计及风速与线路故障率周期时变特性的风电并网系统可靠性评估

目前在风电并网系统长期可靠性评估中,风速多采用威布尔概率分布模型,输电线路故障率多采用年均值故障率,其评估结果无法反映系统可靠性随时间的变化情况。提出了综合考虑风速和输电线路故障率周期时变特性对电网的影响进行可靠性评估。在风电场出力方面,建立了风速的时间周期时变模型,并根据风机输出功率与风速的函数关系进一步建立了风电场的出力模型;在输电线路故障率方面,通过统计气象引起的输电线路故障次数计算历史同期各月故障率,用曲线拟合模拟其变化规律,建立了输电线路故障率周期时变模型。基于上述两种模型,用蒙特卡洛模拟法,对风电并网系统的时变可靠性进行评估,最后用算例进行了验证,评估结果可为电网中长期调度、运维及检修决策等提供参考。     

基于动态风险等级评估的输电线路巡检计划优化

现有输电线路巡检计划安排存在巡检效率低等问题,为优化输电线路巡检计划,降低输电线路的巡检成本,本文提出一种基于动态风险评估的输电线路巡检计划优化方法。综合考虑影响输电线路故障的内外部风险及故障造成损失,建立动态风险等级评估模型,通过量化风险值以评估线路风险等级,确定合理的巡检周期。基于巡检周期建立输电线路巡检计划的多目标优化模型,根据目标优先级利用多目标粒子群算法进行求解。最后采用某区域实际输电线路验证该模型的有效性。     

基于半马尔科夫过程的混合式直流断路器多状态可靠性分析

混合式直流断路器是柔性直流输电系统中实现故障快速切除的关键设备,其可靠性直接影响柔性直流输电系统的运行水平。首先综合考虑设备多级劣化状态、维修状态和老化状态,建立混合式直流断路器多状态转移模型。之后在拓扑分析的基础上通过可靠性框图法计算其基础故障率水平,结合健康指数理论和威布尔分布得到考虑状态差异的离散化时变故障率模型,同时纳入巡检率和维修率得到多状态转移率模型。进而基于半马尔科夫过程进行可靠性分析。算例以某柔直示范工程为背景计算混合式直流断路器多状态可靠性指标,并对其巡检周期和各冗余系统冗余度进行灵敏度分析,研究可为混合式直流断路器的巡检安排和冗余配置提供策略参考。     

输电线路故障率模型研究

综合考虑设备老化、天气因素和设备状态对输电线路故障率的影响,搭建基于比率风险的新型输电线路故障率模型。模型的故障率函数由基准故障率函数和状态描述函数组成,基准故障率函数采用温升老化模型,状态描述函数中的协变量选择与输电线路运行密切相关的天气因素和设备状态,采用极大似然估计法进行模型参数拟合。算例分析表明提出的模型具备表征实际故障率的能力。     

兼顾微气象预警的输电线路人机巡检计划优化

针对传统固定巡检周期无法依据微气象变化进行动态调整的问题,提出一种兼顾微气象预警的输电线路人机巡检计划优化方法。首先,将线路故障归结为老化失效、运行工况、微气象的共同作用,利用比例风险模型抽离微气象影响,基于风险评估理论制定线路基础巡检周期;然后,通过微气象预警与故障事件的关联规则计算附加故障概率,定义巡检密度系数判断是否提前巡检和计算预警日前累积故障隐患来判断是否额外巡检,以实现线路巡检的动态调整;其次,基于微气象预警的动态周期建立计及可靠性与经济性的巡检计划优化模型,定义微地形匹配度对人、机巡检方式的分配进行惩罚以降低巡检工期;最后,以某地区实例验证上述方法有效性。     

基于可靠性成本/效益分析的电网计划检修周期优化

电力系统元件在运行中受老化、磨损和隐藏故障的影响,故障率随时间呈增长趋势。综合考虑发电机、变压器和输电线路的主要停运因素,建立相应的故障率增长模型,推导了考虑计划检修后的元件平均无效度公式。基于可靠性成本效益分析,以平均无效度为纽带建立系统期望失负荷概率、系统电量不足期望以及系统总成本与计划检修率的函数关系。提出了以系统总成本对元件计划检修率的灵敏度排序进行计划检修周期优化的启发式迭代算法。采用该算法对RBTS和IEEE-RTS79可靠性测试系统进行了优化计算,并与传统C级检修方式的结果进行对比分析,研究表明不同容量、地点、类型和可靠性的元件,其最优计划检修周期存在较大差异,同时也探讨了元件老化因子和单位停电成本对电网计划检修优化的影响。     

基于状态评价的输电线路差异化巡检管理

随着输电线路规模的不断扩大,传统的线路巡检方法已不能满足工作要求,建立新的线路运行管理机制尤为迫切。创新开展输电线路状态巡检管理工作,提出了基于状态评价的输电线路差异化巡检模式,提高线路巡检质量和运行管理水平,提升可靠性指标。检修工作针对性增强的同时也极大缓解了运检人员缺员与日益增长的输电设备的矛盾,输电线路可用系数提升,输电障碍率下降。     

基于模糊专家系统的输电线路非解析可靠性模型

输电线路故障被认为是致使电网连锁故障发展的主要因素,因此,考虑系统运行状况及线路运行环境评估输电线路的可靠性水平,是准确评估电力系统运行可靠性的基础。通过计算p-值对影响线路故障率的因素进行重要度排序,并筛选出了重要因素。在此基础上,建立基于模糊专家系统的线路非解析可靠性模型。该模型结合专家的知识和经验选择合适的模糊集、隶属度函数和模糊规则,考虑各影响因素对线路故障率的综合影响,弥补了历史数据不完善带来的缺陷。通过IEEE RTS算例,分析不同天气和系统状态下,线路故障率的变化情况。计算结果表明,线路非解析可靠性模型能够正确反映天气状况和系统状态的变化,为评估线路运行风险和电力系统运行可靠性提供了基础。     

气象环境相关的输电线路故障时间分布特征及模拟

在电网风险分析与可靠性评估中,尚无较为准确的输电线路故障率时间分布规律和强迫停运时间概率分布描述。以月为时间尺度,提出按多年历史同期故障率为依据的时变故障率计算方法,并通过使用傅里叶函数、高斯函数、威布尔函数拟合历史同期各月故障率的时间分布得到故障率逐月分布函数,用以模拟输电线路的时间相依故障规律,据此可用于预测未来某时段的故障率。基于同样的思路对气象相关的输电线路强迫停运时间概率分布进行模拟与建模。算例分析验证了所提方法的有效性。     

多级检修模式下电网计划检修周期协调优化

基于有效役龄和故障率函数对电力设备的多级检修方式进行建模,并从可靠性成本/效益角度对发输电系统多级计划检修周期进行协调优化研究。计及故障率随时间的增长效应,以电力设备检修导则中的计划检修等级定义为参照,建立考虑A级完全检修、C级不完全检修条件下的电力设备故障率模型;在此基础上建立系统可靠性指标、系统检修成本、停电成本、C级计划检修周期、A/C级检修周期比率之间的解析表达式。针对以系统检修成本与系统停电成本之和最小为目标的大规模混合整数非线性规划问题,提出融合灵敏度分析和前向/后向差分思想的电网多级计划检修协调优化启发式迭代算法。探讨检修恢复因子变化对电网计划检修优化的影响。RBTS、IEEE-RTS79系统验证了所提算法的有效性。     

基于故障风险水平的海上风电场机会维护策略

海上风电场的维修费用占发电总成本比例较高。为降低海上风电场的运维成本,在基于可靠度阈值的机会维护策略基础上,针对风电机组子系统间存在的故障相关性与子系统故障风险水平,文中提出一种包含故障风险水平、可靠度双阈值和维护矩阵的海上风电场机会维护策略。首先,采用故障链模型对风电机组子系统间的故障关系进行描述,并建立风电机组各子系统的可靠度模型。其次,引入多级维护的概念,提出考虑故障风险水平的风电场机会维护策略优化模型,采用粒子群算法对子系统机会维护的风险因子进行优化,进而确定单台机组的维护策略。然后,综合考虑海上可及性、备件库存等因素,提出一种基于维护矩阵的海上风电场维护策略优化模型,以单位时间维护成本最小为目标函数,根据子系统的备件库存和故障风险水平来对维护策略进行动态调整。最后,以某海上风电场中单台风电机组为例,分析可及率、多级维护等因素对风电场机会维护策略的影响。结果表明,考虑故障风险水平的机会维护策略相比传统机会维护策略费用率可降低27.34%,验证了所提机会维护策略在降低维护费用方面的有效性。     

基于动态规划法的配电网联络线优化规划研究

为了有效提高配电网的供电可靠性,以单电源树状配电网为对象研究自成环网的联络线规划。基于节点与节点联通矩阵分析联络线连接位置对故障下游负荷转移的影响,提出了故障区间相对于联络环从属关系的分区停电损失计算方法。以停电损失和建设费用加权和最小为目标函数,以适应不同运行方式的保护整定值为约束,建立联络线规划数学模型。将联络线的优化规划看成一个多阶段决策问题,以联络线的条数作为阶段数,联络线的联结位置为状态,应用动态规划法求解树状配电网联络线优化规划问题。以IEEE33节点算例和现场工程实例进行仿真分析,对联络线的建设费用和停电损失费等经济指标进行了分析比较,验证了算法的有效性。     

应用附加电容的柔性直流输电线路自适应重合闸策略

针对柔性直流输电线路在故障跳闸后线路健全极与故障极不存在耦合关系和基于感应电气量变化特征的重合闸判据难以适用的问题,提出一种基于附加电容放电电压变化特征的柔性直流输电线路自适应重合闸策略。在直流线路跳闸后投入附加电容器,构建附加电容放电的数学模型,分析故障消失前后附加电容放电电压特征的差异。结合该差异设计出能有效识别永久性故障和瞬时性故障的柔性直流线路故障性质识别新判据,基于此故障性质识别判据实现对线路的重合闸。最后利用PSCAD/EMTDC平台搭建了线路模型,仿真验证了所提柔性直流输电线路自适应重合闸策略的有效性与可靠性。     

考虑可靠性约束的舰船电力系统故障重构策略

网架重构是舰船电力系统发生故障时恢复供电的有效措施。考虑到舰船电力系统的特殊工况,故障重构时有必要考虑重要负荷的供电可靠性和电能质量,为此提出了一种考虑可靠性约束的舰船电力系统故障重构策略。利用图论建立了供电可靠性与电网拓扑之间的关联模型,并通过深度搜索算法遍历重要负荷节点的所有供电路径。基于二阶锥规划建立了故障重构凸优化模型,并进一步通过多面体逼近算法将模型转化为混合整数线性规划问题以加速求解。通过系统仿真并对比分析,结果表明所提出的算法能快速获取全局最优解,所得到的故障重构策略能保证重要负荷的电能质量与供电可靠性。     

基于可靠度约束的风电机组机会检修模型

对风电机组进行预防性检修,能够有效提高机组的可靠性。首先以风电机组单个部件的可靠度作为约束条件,以单部件单位时间检修成本最小作为目标函数,求得单部件的最佳检修周期和检修次数。在此基础上,对符合一定条件的部件进行机会检修,构建了风电机组的机会检修模型。最后,以机会检修策略下总的检修费用最小作为目标函数,以机组整体的可靠度作为约束条件,利用遗传算法对该模型进行求解以得到最佳的机会检修阈值和最小的检修总费用。通过算例分析表明,该机会检修模型能够有效节约总的检修成本。该研究对检修部门制定检修计划具有一定的参考意义。     

基于改进均值聚类随机粒子群算法的变电站LCC规划

基于设备全寿命周期成本(LCC)建立了配电网变电站选址定容新模型,模型统筹考虑了规划方案的初始投资成本、运行维护成本、故障成本、废弃成本,在满足安全、效能的前提下使得规划模型在全寿命周期内经济性最优。提出一种将均值聚类与随机粒子群算法相结合的改进粒子群算法对上述规划模型进行求解,该算法克服了粒子群优化算法(PSO)的早熟现象。通过规划实例验证了该文所提模型和方法正确性和有效性,其规划结果科学、可行,具有更高的实用价值。     

局部耦合双回输电线路故障测距时域算法

多回耦合输电方式是电网建设的必然趋势,以局部耦合多回线路为主。受线间局部耦合影响,现有故障测距方法存在较大误差。为此,对局部耦合双回输电线路开展故障分析和故障测距方法研究。根据局部耦合同塔双回输电线路的结构和特点,利用线路解耦理论建立局部耦合双回输电线路耦合分界点处的电压和电流接口方程。在此基础上,构建各耦合段的故障测距时域分析模型,从而提出局部耦合双回输电线路的故障测距时域方法。最后,利用ATP/EMTP电磁暂态仿真软件构建局部耦合同塔双回输电线路模型,并进行全面的仿真验证,结果表明所提方法精度高。     

面向智能变电站的输电线路综合故障定位方法研究

针对智能变电站条件下,因采样速率过低导致行波测距无法应用的问题,提出了一种面向智能变电站的输电线路工频综合故障定位方法。所提方法可以在现有各种单端工频测距方法中,选择出测距精度最高的方法,从而给出准确的故障位置信息。目前现有的各种工频测距方法的测距精度会受到电源、对端系统阻抗以及过渡电阻等参数的综合影响,在不同的故障条件下,各方法的测距精度会有不同的表现。首先获取输电线路发生故障时的大量训练样本,应用粗糙集理论对训练样本进行属性约简,找出测距精度与故障条件之间的内在关系。在系统发生故障时,应用KNN算法在多种工频测距方法中找到测距结果最准确的方法,计算故障距离。ATP仿真结果及RTDS仿真实验显示,所提方法可以成功避开误差较大的方法,选择实际精度最优的方法,有效提高测距精度。     

A multi-year transmission planning under a deregulated market

Due to the deregulation of power industry, the transmission expansion plan is different from the process done by the integrated monopolies. In a monopoly electric market, the transmission expansion plan is carried out by the vertically integrated utility. The power company integrates its generations’ exploiting plans and its transmission expansion plans to maintain the system reliability. While in a deregulated power industry, generation, transmission, and distribution companies belong to different owners. The problem becomes more difficult. Generators experiencing transmission constraints can be expected to lobby for new transmission facilities that might relieve their constraints, while generators closer the load centers will likely toward not to build any new transmission facilities that would increase their competition. In order to provide a fair environment for all market participants, this paper proposed a reasonable expansion plan taking the operation cost, load curtailment cost, and investment cost into account. Due to the complexity of this model, the algorithm that combines the genetic algorithm with the linear programming method (GA-LP) is used to solve this problem. The 6-bus system and 24-bus IEEE reliability test system are used to verify the proposed model, and comparisons of test results between the proposed model and the traditional model are also demonstrated in this paper.