含风能的电力系统发电充裕度评估

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1、含风能的电力系统发电充裕度评估（国网山东省电力公司电力科学研究院济南山东250002）摘要：风是一种易变能源，其表现形式与常规能源有明显区别。木文使用非序贯蒙特卡洛模拟法，给出了一种含风能电力系统发电充裕度评估的方法。采用IEEE-RTS测试系统对含风能的电力系统发电充裕度水平进行分析计算，结果表明，风能接入对系统只有明显的可靠性效益，使用所提出方法可以量化这些效益。关键词：风速模型；风电场；风力发电；可靠性评估0引言近年来，受石油价格上涨和全球气候变化的影响，风能的开发利用曰益受到国际社会的重

2、视。但风能是一种非常易变的能源，其表现形式与传统能源有明显的不同。风速的波动性和间歇性导致风力发电机功率输出具有随机性，这对传统的电力系统的可靠性带来一定影响。因此，有必要研宄含风电场的电力系统可靠性评估模型，量化评价风电场可靠性效益。国内外对含风能的电力系统可靠性问题进行了广泛的研究［1-10］。文献错误！未找到引用源。提出了一种基于时序MonteCarlo的含风电场发电系统可靠性评估模型。文献错误！未找到引用源。利用该方法对风电场接入后系统可靠性指标的分布规律进行了研究。文献错误！未找到引用

3、源。釆用时序MonteCarlo法研究含一个风场和多个风场的电力系统发电充裕度水平，考虑并阐述了影响可靠性贡献的关键参数。文献错误！未找到引用源。建立了一种基于MonteCarlo仿真的含风电场发输电系统可靠性分析模型，该模型考虑了风速的随机性、风电机组强迫停运率及其与气候的相关性，而且计及了输电网络故障率和输电线路有功功率限制。文献错误！未找到川用源。建立了计及输电线路故障和输电线路有功限制、风向、尾流效应以及地形因素影响的含风电场发输电系统充裕度评估模型。本文对含风能的电力系统可靠性问题进行

4、研宄，给出了一种含风能电力系统发电充裕度评估的方法，分析了风电场接入后电力系统可靠性变化情况。1风电场可靠性模型风电场模型是风电场功率期望输出概率模型。影响风电场功率输出的因素主要冇风速、机组停运情况以及风电转化特性，风电场模型包括各类影响因素的模型。1.1风速模型风速是影响风电场功率输出的关键因素，一个地区拥冇良好的风况，通常具有较高的风能资源。用于描述风速模型较多，应用较多的是两参数威布尔模型，其表达式如下：式中，c为Weibull分布的尺度参数，反映风电场的平均风速；k为形状参数，反映威布

5、尔分布的偏斜度。根据历史测量数据，通过参数估计可以求出和c。常用的估计方法冇最大似然估计和矩量法，本文采用最大似然估计计算模型参数，具体计算方法可参考文献［7］。1.2风电机组停运模型风电机组结构简单，从设备角度来看，风电机组与传统发电机组本质上是相同的，因此传统机组的可靠性模型也可用于风电机组，通常采用两状态Markov模型，即正常运行状态和故障停运状态［1］。对于含多台机组的风电场，其每台机组的停运是相互独立的，因此其停运台数服从二项分布，如下式所示:其中，p为机组的不可用率。在进行抽样时候

6、可根据二项分布特性模拟产生运行机组台数。1.3风电转换模型风力发电机组（WTG）的功率输出取决于风速，风电机组的出力和风速之间具冇明显的非线性关系。当风速小于切入风速Vci或高于切除风速Vco吋,机组出力为0;当风速从Vci到额定风速Vr逐渐增大吋机组出力逐步增大；当达到和超过额定风速吋功率保持为额定功率Pr不变。风电机组的输出功率和风速间的数量关系如下所示(常量A、B、C的计算见为文献［8］):(3)2可靠性评估方法电力系统可靠性评估方法状态枚举法和MonteCarlo模拟法［9］,其中Mon

7、teCarlo模拟法方法可分为非吋序MonteCarlo法和吋序MonteCarlo法。本文采用非吋序MonteCarlo方法进行可靠性评估。每个元件的概率特性可用一个处于［0,1】之间的均匀分布来描述，假设系统由m个元件组成，每个元件只冇故障和运行两种状态，令Uk代表元件k的不可用率，抽取一个取值区间为［0,1］的均匀分布随机数Rk，则有：抽取m个随机数(R1，...，Rk：...，Rm)，运用式(4)则能确定一个系统状态S=(S1,Sk，...，Sm),重复上述过程NS次，则能得到一个包含N

8、S个系统状态样本的集合S*=(SI,S2,SNS)。假设每一个系统状态都有概率P(x)和可靠性指标函数F(X)，那么系统指标的期望值即为：式中，G表示系统状态空间。用系统状态x的抽样频率代替它的概率P(X)，上式可写为：3含风能的电力系统发电充裕度评估模型风电场可靠性模型可由第一节介绍得到，常规机组模型可表示为两状态停运模型，负荷模型可表示为多状态模型表示，对三种模型采用非序贯MonteCarlo方法进行抽样可得到可靠性评价指标。对含风能的电力系统进行可靠性评估，其基本步骤包括以下五个方面:1）