風力發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估體系

1、    風力發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估體系    陳錦龍摘要：近年來，我國的用電量不斷增加，風力發(fā)電系統(tǒng)有了很大進展。由于風電具有隨機性、間歇性和波動性等特點，風力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性對大規(guī)模并網(wǎng)電力系統(tǒng)安全性造成較大影響，如何準確評估風力發(fā)電系統(tǒng)可靠性，這提出了全新的挑戰(zhàn)。首先分析了風力發(fā)電系統(tǒng)的結構特點，提出了一種基于期望故障受阻電能相等的方法，用相同容量的發(fā)電機等效替代風電機“組串”，并根據(jù)元件狀態(tài)特性對系統(tǒng)可靠性狀態(tài)進行劃分，最后建立時間、出力、系統(tǒng)等指標體系。關鍵詞：風力發(fā)電系統(tǒng)；等效替代；可靠性評估；指標體系引言隨著風力發(fā)電技術迅猛發(fā)展，裝機容量大幅增加

2、，已成為可再生能源中技術最成熟、應用最廣泛的發(fā)電技術之一。由于風電具有間歇性、波動性和隨機性等特點，使得大規(guī)模風電接入電力系統(tǒng)后帶來了不確定的因素，因此如何準確評估風力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性顯得非常重要。1風力發(fā)電系統(tǒng)的特點1.1風機輸出功率影響因素分析1）季節(jié)與時間的影響中國“三北”地區(qū)風資源較為豐富。一般來說，一年中春季和冬季風資源較豐富，夏季風資源較貧乏；在一天中來說，白天風資源較貧乏，而夜晚風資源較豐富。2）風速大小的影響風電機組的運行狀態(tài)和輸出功率都與風速息息相關。圖1給出了風電機組輸出功率與風速的曲線。2可靠性狀態(tài)的劃分1）全額運行狀態(tài)：當風速較快時，即風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率能夠達到總裝機

3、容量的70%以上。2）資源限制減額運行狀態(tài)：當風速較慢時，即風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率低于總裝機容量的70%。3）故障減額運行狀態(tài)：風力發(fā)電系統(tǒng)部分元件故障導致輸出功率減少的狀態(tài)。3可靠性指標體系3.1時間指標1）全額運行時間frh：風力發(fā)電系統(tǒng)處于全額運行狀態(tài)（即輸出功率達到總裝機容量70%）的累計運行時間。2）資源限制減額運行時間rdh：風力發(fā)電系統(tǒng)由于風速的限制，輸出功率小于總裝機容量的70%的累積運行時間。3）故障減額運行時間fdh：風力發(fā)電系統(tǒng)中部分元件故障，導致輸出功率減小的累積運行時間。4）故障停運時間foh：風力系統(tǒng)由于元件故障發(fā)生全站停運的累計時間。由foh=ph·qc計

4、算。5）無風或風速過快停運時間nh：系統(tǒng)處于無風或風速過快狀態(tài)下的累計時間。6）年利用小時數(shù)uh：風力發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量除以系統(tǒng)總裝機容量折算的發(fā)電小時數(shù)。7）減額運行時間dh：風力發(fā)電系統(tǒng)由于元件故障或者風資源限制，輸出功率小于70%額定功率的運行時間，dh=fdh+rdh。3.2出力狀態(tài)指標1）全額等效出力fep：風力發(fā)電系統(tǒng)在全額運行狀態(tài)下的等效輸出功率。2）資源限制下減額等效出力rdep：風力發(fā)電系統(tǒng)由于風速降低導致減額運行狀態(tài)下的等效輸出功率。3）故障減額等效出力fdep：風力發(fā)電系統(tǒng)由于部分元件故障導致系統(tǒng)減額運行的等效輸出功率。4）減額等效出力edp：風力發(fā)電系統(tǒng)由于風速降低或者

5、部分元件故障導致系統(tǒng)減額運行的等效輸出功率。5）等效出力ep：風力發(fā)電系統(tǒng)在年統(tǒng)計時間內(nèi)等效恒定輸出功率。6）等效出力系數(shù)ecf：風力發(fā)電系統(tǒng)等效輸出功率與額定輸出功率rp的比值，ecf=ep/rp。7）最大出力mp：風力發(fā)電系統(tǒng)實際發(fā)電中的最大輸出功率。3.3系統(tǒng)總體指標1）設計可用率du：根據(jù)風力發(fā)電系統(tǒng)停運概率和修復時間得到系統(tǒng)可用率設計值，du=1-qc。2）運行系數(shù)of：風力發(fā)電系統(tǒng)實際運行狀態(tài)的概率，of=rh/ph。3）年發(fā)電設備利用率eur：風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電設備利用的概率，eu r=uh/ph。4）全額運行率fr r：風力發(fā)電系統(tǒng)處于全額運行狀態(tài)的概率，fr r=frh/ph。5）資源限制減額運行率rdr：風力發(fā)電系統(tǒng)實際中由于風速限制導致系統(tǒng)處于減額運行狀態(tài)的概率，rdr=rdh/ph。結語綜上所述，本文從風力發(fā)電系統(tǒng)結構入手，深入研究了基于元件故障和風資源充裕度對風力發(fā)電系統(tǒng)可靠性的影響。根據(jù)風力發(fā)電系統(tǒng)結構特點，按照期望故障受阻電能相等的方法，用相同容量的發(fā)電機來等效替代風電機組“串”，并建立了考慮元件狀態(tài)和資源約束的系統(tǒng)狀態(tài)。從時間、出力、