CN108390378B - 一种mmc-upfc可靠性建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MMC‑UPFC可靠性建模方法，是从MMC‑UPFC的结构特点出发，将UPFC组件划分为五个子***，利用马尔可夫状态空间法建立各个子***的状态空间模型，并运用F&D法进行等值化简，考虑各子***逻辑关系，并利用状态枚举法建立MMC‑UPFC的可靠性模型，计算可靠性参数。本发明可用于组件复杂的电力设备的可靠性评估，对其实际工程运用具有指导意义。

Description

一种MMC-UPFC可靠性建模方法
技术领域
本发明涉及电力设备可靠性建模方法，更具体说是一种基于模块化多电平(modular multi-level converter，MMC)的统一潮流控制器(unified power flowcontroller，UPFC)的可靠性建模方法，即MMC-UPFC可靠性建模方法。
背景技术
统一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)综合了数种FACTS设备的控制手段，可以有效补充旧电网缺乏的潮流控制方式，优化潮流分布，实现电压、有功和无功的动态补偿。基于模块化多电平(modular multi-level converter，MMC)的UPFC(简称MMC-UPFC)，适用于高压大容量领域，对安全可靠运行的需求更高，因此UPFC可靠性是实际工程中需要考量的重要因素。
传统UPFC可靠性模型主要有两状态、三状态和四状态模型，但存在以下几点不足：一是没有考虑UPFC应用于高压大容量***的双回结构；二是只考虑了MMC内部子模块换流阀的冗余结构和换流桥并联结构，没有考虑MMC本身互为备用的情形；三是只考虑了UPFC实现各种运行状态的能力，没有全面分析导致不同工作状态的原因，影响了状态转移率计算的准确性。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种针对适用于高压大容量输电领域的MMC-UPFC可靠性建模方法。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明MMC-UPFC可靠性建模方法的特点是：所述MMC-UPFC具有双回结构，所述建模方法包含以下步骤：
步骤1、根据MMC-UPFC的双回结构特点，将所述MMC-UPFC的组件划分为五个子***，所述五个子***分别是：换流器***S1，并联侧变压器***S2，串联侧变压器***S3，直流母线及控制***S4和站外交流***S5；
步骤2、采用马尔可夫状态空间法分别对各子***进行可靠性建模，建立各子***状态空间模型；
步骤3、分别将各子***状态空间模型进行等值化简，得到各子***的等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ，所述等值化简后状态转移率a′IJ是指在等值化简后的状态I和状态J之间的转移率；
步骤4、根据各子***间的逻辑关系，并利用状态枚举法枚举出UPFC的七个运行状态；
步骤5、利用所述等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ，以及各子***间的逻辑关系，获得所述UPFC的七个运行状态的可靠性参数，依据所述可靠性参数建立MMC-UPFC可靠性模型。
本发明MMC-UPFC可靠性建模方法的特点也在于：所述MMC-UPFC的双回结构特点是指：其三台MMC采用互为备用的形式连接在直流母线上，在所述MMC-UPFC的串联侧独立运行时，实现静止同步串联补偿器的功能，在所述MMC-UPFC的并联侧独立运行时，实现静止同步补偿器的功能。
本发明MMC-UPFC可靠性建模方法的特点也在于：在所述步骤2中，是按如下过程建立各子***的状态空间模型：考虑各子***组件的串、并联关系和运行状态，通过排列组合建立各子***状态空间模型，状态空间模型中的每一个元素均代表一个子***的运行状态；根据各子***组件的故障率和修复率，分别得到各子***的等值化简前状态概率P和等值化简前状态转移率aij；所述等值化简前状态转移率aij是指在等值化简前的状态i和状态j之间的转移率。
本发明MMC-UPFC可靠性建模方法的特点也在于：步骤3中的等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ按如下方式获得：
等值化简前状态概率P为向量，向量P为：P＝(p1,...pi...,pn)T，pi表示等值化简前子***第i个运行状态的状态概率，1≤i≤n，n表示等值化简前子***的运行状态个数；
等值化简前状态转移率A为矩阵，矩阵A为：A＝[aij]，1≤j≤n；
等值化简后状态概率P′为向量，向量P′为：P′＝(p1′,...pI′...,p′m)T，p1′表示等值化简后子***第I个运行状态的状态概率，1≤I≤m，m表示等值化简后子***的运行状态个数；
等值化简后状态转移率A′为矩阵，矩阵A′为：A′＝[a′IJ]，1≤J≤m；
由式(1)获得等值化简前状态概率P：
Figure BDA0001641137290000021
则：等值化简前状态转移频率fij为：fij＝aijpi (2),
等值化简后状态转移频率f′IJ为：
Figure BDA0001641137290000022
等值化简后子***第I个运行状态的状态概率pi′为：
Figure BDA0001641137290000023
等值后的状态转移率a′IJ由式(3)、式(4)和式(5)联立计算获得：
f′IJ＝a′IJpi′ (5)。
本发明MMC-UPFC可靠性建模方法的特点也在于：所述UPFC的七个运行状态是指UPFC、SSSC和STATCOM的全额状态，UPFC、SSSC和STATCOM的降额状态，以及停运状态DOWN。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明在划分MMC-UPFC子***时充分考虑了其适用于高压输电领域的双回结构。
2、本发明在建立换流器子***可靠性模型时，综合考虑了MMC内部子模块换流阀的冗余结构、换流桥并联结构和MMC本身互为备用的情形。
3、本发明灵活运用了状态空间法和状态枚举法，全面准确且又高效的完成了MMC-UPFC的可靠性建模，对MMC-UPFC在高压领域的实际工程运用具有参考价值。
附图说明
图1为本发明方法中双回MMC-UPFC结构和子***划分示意图；
图2为本发明方法中各子***的逻辑关系图；
图3为本发明方法中换流器子***S1等值前的状态空间模型
图4为本发明方法中换流器子***S1等值后的状态空间模型；
具体实施方式
本实施例MMC-UPFC可靠性建模方法中MMC-UPFC具有双回结构，其建模方法包含以下步骤：
步骤1、根据MMC-UPFC的双回结构特点，将MMC-UPFC的组件划分为五个子***，五个子***分别是：三组互为备用的换流器***S1，并联侧变压器***S2，串联侧变压器***S3，直流母线及控制***S4和站外交流***S5，如图1和图2所示。
MMC-UPFC的双回结构特点是指：其三台MMC采用互为备用的形式直接通过转换开关连接在直流母线上，无需接入直流支撑电容；正常运行时，一台MMC通过并联变压器接入交流母线，两台MMC通过串联变压器分别接入双回线路；在MMC-UPFC的串联侧独立运行时，实现静止同步串联补偿器的功能(static synchronous series compensator，SSSC)，在MMC-UPFC的并联侧独立运行时，实现静止同步补偿器的功能(static synchronouscompensator，STATCOM)；MMC是由若干个换流阀子模块组成的，换流阀子模块通过串联接成换流桥，若将两组换流桥的交流侧并联，则MMC实现降额运行。
步骤2、采用马尔可夫状态空间法分别对各子***进行可靠性建模，建立各子***状态空间模型，具体是考虑各子***组件的串、并联关系和运行状态，通过排列组合建立各子***状态空间模型，状态空间模型中的每一个元素均代表一个子***的运行状态；根据各子***组件的故障率和修复率，分别得到各子***的等值化简前状态概率P和等值化简前状态转移率aij，等值化简前状态转移率aij是指在等值化简前的状态i和状态j之间的转移率。
步骤3、分别将各子***状态空间模型进行等值化简，归并相同的运行状态，得到各子***的等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ，等值化简后状态转移率a′IJ是指在等值化简后的状态I和状态J之间的转移率。
步骤4、根据各子***间的逻辑关系，建立如图2所示的逻辑框图，并利用状态枚举法枚举出UPFC的七个运行状态，UPFC的七个运行状态是指UPFC、SSSC和STATCOM的全额状态，UPFC、SSSC和STATCOM的降额状态，以及停运状态DOWN。
步骤5、利用等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ，以及各子***间的逻辑关系，获得UPFC的七个运行状态的可靠性参数，依据可靠性参数建立MMC-UPFC可靠性模型。
具体实施中，等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ按如下方式获得：
等值化简前状态概率P为向量，向量P为：P＝(p1,...pi...,pn)T，pi表示等值化简前子***第i个运行状态的状态概率，1≤i≤n，n表示等值化简前子***的运行状态个数；
等值化简前状态转移率A为矩阵，矩阵A为：A＝[aij]，1≤j≤n；
等值化简后状态概率P′为向量，向量P′为：P′＝(p1′,...pI′...,p′m)T，p1′表示等值化简后子***第I个运行状态的状态概率，1≤I≤m，m表示等值化简后子***的运行状态个数；
等值化简后状态转移率A′为矩阵，矩阵A′为：A′＝[a′IJ]；1≤J≤m；
由式(1)获得等值化简前状态概率P：
Figure BDA0001641137290000041
则：等值化简前状态转移频率fij为：fij＝aijpi (2),
等值化简后状态转移频率f′IJ为：
Figure BDA0001641137290000042
等值化简后子***第I个运行状态的状态概率pi′为：
Figure BDA0001641137290000043
等值后的状态转移率a′IJ由式(3)、式(4)和式(5)联立计算获得：
f′IJ＝a′IJpi′ (5)。
具体实施中，采用马尔可夫状态空间法建立各子***状态空间模型是按如下方式进行：
建立换流器***S1的状态空间模型如图3所示：将三组换流器编号为换流器C1、换流器C2和换流器C3，假设换流器C1先与并联侧相连；每组换流器均有全额(1)、降额(0.5)和停运(0)三种运行状态；λ、μ分别表示故障率和修复率；以“1”、“0.5”、“0.5+”、“0.25+”、“0.5-”、“0.25-”和“0”表示换流器***S1满足实现UPFC、SSSC和STATCOM三种功能的全额、降额状态以及DOWN状态的要求。对图3的状态空间模型进行等值化简后得到子***S1的等值状态空间模型，如图4所示。
并联侧变压器***S2、串联侧变压器***S3，直流母线及控制***S4内部组件虽不同，但均只有正常(1)和停运(0)两种运行状态。
站外交流***S5按影响程度不同可分为区内和区外两部分，区内部分是指UPFC接入的两母线之间区域，包括两母线，区外部分是指除区内部分以外的交流电网部分。
对于区外故障，无论是瞬时性故障还是永久故障所可能对UPFC造成的不平衡电压、过电压、欠电压和过电流的影响，在最严重的程度下都只能造成UPFC部分或全部换流器的暂时性闭锁。而在区外故障切除后，***恢复正常运行，UPFC可以在极短的时间内重新投入运行，整个过程所需的时间在秒级，对UPFC可靠性基本无影响。
对于区内故障，若为两母线永久性故障，则整个双回UPFC均停运；若为单回输电线路故障，则UPFC串联侧变为单回运行，UPFC降额以正常容量一半运行。因此站外交流***S5有三种运行状态：正常(1)、降额(0.5)和停运(0)。
MMC-UPFC功能和各子***状态组合如表1所示：
表1：UPFC七状态功能表
Figure BDA0001641137290000051
Figure BDA0001641137290000061
如表1所示：换流器***S1中降额状态0.5右侧，针对并联侧，表示并联侧换流器降额导致的UPFC降额状态，针对串联侧，表示串联侧换流器降额导致的UPFC降额状态；1/0表示正常或停运状态；1/0.5表示正常或降额状态。
表2：MMC-UPFC七状态概率表
Figure BDA0001641137290000062
根据各子***等值后的状态概率和各子***的状态组合关系，计算获得UPFC七个运行状态的可靠性参数，表2示出了MMC-UPFC七状态概率。

Claims (2)

1.一种MMC-UPFC可靠性建模方法，其特征是：所述MMC-UPFC具有双回结构，所述建模方法包含以下步骤：
步骤1、根据MMC-UPFC的双回结构特点，将所述MMC-UPFC的组件划分为五个子***，所述五个子***分别是：换流器***S1，并联侧变压器***S2，串联侧变压器***S3，直流母线及控制***S4和站外交流***S5；
所述MMC-UPFC的双回结构特点是指：其三台MMC采用互为备用的形式连接在直流母线上，在所述MMC-UPFC的串联侧独立运行时，实现静止同步串联补偿器的功能，在所述MMC-UPFC的并联侧独立运行时，实现静止同步补偿器的功能；
步骤2、采用马尔可夫状态空间法分别对各子***进行可靠性建模，按如下过程建立各子***的状态空间模型：考虑各子***组件的串、并联关系和运行状态，通过排列组合建立各子***状态空间模型，状态空间模型中的每一个元素均代表一个子***的运行状态；根据各子***组件的故障率和修复率，分别得到各子***的等值化简前状态概率P和等值化简前状态转移率aij；所述等值化简前状态转移率aij是指在等值化简前的状态i和状态j之间的转移率；
步骤3、分别将各子***状态空间模型进行等值化简，得到各子***的等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ，所述等值化简后状态转移率a′IJ是指在等值化简后的状态I和状态J之间的转移率；
等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ按如下方式获得：
等值化简前状态概率P为向量，向量P为：P＝(p1,...pi...,pn)T，pi表示等值化简前子***第i个运行状态的状态概率，1≤i≤n，n表示等值化简前子***的运行状态个数；
等值化简前状态转移率A为矩阵，矩阵A为：A＝[aij]，1≤j≤n；
等值化简后状态概率P′为向量，向量P′为：P′＝(p′1,...p′I...,p′m)T，pI′表示等值化简后子***第I个运行状态的状态概率，1≤I≤m，m表示等值化简后子***的运行状态个数；
等值化简后状态转移率A′为矩阵，矩阵A′为：A′＝[a′IJ]，1≤J≤m；
由式(1)获得等值化简前状态概率P：
Figure FDA0003004656390000011
则：等值化简前状态转移频率fij为：fij＝aijpi (2)
等值化简后状态转移频率f′IJ为：
Figure FDA0003004656390000021
等值化简后子***第I个运行状态的状态概率pI′为：
Figure FDA0003004656390000022
等值后的状态转移率a′IJ由式(3)、式(4)和式(5)联立计算获得：
f′IJ＝a′IJpI′ (5)
步骤4、根据各子***间的逻辑关系，并利用状态枚举法枚举出UPFC的七个运行状态；
步骤5、利用所述等值化简后状态概率P′和等值化简后状态转移率a′IJ，以及各子***间的逻辑关系，获得所述UPFC的七个运行状态的可靠性参数，依据所述可靠性参数建立MMC-UPFC可靠性模型。
2.根据权利要求1所述的MMC-UPFC可靠性建模方法，其特征是：所述UPFC的七个运行状态是指UPFC、SSSC和STATCOM的全额状态，UPFC、SSSC和STATCOM的降额状态，以及停运状态DOWN。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109861209A (zh) * 2019-01-08 2019-06-07 云南电网有限责任公司 一种mmc-upfc小信号数学模型的建模方法及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050037825A (ko) * 2003-10-20 2005-04-25 한국전력공사 종합조류제어기의 전력계통 협조제어기
CN102222170A (zh) * 2011-06-21 2011-10-19 重庆大学 一种换流变***可靠性评估的马尔可夫状态空间图方法
CN103972887A (zh) * 2014-05-19 2014-08-06 南京南瑞继保电气有限公司 一种适用于双回线路的统一潮流控制器
CN105893332A (zh) * 2016-03-25 2016-08-24 合肥工业大学 一种适用于组合状态空间模型转移率矩阵的计算方法
CN106159942A (zh) * 2016-07-25 2016-11-23 许继集团有限公司 Mmc‑upfc***及其串联侧换流器停运方法
CN107565590A (zh) * 2017-09-06 2018-01-09 合肥工业大学 适用于风电外送的混合高压直流输电***

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050037825A (ko) * 2003-10-20 2005-04-25 한국전력공사 종합조류제어기의 전력계통 협조제어기
CN102222170A (zh) * 2011-06-21 2011-10-19 重庆大学 一种换流变***可靠性评估的马尔可夫状态空间图方法
CN103972887A (zh) * 2014-05-19 2014-08-06 南京南瑞继保电气有限公司 一种适用于双回线路的统一潮流控制器
CN105893332A (zh) * 2016-03-25 2016-08-24 合肥工业大学 一种适用于组合状态空间模型转移率矩阵的计算方法
CN106159942A (zh) * 2016-07-25 2016-11-23 许继集团有限公司 Mmc‑upfc***及其串联侧换流器停运方法
CN107565590A (zh) * 2017-09-06 2018-01-09 合肥工业大学 适用于风电外送的混合高压直流输电***

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
UHVDC ***可靠性分层等值与灵敏度分解;李生虎 等;《电力***保护与控制》;20141116;第42卷(第22期);第9-17页 *
UPFC 扩展状态空间模型和基于矩阵描述的可靠性灵敏度解析算法;李生虎 等;《中国电机工程学报》;20150930;第35卷;第44-51页 *
基于马尔可夫状态空间图法的换流变***可靠性评估;谢开贵 等;《电网技术》;20110930;第35卷(第9期);第71-78页 *

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