电力电子设备对直流配电网可靠性影响.docx

          电力电子设备对直流配电网可靠性影响                    摘要：直流配电网不同于传统的交流配电网，主要由大量的电力电子设备组成为评估可靠性，对电压直流变压器、换流器和断路器进行了建模，分析了设备级冗余和设备损坏对直流电网可靠性的影响，以及功能故障和故障对两端直流电源的影响结果表明，设备级冗馀大大提高了系统可靠性，而不是设备级冗余功能故障与绝缘故障的区别主要影响直流断路器较少的直流配电网的可靠性评估关键词：直流配电网；可靠性；器件冗余；设备冗余对电力电子设备的可靠性进行建模分析，根据直流配电网的特点，对冗馀设备的结构进行了比较分析，以确定直流配电网设备是否冗余，设备层是否不再冗馀本文讨论并分析了功能干扰和绝缘故障对电网运行的影响，以评估绝缘干扰功能干扰对直流电网可靠性的影响一、配电网可靠性评价方法现有的交流配电网可靠性评估方法主要是分析和仿真，仿真方法适用于求解复杂系统系统的可靠性和规模对计算复杂度影响不大，但计算精度与计算时间之间存在矛盾为了获得更高的计算精度，需要大量的计算时间这种分析方法可以使用数学模型和严格的算法充分利用了某些设备概念清晰、物理模型准确的特点，在配电网可靠性分析中得到了广泛的应用。

采用交流配电网最小割集法对直流配电网进行可靠性评估1.划分负荷点区域，根据设备故障是否导致失电和故障持续时间，采用最小割集法确定待分析负荷点，说明配电网设备故障是否会导致负荷停机如果设备故障导致设备停机，则设备停机时间可能不同将交流配电网负荷点停电区域划分为故障检修区域对于交流配电网分区方式下的隔离恢复区和隔离开关区，负荷点对应的停电时间为故障设备检修时间和故障隔离时间之和故障隔离时间和接触开关与相邻电源之间的切换时间2.最小割集法法是集合一些设备，当从网络中中移除时，这些供电路径会切断负荷点的所有通道重新放回任何设备时，至少有一个负荷点路恢复供电路径通常只考虑第二阶割集二、影响直流配电网可靠性因素分析影响配电网可靠性的因素很多，包括设备故障、线路故障、电网结构不合理等高压直流输电系统的可靠性还受到维护不当和环境问题的影响，本文主要讨论了器件冗余和设备冗余的影响，功能故障和绝缘故障影响的区别，以及各种直流断路器配置的影响为了突出HVDC系统的上述因素，采用了一种通用的简单拓扑来评价HVDC系统的可靠性，如图1所示直流配电网允许在两个电源之间直接切换电源，无需中断控制，也无需单独的切换域。

110kV/10kV变压器经过两个VSC换流站由于原来的10kV供电电缆是中压配电控制器直流电缆，电网在一定裕量内的直流电压为7.5kv，电网主要用10kv交流敏感负荷分布式光学电压为7.5kv 400v直流存储系统低压侧的直流电压应尽可能接近负载电压，以连接负载并降低压降低压电网分为10kV交流、380V交流和400V直流三类图1直流配电网拓扑结构1.设备冗馀影响设备故障率，半导体故障率高冗馀设计通常用于降低设备错误率首先分析了过载对VSC和DC变压器故障率的影响:(1)设备冗馀对VSC适配器故障率的影响VSC中的每个桥臂至少需要7个半桥子模块，外加30%VSC变压器的子模块具有不同的冗馀，并对VSC错误率产生不同的影响半导体模块数量增加，半桥模式不冗馀时，VSC适配器故障率随业务量增加而增加，从而有效降低VSC故障率但是，随着冗馀的增加，VSC的故障率可以降低2)如果只使用一个1700v IGBT 裕度30%的，且至少有13个子模块连接到直流变压器，则组件冗馀直流变压器的故障率将降低，可靠性评估的DCSST模型将连接到至少13个DAB模型直流变压器DAB模块可设计为冗馀模块，以确定直流变压器故障率随dab数量的增加而增加的趋势。

如果不超过DAB冗馀数量，直流变压器故障率较高，而DAB增加，直流变压器故障率逐渐下降，但趋势缓慢2.器件和设备冗余对系统可靠性的影响，当设备发生故障时，可以直接使用隔离开关因此，只有当设备在故障维修范围内时，功能故障才有可能导致停电；当设备绝缘失效时，故障恢复域或隔离恢复域中的设备应跳至隔离故障因此，绝缘故障可能导致电源故障如果功能故障和绝缘故障没有区别，设备故障时上游断路器默认闭合关键设备的故障率可分为功能和绝缘故障率1）分析了器件冗余直流变压器对可靠性的影响直流变压器的冗余可以有效地降低故障率在此基础上，对直流配电系统的可靠性进行了评估VSC换流器的半桥子模块数固定为12个，当变压器采用不同的冗余方式时，可用指数（ASI）随DAB个数的变化而变化其中CASEI为变压器并联运行方式，CASEⅡ为变压器单体运行方式如果直流变压器的DAB部分不考虑重复，则系统具有高可用性；随着冗余度的增加，直流变压器的并联运行方式可以有效地降低系统的不可用性，并且可以在直流配电网中实现，无需考虑DAB与双冗余DAB并联系统相比，变压器并联系统的可用性较低冗余元件对提高系统可靠性有很大影响，DAB冗余对系统不可用性的影响是有限的。

2）VSC半桥子冗余对系统可靠性的影响是有限的VSC换流器的半桥子模块可以有效地降低故障率，从而分析半桥子模块对系统不可用性的影响针对直流配电系统，对VSC换流器的系统可靠性进行了简单的评估其中，直流变换器不冗余DAB并联运行，直流电源系统的不可用趋势随半桥子模块数量的增加而变化，随半桥VSC子模块数量的增加而变化直流配电网中ASU接口的数量减少，可靠性提高，但随着子模块数量的增加，ASUI下降的数量减少3.由于开关配置对系统可靠性的影响，直流断路器的经济技术指标尚未达到大规模使用的标准，以保持直流配电网工程的性价比插座上只能安装直流断路器，结合直流断路器和直流断路器的使用，分析了VSC过流和直流变压器过流对直流配电网可靠性的影响根据VSC半桥子模块数量的增加；ASUI随DAB直流变压器数量的增加而变化，其中CASE1代表直流变压器并联运行方式，CASE2代表直流变压器单独运行方式一般来说，直流配电网配置大量断路器时，主要原因是大量的直流断路器降低了各负荷的隔离恢复范围，故障恢复域中的设备数量较少，故障和负载具有相同的故障识别和隔离能力当直流断路器减少时，系统的平均停机频率增加延长了系统的平均停机时间，降低了系统的可用性，单端设直流断路器。

当设备发生故障时，应使两端的直流断路器跳闸这必然导致负载失效率的增加，从而降低系统的可靠性参考文献：[1]孙霞明．计及备用设备的柔性直流输电系统可靠性评估方法[J]．现代电力，2019，30(1)：8-12．[2]戴楼红．多端直流输电系统可靠性评估方法研究[J]．现代电力，2019，30(6)：6-10．[3]段华．国内外直流输电系统可靠性指标对比分析[J]．电网技术，2019，37(9)：2390-2395．[4]曾习明．交直流配电网可靠性对比[J]．电网技术，2019，38(9)：2582-2589．[5]赵主贵．中压配电网可靠性评估方法的比较研究[J]．电网技术，2019，37(11)：3295-3302．  -全文完-。