海上柔性直流系统加装可控避雷器过电压经济性分析方法

本发明涉及电力系统加装可控避雷器，具体涉及一种海上柔性直流系统加装可控避雷器过电压经济性分析方法。

背景技术：

1、电力系统中的过电压不仅会对电气设备造成损害，还可能会导致重大的经济损失。避雷器是一种抑制过电压的关键设备，但其在限压效果上存在不足。尽管现有研究在提高运行荷电率以增强避雷器抑制能力方面取得了一定进展，但这种做法往往会导致避雷器体积和重量的增加。可控避雷器是一种能实现操作过电压柔性限制的装备。和避雷器相比，可控避雷器牺牲了系统部分可靠性，但其在抑制过电压、节约输电走廊和保护输电设备方面具有更好的效果，可控避雷器最早被应用于交流系统中，主要目的是为了取缔断路器的合闸电阻。近年来，对特高压交流开关型可控避雷器的参数选择、控制策略、电位分布的研究以及对直流可控避雷器相关理论技术的探索，为可控避雷器在交直流系统中的实际应用奠定了坚实的理论基础。然而，由于技术和经济的限制，可控避雷器尚未在电力系统中得到广泛应用。

2、海上柔性直流输电技术日渐成熟，相比于常规交直流系统，海上柔性直流输电系统对过电压更加敏感同时对体积和重量有着更高的要求。一方面，过电压会威胁整个海上柔性直流系统的安全稳定运行、会对设备和线路的绝缘水平提出很高的要求，同时会影响大量电力电子设备的可靠性，进一步增加了工程建设成本。另一方面，过电压会影响海上平台阀厅内各个阀塔之间的电净距，从而影响海上平台的体积及重量。为使海上柔性直流输电工程的设备绝缘水平和造价经济合理，需要有效限制海上柔性直流输电系统的过电压水平，同时保证海上平台体积及重量在合理范围内。可控避雷器具备良好的抑制过电压能力，但是在交直流系统中可控避雷器通过牺牲系统部分可靠性降低过电压所带来的收益较小。海上柔性直流输电系统不仅对过电压的要求更高，同时对体积和重量有更严格的限制，因此降低过电压对海上柔性直流输电系统中带来的收益被进一步放大，这为可控避雷器的应用提供了理想的场景。目前而言，可控避雷器并未被应用于海上柔性直流输电系统中，可控避雷器在海上柔性直流输电系统中的适用性需要进一步的分析。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种用于探讨可控避雷器在海上柔性直流系统中的适用性、对可控避雷器加装于海上柔性直流系统提供指导作用的海上柔性直流系统加装可控避雷器过电压经济性分析方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种海上柔性直流系统加装可控避雷器过电压经济性分析方法，包括以下步骤：

3、根据海上柔性直流系统获得海上平台总体积、海上平台总重量、海上平台总成本和可控避雷器的额定电压；

4、获取所述可控避雷器的可控比值集和物理量参数；

5、根据所述额定电压和所述物理量参数获得所述可控避雷器的建造参数；

6、根据所述建造参数、所述海上平台总体积、所述海上平台总重量和所述海上平台总成本搭建可控避雷器模型并获得可控避雷器总成本；

7、根据所述海上柔性直流系统搭建初始仿真模型；初始仿真模型包括避雷器模型；

8、根据所述初始仿真模型获得初始过电压值；根据所述初始过电压值计算初始电净距离值；

9、将所述可控避雷器模型替换所述初始仿真模型中的所述避雷器模型获得加装后仿真模型；

10、根据所述加装后仿真模型获得可控比最大边界和加装后过电压；

11、根据所述加装后过电压获得加装后电净距离；

12、根据所述初始电净距离值、所述加装后电净距离和所述海上平台总体积获得缩减后体积；

13、根据所述海上平台总体积、所述海上平台总重量、所述海上平台总成本和所述缩减后体积获得加装后收益；

14、根据所述可控避雷器总成本和所述加装后收益获得总收益；

15、根据所述可控比最大边界、所述加装后过电压、所述可控避雷器总成本和所述加装后收益构建海上柔性直流系统可控避雷器自适应分析模型；所述自适应分析模型以所述总收益最大为目标；

16、根据所述自适应分析模型选择所述可控比值集获得用于加装的可控避雷器。

17、进一步地，所述建造参数包括固定部分电阻片个数和固定部分避雷器柱数；所述物理量参数包括第一电压、第一能量数值和第二能量数值，所述第一电压为每一电阻片通单位强度电流所承受的电压，所述第一能量数值为每一电阻片能承受的能量数值，所述第二能量数值为固定部分在单极接地工况下承受的能量数值；

18、获得所述建造参数的步骤为：

19、获取所述海上柔性直流系统的最高电压等级；

20、根据所述最高电压等级获得所述额定电压；

21、获取可控比计算公式；

22、根据所述额定电压、所述可控比计算公式和所述第一电压获得所述固定部分电阻片个数；

23、根据所述第一能量数值、所述第二能量数值和所述固定部分电阻片个数获得固定部分避雷器柱数。

24、进一步地，所述物理量参数还包括避雷器柱每柱的体积、避雷器柱每柱的重量、每一电阻片的体积和每一电阻片的重量；

25、获得所述可控避雷器总成本的步骤为：

26、根据所述海上平台总重量和所述海上平台总体积获得海上平台每平米对应的重量；

27、根据所述海上平台总成本和所述海上平台总重量获得海上平台每吨的造价；

28、获取避雷器柱每柱的造价、每一电阻片的造价和旁路开关成本；

29、根据所述避雷器柱每柱的体积、所述固定部分避雷器柱数、所述海上平台每平米对应的重量、所述避雷器柱每柱的重量和所述海上平台每吨的造价获得第一成本，所述第一成本为避雷器柱的体积及重量所带来的成本；

30、根据所述每一电阻片的体积、所述固定部分电阻片个数、所述海上平台每平米对应的重量、所述每一电阻片的重量和所述海上平台每吨的造价获得第二成本，所述第二成本为电阻片的体积及重量所带来的成本；

31、根据所述固定部分避雷器柱数和所述避雷器柱每柱的造价获得避雷器柱的造价；

32、根据所述固定部分电阻片个数和所述每一电阻片的造价获得电阻片的造价；

33、根据所述第一成本、所述第二成本、所述避雷器柱的造价、所述电阻片的造价和所述旁路开关成本获得所述可控避雷器总成本。

34、进一步地，获得所述缩减后体积的步骤为：

35、获取海上平台长度、海上平台宽度、海上平台层高、第一间隔数量和第二间隔数量，所述第一间隔数量为海上平台长度方向阀厅间隔数量，所述第二间隔数量为海上平台宽度方向阀厅间隔数量，所述阀厅间隔包括相邻阀厅之间的间隔、以及墙体至邻近阀厅之间的间隔；

36、根据所述海上平台长度、所述海上平台宽度和所述海上平台层高获得所述海上平台总体积；

37、根据所述初始电净距离值和所述加装后电净距离获得电净距减少量；

38、根据所述海上平台长度、所述第一间隔数量、所述电净距减少量、所述海上平台宽度和所述第二间隔数量获得体积减少量，所述体积减少量为加装后海上平台减少的体积；

39、根据所述海上平台总体积和所述体积减少量获得所述缩减后体积。

40、进一步地，获得所述加装后收益的步骤为：

41、根据所述缩减后体积、所述海上平台每平米对应的重量和所述海上平台每吨的造价获得所述加装后收益。

42、进一步地，获取所述可控比最大边界的条件包括：

43、条件一：当所述加装后仿真模型发生单极接地故障时，所述可控避雷器模型能限制的过电压峰值不低于所述加装后仿真模型的启动电压；

44、条件二：当所述加装后仿真模型发生单极接地故障时，所述可控避雷器模型中旁路开关的动作电压不低于所述加装后仿真模型的启动电压；

45、以及条件三：当所述加装后仿真模型发生单极接地故障且在单极接地故障结束之前，所述可控避雷器模型的拖尾电流存在小于晶闸管的维持电流的时刻。

46、此时海上柔性直流系统加装的可控避雷器为传统的可控避雷器。

47、进一步地，获取所述可控比最大边界的条件包括：

48、条件一：当所述加装后仿真模型发生单极接地故障时，所述可控避雷器模型能限制的过电压峰值不低于所述加装后仿真模型的启动电压；

49、条件二：当所述加装后仿真模型发生单极接地故障时，所述可控避雷器模型中旁路开关的动作电压不低于所述加装后仿真模型的启动电压；

50、以及条件三：当所述加装后仿真模型发生单极接地故障时，所述可控避雷器模型能限制的过电压峰值不低于所述旁路开关恢复原状态瞬间所抬升的第二尖峰电压值。

51、此时海上柔性直流系统加装的可控避雷器为可主动退出型可控避雷器。

52、进一步地，采用g参数算法获得所述初始电净距离值和所述加装后电净距离。

53、进一步地，所述自适应分析模型为：

54、maxr(x,c)＝x(v)-c(α)；

55、x＝x(v)；

56、v＝v(α)；

57、c＝c(α)；

58、αmin≤α≤αmax；

59、式中，max为最大化函数，r为总收益，x为加装后收益，x为加装后收益对应的函数，c为可控避雷器总成本，c(α)为可控避雷器总成本对应的函数，v为加装后过电压，v为加装后过电压对应的函数，α为可控比值，αmin为可控比最小边界，αmax为可控比最大边界。

60、进一步地，根据所述自适应分析模型选择获得所述建造参数。

61、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

62、本发明通过构建初始仿真模型，并将可控避雷器替换初始仿真模型中避雷器模型获得加装后仿真模型，并以总收益最大为目标，根据可控比最大边界、加装后过电压、可控避雷器总成本和加装后收益构建海上柔性直流系统可控避雷器自适应分析模型，可以明确可控避雷器的替换位置，以及定量分析替换后对过电压抑制效果、可控避雷器的建造参数、可控比值、可控避雷器总成本、加装后收益和总收益等，可用于探讨可控避雷器在海上柔性直流系统中的适用性，对可控避雷器加装于海上柔性直流系统提供指导作用。