[发明专利]电力系统中高温超导电缆系统的多状态可靠性确定方法

摘要

本发明涉及一种电力系统中高温超导电缆系统的多状态可靠性确定方法，属于电力系统可靠性分析技术领域。本方法将高温超导电缆系统的工作状态根据运行功率进行划分为正常状态、降额状态和停运状态，分别提供了这三个状态发生概率的计算公式以及通过高温超导电缆的温度-持续时间曲线，以确定降额状态的运行功率的方法。本方法将电力系统调度周期对高温超导电缆系统在降额运行状态下维持时间与运行功率的需求与高温超导电缆系统自身的运行特性结合起来，既考虑了高温超导电缆系统的运行特性，又保证了可靠性分析过程的计算效率。

主权项

1.一种电力系统中高温超导电缆系统的多状态可靠性确定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）高温超导电缆系统包括高温超导电缆、制冷系统、接口和继电保护器四个部分，设定高温超导电缆系统中继电保护器处于可靠工作状态，将高温超导电缆系统的工作状态根据运行功率进行划分，高温超导电缆系统在额定功率下运行，为正常状态，正常状态下，高温超导电缆、制冷系统和接口正常运行，或制冷系统发生故障；超导系统在降额功率下运行，为降额状态，降额状态下，高温超导电缆的电流大于高温超导电缆的临界电流；超导系统在零功率下运行，为停运状态，停运状态下，接口发生故障，或高温超导电缆内部短路或断线；（2）设定接口发生的故障与高温超导电缆内部短路或断线之间相互独立，利用下式计算高温超导电缆系统停运状态发生的概率P₀：P₀＝P_T+P_HTS-P_T*P_HTS其中，P_T为接口发生故障的概率，通过对接口的老化失效试验得到，P_HTS为高温超导电缆内部短路或断线故障的概率，通过对高温超导电缆的老化失效试验得到；（3）当高温超导电缆系统所在电力系统的一条线路短路时，对高温超导电缆系统所在电力系统中的所有线路进行短路潮流计算，得到高温超导电缆系统的计算电流，将该计算电流与高温超导电缆的临界电流进行比较，若该计算电流大于或等于高温超导电缆的临界电流，则判定该短路线路引起高温超导电缆进入降额状态，若该计算电流小于高温超导电缆的临界电流，则判定该短路线路不影响高温超导电缆的运行状态，遍历高温超导电缆系统所在的电力系统中的所有线路，重复本步骤，得到电力系统中所有引起高温超导电缆系统进入降额状态的线路；（4）从电力系统的可靠性中心，获取所有引起高温超导电缆进入降额状态的线路发生短路的概率，并利用下式计算高温超导电缆系统降额状态发生的概率P_d：Pd=1-Πi=1k(1-Pi)]]>其中，P_i表示引起高温超导电缆系统进入降额状态的线路中第i条线路发生短路的概率，k表示引起高温超导电缆系统进入降额状态的线路的总条数，表示从i=1到i=k之间，所有(1-P_i)的连乘；（6）利用下式，计算得到初始电流时高温超导电缆系统在降额状态下，高温超导电缆的初始温度-持续时间曲线：dθdt=ρCu(θ)i2(t)ACu-2πλ(θ)(θ-θ0)In(d2/d1)dCuACuCCu(θ)+dSCASCCSC(θ)]]>其中，ρ_Cu为高温超导电缆中铜基的电阻率，d_Cu为铜基的密度，A_Cu为铜基的截面积，C_Cu为铜基的比热容，t为降额状态的持续时间，i(t)为降额状态持续时间t内铜基中的电流，θ为高温超导电缆中的高温超导材料的温度，该温度随时间变化，θ₀为高温超导电缆的初始温度，A_SC为高温超导材料的截面积，d_SC为高温超导材料的密度，C_SC为高温超导材料的比热容，d₁为高温超导电缆内用于制冷系统的冷却液流通的支撑管的内径，d₂为支撑管的外径，λ为支撑管的热传导系数；（7）根据上述初始温度-持续时间曲线、高温超导电缆可承受的最高温度θ_max和降额状态需要持续的最短时间t_min，计算得到降额状态下高温超导电缆系统的极限传输电流，具体包括以下步骤：（7-1）将降额状态需要持续的最短时间t_min代入上述初始温度-持续时间曲线中，得到与降额状态需要持续的最短时间t_min相对应的高温超导电缆的温度θ；（7-2）将上述θ与高温超导电缆可承受的最高温度θ_max进行比较，设定一个计算误差阈值δ_θ，若|θ_max-θ|≤δ_θ，则与该温度-持续时间曲线相对应的电流i即为降额状态下高温超导电缆系统的极限传输电流i_d，若|θ_max-θ|>δ_θ，则进行步骤（7-3）；（7-3）设定一个与温度-持续时间曲线相对应的电流步长阈值δ_i，根据电流步长阈值δ_i，对电流i进行调整，得到调整后的电流，若θ大于θ_max，则将与该温度-持续时间曲线相对应的电流i减小δ_i，并利用步骤（6）的计算公式，重新计算得到调整后的电流为i-δ_i时的温度-持续时间曲线，若θ小于θ_max，则将与该温度-持续时间曲线相对应的电流i增加δ_i，并利用步骤（6）的计算公式，重新计算得到调整后的电流为i+δ_i时的温度-持续时间曲线；（7-4）将降额运行状态需要持续的最短时间t_min代入上述步骤（7-3）的温度-持续时间曲线中，得到与调整后的电流相对应的高温超导电缆的温度θ，重复步骤（7-2）-（7-4）；（8）根据上述降额状态下高温超导电缆系统的极限传输电流i_d，计算高温超导电缆系统在降额状态下的运行功率其中，U为高温超导电缆系统的额定电压；（9）根据步骤（2）计算得到的高温超导电缆系统停运状态发生的概率P₀和步骤（4）计算得到的高温超导电缆系统降额状态发生的概率P_d，利用下式，计算得到高温超导电缆系统正常状态发生的概率P_norm：P_norm＝1-P₀-P_d。