并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性研究

趙崢，馬為民

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市102209)

并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性研究

趙崢，馬為民

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市102209)

特高壓直流輸電工程輸送容量大、送電距離遠(yuǎn)，其安全、可靠運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。該文建立了并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)的“故障樹”模型，可以有效計(jì)算特高壓直流輸電系統(tǒng)的強(qiáng)迫能量不可用率和單、雙極停運(yùn)次數(shù)等可靠性指標(biāo)；然后，提出了一種新的反映設(shè)備影響系統(tǒng)可靠性的靈敏度指標(biāo)，可以有效發(fā)現(xiàn)鉗制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。最后，基于國家電網(wǎng)公司近10年的直流工程可靠性運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對3種并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)主接線方案，進(jìn)行了可靠性指標(biāo)計(jì)算和對比分析，并完成了設(shè)備影響系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的靈敏度分析，確定了影響系統(tǒng)強(qiáng)迫能量不可用率和單、雙極停運(yùn)次數(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)果表明，本研究能夠確定可靠性高的并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以為提高特高壓直流工程的可靠性提供重要的參考信息。

并聯(lián)換流器；特高壓直流輸電；可靠性；故障樹；靈敏性

0 引 言

特高壓直流輸電工程具有輸送容量大、輸電距離長、功率損耗低等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的能源優(yōu)化配置[1-2]。因此，特高壓直流輸電工程的安全可靠運(yùn)行顯得尤為重要[3-4]，研究特高壓直流輸電工程的可靠性指標(biāo)計(jì)算方法[5-12]，確定可靠性較高的系統(tǒng)主接線結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

直流系統(tǒng)的可靠性直接反應(yīng)直流系統(tǒng)的主接線設(shè)計(jì)、設(shè)備制造水平以及運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合水平[13]。目前，直流輸電可靠性分析方法主要有頻率持續(xù)時(shí)間法[11,14]、混合法[15]和故障樹分析法[16]等。文獻(xiàn)[11]采用頻率持續(xù)時(shí)間法建立了交直流混合系統(tǒng)可靠性評估模型和算法，但文章更多從交直流系統(tǒng)穩(wěn)定的角度開展研究，沒有明確給出直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)；文獻(xiàn)[15]通過非時(shí)序蒙特卡羅法模擬得到直流輸電系統(tǒng)各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的概率，再應(yīng)用頻率和持續(xù)時(shí)間法計(jì)算得到頻率和持續(xù)時(shí)間指標(biāo)，但在可靠性指標(biāo)靈敏度分析方面僅研究了設(shè)備在2種故障率下的系統(tǒng)不可用率指標(biāo)，沒有全面考慮設(shè)備所處的系統(tǒng)條件和設(shè)備本身故障率對可靠性指標(biāo)的影響，也沒有開展影響單、雙極停運(yùn)次數(shù)的靈敏度研究，難以全面發(fā)現(xiàn)鉗制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)；文獻(xiàn)[16]介紹了故障樹分析法的主要適用范圍和應(yīng)用難點(diǎn)，同時(shí)指出該方法對圖形化、計(jì)算機(jī)化方面的依賴加大了該方法應(yīng)用的難度和經(jīng)濟(jì)成本，但在進(jìn)行可靠性分析時(shí)，沒有全面考慮高壓直流輸電工程的主要設(shè)備，且涉及設(shè)備的可靠性原始數(shù)據(jù)和系統(tǒng)可靠性計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際存在較大偏差。同時(shí)，以上文獻(xiàn)主要針對單12脈動(dòng)或串聯(lián)雙12脈動(dòng)換流器直流輸電系統(tǒng)開展可靠性研究。

本文采用故障樹分析法首次針對并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析計(jì)算，并借助計(jì)算機(jī)設(shè)備，開發(fā)智能的特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性分析程序。結(jié)合國內(nèi)近10年的高壓直流輸電工程運(yùn)行實(shí)際情況，對比分析3種并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)主接線方案的可靠性指標(biāo)，確定最優(yōu)的系統(tǒng)方案；并根據(jù)本文提出的新的靈敏度指標(biāo)分析得出并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)各設(shè)備對可靠性參數(shù)的影響程度，進(jìn)而可以根據(jù)靈敏度指標(biāo)有針對性地提出改善工程可靠性的具體措施，提高在運(yùn)、在建和后續(xù)設(shè)計(jì)直流輸電工程的可靠性。

1 可靠性計(jì)算的分析方法和設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)

本節(jié)首先通過研究不同的運(yùn)行方式、設(shè)備故障和維護(hù)工作等對系統(tǒng)傳輸能力的影響，針對系統(tǒng)的主接線和控制保護(hù)方式建立“故障樹”模型，然后在設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，求解并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

1.1 并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)“故障樹”模型

根據(jù)特高壓直流輸電工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，影響單閥組停運(yùn)的因素包括換流變單元、換流閥單元、交流濾波器；影響單極停運(yùn)的因素包括單極控制和保護(hù)系統(tǒng)、直流場設(shè)備、直流輸電線路和輔助設(shè)備；影響雙極停運(yùn)的因素包括雙極控制和保護(hù)系統(tǒng)、雙極中性線區(qū)域設(shè)備。在以上分析的基礎(chǔ)上，本文給出了如圖1所示的并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性計(jì)算的“故障樹”模型。在“故障樹”模型中，可以根據(jù)需要將某個(gè)模塊分解成多個(gè)子模塊或者將某幾個(gè)模塊合并成一個(gè)模塊，也可以對模塊的位置進(jìn)行調(diào)整。

在給定直流輸電系統(tǒng)各設(shè)備故障率和修復(fù)時(shí)間的條件下，可以結(jié)合“故障樹”模型計(jì)算系統(tǒng)的能量可用率(energy availability， EA)、強(qiáng)迫能量不可用率(forced energy unavailability， FEU)、單極強(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)(monopole forced outage times， MFOT)和雙極強(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)(bipole forced outage times， BFOT)等可靠性指標(biāo)。

1.2 高壓直流輸電工程設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)

參考目前國家電網(wǎng)公司16條直流工程近10年的運(yùn)行情況[17]和國內(nèi)外直流工程可靠性研究成果[18]，表1給出了并聯(lián)換流器特高壓直流輸電工程各設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)。

圖1 并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)“故障樹”模型Fig.1 Fault tree model of UHVDC power transmission system with parallel converters

換流變壓器和平波電抗器等主要設(shè)備的平均修復(fù)時(shí)間主要考慮備用設(shè)備的更換時(shí)間；直流場設(shè)備主要包括平波電抗器、穿墻套管、直流濾波器(DC filter, DCF)、隔離開關(guān)、單極中性母線開關(guān)和測量裝置等，為了對第3節(jié)給出的3種主接線方案進(jìn)行可靠性對比分析，這里單獨(dú)給出平波電抗器、直流濾波器、NBS開關(guān)的故障率和修復(fù)時(shí)間；雙極中性線區(qū)域主要包括雙極中性線開關(guān)、測量裝置、避雷器和接地極系統(tǒng)等。另外，并聯(lián)換流器特高壓直流工程的每年計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間按87.6 h考慮。

2 并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的靈敏性分析

以往的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的靈敏度分析方法只考慮系統(tǒng)中某一設(shè)備發(fā)生故障造成的影響，而沒有考慮設(shè)備本身性能對系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的影響程度，即沒有更多的關(guān)注設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。事實(shí)上，隨著電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的不斷進(jìn)步，運(yùn)行人員已經(jīng)能夠連續(xù)或者定期地獲取運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)信息，進(jìn)而分析得出當(dāng)前狀態(tài)下的老化信息，而設(shè)備在系統(tǒng)中的重要度與設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是密不可分的。本節(jié)提出了一種新的靈敏度指標(biāo)對設(shè)備的重要度進(jìn)行評價(jià)。

首先以FEU指標(biāo)為例進(jìn)行靈敏度公式的推導(dǎo)，得到系統(tǒng)FEU與設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)率的關(guān)系如式(1)所示：

UFE=D1(1-RFO，k)+D2RFO，k= D1+RFO，k(D2-D1)

(1)

式中：UFE為系統(tǒng)強(qiáng)迫能量不可用率；D1表示元件k的強(qiáng)迫停運(yùn)率為0時(shí)系統(tǒng)的強(qiáng)迫能量不可用率；D2表示元件k的強(qiáng)迫停運(yùn)率為1時(shí)系統(tǒng)的強(qiáng)迫能量不可用率；RFO，k為設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)率。

對式(1)求導(dǎo)可得:

(2)

通過分析可知，元件k的強(qiáng)迫停運(yùn)率增加后，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值對其本身的靈敏度指標(biāo)卻沒有增加，也就是說其重要度沒有隨著自身強(qiáng)迫停運(yùn)率的增大得到反映。

為了使系統(tǒng)的某一設(shè)備靈敏度指標(biāo)不但能反應(yīng)系統(tǒng)中其他設(shè)備的運(yùn)行條件，而且能夠反應(yīng)其當(dāng)前的自身運(yùn)行條件，本文在靈敏度指標(biāo)的基礎(chǔ)上乘上設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)率，構(gòu)造了設(shè)備的重要度評價(jià)指標(biāo)：

(3)

將式(2)代入式(3)得：

SFEU=(D2-D1) × RFO，k

(4)

將式(1)代入式(4)，得到元件k對強(qiáng)迫能量不可用率影響的靈敏度指標(biāo)：

(5)

因?yàn)閁FE表示設(shè)備k在當(dāng)前狀態(tài)下(即強(qiáng)迫停運(yùn)率為RFO，k)的強(qiáng)迫能量不可用率，D1表示設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)率為0(即完好狀態(tài))的條件下系統(tǒng)的強(qiáng)迫能量不可用率，則本式更加準(zhǔn)確地描述了設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)給系統(tǒng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)增量。

同理，可得元件k對直流輸電系統(tǒng)單、雙極強(qiáng)迫停運(yùn)率影響的靈敏度指標(biāo)，分別為：

(6)

(7)

根據(jù)常規(guī)的可靠性計(jì)算方法和以上理論研究，借助計(jì)算機(jī)設(shè)備編制了并聯(lián)換流器特高壓直流工程可靠性計(jì)算程序。

3 3種主接線方案下并聯(lián)換流器直流輸電系統(tǒng)可靠性比較

本節(jié)將對文獻(xiàn)[19]中描述的3種并聯(lián)換流器主接線方案從可靠性角度進(jìn)行詳細(xì)分析和研究。

方案1采用2個(gè)換流器共用平波電抗器、直流濾波器和NBS開關(guān)，原理如圖2所示；方案2采用2個(gè)換流器分別配置平波電抗器，共用直流濾波器和NBS開關(guān)等設(shè)備，原理如圖3所示；方案3采用2個(gè)換流器分別配置平波電抗器、直流濾波器和NBS開關(guān)，原理如圖4所示。

圖2 共用平波電抗器、DCF和NBS開關(guān)方案Fig.2 Smoothing reactors, DC filters and NBS breakers shared by two parallel converters

圖3 分別配置平波電抗器，共用DCF和NBS開關(guān)方案Fig.3 Smoothing reactors separately configured, DC filters and NBS breakers shared by two parallel converters

圖4 分別配置平波電抗器、DCF和NBS開關(guān)方案Fig.4 Smoothing reactors, DC filters and NBS breakers separately configured by two parallel converters

在表1給定的直流工程設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用本研究所編制的并聯(lián)換流器直流工程可靠性計(jì)算程序得到了并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，具體如表2所示。

表2 并聯(lián)換流器直流輸電工程可靠性指標(biāo)
Table 2 Reliability indices of UHVDC transmission projects with parallel converters

表2給出了3種方案下并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。其中3種主接線方案對應(yīng)的強(qiáng)迫能量不可用率相同，均為0.45%。方案2中，雖然將平波電抗器由極線位置移到了與單個(gè)換流器串聯(lián)的位置，也即是由影響單極停運(yùn)的設(shè)備變成了影響單換流器停運(yùn)的設(shè)備，但平波電抗器的數(shù)量也由1組變成了2組，最終并沒有導(dǎo)致強(qiáng)迫能量不可用率發(fā)生變化；方案3中直流濾波器、NBS開關(guān)位置和數(shù)量的變化與方案2中平波電抗器位置和數(shù)量的變化原理上是相同的，也不會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)迫能量不可用率發(fā)生變化。此外，本文在進(jìn)行3種方案可靠性比較時(shí)，考慮單組平波電抗器、直流濾波器的故障率和修復(fù)時(shí)間不變。實(shí)際中，方案2、方案3將平波電抗器、直流濾波器移到換流器單元情況下，每組平波電抗器、直流濾波器的數(shù)量和方案1相比可能是減少的，相應(yīng)每組的故障率也會(huì)下降，方案2和方案3的強(qiáng)迫能量不可用率會(huì)降低，即可靠性會(huì)提高。計(jì)劃能量不可用率為1.0%，這主要由年度檢修計(jì)劃確定，根據(jù)國內(nèi)直流輸電工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，每年的計(jì)劃檢修時(shí)間一般要大于1.0%；另外，按照工程容量為10 000 MW，電價(jià)為0.25元/(kW·h)計(jì)算，將系統(tǒng)的能量不可用率轉(zhuǎn)化為售電損失，大約為3.174億元/a。由此可以看出,通過合理安排設(shè)備的計(jì)劃檢修，最大限度地降低強(qiáng)迫能量不可用率，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

另外，從方案1到方案3，單、雙極停運(yùn)次數(shù)依次降低，其中單極停運(yùn)次數(shù)分別為1.92，1.68和1.56次/(極·a)，雙極停運(yùn)次數(shù)分別為0.095，0.094和0.093次/a。這主要是由于平波電抗器、直流濾波器和NBS開關(guān)等設(shè)備移到換流器單元中后，對單極和雙極停運(yùn)的影響非常小。以平波電抗器為例，只有在另一并聯(lián)換流單元故障或檢修期間，平波電抗器發(fā)生故障才會(huì)引起單極停運(yùn)；同樣，只有在工程的另一并聯(lián)換流單元和另一極同時(shí)發(fā)生故障或檢修期間，該平波電抗器發(fā)生故障，才會(huì)引起雙極停運(yùn)。

從可靠性的角度分析可知，雖然3種方案的強(qiáng)迫能量不可用率相同，但從單、雙極停運(yùn)次數(shù)方面比較，可靠性指標(biāo)依次提高；從經(jīng)濟(jì)性的角度分析，方案2相對于方案1僅增加了1組平波電抗器，增加費(fèi)用相對較少；但在方案3中同時(shí)增加了1組直流濾波器和1套NBS設(shè)備，尤其是直流濾波器設(shè)備造價(jià)昂貴，這種方案是十分不經(jīng)濟(jì)的，且相對于方案2來說，可靠性指標(biāo)提高有限。綜合考慮3種方案的可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，一般推薦采用方案2作為并聯(lián)換流器特高壓直流系統(tǒng)的主接線方案。表2集中反映了并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，但僅通過這些指標(biāo)難以發(fā)現(xiàn)鉗制直流輸電系統(tǒng)可靠運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。

4 設(shè)備對可靠性影響的靈敏度指標(biāo)分析

以方案1為例，在系統(tǒng)可靠性指標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)上，分析設(shè)備對可靠性影響的靈敏度指標(biāo)，如表3所示。

表3 設(shè)備影響并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性的靈敏度指標(biāo)
Table 3 Sensitivity indices of UHVDC transmission system with parallel converters

由表3可以看出，單極控制和保護(hù)系統(tǒng)、換流閥單元、換流變單元以及直流場區(qū)域設(shè)備(包括穿墻套管、直流濾波器、隔離開關(guān)、單極中性母線開關(guān)和測量裝置)對系統(tǒng)強(qiáng)迫能量不可用率的影響最大；其次是直流輸電線路和平波電抗器；影響較小的是交流濾波器、雙極控制和保護(hù)系統(tǒng)和雙極中性線區(qū)域設(shè)備。

原因分析：(1)由于單極控制和保護(hù)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)眾多、邏輯復(fù)雜，組成元件故障率高，一旦故障將造成單極停運(yùn)；組成單12脈動(dòng)換流閥單元和換流變單元的元件(設(shè)備)數(shù)量多，生產(chǎn)制造難度大，故障發(fā)生時(shí)一般導(dǎo)致單12脈動(dòng)閥組停運(yùn)，且設(shè)備更換、維修周期長；直流場區(qū)域包含的設(shè)備多，發(fā)生故障的頻率較高。所以，以上因素對可靠性的影響較大。(2)平波電抗器制造技術(shù)較為成熟，故障率較低，更換、維修時(shí)間相對于換流變和換流閥設(shè)備較短；直流輸電線路相比其他主設(shè)備雖故障率較高，但一般為臨時(shí)性故障，大部分情況下在較短時(shí)間內(nèi)能夠恢復(fù)通電，平均修復(fù)時(shí)間較短。所以，以上因素對強(qiáng)迫能量不可用率的影響相對較小。(3)交流濾波器有備用組，且投切速度較快，多組濾波器同時(shí)發(fā)生故障的可能性很低；雙極中性線區(qū)域額定運(yùn)行電壓低，設(shè)備的絕緣水平和可靠性水平比較高，發(fā)生故障的概率較低；控制保護(hù)系統(tǒng)一般按極控制，兩極同時(shí)發(fā)生故障的概率較低，曾發(fā)生過因中性線區(qū)域設(shè)備故障而使雙極差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的情況，目前進(jìn)一步提高了對中性線區(qū)域設(shè)備可靠性的要求，并優(yōu)化了雙極保護(hù)方案。所以，以上因素對強(qiáng)迫能量不可用率的影響很小。

影響單極停運(yùn)次數(shù)最重要的因素為單極控制和保護(hù)系統(tǒng)；其次為直流輸電線路、直流場設(shè)備和平波電抗器設(shè)備；而換流變單元、換流閥單元和交流濾波器對此的影響非常?。浑p極控制和保護(hù)系統(tǒng)和雙極中性線區(qū)域設(shè)備對單極停運(yùn)次數(shù)沒有影響。

原因分析：(1)前面已經(jīng)分析，單極控制和保護(hù)系統(tǒng)的故障率較高，最容易造成單極停運(yùn)；(2)在“故障樹”模型中，直流輸電線路、直流場設(shè)備和平波電抗器設(shè)備故障均會(huì)直接導(dǎo)致單極停運(yùn)，且這些區(qū)域設(shè)備的故障率較高，對單極停運(yùn)次數(shù)均有一定的影響；(3)換流變單元、換流閥單元和交流濾波器發(fā)生故障將導(dǎo)致單12脈動(dòng)閥組停運(yùn)，而2個(gè)12脈動(dòng)閥組由于以上因素同時(shí)發(fā)生故障造成單極停運(yùn)的概率極低，所以對單極停運(yùn)次數(shù)幾乎沒有影響；(4)雙極控制和保護(hù)系統(tǒng)和雙極中性線區(qū)域設(shè)備發(fā)生故障將直接導(dǎo)致雙極停運(yùn)，對單極停運(yùn)次數(shù)沒有影響。

雙極控制和保護(hù)系統(tǒng)和雙極中性線區(qū)域設(shè)備發(fā)生故障將最容易導(dǎo)致雙極停運(yùn)；其他因素導(dǎo)致雙極停運(yùn)的概率很小。

原因分析：(1)前面已經(jīng)分析，雙極控制和保護(hù)系統(tǒng)和雙極中性線區(qū)域設(shè)備發(fā)生故障將直接導(dǎo)致雙極停運(yùn)，對雙極停運(yùn)次數(shù)的影響最大。(2)其他設(shè)備如直流輸電線路、直流場設(shè)備和平波電抗器設(shè)備需要正、負(fù)兩極同時(shí)發(fā)生故障才會(huì)出現(xiàn)雙極停運(yùn)，而對于換流變和換流閥單元只有4個(gè)12脈動(dòng)閥組同時(shí)發(fā)生故障才會(huì)導(dǎo)致雙極停運(yùn)，發(fā)生的可能性很小。

5 結(jié) 論

(1)本研究通過故障樹分析方法計(jì)算得出了并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)的強(qiáng)迫能量不可用率、單極停運(yùn)次數(shù)和雙極停運(yùn)次數(shù)等可靠性指標(biāo)。這些指標(biāo)可以直觀地反映出在運(yùn)、在建和后續(xù)設(shè)計(jì)直流工程的可靠性水平。

(2)本文對3種可能的并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)主接線方案進(jìn)行了對比分析，3種主接線方案下的強(qiáng)迫能量不可用率相同，但單、雙極停運(yùn)次數(shù)依次降低，方案1可靠性指標(biāo)最低，方案3可靠性指標(biāo)最高。此外，3種主接線方案的經(jīng)濟(jì)性依次變差。綜合考慮3種方案的可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，一般推薦采用方案2作為并聯(lián)換流器特高壓直流系統(tǒng)的主接線方案。

(3)通過各設(shè)備(因素)對強(qiáng)迫能量不可用率影響的靈敏度指標(biāo)分析可知：造成系統(tǒng)強(qiáng)迫能量不可用率的主要因素為單極控制和保護(hù)系統(tǒng)、換流閥單元、換流變單元以及直流場區(qū)域設(shè)備。優(yōu)化控制保護(hù)的邏輯設(shè)計(jì)，提高控制保護(hù)主機(jī)、屏柜等元件可靠性，增強(qiáng)換流閥、換流變壓器和直流場區(qū)域設(shè)備的設(shè)計(jì)裕度，對提高系統(tǒng)的能量可用率具有重要作用。

(4)通過各設(shè)備(因素)對停運(yùn)率影響的靈敏度指標(biāo)分析可知：影響單極停運(yùn)次數(shù)的主要因素為單極控制和保護(hù)系統(tǒng)，影響雙極停運(yùn)次數(shù)的主要因素為雙極控制、保護(hù)系統(tǒng)和雙極中性線區(qū)域設(shè)備。這進(jìn)一步證明了控制保護(hù)系統(tǒng)對直流輸電系統(tǒng)的重要性，其不僅是影響能量可用率的主要因素，也是導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)的最主要因素。另一方面，為了降低雙極停運(yùn)次數(shù)，減少直流輸電系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊水平，加強(qiáng)雙極中性線區(qū)域設(shè)備的可靠性也十分必要。

綜上所述，本文對不同主接線方案并聯(lián)換流器特高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性對比分析，確定了可靠、經(jīng)濟(jì)的主接線方案；并通過可靠性指標(biāo)的靈敏度分析，能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)鉗制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，通過有針對性地提高相關(guān)因素(設(shè)備)的可靠性，可以最大程度提高直流輸電系統(tǒng)的可靠性。本文對提高特高壓直流輸電工程的運(yùn)行可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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趙崢 (1986)，男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事高壓直流輸電工程系統(tǒng)可靠性、過電壓與絕緣配合和換流變壓器方面的研究工作；

馬為民(1966)，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事高壓直流輸電工程咨詢和成套設(shè)計(jì)相關(guān)研究工作。

(編輯 張小飛)

Reliability Research for UHVDC Transmission System with Parallel Converters

ZHAO Zheng, MA Weimin

(State Power Economic Research Institute, Beijing 102209, China)

The safety and reliability operation of UHVDC projects, which are characterized by large transmission capacity and long working distance, has vital practical significance.This paper establishes a fault-tree model of UHVDC system with parallel converters, which can help to calculate the forced energy unavailability, monopole forced outage times and bipole forced outage times of UHVDC projects effectively.Then, this paper proposes several sensitivity indices which show the impact of every equipment on the reliability of UHVDC system, thus to effectively find the weak points of the project.Finally, based on the statistical data of the reliability of HVDC projects of SGCC (State Grid Corporation of China) in the past 10 years, this paper calculates and compares the reliability indices for the main wiring schemes of three different kinds of UHVDC system with parallel converters.Moreover, this paper completes the sensitivity analysis on the reliability index of system affected by equipments, and finds the key links which affect the forced energy unavailability, monopole forced outage times and bipole forced outage times.The results show that this research can determine the topology of high-reliability UHVDC system with parallel converters, and provide important reference information for the reliability improvement of UHVDC projects.

parallel converter; UHVDC transmission; reliability; fault tree; sensitivity

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(多換流器并聯(lián)特高壓直流輸電工程的關(guān)鍵技術(shù)研究)

TM 723

A

1000-7229(2016)09-0086-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.09.012

2016-05-06