一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法技术方案

本发明专利技术涉及一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，包括以下步骤：1)确定海上风电场接入系统的n个关键设备的时变故障率；2)根据关键设备的时变故障率，通过蒙特卡洛法模拟关键设备的运行状态；3)根据关键设备的运行状态，通过图论法判断海上风电场接入系统是否失电，若是则计算并记录海上风电场接入系统的失电量，否则重复步骤2)；4)判断是否满足收敛精度，若是则计算海上风电场接入系统的风险评估指标，否则重复步骤2)。与现有技术相比，本发明专利技术对海上风电场接入系统进行整体性研究，准确性高。准确性高。准确性高。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法


[0001]本专利技术涉及一种风电场接入系统风接入系统风险评估技术，尤其是涉及一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法。

技术介绍

[0002]海上风电是电力系统发展最快的可再生能源之一。截止2020年底，全球海上风电新增装机容量为6.067GW，全球海上风电总容量超过35GW。随着越来越多的海上风电并入电网，这将给电网的运行带来很多不确定因素，海上风电场接入系统是连接海上风电场和陆上电网的枢纽，接入系统的可靠运行对维持电网稳定运行具有至关重要的作用。
[0003]目前针对风电场接入系统的风险评估主要从两个方面展开研究：一是基于设备故障率模型的评估方法，在对设备状态评估的基础上，采用层次分析的方法建立接入系统模糊综合评价模型。二是基于大数据分析的方法；
[0004]由于海上天气环境复杂，海上时变运行工况导致运行数据特征分布差异明显，传统的基于设备故障率模型的评估方法对海上时变运行工况考虑不足；由于海上风电场接入系统风险受组网接线及供电连通程度的影响，而传统基于大数据分析的方法基于单一设备故障率得到接入系统整体风险模型，缺乏对组网方式的考虑，导致风险评估结果与实际运行风险存在差异。综上，以上两种方法缺少对海上风电场接入系统整体的研究，运行风险评估准确度低。

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时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，对海上风电场接入系统进行整体性研究，准确性高。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，包括以下步骤：
[0008]1)确定海上风电场接入系统的n个关键设备的时变故障率；
[0009]2)根据关键设备的时变故障率，通过蒙特卡洛法模拟关键设备的运行状态；
[0010]3)根据关键设备的运行状态，通过图论法判断海上风电场接入系统是否失电，若是则计算并记录海上风电场接入系统的失电量，否则重复步骤2)；
[0011]4)判断是否满足收敛精度，若是则计算海上风电场接入系统的风险评估指标，否则重复步骤2)；
[0012]其中，所述的步骤2)包括：
[0013]在0
‑
1之间一次性抽取n个与n个关键设备一一对应的随机数，判断关键设备的时变故障率是否大于对应的随机数，若是则假设该关键设备故障停运，否则假设该关键设备正常运行；
[0014]进一步地，所述的图论法的具体过程包括：
[0015]将海上风电场接入系统的主接线图转换为点边关系图，进而获得邻接矩阵，根据
关键设备的运行状态以及邻接矩阵，获得可达矩阵，根据可达矩阵断海上风电场接入系统是否失电。
[0016]进一步地，所述的风险评估指标包括风电场失电量百分比H1，所述的H1的计算公式为：
[0017][0018]其中，E
L
为风电场失电量，E
c
为风电场应发电量。
[0019]进一步地，所述的风险评估指标包括失电概率H2，所述的H2的计算公式为：
[0020][0021]其中，m(s)为失电量为s的次数，M为步骤2)的执行次数。
[0022]进一步地，所述的判断是否满足收敛精度的过程包括：
[0023]41)计算失电风险期望计算公式如下：
[0024][0025]其中，S为风电场失电量集合；
[0026]42)计算风险评估指标的方差系数θ，计算公式如下：
[0027][0028][0029]43)判断方差系数θ是否满足收敛判据公式，若满足，则判定满足收敛精度，否则不满足收敛精度，所述的收敛判据公式表达式为：
[0030]θ≤ε
[0031]其中，ε为设定值。
[0032]进一步地，所述的关键设备包括风机、变压器和海底电缆。
[0033]进一步地，通过风机故障率模型确定风机的时变故障率，所述的风机故障率模型的表达式为：
[0034][0035][0036]其中，λ1为风机的时变故障率，t和t
n
‑1分别为当前时刻和风机最近一次不完全维护时刻，X(t)为运行工况协变量，τ为维护因子，α为回归系数，β为形状参数，η为尺度参数。
[0037]进一步地，所述的运行工况协变量根据风机实际运行状态数据获取，具体过程包括：
[0038]采集风机历史运行状态数据，构成样本集；
[0039]根据样本集，通过模糊C均值聚类算法将风机的运行工况分为若干类，每类运行工况对应一种运行工况协变量；
[0040]其中，所述的模糊C均值聚类算法的聚类准则如下：
[0041][0042]其中，J
m
为价值函数，V1为运行工况类别总数，u
vj
为第j个样本隶属于第v类运行工况的概率，d
vj
为第j个样本与第v类运行工况聚类中心之间的欧几里得距离，m为模糊指数。
[0043]进一步地，通过升压站故障率模型确定变压器的时变故障率，所述的升压站故障率模型的表达式为：
[0044]λ2＝A1e
C
·
HI
[0045][0046][0047]其中，λ2为变压器的时变故障率，A1为比例因子，C为曲率系数，HI为健康指数，γ为环境因子，HI0为变压器初始投运时的初始健康指数，B
′
为老化系数，t
′
为变压器已运行时间，t
′1为最近一次执行不完全维护的时刻，t2为变压器执行不完全维护的年份，T为变压器预计寿命，HI
end
为变压器终止健康指数。
[0048]进一步地，通过海底电缆故障率模型确定海底电缆的时变故障率，所述的海底电缆故障率模型的表达式为：
[0049][0050]其中，λ3为海底电缆的时变故障率，L为海底电缆长度。
[0051]与现有技术相比，本专利技术具有以如下有益效果：
[0052]本专利技术针对于缺少对海上风电场接入系统整体的研究，考虑海上时变工况对电气设备故障率影响，计及接入系统供电连通性，通过对海上风电场接入系统的关键设备进行运行工况辨识，建立接入系统关键设备故障率模型，根据建立图论的方法，将接入系统主接线转换为点边关系图，进而得到连接矩阵，最后利用蒙特卡洛模拟接入系统各设备运行状态，通过逻辑运算得到可达矩阵，以此计算接入系统的风险指标，提高了时变工况下海上风电场接入系统风险评估的准确性。
附图说明
[0053]图1为考虑时变运行工况的海上风电场接入系统风险评估框架图；
[0054]图2为变压器健康指数与故障概率关系曲线图；
[0055]图3为海上风电场接入系统风险评估流程示意图；
[0056]图4为风机运行工况聚类结果图；
[0057]图5为变压器故障率与运行时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定海上风电场接入系统的n个关键设备的时变故障率；2)根据关键设备的时变故障率，通过蒙特卡洛法模拟关键设备的运行状态；3)根据关键设备的运行状态，通过图论法判断海上风电场接入系统是否失电，若是则计算并记录海上风电场接入系统的失电量，否则重复步骤2)；4)判断是否满足收敛精度，若是则计算海上风电场接入系统的风险评估指标，否则重复步骤2)；其中，所述的步骤2)包括：在0
‑
1之间一次性抽取n个与n个关键设备一一对应的随机数，判断关键设备的时变故障率是否大于对应的随机数，若是则假设该关键设备故障停运，否则假设该关键设备正常运行。2.根据权利要求1所述的一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，其特征在于，所述的图论法的具体过程包括：将海上风电场接入系统的主接线图转换为点边关系图，进而获得邻接矩阵，根据关键设备的运行状态以及邻接矩阵，获得可达矩阵，根据可达矩阵断海上风电场接入系统是否失电。3.根据权利要求1所述的一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，其特征在于，所述的风险评估指标包括风电场失电量百分比H1，所述的H1的计算公式为：其中，E
L
为风电场失电量，E
c
为风电场应发电量。4.根据权利要求3所述的一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，其特征在于，所述的风险评估指标包括失电概率H2，所述的H2的计算公式为：其中，m(s)为失电量为s的次数，M为步骤2)的执行次数。5.根据权利要求4所述的一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，其特征在于，所述的判断是否满足收敛精度的过程包括：41)计算失电风险期望计算公式如下：其中，S为风电场失电量集合；42)计算风险评估指标的方差系数θ，计算公式如下：
43)判断方差系数θ是否满足收敛判据公式，若满足，则判定满足收敛精度，否则不满足收敛精度，所述的收敛判据公式表达式为：θ≤ε其中，ε为设定值。6.根据权利要求1所述的一种考虑时变工况的海上风电场接入系统风险评估方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨心刚，符杨，关宏，张耀楠，曹博源，刘璐洁，杜洋，魏书荣，郭灵瑜，黄玲玲，刘琦，贾锋，孙沛，杨忠光，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：