一种海上风电场及VSC-HVDC并网系统可靠性评估方法与流程

技术特征：
1.一种海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、将海上风电场及vsc
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hvdc并网系统划分为海上风电场系统部分和vsc
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hvdc输电系统部分，且分别对海上风电场系统部分和vsc
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hvdc输电系统部分再进行子系统划分；s2、获取海上风电场及vsc
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hvdc并网系统中各元件的可靠性参数，进而根据各个子系统内部的元件可靠性连接关系，分别建立各个子系统对应的可靠性评估模型；s3、计及风速和浪高相关性，建立海上风电场及vsc
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hvdc并网系统中各元件的时变故障率模型和时变修复时间模型；s4、建立海上风电场及vsc
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hvdc并网系统中各元件的状态统一模拟模型，结合各元件的时变故障率模型和时变修复时间模型推演确定各元件在不同时刻的状态，进而采用时序蒙特卡罗法计算风电场及vsc
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hvdc并网系统的可靠性指标。2.根据权利要求1所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，s1包括如下步骤：s101、对海上风电场系统部分进行子系统划分，分解为风机模块子系统和电缆模块子系统；s102、对vsc
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hvdc输电系统部分进行子系统划分，分解包括直流输电系统子系统和若干个vsc换流站子系统。3.根据权利要求1所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，s2包括如下步骤：s201、获取海上风电场及vsc
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hvdc并网系统中各元件的可靠性参数；s202、根据各元件的可靠性参数以及各个子系统内部的元件可靠性连接关系，分别求出海上风电场系统部分和vsc
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hvdc输电系统部分中各个子系统的等效可靠性参数；s203、基于海上风电场系统部分中各个子系统的等效可靠性参数、以及海上风电场系统部分中各个子系统的可靠性连接关系，求出海上风电场系统部分的等效可靠性参数；基于vsc
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hvdc输电系统部分中各个子系统的等效可靠性参数、以及vsc
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hvdc输电系统部分中各个子系统的可靠性连接关系，求出vsc
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hvdc输电系统部分的等效可靠性参数；s204、根据各个子系统中所包含元件的可靠性连接关系进行合并，分别得到各个子系统的等效模型，从而基于各个子系统的等效可靠性参数以及各子系统的等效模型，分别建立各个子系统的两状态马尔科夫模型，作为各子系统的可靠性评估模型。4.根据权利要求3所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，所述各个子系统为串联结构时，所述各个子系统的等效可靠性参数的计算公式包括：于，所述各个子系统为串联结构时，所述各个子系统的等效可靠性参数的计算公式包括：式中，λ
s
、r
s
分别为串联系统等效故障率、等效修复时间；λ
i
、r
i
分别为串联系统中第i个元件的故障率、修复时间。5.根据权利要求1所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，s3包括如下步骤：
s301、建立海上风电场风机的时变故障率模型：λ(t)＝λ1 λ2(w(t)) λ3(n(t))；式中，λ(t)为风机的时变故障率；λ1为正常天气下风机的故障率；λ2(w(t))为风速w(t)对风机故障率的影响；λ3(n(t))为地面闪光密度n(t)对风机故障率的影响；λ2(w(t))和λ3(n(t))的求解方法如下：式中，a为正比例常数；w
c
为风速的临界阈值；λ3(n(t))＝bn(t)λ1式中，b为正比例参数；n(t)为地面闪光密度；s302、分别建立海上风电场及vsc
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hvdc并网系统中各元件的时变修复时间模型；任意元件的时变修复时间模型如下：式中，t3(t)表示元件的时变修复时间；r1为正常条件下元件故障的修复时间；c为风速对元件维修时间的影响系数。6.根据权利要求1所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，s4中，假设s
(k)
＝(s
k1
,s
k2
,...,s
kt
)是二进制系统状态集的第k个时刻的状态采样样本，其中t表示海上风电场及vsc
‑
hvdc并网系统中的元件数量，其中的第i个元件在第k个时刻的状态采样样本s
ki
是二进制变量，正常状态取为1，故障状态取为0；推演确定各元件在不同时刻的状态的方法包络如下步骤：步骤1：设置初始值s
(0)
＝{1,1,
…
,1}，即系统中的所有元件最初都假设处于正常状态。将s
(0)
的系统状态概率设置为初始状态保持概率；步骤2：由条件概率分布p{s
k 1
,i|s
k\i
}计算状态变化概率ρ：s
k\i
＝{s
k 1,1
,...,s
k 1,i
‑1,s
k,i 1
,...,s
k,t
}其中条件s
k\i
的前(i
‑
1)个元素是从(k 1)次采样中得到的，s
k\i
的最后(t
‑
1)个元素是从k次采样中得到的；其中p
j
(j＝1，...，i
‑
1)和p
l
(l＝i 1，...，t)分别是除设备i之外的电源设备的故障概率；步骤3：计算第(k 1)个样本中基于gibb采样器的器件i的失效概率η，这是整个过程的关键步骤；η＝p
i
×
exp(p
on
‑
p
down
)如果设备i在第k个样本中正常，p
down
是状态改变概率ρ，p
on
是状态保持概率；相反，如果器件i在第k个样本中故障，p
on
定义为状态变化概率ρ，p
down
是状态保持概率；步骤4：根据均匀分布u[0，1]生成随机数u，并将其与概率η进行比较，以确定(k 1)个样本中设备i的状态：
步骤5：如果设备i改变状态，步骤2中获得的ρ用作下一个设备的状态保持概率；步骤6：重复上述步骤，当时间t大于给定的时间尺度t时停止迭代。7.根据权利要求1所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，所述目标考虑恶劣天气影响的海上风电场及vsc
‑
hvdc并网系统的可靠性指标包括：风电场的容量因子s
factor
；发电比可用率gra指标；海上风电场及柔性直流并网系统每小时缺电量ens及一年内平均电量削减量eens；hvdc给定模拟区间总等值停运时间teot、系统能量不可用率eu以及系统能量可用率ea。8.根据权利要求7所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，所述可靠性指标的计算公式如下：n＝sqrt(var(1
‑
s
state
)/t)
÷
mean(1
‑
s
state
)ens(h)＝p
install
‑
w
n
×
p
output
(w(h))(w(h))eot(h)＝1
‑
(停运期间可用容量)
÷
p
install
eu＝teot
÷
tea＝1
‑
eu式中，n为方差系数；s
state
为系统状态；s
factor
为功率因子；eens为期望失电电量；p
install
为海上风电场风机装机容量；h表示第h个时段，本发明中单个时段取1小时；ens(h)为第h小时的缺电量；p
output
(w(h))为风机第h小时的输出功率；w
n
为风机个数；eot(h)为第h小时的等值停运时间；t为时间尺度，即小时h的上限取值；teot为总等值停运时间；eu为系统能量不可用率；ea为系统能量可用功率。9.根据权利要求8所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，进行所述可靠性指标分析的计算公式包括：于，进行所述可靠性指标分析的计算公式包括：于，进行所述可靠性指标分析的计算公式包括：c
h
＝find(p
i
＞rand(1))r＝(a i)
k 1
式中：t
k
为状态持续时间；m为当前状态向外转移情况总数，u为[0,1]间的随机数，λ
i
为
元件状态转移率；r为可达矩阵；a为邻接矩阵；p
j
为状态转移概率；i为(m
a
*m
a
)单位矩阵；其中，m
a
为风机、内部电缆和连接电缆的数量和。10.根据权利要求1所述的海上风电场及vsc
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hvdc并网系统可靠性评估方法，其特征在于，还包括：s5、根据海上风电场及vsc
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hvdc并网系统的可靠性指标对海上风电场及vsc
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hvdc并网系统进行可靠性评估。

技术总结
本发明公开了一种计及风速和浪高相关性的海上风电场及VSC


技术研发人员：李凌飞 胡博 侯婷 孙悦 何智鹏 孙铠彬 姬煜轲 李维展 黄莹 辛清明 李欢
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2021.07.29
技术公布日：2021/10/23