考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，包括以下步骤：S1、计算集电系统同一出线上多台风机的期望出力EXW；S2、计算集电系统各条出线的期望出力EXC；S3、计算考虑升压站拓扑影响的风电场期望出力EX；S4、计算风电场可靠性指标，可靠性指标具体包括电力不足期望EDNS、风电场等效停运率Q，风电场等效停运时间T，电量不足期望值EENS，其中：EDNS＝P总‑EX，式中：P总为风电场的总装机容量；

A Comprehensive Reliability Assessment Method for Wind Farm Considering Electrical Main Connection Topology

The invention discloses a comprehensive evaluation method for reliability of wind farm considering electrical main wiring topology, which includes the following steps: S1, calculating the expected output EXW of multiple fans on the same outgoing line of the collector system; S2, calculating the expected output EXC of each outgoing line of the collector system; S3, calculating the expected output EX of wind farm considering the influence of booster station topology; S4, calculating the reliability index of wind farm, and so on. Reliability indicators include EDNS, Q, T and EENS, where EDNS = P total EX, P total installed capacity of wind farm.

【技术实现步骤摘要】
考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法
本专利技术涉及风电场可靠性评估领域，具体涉及一种考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法。
技术介绍
目前，风电场的开发和建设是我国实施能源发展战略和能源转型的重要举措。风力发电的快速发展在创造了诸多机遇的同时也带来了巨大挑战。一方面，风电机组工作在复杂多变的环境中，长期暴露在温度突变、风速突变、沙尘、降雨、积雪等环境下，造成了风电机组故障频发，导致运维成本居高不下。经统计，陆上风电场的运维成本高达总经济收入的15％-20％，海上风电场甚至高达30％-35％。随着风电机组装机容量的不断扩大，风机结构日益复杂，其可靠性问题也变得异常突出。另一方面，现有大批机组正逐步超出质保期，风场业主将面临更高昂的运维成本。因此，如何对风电场的可靠性进行客观、准确的评估，是影响风电可持续发展的关键问题之一。针对现有技术的文献检索发现，考虑风电机组故障的风电场可靠性模型及其应用(吴林伟，张建华，刘若溪.考虑风电机组故障的风电场可靠性模型及其应用[J].电力系统自动化，2012,36(16)：31-35.)根据风电场的出力水平考察风电场的可靠性，综合考虑风速分布和风机故障率计算风电场的电力不足期望值，以此评估风电场可靠性。中国专利技术专利(申请号：CN201410173180.3)提出了一种考虑天气的风电场可靠性建模方法，考虑了多个风电场天气状况的相关性、天气对风电机组强迫停运率的影响等因素，建立各个风电场的多状态概率模型，实现了对各风电场可靠性的评估。中国专利技术专利(申请号：CN201610979361.4)提出了一种风电场集电系统可靠性计算方法，通过计算集电系统中等值风电机组的通路集合和隔离集合，得到集电系统的风电场可靠性指标。以上文献所提出的风电场可靠性评估方法没有根据完整的风电机组—集电系统—升压站风电场电气主接线拓扑对风电场可靠性进行评估，只是评估风电场的局部可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，其基于现有风电场可靠性评估技术中对风电场主接线拓扑考虑不完整的现状，综合考虑了风电机组出力特性与风速概率分布、风电机组故障、集电系统及升压电站元件故障对风电场可靠性的影响，以实现对风电场的可靠性进行完整、客观的评估。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：提供一种考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，包括如下步骤：S1、计算集电系统同一出线上多台风机的期望出力EXW；S2、计算集电系统各条出线的期望出力EXC；S3、计算考虑升压站拓扑影响的风电场期望出力EX；S4、计算风电场可靠性指标，可靠性指标具体包括电力不足期望EDNS、风电场等效停运率Q、风电场等效停运时间T和电量不足期望值EENS，其中：EDNS＝P总-EX，式中：P总为风电场的总装机容量，式中：PN为单台风电机组的额定功率，T＝Q·8760h，EENS＝P总·T。作为进一步的改进，在所述步骤S1中，根据风速统计数据、风电机组技术参数、风电机组故障统计数据，建立风速概率分布模型以及风机出力模型，从而计算集电系统同一出线上多台风机的期望出力EXW。作为进一步的改进，所述步骤S1包括如下子步骤：S11、根据实际风速统计数据求解得到风速的平均值和标准差σ，采用矩量法计算Weibull风速概率分布模型的形状参数k和尺度参数c：式中：Γ(x)为伽玛函数，得到Weibull风速概率分布模型：式中：v为给定风速，f(v)表示给定风速下的时间百分比；S12、根据风电机组技术参数，得到风电机组的出力特性：式中：vci、vco、vr分别为切入风速、切出风速和额定风速，P(v)为在给定风速下风电机组输出的有功功率，PN为单台风电机组的额定功率；S13、考虑风速随机性对风电机组出力特性的影响，结合风速分布的概率密度函数和风电机组出力特性求解单台风电机组的期望出力：式中：EXsingle为不考虑机组故障时单台风电机组的期望出力；S14、考虑机组故障的情况，计算集电系统同一出线上多台风机的期望出力EXw：式中：qw为风电机组不可用率，n为集电系统同一出线上风电机组的总台数，k为风电机组发生故障台数。作为进一步的改进，在所述步骤S2中，根据集电系统的拓扑及元器件的不可用率，计算各条出线成功输送电能的概率pC，进而计算各条出线的期望出力EXC。作为进一步的改进，所述步骤S2中，各条出线成功输送电能的概率pC为：式中：qCB为断路器不可用率，qTF为变压器不可用率，m为该出线上风电机组的数目，qi为该出线上第i段馈线的不可用率，n为该出线上馈线的总分段数；则该条出线的出力期望EXC为：EXC＝EXW·pC。作为进一步的改进，在所述步骤S3中，根据升压站拓扑及元器件的不可用率，利用组合最小割集法计算升压站各种输送电能组合出现的概率pi，进而计算风电场期望出力EX。作为进一步的改进，所述步骤S3包括如下子步骤：S31、将集电系统各条出线分别等效为额定功率等于其期望出力的常规发电机组，作为对应升压站进线的输入；S32、记升压站m条进线中，k条能够成功输送电能到升压站出线为事件Z，m-k条不能成功输送电能到升压站出线为事件W，利用组合最小割集法分别得到事件Z最小割集的集合CZ、W最小割集的集合CW；S33、分别对CZ和CW中的最小割集进行不交化处理，计算事件Z和事件W发生的概率pZ和pW；S34、记升压站m条进线中，k条成功输送电能、m-k条不能输送电能为组合i，计算组合i的出力期望EXi：式中：EXCj表示第j条进线出力期望，pi为第i种组合出现的概率，则风电场的出力期望EX为：式中，n为风电场m条进线输送电能的组合总数。作为进一步的改进，在所述子步骤S32中，所述的利用组合最小割集法求CZ和CW包括如下子步骤：S321、求取每条进线能够成功输出电能最小割集的集合C1、C2，…，Ck，…，Cm，并用矩阵的形式表示，矩阵的每一行表示一个最小割集，每一列表示升压站拓扑中的元件，1表示最小割集中包含该列的元件，0表示不包含该元件；S322、对成功输送电能的k条进线最小割集集合C1～Ck进行并集运算，得到CZ：CZ＝C1∪C2∪...∪CkS323、对不能输送电能的m-k条进线最小割集集合Ck+1～Cm，删除与CZ有交集的最小割集，余下部分组成分别组成CSk+1～CSm；S324、将CSk+1～CSm中来自不同最小割集集合的行向量两两相加，和大于1的元素取1，相加得到的所有行向量进行并集运算，同时舍弃高阶最小割集，余下低阶割集组成CW。本专利技术提供的考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，先考虑风速概率分布、风电机组的出力出力特性及故障计算风电机组的期望输出功率，再以此为基础根据集电系统拓扑计算整个集电系统的期望输出功率，最后提出一种组合最小割集的方法，计算考虑升压电站拓扑影响的整个风电场的期望输出功率，并根据风电场期望输出功率计算各个可靠性指标，实现对风电场可靠性的完整、客观评估。本专利技术综合考虑风电机组出力特性与风速概率分布、风电机组故障、集电系统及升压电站元件故障对风电场可靠性的影响，解决现有风电场评估技术中对风电场电气主接线拓扑考虑不完整的问题，可以完整、客观地评估风电场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算集电系统同一出线上多台风机的期望出力EXW；S2、计算集电系统各条出线的期望出力EXC；S3、计算考虑升压站拓扑影响的风电场期望出力EX；S4、计算风电场可靠性指标，可靠性指标具体包括电力不足期望EDNS、风电场等效停运率Q、风电场等效停运时间T和电量不足期望值EENS，其中：EDNS＝P总‑EX，式中：P总为风电场的总装机容量，

【技术特征摘要】
1.一种考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算集电系统同一出线上多台风机的期望出力EXW；S2、计算集电系统各条出线的期望出力EXC；S3、计算考虑升压站拓扑影响的风电场期望出力EX；S4、计算风电场可靠性指标，可靠性指标具体包括电力不足期望EDNS、风电场等效停运率Q、风电场等效停运时间T和电量不足期望值EENS，其中：EDNS＝P总-EX，式中：P总为风电场的总装机容量，式中：PN为单台风电机组的额定功率，T＝Q·8760h，EENS＝P总·T。2.根据权利要求1所述的考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，其特征在于，在所述步骤S1中，根据风速统计数据、风电机组技术参数、风电机组故障统计数据，建立风速概率分布模型以及风机出力模型，从而计算集电系统同一出线上多台风机的期望出力EXW。3.根据权利要求2所述的考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下子步骤：S11、根据实际风速统计数据求解得到风速的平均值和标准差σ，采用矩量法计算Weibull风速概率分布模型的形状参数k和尺度参数c：式中：Γ(x)为伽玛函数，得到Weibull风速概率分布模型：式中：v为给定风速，f(v)表示给定风速下的时间百分比；S12、根据风电机组技术参数，得到风电机组的出力特性：式中：vci、vco、vr分别为切入风速、切出风速和额定风速，P(v)为在给定风速下风电机组输出的有功功率，PN为单台风电机组的额定功率；S13、考虑风速随机性对风电机组出力特性的影响，结合风速分布的概率密度函数和风电机组出力特性求解单台风电机组的期望出力：式中：EXsingle为不考虑机组故障时单台风电机组的期望出力；S14、考虑机组故障的情况，计算集电系统同一出线上多台风机的期望出力EXw：式中：qw为风电机组不可用率，n为集电系统同一出线上风电机组的总台数，k为风电机组发生故障台数。4.根据权利要求3所述的考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，其特征在于，在所述步骤S2中，根据集电系统的拓扑及元器件的不可用率，计算各条出线成功输送电能的概率pC，进而计算各条出线的期望出力EXC。5.根据权利要求4所述的考虑电气主接线拓扑的风电场可靠性综合评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，各条出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，杨苹，刘泽健，陆进威，叶长青，王鹏，唐惜春，陈恋鲆，管品发，
申请(专利权)人：华南理工大学，国家电投集团广西金紫山风电有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44