一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法，包括以下步骤：S1：获取海上风电机组的寿命周期和每一单位时间的初始故障率和单台风机的初始风速数据；S2：获取寿命周期内每一单位时间内的台风关键参数，并对风电机组初始故障率进行修正；S3：利用单台风机的初始风速数据和聚类算法对单台风机进行出力状态划分；S4：利用马尔可夫链模型建立寿命周期各单位时间的单台机组多状态模型；S5：组合单台机组多状态模型，建立海上风电场的多状态可靠性模型，获取海上风电机组寿命周期内每个单位时间内的可靠性参数数据，用于对海上风电场的可靠性评估，与现有技术相比，本发明专利技术具有符合实际、准确性高、可信度高等优点。可信度高等优点。可信度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法


[0001]本专利技术涉及电力系统发电输电领域，尤其是涉及一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法。

技术介绍

[0002]近年来能源枯竭、环境污染问题日益严峻，而新能源发电具有无污染、可持续等特点，其应用前景极为广阔。风能是清洁的可再生能源，大力开发可再生能源是合理调整电源结构的需要，也是国内能源发展战略的重要组成部分。而海上风电场是风力发电的研究热点和未来风能利用的重要方向。
[0003]相较陆上风电而言，海上风电具有三大优势：一是海上风速高，风速较为稳定，海上风力资源丰富，比陆地风力发电产能大；二是海上风电场靠近沿海用电负荷中心，可减少远距离输电成本；三是对环境负面影响较少，允许安装单机容量更大的风机，非常适合大规模开发。目前世界上最大的海上风力发电厂为英国的“伦敦阵列项目”，总装机容量为630MW。我国海上风力资源丰富，开发海上风力资源具有重要的现实意义。在建的23个海上风电项目分布在江苏、福建、浙江、广东、河北、辽宁和上海7个省(市)海域。其中江苏海域7个在建项目共计2107.34MW；福建海域6个在建项目共计1620MW；广东海域5个在建项目共计1500MW；辽宁海域2个在建项目共计599.85MW；河北海域1个在建项目300MW；浙江海域1个在建项目252MW；上海海域1个在建项目100MW。
[0004]但是海上风电场的运行条件严酷，台风等极端恶劣的天气会使电气设备故障率增大，海上维修可进入性变差，从而严重影响海上风电场的可靠性水平。可靠性对于海上风电场的运行具有重要的意义。随着海上风电机组单机容量和海上风电场规模的不断增大，在考虑台风影响的条件下，对海上风电场寿命期内的可靠性的评估已成为亟须解决的关键问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法，用于得到海上风电机组寿命周期内每个设定的单位时间内的可靠性参数数据，包括以下步骤：
[0008]S1：获取海上风电机组的寿命周期，并获取寿命周期内风电机组每一单位时间的初始故障率和单台风机的初始风速数据；
[0009]S2：获取寿命周期内每一单位时间内的台风关键参数，并根据台风对单台机组故障率的影响，对风电机组寿命周期内每一单位时间的初始故障率进行修正；
[0010]S3：利用单台风机的初始风速数据和聚类算法对单台风机进行出力状态划分；
[0011]S4：利用马尔可夫链模型，根据单台风机的出力状态和修正后的初始故障率，建立
寿命周期各单位时间的单台机组多状态模型；
[0012]S5：组合单台机组多状态模型，建立海上风电场的多状态可靠性模型，获取海上风电机组寿命周期内每个单位时间内的可靠性参数数据，用于对海上风电场的可靠性评估。
[0013]进一步地，所述的台风关键参数包括年台风出现频率、台风移动方向、台风移动速度、台风最小距离和台风中心气压差。
[0014]进一步地，所述的台风对单台机组故障率的影响通过据Batts风场模型以及风速与故障率关系公式确定。
[0015]更进一步地，所述的Batts风场模型的表达式为：
[0016][0017][0018][0019][0020]其中，V
gx
为台风场最大梯度风速，K为经验常数，f为科氏系数，其值为f＝2ωsinψ，ω为地球自转角速度，ψ为纬度，为海平面10米高度处的平均最大风速，V
T
为台风移动速度，R
max
为台风最大风速半径，r为观测点到台风中心的距离，V
10,r
为距海平面10m处，与台风中心相距为r处的风速；
[0021]所述的风速与故障率关系公式为：
[0022][0023][0024][0025]其中，β
z
为风振系数，μ
z
为风压高度变化系数，μ
s
为体形系数，ρ为空气密度，λ
min
为切入风速时对应的故障率，v
ci
为切入风速，λ
max
为切出风速时对应的故障率，v
co
为切出风速。
[0026]进一步地，所述的步骤S2中，对风电机组寿命周期内每一单位时间的初始故障率进行修正的表达式为：
[0027][0028]其中，λ
i
为第i个单位时间的初始故障率，T
i
为第i个单位时间内受台风影响的时间，n
i
为第i个单位时间内的台风数量，T
iks
和T
ike
分别为第i个单位时间内第k个台风的起始时间和终止时间。
[0029]进一步地，所述的步骤S3中，首先利用风速与功率关系，根据单台风机的初始风速
数据获取单台风机的输出功率，然后通过k-means聚类算法对单台风机输出功率场景聚类到多个离散的功率状态。
[0030]更进一步地，所述的风速与功率关系的表达式为：
[0031][0032][0033]其中，p为单台风机的输出功率，p
r
为单台风机的额定功率，v为风速，v
ci
为切入风速，v
r
为额定风速，v
co
为切出风速，A、B和C为模型参数。
[0034]进一步地，所述的步骤S4中，首先利用马尔可夫链模型表征单台风电机组所有的工作运行状态，然后计算各状态之间的转移概率，所述的各状态之间的转移概率的计算式为：
[0035][0036]其中，r
ij
为从状态i转移到状态j的转移概率，N
ij
从状态i转移到状态j的次数，T
i
为状态i在整个计算周期内出现的次数。
[0037]进一步地，所述的步骤S5中，采用状态空间图组合单台机组多状态模型，建立海上风电场的多状态可靠性模型。
[0038]进一步地，所述的每一单位时间的初始故障率为上一单位时间内修正的故障率，第一个单位时间的初始故障率通过文献数据或实际运行数据获得，所述的单位时间设定为一年。
[0039]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0040]1)本专利技术的方法考虑台风对海上风电机组输出功率的影响以及风电机组故障率的累积影响，考虑风电机组随机故障下的风电场出力多状态模型，考虑因素多且符合实际风电机组故障情况，通过本专利技术方法获取的可靠性参数准确，可信度高；
[0041]2)本专利技术方法所建立的考虑台风影响的海上风电场寿命期内的多状态可靠性模型，更加符合实际工程中海上风电场的出力模型，为海上风电场接入受端电网的可靠性评估提供了有效的计算参考标准。
附图说明
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法，用于得到海上风电机组寿命周期内每个设定的单位时间内的可靠性参数数据，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取海上风电机组的寿命周期，并获取寿命周期内风电机组每一单位时间的初始故障率和单台风机的初始风速数据；S2：获取寿命周期内每一单位时间内的台风关键参数，并根据台风对单台机组故障率的影响，对风电机组寿命周期内每一单位时间的初始故障率进行修正；S3：利用单台风机的初始风速数据和聚类算法对单台风机进行出力状态划分；S4：利用马尔可夫链模型，根据单台风机的出力状态和修正后的初始故障率，建立寿命周期各单位时间的单台机组多状态模型；S5：组合单台机组多状态模型，建立海上风电场的多状态可靠性模型，获取海上风电机组寿命周期内每个单位时间内的可靠性参数数据，用于对海上风电场的可靠性评估。2.根据权利要求1所述的一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法，其特征在于，所述的台风关键参数包括年台风出现频率、台风移动方向、台风移动速度、台风最小距离和台风中心气压差。3.根据权利要求2所述的一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法，其特征在于，所述的台风对单台机组故障率的影响通过据Batts风场模型以及风速与故障率关系公式确定。4.根据权利要求3所述的一种考虑台风影响的海上风电场多状态可靠性获取方法，其特征在于，所述的Batts风场模型的表达式为：特征在于，所述的Batts风场模型的表达式为：特征在于，所述的Batts风场模型的表达式为：特征在于，所述的Batts风场模型的表达式为：其中，V
gx
为台风场最大梯度风速，K为经验常数，f为科氏系数，其值为f＝2ωsinψ，ω为地球自转角速度，ψ为纬度，为海平面10米高度处的平均最大风速，V
T
为台风移动速度，R
max
为台风最大风速半径，r为观测点到台风中心的距离，V
10,r
为距海平面10m处，与台风中心相距为r处的风速；所述的风速与故障率关系公式为：所述的风速与故障率关系公式为：所述的风速与故障率关系公式为：
其中，β
z
为风振系数，μ
z
为风压高度变化系数，μ
s
为体形系数，ρ为空气密度，λ
min
为切入风速时对应的故障率，v
ci
为切入风速，λ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄阮明，张梦瑶，张铭，乔卫东，王海群，费斐，郭明星，张铭泽，庞爱莉，李欣悦，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：