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風電場對發(fā)輸電系統(tǒng)風險評估的影響

文檔作者：向磊蔣鐵錚徐晟彭亮周謝文檔來源：長沙理工大學電氣與信息工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年12月30日
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2013年第1期
2013 Number 1
水電與新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
總第106期
Total No．106
文章編號：1671—3354(2013)01—0066—04
風電場對發(fā)輸電系統(tǒng)風險評估的影響
向磊，蔣鐵錚，徐晟，彭亮，周謝
(長沙理工大學電氣與信息工程學院，湖南長沙410006)
摘要：針對風能存在隨機性和波動性，風電場并網(wǎng)對電力系統(tǒng)運行可靠性有一定影響，考慮風力發(fā)電機輸出功率特性、
強迫停運率和輸電線路及發(fā)電機的故障失效等因素，把風力發(fā)電機可靠性模型與發(fā)輸電可靠性模型相結(jié)合，采用基于直
流潮流的最優(yōu)切負荷算法，建立了基于非序貫蒙特卡羅方法的風電場發(fā)輸電可靠性模型，來評估風電場并網(wǎng)后的發(fā)輸電
系統(tǒng)可靠性。以IEEE一14節(jié)點標準可靠性測試系統(tǒng)為例，對風電場以不同接人方式和不同接入容量的條件下分別計算
系統(tǒng)負荷削減概率PLC、期望缺供電量EENS、期望負荷削減頻率EFLC等風險評估指標，計算結(jié)果表明：風電場的不同
接入方式和容量對發(fā)輸電系統(tǒng)的風險評估有不同的影響。
關(guān)鍵詞：發(fā)輸電可靠性模型；非貫序蒙特卡洛法；最優(yōu)切負荷；風險指標
中圖分類號：TM614；TM732 文獻標志碼：A
The Impact of Wind Farms on Transmission System of IUsk Assessment
XIANG Lei，JIANG Tiezheng，XU Sheng．PENG Liang，ZHOU Xie
(School of Electrical and Information Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410006，China)
Abstract：Wind field always affects the reliability of power system because wind energy has features of randomness and
fluctuation．In considering of some factors such as wind generator power output characteristics，forced outage rate and
fault failure of transmission lines and generator，the wind turbine reliability model and the reliability model of composite
generation and transmission were combined together and DC optimal cutting load algorithm was adopted to establish non
——sequential monte carlo method of wind power transmission reliability model in order to assess generation and transmis··
sion system reliability after parallel operation．Taking IEEE-14 node reliability test system as an example，load reduction
probability PLC，power supply EENS，expected insufficient expected frequency 6f load curtailment EFLC risk assess—
ment index and SO on were calculated under different access methods and different wind field capacity．The results show
that different access modes and capacity of wind electric field had different effects 011 the risk assessment of power generation
and transmission system。
Key words：transmission reliability model；non sequential Monte Carlo method；optimal load-shedding；risk index
對于含風電場的電力系統(tǒng)可靠性分析，通常有兩
種方法：模擬法和解析法?。模擬法通過計算機來模
擬系統(tǒng)的實際情況，經(jīng)過模擬過程進行一段時間的觀
察分析，估算出所要求的指標。在發(fā)輸電組合系統(tǒng)的
可靠性評估中，采用較多的是蒙特卡洛模擬法。而解
析法是根據(jù)已知的各個電力系統(tǒng)元件的隨機參數(shù)，建
立整個系統(tǒng)的可靠性數(shù)學模型，并通過數(shù)值計算獲得
系統(tǒng)的各項指標，但是對于大系統(tǒng)，此模型需要考慮的
因素較多，計算比較復雜。目前，風電場并網(wǎng)對發(fā)輸電
系統(tǒng)可靠性的影響已受到國內(nèi)外學者的重視，并取了
一定的成果。其中文獻[2]對系統(tǒng)故障模式判斷、各
子系統(tǒng)數(shù)學模型及算法的實現(xiàn)問題進行了詳細的討
論，并采用蒙特卡洛仿真模擬和算法對發(fā)輸電系統(tǒng)可
靠性進行了評估。文獻[3]討論了風速隨機性、風電
機的輸出功率特性以及風電機組強迫停運率的問題，
并在此基礎(chǔ)上提出了一種概率分析方法進行可靠性評
估。文獻[4]提出了一種基于網(wǎng)流規(guī)劃的評估算法，
在提高可靠性計算效率的同時縮短了評估時問，適應(yīng)
收稿日期：2012—09—20
作者簡介：向磊，女，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與運行控制研究。
66
萬方數(shù)據(jù)
向磊，等：風電場對發(fā)輸電系統(tǒng)風險評估的影響2013年1月
實時在線評估的需求。文獻[5]考慮電源的故障率，
建立了含風電的發(fā)電系統(tǒng)可靠性模型，并采用遞歸的
方法實現(xiàn)系統(tǒng)仿真。總而言之，風電場并網(wǎng)對發(fā)輸電
組合系統(tǒng)可靠性的影響已受到廣泛研究，并取得一定
成果，但仍然還有在很多問題有待研究和探索。
本文研究了風電場并網(wǎng)對發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性的影
響，考慮風電機組的強迫停運∞1以及線路、發(fā)電機的
故障，將風電場可靠性模型與發(fā)輸電組合系統(tǒng)相結(jié)合，
形成含風電場的發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性指標。采用基
于直流潮流的最優(yōu)切負荷算法，通過Monte Cado方
法【_列進行系統(tǒng)仿真，通過計算負荷削減概率PLC、期望
缺供電量EENS、期望負荷削減頻率EFLC等風險指
標18 o來反映加入風電場對發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性的影響。
1 風電場的可靠性模型
1．1風電機組出力模型
風速的狀況決定了發(fā)電機組是否處于發(fā)電狀態(tài)及
出力大小，發(fā)電機組輸出功率與風速的關(guān)系曲線見圖1。
JD
圖1風力發(fā)電機組的出力曲線
風力發(fā)電機組出力曲線函數(shù)表達式如下所示：
Pt=
0，
(A+8v,+c職)，
P。，
0，
0≤K≤vci
Voi≤vt≤K ，．、
(1)
一≤K≤K。
K。≤K
式中：P。為t時刻風機組的輸出功率；K為t時刻風
速；P，為風電機組的額定功率；voi表示風電機組的啟
動風速；■表示風電機組的額定風速；vo。表示風電機
組的切除風速；A、日和c分別為風機功率特性曲線參
數(shù)，其表達式如下： A=南[Ki(voi+V)一4吼‘百Vci+Vr)3]
B=丁南㈣?(vo馴半)3_(2)
(3Ki+一)] c=_南[2_4(等)3]
1．2風電機組的失效模型
理論上講，采用蒙特卡洛模擬方法可以對發(fā)電機
組所有可能出現(xiàn)的狀態(tài)進行仿真模擬。由于風電機組
結(jié)構(gòu)相對簡單，計劃檢修時間較短，而且可以在低風速
時進行計劃檢修，因此對風力發(fā)電機組僅考慮正常運
行和故障停運兩種狀態(tài)。Ai表示風電機故障率；肛i表
示風電機的修復率，則此風電機組的強迫停運率可以
用以下公式求得：
p=而Ai (3)
采用蒙特卡洛模擬方法進行每次的狀態(tài)抽樣，在
[0，1]之間抽取一個服從均勻分布的隨機變量R，并判
斷機組狀態(tài)。若尺≤P，認為該機組處于故障停運狀
態(tài)，否則為正常運行狀態(tài)。
2非序貫蒙特卡洛模擬法
目前廣泛用于電力系統(tǒng)風險評估中的模擬方法是
非序貫蒙特卡洛模擬法，又稱狀態(tài)抽樣法∽J。此方法
的依據(jù)是，系統(tǒng)每個元件的狀態(tài)可由對元件出現(xiàn)在該
狀態(tài)的概率抽樣得到，而系統(tǒng)的某一狀態(tài)是由所有構(gòu)
成系統(tǒng)的元件狀態(tài)組合而成。風電機組與常規(guī)機組以
及所有的輸電元件都采用兩態(tài)模型¨0J。每一個元件
可用一個在[0，1]區(qū)間的均勻分布來模擬，即采用非
序貫蒙特卡羅模擬法。假設(shè)所有的元件都有失效和工
作兩種狀態(tài)，且元件之間的失效是相互獨立的。令I(lǐng)si
代表元件i的狀態(tài)，Qi代表其失效概率，則對元件i產(chǎn)
生一個在[0，1]區(qū)間均勻分布的隨機數(shù)R，得到
。f0(工作狀態(tài)) ifRi>Qi ?
‘ 【1(失效狀態(tài)) if0≤置≤Q。
、7
假設(shè)一個系統(tǒng)有Ⅳ個元件，那么其系統(tǒng)狀態(tài)由矢
量S表示：
s=(Sl’-一，S∥一，Js_Iv) (5)
在一個系統(tǒng)狀態(tài)抽樣選定之后，就對其進行系統(tǒng)
分析以判斷其是否失效狀態(tài)，如果是，則對該狀態(tài)的風
險指標函數(shù)進行估計，如果不是，則進行下一個狀態(tài)抽
樣以及系統(tǒng)狀態(tài)分析。當系統(tǒng)抽樣的數(shù)量足夠大時，
那么某一系統(tǒng)狀態(tài)5的抽樣頻率可以作為其概率的無
偏估計，即
P(s)：掣(6)
式中：肘為系統(tǒng)狀態(tài)的抽樣次數(shù)；m(s)為系統(tǒng)抽樣中
狀態(tài)S出現(xiàn)的次數(shù)。
3基于直流潮流的最優(yōu)切負荷算法
發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估通常是由系統(tǒng)狀態(tài)選
67
萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源2013年第1期
取、系統(tǒng)狀態(tài)分析以及系統(tǒng)可靠性指標的計算3部分
組成¨1|。系統(tǒng)狀態(tài)分析就是對選中的系統(tǒng)狀態(tài)進行
潮流計算，判斷所選中的某一系統(tǒng)狀態(tài)是否滿足功率
平衡、直流潮流方程以及線路潮流和發(fā)電出力的約束
條件，一旦違背了約束條件，就對此時的系統(tǒng)運行狀態(tài)
進行調(diào)整。調(diào)整之后，如果系統(tǒng)還是不能恢復到一個
安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，則此系統(tǒng)狀態(tài)為一個故障狀態(tài)，
需要進行負荷削減。為了盡可能減小系統(tǒng)的切負荷
量，本文采用的是最優(yōu)潮流(OPF)模型【l引。最優(yōu)潮流
模型是指在滿足功率平衡、直流潮流方程以及線路潮
流和發(fā)電出力約束條件下，求得最小負荷削減總量。
此模型是把系統(tǒng)負荷削減總量最小作為目標函數(shù)，各
負荷母線上的負荷消減量為最優(yōu)解¨3。14J。直流潮流
不考慮全部與無功功率相關(guān)的量，與交流潮流相比較，
具有計算速度快的優(yōu)點，對發(fā)輸電系統(tǒng)評估而言，這是
一個可接受的合理簡化。當采用直流模型時，由于忽
略了電壓的約束，最優(yōu)負荷削減就成為一個線性規(guī)劃
問題‘1引。
基于直流潮流的發(fā)輸電系統(tǒng)風險評估最優(yōu)潮流模
進行Monte Carlo抽樣，隨后對系統(tǒng)進行判斷、統(tǒng)計，最
后計算出各個風險指標。具體流程如圖2所示。
輸入含風電場的發(fā)輸電系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)
進行Monte Carlo抽樣獲取系統(tǒng)狀態(tài)
迸行基于直流潮流的故障分析
潮流計算
線路容量是否越限?
最優(yōu)切負荷
至<百磊M≤＼100007>

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