本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)加裝可控避雷器，具體涉及一種海上柔性直流系統(tǒng)加裝可控避雷器過電壓經(jīng)濟(jì)性分析方法。

背景技術(shù)：

1、電力系統(tǒng)中的過電壓不僅會對電氣設(shè)備造成損害，還可能會導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失。避雷器是一種抑制過電壓的關(guān)鍵設(shè)備，但其在限壓效果上存在不足。盡管現(xiàn)有研究在提高運(yùn)行荷電率以增強(qiáng)避雷器抑制能力方面取得了一定進(jìn)展，但這種做法往往會導(dǎo)致避雷器體積和重量的增加?？煽乇芾灼魇且环N能實現(xiàn)操作過電壓柔性限制的裝備。和避雷器相比，可控避雷器犧牲了系統(tǒng)部分可靠性，但其在抑制過電壓、節(jié)約輸電走廊和保護(hù)輸電設(shè)備方面具有更好的效果，可控避雷器最早被應(yīng)用于交流系統(tǒng)中，主要目的是為了取締斷路器的合閘電阻。近年來，對特高壓交流開關(guān)型可控避雷器的參數(shù)選擇、控制策略、電位分布的研究以及對直流可控避雷器相關(guān)理論技術(shù)的探索，為可控避雷器在交直流系統(tǒng)中的實際應(yīng)用奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。然而，由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的限制，可控避雷器尚未在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

2、海上柔性直流輸電技術(shù)日漸成熟，相比于常規(guī)交直流系統(tǒng)，海上柔性直流輸電系統(tǒng)對過電壓更加敏感同時對體積和重量有著更高的要求。一方面，過電壓會威脅整個海上柔性直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、會對設(shè)備和線路的絕緣水平提出很高的要求，同時會影響大量電力電子設(shè)備的可靠性，進(jìn)一步增加了工程建設(shè)成本。另一方面，過電壓會影響海上平臺閥廳內(nèi)各個閥塔之間的電凈距，從而影響海上平臺的體積及重量。為使海上柔性直流輸電工程的設(shè)備絕緣水平和造價經(jīng)濟(jì)合理，需要有效限制海上柔性直流輸電系統(tǒng)的過電壓水平，同時保證海上平臺體積及重量在合理范圍內(nèi)?？煽乇芾灼骶邆淞己玫囊种七^電壓能力，但是在交直流系統(tǒng)中可控避雷器通過犧牲系統(tǒng)部分可靠性降低過電壓所帶來的收益較小。海上柔性直流輸電系統(tǒng)不僅對過電壓的要求更高，同時對體積和重量有更嚴(yán)格的限制，因此降低過電壓對海上柔性直流輸電系統(tǒng)中帶來的收益被進(jìn)一步放大，這為可控避雷器的應(yīng)用提供了理想的場景。目前而言，可控避雷器并未被應(yīng)用于海上柔性直流輸電系統(tǒng)中，可控避雷器在海上柔性直流輸電系統(tǒng)中的適用性需要進(jìn)一步的分析。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種用于探討可控避雷器在海上柔性直流系統(tǒng)中的適用性、對可控避雷器加裝于海上柔性直流系統(tǒng)提供指導(dǎo)作用的海上柔性直流系統(tǒng)加裝可控避雷器過電壓經(jīng)濟(jì)性分析方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種海上柔性直流系統(tǒng)加裝可控避雷器過電壓經(jīng)濟(jì)性分析方法，包括以下步驟：

3、根據(jù)海上柔性直流系統(tǒng)獲得海上平臺總體積、海上平臺總重量、海上平臺總成本和可控避雷器的額定電壓；

4、獲取所述可控避雷器的可控比值集和物理量參數(shù)；

5、根據(jù)所述額定電壓和所述物理量參數(shù)獲得所述可控避雷器的建造參數(shù)；

6、根據(jù)所述建造參數(shù)、所述海上平臺總體積、所述海上平臺總重量和所述海上平臺總成本搭建可控避雷器模型并獲得可控避雷器總成本；

7、根據(jù)所述海上柔性直流系統(tǒng)搭建初始仿真模型；初始仿真模型包括避雷器模型；

8、根據(jù)所述初始仿真模型獲得初始過電壓值；根據(jù)所述初始過電壓值計算初始電凈距離值；

9、將所述可控避雷器模型替換所述初始仿真模型中的所述避雷器模型獲得加裝后仿真模型；

10、根據(jù)所述加裝后仿真模型獲得可控比最大邊界和加裝后過電壓；

11、根據(jù)所述加裝后過電壓獲得加裝后電凈距離；

12、根據(jù)所述初始電凈距離值、所述加裝后電凈距離和所述海上平臺總體積獲得縮減后體積；

13、根據(jù)所述海上平臺總體積、所述海上平臺總重量、所述海上平臺總成本和所述縮減后體積獲得加裝后收益；

14、根據(jù)所述可控避雷器總成本和所述加裝后收益獲得總收益；

15、根據(jù)所述可控比最大邊界、所述加裝后過電壓、所述可控避雷器總成本和所述加裝后收益構(gòu)建海上柔性直流系統(tǒng)可控避雷器自適應(yīng)分析模型；所述自適應(yīng)分析模型以所述總收益最大為目標(biāo)；

16、根據(jù)所述自適應(yīng)分析模型選擇所述可控比值集獲得用于加裝的可控避雷器。

17、進(jìn)一步地，所述建造參數(shù)包括固定部分電阻片個數(shù)和固定部分避雷器柱數(shù)；所述物理量參數(shù)包括第一電壓、第一能量數(shù)值和第二能量數(shù)值，所述第一電壓為每一電阻片通單位強(qiáng)度電流所承受的電壓，所述第一能量數(shù)值為每一電阻片能承受的能量數(shù)值，所述第二能量數(shù)值為固定部分在單極接地工況下承受的能量數(shù)值；

18、獲得所述建造參數(shù)的步驟為：

19、獲取所述海上柔性直流系統(tǒng)的最高電壓等級；

20、根據(jù)所述最高電壓等級獲得所述額定電壓；

21、獲取可控比計算公式；

22、根據(jù)所述額定電壓、所述可控比計算公式和所述第一電壓獲得所述固定部分電阻片個數(shù)；

23、根據(jù)所述第一能量數(shù)值、所述第二能量數(shù)值和所述固定部分電阻片個數(shù)獲得固定部分避雷器柱數(shù)。

24、進(jìn)一步地，所述物理量參數(shù)還包括避雷器柱每柱的體積、避雷器柱每柱的重量、每一電阻片的體積和每一電阻片的重量；

25、獲得所述可控避雷器總成本的步驟為：

26、根據(jù)所述海上平臺總重量和所述海上平臺總體積獲得海上平臺每平米對應(yīng)的重量；

27、根據(jù)所述海上平臺總成本和所述海上平臺總重量獲得海上平臺每噸的造價；

28、獲取避雷器柱每柱的造價、每一電阻片的造價和旁路開關(guān)成本；

29、根據(jù)所述避雷器柱每柱的體積、所述固定部分避雷器柱數(shù)、所述海上平臺每平米對應(yīng)的重量、所述避雷器柱每柱的重量和所述海上平臺每噸的造價獲得第一成本，所述第一成本為避雷器柱的體積及重量所帶來的成本；

30、根據(jù)所述每一電阻片的體積、所述固定部分電阻片個數(shù)、所述海上平臺每平米對應(yīng)的重量、所述每一電阻片的重量和所述海上平臺每噸的造價獲得第二成本，所述第二成本為電阻片的體積及重量所帶來的成本；

31、根據(jù)所述固定部分避雷器柱數(shù)和所述避雷器柱每柱的造價獲得避雷器柱的造價；

32、根據(jù)所述固定部分電阻片個數(shù)和所述每一電阻片的造價獲得電阻片的造價；

33、根據(jù)所述第一成本、所述第二成本、所述避雷器柱的造價、所述電阻片的造價和所述旁路開關(guān)成本獲得所述可控避雷器總成本。

34、進(jìn)一步地，獲得所述縮減后體積的步驟為：

35、獲取海上平臺長度、海上平臺寬度、海上平臺層高、第一間隔數(shù)量和第二間隔數(shù)量，所述第一間隔數(shù)量為海上平臺長度方向閥廳間隔數(shù)量，所述第二間隔數(shù)量為海上平臺寬度方向閥廳間隔數(shù)量，所述閥廳間隔包括相鄰閥廳之間的間隔、以及墻體至鄰近閥廳之間的間隔；

36、根據(jù)所述海上平臺長度、所述海上平臺寬度和所述海上平臺層高獲得所述海上平臺總體積；

37、根據(jù)所述初始電凈距離值和所述加裝后電凈距離獲得電凈距減少量；

38、根據(jù)所述海上平臺長度、所述第一間隔數(shù)量、所述電凈距減少量、所述海上平臺寬度和所述第二間隔數(shù)量獲得體積減少量，所述體積減少量為加裝后海上平臺減少的體積；

39、根據(jù)所述海上平臺總體積和所述體積減少量獲得所述縮減后體積。

40、進(jìn)一步地，獲得所述加裝后收益的步驟為：

41、根據(jù)所述縮減后體積、所述海上平臺每平米對應(yīng)的重量和所述海上平臺每噸的造價獲得所述加裝后收益。

42、進(jìn)一步地，獲取所述可控比最大邊界的條件包括：

43、條件一：當(dāng)所述加裝后仿真模型發(fā)生單極接地故障時，所述可控避雷器模型能限制的過電壓峰值不低于所述加裝后仿真模型的啟動電壓；

44、條件二：當(dāng)所述加裝后仿真模型發(fā)生單極接地故障時，所述可控避雷器模型中旁路開關(guān)的動作電壓不低于所述加裝后仿真模型的啟動電壓；

45、以及條件三：當(dāng)所述加裝后仿真模型發(fā)生單極接地故障且在單極接地故障結(jié)束之前，所述可控避雷器模型的拖尾電流存在小于晶閘管的維持電流的時刻。

46、此時海上柔性直流系統(tǒng)加裝的可控避雷器為傳統(tǒng)的可控避雷器。

47、進(jìn)一步地，獲取所述可控比最大邊界的條件包括：

48、條件一：當(dāng)所述加裝后仿真模型發(fā)生單極接地故障時，所述可控避雷器模型能限制的過電壓峰值不低于所述加裝后仿真模型的啟動電壓；

49、條件二：當(dāng)所述加裝后仿真模型發(fā)生單極接地故障時，所述可控避雷器模型中旁路開關(guān)的動作電壓不低于所述加裝后仿真模型的啟動電壓；

50、以及條件三：當(dāng)所述加裝后仿真模型發(fā)生單極接地故障時，所述可控避雷器模型能限制的過電壓峰值不低于所述旁路開關(guān)恢復(fù)原狀態(tài)瞬間所抬升的第二尖峰電壓值。

51、此時海上柔性直流系統(tǒng)加裝的可控避雷器為可主動退出型可控避雷器。

52、進(jìn)一步地，采用g參數(shù)算法獲得所述初始電凈距離值和所述加裝后電凈距離。

53、進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)分析模型為：

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為最大化函數(shù)，r為總收益，x為加裝后收益，x為加裝后收益對應(yīng)的函數(shù)，c為可控避雷器總成本，c(α)為可控避雷器總成本對應(yīng)的函數(shù)，v為加裝后過電壓，v為加裝后過電壓對應(yīng)的函數(shù)，α為可控比值，αmin為可控比最小邊界，αmax為可控比最大邊界。

60、進(jìn)一步地，根據(jù)所述自適應(yīng)分析模型選擇獲得所述建造參數(shù)。

61、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

62、本發(fā)明通過構(gòu)建初始仿真模型，并將可控避雷器替換初始仿真模型中避雷器模型獲得加裝后仿真模型，并以總收益最大為目標(biāo)，根據(jù)可控比最大邊界、加裝后過電壓、可控避雷器總成本和加裝后收益構(gòu)建海上柔性直流系統(tǒng)可控避雷器自適應(yīng)分析模型，可以明確可控避雷器的替換位置，以及定量分析替換后對過電壓抑制效果、可控避雷器的建造參數(shù)、可控比值、可控避雷器總成本、加裝后收益和總收益等，可用于探討可控避雷器在海上柔性直流系統(tǒng)中的適用性，對可控避雷器加裝于海上柔性直流系統(tǒng)提供指導(dǎo)作用。