[发明专利]多端VSC-HVDC并网系统的可靠性计算方法

说明书

本发明提供了一种多端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。

技术领域

本发明属于直流输电系统可靠性计算方法技术领域，具体涉及多端VSC-HVDC并网系统可靠性计算方法。

背景技术

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STATCOM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。