基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法，包括以下步骤：S1：根据两个相邻风电场风速的相关特性，根据ARMA方法计算并得到所述两个相邻风电场风速的风速时间序列；S2：建立风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型；S3：采用序贯蒙特卡洛方法分别对步骤S2得到的风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型进行可靠性评估。有益效果：更接近真实的风速相关情况，在评估过程中，考虑了抽水蓄能电站的装机容量、抽发效率、运行策略的影响，抽水蓄能的接入可以减少了弃风量，提高风能利用率，减少了风电波动性对电力系统安全性的冲击。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风电场发电系统可靠性计算方法
，具体的说是一种基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法。
技术介绍
由于全球能源危机的出现和环境问题日益恶化，世界各国寻求能源结构转换，风力发电技术得以迅猛发展。由于风力发电成本持续下降及风电技术的日益成熟，风电装机容量和风电场规模逐渐扩大，大规模并网是风电发展的必然走向。由于风电出力具有间歇性和波动性，风电并网将显著降低电力系统的可靠性、安全性。随着风能的大规模开发利用，在风能富集地区将会建设多个风电场。多个风电场的出力往往因为地理位置的远近具有不同程度的相关性。现今风电发展面临的最大问题是弃风限电，这是由风电的不确定性和反调峰特性造成的，因此风-储、风-光-储等联合系统的应用越来越广泛。储能的接入可以削弱风电波动性对现有电力系统的冲击。在现有储能技术中，抽水蓄能电站作为储能，具有容量大、成本低、环保无污染、响应速度快的特点，适合与风电场联合运行。多风电-抽水蓄能联合系统可大幅度提高风电接入电网规模，同时降低风电并网对现有电力系统的冲击。目前，国内外已有部分学者对多风电场可靠性和多风电-抽水蓄能联合系统进行了相关研究，使用的方法主要有状态枚举法和蒙特卡洛模拟法。状态枚举法是将联合系统的所有情况一一列举，判断每种情况对可靠性结果的影响。蒙特卡洛模拟法是使用随机抽样的方法得到系统状态，进而得到每种状态的可靠性结果。现有文献对多风电场的可靠性及含多风电场-抽水蓄能的联合系统有深入的研究，但也存在不足之处：其一，考虑多风电场相关性的影响时，没有计及单个风电场风速自身的时序相关性，这将对可靠性评估的结果造成影响；其二，现有研究主要集中在多风电场-抽水蓄能联合系统的经济运行、容量配比，可行性等方面，鲜有文献进行多风电场-抽水蓄能联合系统的可靠性研究。随着风电并网规模逐渐增大，联合系统将在电力系统中发挥重要作用。为了更精确的评估多风电场-抽水蓄能联合系统的可靠性，现有技术还需要作进一步改进。
技术实现思路
针对现有多风电场抽水蓄能系统可靠性评估方法的不足，计及多风电场风速的互相关性和时序自相关性，对多风电场的抽水蓄能系统建立可靠性评估模型，提供一种基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法。为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法，其特征在于包括以下步骤：S1：根据两个相邻风电场风速的相关特性，根据ARMA方法计算并得到所述两个相邻风电场风速的风速时间序列；S2：建立风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型；S3：采用序贯蒙特卡洛方法分别对步骤S2得到的风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型进行可靠性评估。通过上述方法，首先根据风电场风速的相关特性，使用时移ARMA方法计算得到两相邻地区风电场风速的风速时间序列；然后建立多风电场抽水蓄能联合系统的可靠性评估模型，使用序贯蒙特卡洛法模拟联合系统的运行和停运状态，最后分析抽水蓄能运行策略对系统可靠性的影响，评估多风电场相关性时，不仅考虑风电场间的互相关性，还考虑了单个风电场风速时序自相关性，与实际情况较为符合。进一步描述，步骤S1计算并得到所述两个相邻风电场风速的风速时间序列的具体方法为：S11：假设相邻两地区分别为A地区和B地区，根据公式计算出相邻A地区和B地区的风电场风速相关系数Cxy，其中xt1、yt1为两个风电场的历史风速序列，μx、μy为两个风电场的历史风速序列xt1、yt1的均值，σx、σy为两个风电场的历史风速序列xt1、yt1的标准差，n为时间序列的个数；S12：将A地区历史风速标准化，得到ARMA模型参数后，生成A地区风速的模拟时序序列xt；S13：根据步骤S12得到的A地区风速的模拟时序序列xt和关系式得到A地区的模拟风速Xt：Xt＝xtσV+μV；S14：保持A地区风速的模拟时序序列xt不变，使两地区风速相关性达到给定值Cxy，B地区的风速的模拟时序序列yt后移，得到B地区时移后的风速的模拟时序序列y′t＝yt+T。改变时移时间T，直至序列xt和yt’的相关系数与实际值相同。若时移时间T不是整数，如T＝K+t(K为整数且0<t<1)，则yt序列时移K小时之后，再使用线性插值方法，公式为：y'K+i＝(1-t)×yi+t×yi+1，得到时移t小时的序列值。若两地区地理位置相同，则两地风速相关性为1；随着地理位置距离的增大，亦即时移时间的增大，两地风速的相关系数随之减小。则相关系数C和时移时间T为非线性连续单调关系，随着T的增加，两时序序列的相关系数逐渐减小，因此，选取合适的T可使相关系数达到给定值采用上述方案，风电场间风速的相关性之外，还对单个风电场风速时序自相关性进行计算，使风电场的抽水蓄能系统评估更加准确。步骤S2建立风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型的具体方法为：S21：建立风电场的抽水蓄能系统的抽水蓄能电站可靠性评估模型；抽水蓄能电站调峰能力强，爬坡速率快，适合平抑风电场的输出波动。一般的抽水蓄能电站由上水库、输水系统、机组、下水库构成，抽水蓄能电站为纯抽水蓄能电站，抽水蓄能电站运行时受水库的库容限制，具有以下关系式：Shmin＜Sh(t)＜Shmax，其中，Sh(t)为t时段的上水库水量；Shmax、Slmin分别为上水库的最大和最小库容限制；抽水蓄能电站的水量与发电量的关系模型为：P(t)＝f(S(t)-S(t-1))，其中，P(t)为时段t的发电功率或耗电功率，S(t)与S(t-1)的差值表示t时段内的水库库容变化量；抽水蓄能电站的水量变化与抽水功率的关系：Pc(t)＝ηcΔS(t)抽水蓄能电站的水量变化与发电功率的关系：Pf(t)＝ηfΔS(t)其中，Pc(t)和Pf(t)分别为t时段的水电机组的抽水功率和发电功率；ηc、ηf分别为电站的抽水和发电的能量转换效率；△S(t)代表t时段内的水库水量变化量；S22：建立三种抽水蓄能电站运行策略；抽水蓄能电站运行工况主要分为两种：抽水工况、发电工况。一般在用电负荷低谷期，抽水蓄能电站运行于抽水工况，机组处于电动机状态，将系统多余的电量转换为重力势能储存在上水库中；在用电高峰期，电站运行于发电工况，机组处于发电机状态，将上水库中的重力势能转换为电能供给负荷使用。抽水蓄能电站在根本上是能量的储存转换装置，通过在负荷低谷时储能，负荷高峰时放电，实现电能在时间上的重新分配。风电场的抽水蓄能系统包括：A地区风电场机组、B地区风电场机组、常规机组、上水库、下水库、抽水模式机组、发电模式机组、负荷；抽水蓄能电站有抽水和发电两种工况；第一策略：设置风电接纳限制率x％，部分风电接入电网，剩余接入抽水蓄能电站；第二策略：风电全部接入抽水蓄能电站；第三策略：根据负荷需求确定抽水电站工况；S23：分别对三种抽水蓄能电站运行策略建立可靠性评估模型；第一策略模型：当Gwind(t)>x％×L(t)时，抽水功率Pc(t)：Pc(t)＝min{Gwind(t)-x％×L(t)+max(Gt(t)-(1-x％)L(t),0)f(Shmax-Sh(t-1)),Pcmax本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法，其特征在于包括以下步骤：S1：根据两个相邻风电场风速的相关特性，根据ARMA方法计算并得到所述两个相邻风电场风速的风速时间序列；S2：建立风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型；S3：采用序贯蒙特卡洛方法分别对步骤S2得到的风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型进行可靠性评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法，其特征在于包括以下步骤：S1：根据两个相邻风电场风速的相关特性，根据ARMA方法计算并得到所述两个相邻风电场风速的风速时间序列；S2：建立风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型；S3：采用序贯蒙特卡洛方法分别对步骤S2得到的风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型进行可靠性评估。2.根据权利要求1所述的基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法，其特征在于步骤S1计算并得到所述两个相邻风电场风速的风速时间序列的具体方法为：S11：假设相邻两地区分别为A地区和B地区，根据公式计算出相邻A地区和B地区的风电场风速相关系数Cxy，其中xt1、yt1为两个风电场的历史风速序列，μx、μy为两个风电场的历史风速序列xt1、yt1的均值，σx、σy为两个风电场的历史风速序列xt1、yt1的标准差，n为时间序列的个数；S12：将A地区历史风速标准化，得到ARMA模型参数后，生成A地区风速的模拟时序序列xt；S13：根据步骤S12得到的A地区风速的模拟时序序列xt和关系式得到A地区的模拟风速Xt：Xt＝xtσV+μV；S14：保持A地区风速的模拟时序序列xt不变，使两地区风速相关性达到给定值Cxy，B地区的风速的模拟时序序列yt后移，得到B地区时移后的风速的模拟时序序列y′t＝yt+T。3.根据权利要求1所述的基于多风电场的抽水蓄能系统的可靠性评估方法，其特征在于步骤S2建立风电场的抽水蓄能系统可靠性评估模型的具体方法为：S21：建立风电场的抽水蓄能系统的抽水蓄能电站可靠性...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢开贵，胡博，王蔓莉，贺海磊，周勤勇，
申请(专利权)人：重庆大学，中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50