关键字：风力发电；电力系统；可靠性研究
1、前言
2008年我们国家风力发电装机容量增加了630万千瓦，总装机容量达1221万千瓦，是世界第四的风力发电大国[2]。2012年，中国风力发电迎来了前所未有的发展高峰，第一次超过美国，居世界第一。中国风能协会预测中国风电装机总容量2015年将达到1万兆瓦，2020年达到3万兆瓦。这些数字全都说明着我国对风能资源的利用就要进入高速发展的阶段。然而风力发电并不是没有缺点的。传统发电机组的出力都是可控的，然而风电机组由于风速的随机性、不确定性，使得其有功输出具有不可控性。这也是制约风力发电发展的一大障碍。风电场出力受气候影响也较大，即使在单独供电情况下，其稳定性也有待提高，风电场并网后，就将会给电力系统带来一系列影响。随着风力发电总装机容量的增长，电网中风电渗透率的不断增加，这些都对电力系统的可靠性、安全性、经济性等指标产生很大的影响。因此对风电场并网将对系统稳定运行所产生的影响进行分析，提出相应解决措施，抑制风力发电并网对系统的不利影响，达到风能资源的充分利用和电能可靠供给的统一，具有重大的经济价值以及社会意义。
2、电力系统可靠性研究
2.1可靠性评估
电力系统可靠性定义为元件、发输电设备或系统在规定时间内以及规定条件下能够完成规定功能的能力。电力系统可靠性评估是可靠性理论在电力系统领域中的应用，是系统按规定质量标准以及用户用电需求可靠地向其供电能力的度量。发输电系统可靠性分析的发展历程，与经济社会的发展有着不可分割的关系。20世纪30年代，人们开始用概率论方法对系统可靠性进行研究，这归功于W.J.Lyman和S.M.Dean等人在统计论方面的研究，并将该理论应用于备用容量的确定以及设备维修等方面。对于可靠性的研究在初期发展缓慢的主要原因为人们对可靠性分析的认识不足加之缺少必要的技术与数据支撑。20世纪60年代，电力系统电压级别比之前更高，输电距离更远，加之机组容量的增大，在电力系统运行方面注重经济性的同时也要注重其运行可靠性。尤其到了60年代中期，世界上多次发生大范围停电事故，给社会生产与生活带来了很大的损失和影响，这才使得可靠性得到了人们的普遍重视。
2.2解析法
发输电系统可靠性分析的主要目的是保证系统在出现不利运行因素的情况下仍能向用户不间断供电。电力系统可靠性分析的实质就是以电力系统可靠运行为前提，通过系统分析、系统建模、系统评估的方法改善系统性能，以达到最优设计、最优管理或最优控制等目标。大规模发输电系统中的故障时间具有随机性，往往一些不可预见的故障时间更容易造成严重的后果。因此，为了尽可能多的预测出能产生严重后果的故障事件，寻找更为有效的系统状态选择方法成为研究电力系统可靠性的关键环节。解析法是采用严格、精确的数学手段，根据系统中各个元件的随机故障参数，建立相关环节的可靠性模型并以此来计算系统各项可靠度指标，计算结果精度高。但是解析法的计算量因系统规模的不同而产生很大差异，随着系统中元件数的增加，计算量增长速度呈指数函数增长，因此当系统在网络结构比较强同时规模较小的情况下往往采用解析法进行可靠性评估。蒙特卡洛模拟法的基本思路为：建立概率模型或者建立随机过程，模型参数是问题要求出的解，然后通过对概率模型或随机过程进行观察或采用抽样试验的方法计算所要求的概率模型参数的统计特征，进而求得解的估计值，其精确度由标准误差表示。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆模拟法适用于大型发输电系统的可靠性分析，但也有其缺点，主要是蒙特卡洛模拟法中其计算精度与计算时间两者之间息息相关，即若要达到很高的计算精度，则需以很长的计算时间为代价。电力系统可靠性分析中的另一个主要计算环节为系统状态分析中的潮流计算。可大致分为两类：网流法和潮流法。网流法虽然计算速度快，但是无法考虑电压幅值与相角以及实际系统潮流中的约束条件，因此，实际工程中大多采用潮流法。潮流计算方法主要包括交流潮流和直流潮流两种算法。两种潮流计算方法各有优劣，要视实际系统规模与精度要求选择合适的潮流计算方法。
3、风力发电电力系统的可靠性研究进展
3.1元件可靠性建模
电力系统中某些元件通常可采用两状态(运行、停运)可修复模型，如小容量的发电机组、电缆、架空线路、变压器、电抗器和电容器等，用强迫停运率(ForcedOutageRate,FOR)来表示系统中元件的可靠性参数。由于常规可靠性评估考虑的时间较长，往往为几年、十几年，可采用马尔可夫(Markov)过程模型中的稳态概率作为可靠性评估中系统元件的状态概率。为了在可靠性评估中考虑元件老化失效对评估过程的影响，使用韦伯(Weibull)分布和正态分布来表征系统元件的老化过程。
3.2系统状态选择方法
系统中在同一时刻各个元件所处的状态组合为此时系统状态。系统状态选择环节用到的算法可分解析法和模拟法两大类，解析法即为状态枚举法(StateEnumerationMethod,SEM)，模拟法又称为蒙特卡洛模拟法(Monte-CarloSimulation,MCS)。随着系统规模的日渐复杂化与大型化，模拟法在复杂电力系统可靠性分析的系统状态选择环节中逐渐占据主要位置。解析法中应用最为广泛的是截至故障重数法，即枚举系统状态至某一指定的重叠故障数，枚举法最大的缺点为当系统中元件个数很多时，若其计算得到的系统故障率精度要求很高则需要花费大量的时间，更不可能列举出所有的系统状态。为了减短计算时间，很多文献中提出了各种更为高效的故障抽样技术，比如按严重程度排序(ContingencyRanking)、状态空间截断(StateSpaceTruncation)以及快速排序技术(FastSortingTechnique,FST)等，模拟法中包括三种最为基本的抽样方法：元件持续时间抽样法(State-durationSampling)、系统状态转移抽样法(SystemStateTransitionSampling)和元件状态抽样法(StateSampling)。模拟法最大的优点是在一次可靠性评估中，其状态抽样次数不受系统规模及网络结构的影响，只与抽样精度有关，因此大型复杂系统可靠性评估时主要应用模拟法。但是，模拟法的计算时间并不是固定不变的，指标精度要求越高其计算时间越长，尤其在可靠性较高的系统中这一特点表现的更为明显。
4、结束语
风力发电系统是新鲜近来兴起的一种相对环保的能源，由于其可再生性，er有着广泛的应用空间，文章分析了含风力发电的电力系统的可靠性分析。
参考文献：
[1]朱思爽.计及源—网—荷不确定性因素的风电并网系统运行可靠性研究[D].太原理工大学,2018.
[2]张婕.基于风力发电机组的离岸岛屿能量循环系统[J].中国电机工程学报,2019,39(9):2569-2575.
[3]宋瑞.直驱式风力发电机组并网友好控制技术研究[J].电力电子技术,2019(5):57-59.
论文作者:冯景清
论文发表刊物:《中国电业》2019年9月18期
论文发表时间:2020/1/14
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