基于vsc-hvdc的风电场并网系统可靠性评估模型及算法研究

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1、基于VSC-HVDC的风电场并网系统可靠性评估模型及算法研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：贺小辉指导教师：胡博副教授专业：电气工程学科门类：工学重庆大学电气学院二O一五年五月StudyonReliabilityEvaluationModelsandAlgorithmsofVSC-HVDCSystemsforGridConnectionofWindFarmsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequire

2、mentfortheMaster’sDegreeofEngineeringByHeXiaohuiSupervisedbyAssociateProf.HuBoSpecialty:ElectricalEngineeringCollegeofElectricalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着能源和环境问题的日益严峻，世界各国竞相加大对可再生能源的开发和利用。风能以其资源丰富、清洁无污染等优点已

3、成为最具发展前景的可再生能源之一。然而风能同时具有间歇性和波动性的特点，随着风电场规模的不断增大，其采用交流并网会对整个电网的可靠性和安全稳定性等产生不利影响。研究表明，采用柔性直流输电(VoltageSourceConverterHighVoltageDirectCurrent，VSC-HVDC)并网技术可以从一定程度上缓解和克服由于风电场输出功率波动引起的电压波动等诸多问题，特别是多端VSC-HVDC，凭借其灵活可控的特点，使其成为未来风电并网的重要发展方向。然而，当前针对基于VSC-HVDC的风电

4、场并网系统可靠性评估模型及算法等方面的研究相对较少，本文对该问题进行了专门研究。论文主要研究内容如下：在风电场可靠性评估中，由于传统的风机多状态模型没有计入风速波动的频率特性，无法计算系统的频率指标；时序MonteCarlo法虽然可以解决此问题，但是通常模拟时间较长，不利于工程实际应用。为此，本文建立了基于解析法的风电场多状态Markov模型：首先结合风速ARMA模型和风电转换特性，确定单台风机出力序列；然后采用K-均值聚类法对风机出力进行状态划分，根据风速之间以及风机状态之间的转移关系，建立单台风机的

5、Markov模型；最后组合多台风机并对风电场的输出功率进行聚类，基于边界墙原理确定出各状态之间的转移率，建立了风电场的7状态Markov模型。算例分析表明，采用本文提出的算法能够快速计算出风电场处于不同状态的概率和频率指标。当前，针对VSC-HVDC系统可靠性模型的研究主要采用已有的传统HVDC系统可靠性建模方法，忽略了VSC-HVDC系统作为STATCOM运行时的无功补偿能力和风电场出力间歇性的影响。为此，本文在深入研究VSC-HVDC系统主要元件及其故障后果的基础上，建立了联接变压器、换流器等元件的

6、Markov模型。根据元件故障对系统状态转移的影响，通过模型组合建立了计及STATCOM状态和风电场出力间歇性的VSC-HVDC系统统一Markov模型。算例分析表明，计及STATCOM状态后，评估结果更能准确反映VSC-HVDC系统的无功补偿特性；计及风电场出力间歇性后，即当风电场出力较小时，VSC-HVDC系统由于内部元件故障导致停运或降额运行时不会损失或者损失较少的风电功率，使得VSC-HVDC并网系统可靠性指标得到了极大改善，具有一定的工程实用性。对多端VSC-HVDC并网系统而言，由于其运行方

7、式比较复杂，直接采用上述解析法进行可靠性建模较为困难，且无法计及风电场出力和VSC-HVDC系统元件I重庆大学硕士学位论文中文摘要故障间的时序相关性。为克服上述问题，提出了一种将Markov法和MonteCarlo法相结合的多端VSC-HVDC并网系统可靠性评估的混合法。首先根据多端VSC-HVDC系统的接线特点和各组成元件的功能将并网系统划分为不同的子系统，包括风电场子系统、整流端子系统、逆变端子系统以及传输线路子系统，分别建立各子系统的Markov模型；然后基于时序MonteCarlo法计算系统可靠

8、性指标。另外，为了刻画风电场出力间歇性对VSC-HVDC并网系统可靠性的影响以及VSC-HVDC系统的无功补偿能力，建立了多端VSC-HVDC并网系统可靠性评估指标体系。算例分析表明，本文提出的混合法能有效降低可靠性评估的建模复杂度，且可靠性评估结果能够计入风电场出力和VSC-HVDC系统元件故障间的时序相关性。关键词：Markov模型，风电场，STATCOM，多端VSC-HVDC，子系统划分II重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACT