體方式可依據(jù)第1節(jié)建立的柔性直流互聯(lián)裝置可靠性模型，并結(jié)合表5所示的柔性直流互聯(lián)裝置中主要組合元件的可靠性原始參數(shù)，計(jì)算裝置可靠性參數(shù)。

表5 柔性直流互聯(lián)子系統(tǒng)可靠性原始參數(shù)Table5 OriginalreliabilityparametersofflexibleDC interconnectionsub-system

按照子模塊可靠性建模方法分別計(jì)算各個(gè)子模塊的可靠性參數(shù)，再按狀態(tài)合并方法得到各個(gè)子模塊的兩狀態(tài)模型和對(duì)應(yīng)的等效故障率、修復(fù)率，如表6所示。

表6 柔性直流互聯(lián)子系統(tǒng)等效兩狀態(tài)可靠性參數(shù)Table6 ReliabilityparametersofflexibleDCinterconnection sub-systemunderequivalenttwostates

最后根據(jù)串聯(lián)等值公式，得到多端柔性直流互聯(lián)裝置的可靠性參數(shù)如表7所示。

表7 柔性直流互聯(lián)裝置可靠性參數(shù)Table7 ReliabilityparametersofflexibleDC interconnectionequipment

3.2交直流混聯(lián)可靠性評(píng)估結(jié)果

基于柔性直流互聯(lián)裝置可靠性模型結(jié)果，可以將多端柔性直流互聯(lián)裝置等效為一條輸電線路，從而評(píng)估整個(gè)交直流混聯(lián)電網(wǎng)的可靠性。本文中，接入北京電網(wǎng)的交直流混聯(lián)運(yùn)行方式示意圖如圖5所示。圖中僅顯示與交直流混聯(lián)運(yùn)行方式相關(guān)的線路，包括電源直接輸送通道以及轉(zhuǎn)供線路。為了更全面地進(jìn)行交直流混聯(lián)可靠性評(píng)估，分析交直流混聯(lián)方式對(duì)北京電網(wǎng)的可靠性影響情況，本文將分別采用解析法與模擬法進(jìn)行評(píng)估說(shuō)明。

圖5 交直流混聯(lián)示意圖Fig.5 DiagramofAC/DChybridsystem

3.2.1 解析法評(píng)估交直流混聯(lián)電網(wǎng)可靠性

采用解析法枚舉3重以內(nèi)線路故障事件，得到交直流混聯(lián)方式下北京電網(wǎng)的可靠性評(píng)估結(jié)果如表8所示。北京電網(wǎng)的平均供電可用率達(dá)到99.999 261%，年平均停電電量為554.068 9 MW·h，電網(wǎng)可靠性水平較高。

表8 解析法計(jì)算交直流混聯(lián)系統(tǒng)可靠性結(jié)果Table8 ReliabilityevaluationresultsofAC/DC hybridsystemusinganalyticmethod

具體分析交直流混聯(lián)運(yùn)行方式下各負(fù)荷點(diǎn)的可靠性水平可知，在當(dāng)前運(yùn)行方式下，國(guó)京東與國(guó)京西2個(gè)主要負(fù)荷點(diǎn)可靠性水平很高，在評(píng)估的概率水平內(nèi)，未出現(xiàn)失負(fù)荷事件。發(fā)生失負(fù)荷事件的4個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，包括京朝新1號(hào)、2號(hào)變電站與京城東1號(hào)、2號(hào)變電站，其中京朝新2號(hào)變電站失負(fù)荷頻率占總失負(fù)荷頻率的32.64%，京城北2號(hào)變電站的電量不足比例為42.75%，是系統(tǒng)中相對(duì)薄弱的2個(gè)負(fù)荷點(diǎn)。各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)可靠性評(píng)估結(jié)果如表9所示。

表9 交直流混聯(lián)系統(tǒng)可靠性評(píng)估結(jié)果(解析法)Table9 ReliabilityevaluationresultsofAC/DC hybridsystemusinganalyticmethod

3.2.2 模擬法評(píng)估交直流混聯(lián)電網(wǎng)可靠性

采用模擬法得到交直流混聯(lián)方式下北京電網(wǎng)的可靠性評(píng)估結(jié)果如表10所示。模擬法中模擬得到的故障事件最大故障設(shè)備重?cái)?shù)為3，與解析法分析一致。北京電網(wǎng)的平均供電可用率達(dá)到99.998 623%，由于電氣孤島造成的年平均停電電量為553.743 9 MW·h，電網(wǎng)可靠性水平較高。

表10 交直流混聯(lián)系統(tǒng)可靠性評(píng)估結(jié)果(模擬法)Table10 ReliabilityevaluationresultsofAC/DC hybridsystemusingsimulationmethod

需要說(shuō)明的是，模擬法中包含了因線路越限造成的切負(fù)荷情況，在評(píng)估由于電氣孤島造成的失負(fù)荷時(shí)，模擬法與解析法得到的電量不足期望值結(jié)果分別為553.743 908 MW·h/a和554.068 900 MW·h/a，兩者評(píng)估結(jié)果一致。

3.3直流孤島可靠性評(píng)估結(jié)果

與前文分析類似，將多端柔性直流互聯(lián)裝置等效為一條輸電線路，評(píng)估直流孤島運(yùn)行方式下北京電網(wǎng)的可靠性。直流孤島運(yùn)行方式示意圖如圖6所示。

圖6 直流孤島示意圖Fig.6 DiagramofDCislandingsystem

采用解析法枚舉3重以內(nèi)線路故障事件，得到直流孤島運(yùn)行方式下北京電網(wǎng)的可靠性評(píng)估結(jié)果如表11所示。北京電網(wǎng)的平均供電可用率達(dá)99.999 261%，年平均停電電量為554.068 9 MW·h，電網(wǎng)可靠性水平較高。

表11 直流孤島系統(tǒng)可靠性評(píng)估結(jié)果(解析法)Table11 ReliabilityevaluationresultsofDC islandingsystemusinganalyticmethod

具體分析直流孤島運(yùn)行方式下各負(fù)荷點(diǎn)的可靠性水平可知，國(guó)京東與國(guó)京西2個(gè)主要負(fù)荷點(diǎn)可靠性水平很高，在評(píng)估的概率水平內(nèi)，未出現(xiàn)失負(fù)荷事件。發(fā)生失負(fù)荷事件的京朝新1號(hào)、2號(hào)變電站與京城東1號(hào)、2號(hào)變電站中，京朝新2號(hào)變電站失負(fù)荷頻率占總失負(fù)荷頻率的32.64%，京城北2號(hào)變電站的電量不足比例為42.75%，是系統(tǒng)中相對(duì)薄弱的2個(gè)負(fù)荷點(diǎn)。各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)可靠性評(píng)估結(jié)果如表 12所示。

表12 直流孤島負(fù)荷可靠性評(píng)估結(jié)果(解析法)Table12 ReliabilityevaluationresultsofDC islandingsystemusinganalyticmethod

通過(guò)以上分析可知，通過(guò)解析法得到的電網(wǎng)可靠性評(píng)估結(jié)果中，交直流混聯(lián)運(yùn)行方式及直流孤島運(yùn)行方式下的北京電網(wǎng)可靠性水平一致。這是由于在解析法計(jì)算中最大計(jì)算到三階割集，北京電網(wǎng)中除了輻射負(fù)荷外所有其他負(fù)荷都不存在三階以下割集，所以可靠性計(jì)算結(jié)果完全一致。

4 結(jié)論

本文開(kāi)展了交直流混聯(lián)電網(wǎng)可靠性研究，通過(guò)建立柔性直流互聯(lián)裝置可靠性模型，將互聯(lián)裝置等效為一條輸電線路，評(píng)估了直流孤島及交直流混聯(lián)2種方式下的電網(wǎng)可靠性水平。結(jié)合北京電網(wǎng)實(shí)際算例分析得知，因北京電網(wǎng)足夠堅(jiān)強(qiáng)，同時(shí)電源足夠充裕，北京電網(wǎng)負(fù)荷的可靠性水平極高，張北柔性直流系統(tǒng)中采用交直流混聯(lián)運(yùn)行或孤島運(yùn)行方式下的電網(wǎng)平均供電可用率均達(dá)到99.999%，交直流混聯(lián)、直流孤島運(yùn)行方式對(duì)北京電網(wǎng)負(fù)荷的可靠性沒(méi)有影響。

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(編輯 張小飛)

Reliability Evaluation of Flexible AC/DC Hybrid Power Grid

CHENG Lin1，WANG Ying2，SONG Fulong2，LUO Jinshan2，LIU Manjun1

(1．Department of Electrical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China; 2．State Power Economic Research Institute，Beijing 102209，China)

In the DC islanding mode，there is no direct electrical connection between the DC and the AC main power grid，which reduces the influence on the AC system and improves the stability of long-distance transmission．In the meanwhile，the AC/DC hybrid power grid can balance the power flow at a greater range，and increase the areas to access the renewable energy，which is an important development trend of the future power system．However，the influence of the AC/DC hybrid power grid and the DC islanding on the reliability of the power system is unknown due to the lack of the reliability evaluation of the AC/DC power grid and the DC islanding．Therefore，this paper proposes an reliability evaluation modeling for the AC/ DC power grid and the DC islanding based on a reliability mode of the multiterminal flexible DC interconnection equipment．On this basis，combined with a actual case of new energy accessing Zhangbei grid，this paper studies the influence of Zhangbei flexible DC system access on the reliability of Beijing power grid on the modes of the AC/DC hybrid power grid and the DC islanding through the qualitative and quantitative analysis．The example results show that the Zhangbei DC system through the AC/DC power gird or the DC islanding will not impact the reliability of the Beijing power network．

power system;AC/DC hybrid power grid;DC islanding;reliability;Zhangbei flexible DC system

TM 712

A

1000－7229(2017)03－0055－08

10.3969/j．issn.1000－7229.2017.03.008

2016-12-06

程林(1973)，男，博士，副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事電力系統(tǒng)可靠性分析、電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)分析等方面的教學(xué)和科研工作;

汪瑩(1990)，女，碩士研究生，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、電力經(jīng)濟(jì)和無(wú)功優(yōu)化等方面的研究工作;

宋福龍(1979)，男，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)事故監(jiān)控、故障診斷等方面的研究工作;

羅金山(1980)，男，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)事故監(jiān)控、隨機(jī)Petri網(wǎng)等方面的研究工作;

劉滿君(1987)，男，博士，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性評(píng)估、電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)分析等方面的研究工作。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(863計(jì)劃) (2015AA050102);國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(JHJS1600077)

Project supported by the National High Technology Research and Development of China(2015AA050102)