风力发电系统可靠性评估体系

风力发电系统可靠性评估体系
摘要：现如今，风力发电在我国十分普及，由于风电具有随机性、间歇性和波
动性等特点，风力发电系统的可靠性对大规模并网电力系统安全性造成较大影响，如何准确评估风力发电系统可靠性，这提出了全新的挑战。

首先分析了风力发电
系统的结构特点，提出了一种基于期望故障受阻电能相等的方法，用相同容量的
发电机等效替代风电机“组串”，并根据元件状态特性对系统可靠性状态进行划分，最后建立时间、出力、系统等指标体系。

通过实际系统进行仿真分析，结果表明
该指标体系能够准确地对风力发电系统的可靠性进行评估。

关键词：风力发电系统;等效替代;可靠性评估;指标体系
引言
风能发电其实现阶段来讲的话算得上是比较普遍了，但是由于风能具有非常
大的季节性以及地域性的特点因此风能发电使用的范围以及使用的时间非常受到
限制。

除去风能的限制之外其实还有就是风能发电的设备受到天气影响是比较的
大的，因此需要更多对如何安全的进行安全的风能发电以及不断的寻求风能发电
的可靠性的模型。

1风电场发展现状
1.1风能发电
风能其实和太阳能一样都是清洁能源，还有是属于可再生能源行列的能源，
对于电源结构的调整具有非常重要的作用，同时对于我国在能源方面的转换也有
非常大的帮助，很好的对现阶段我国的能源短缺状况起到一定的缓解作用。

但是
风能具有一定的地域性以及间歇性都是会对风电场的输出造成非常大的影响作用
的额，并且也会对电力系统的稳定性造成影响作用。

但是随着对于风能的开发力
度的逐渐的加大在风电场有关规划中存在的问题已经逐渐的暴露出来对风能的开
发以及后续的发展都造成一定的影响作用。

但是因此对于风电长的发电可靠性模
型的构建以及应用都是对现有的风电发电问题的进行解决或者是改进的方法。

其
实国内外对于风电场的发电的而可靠性研究还是非常多的，从许多不同的方面对
可靠性模型的构建以及应用都有一定的研究以及相关的意见的提出。

1.2风能发电于其他发电方式的不同之处
其实风电和其他的发电方式比如说是水电、火电等发电方式不同之处主要有
以下五点：首先就是风能发电所输出功率一般会受到风向还有就是风速的影响因
此具有非常大的随机性以及不稳定性；第二点就是对于风能发电的设备的不同之
处也就是风能发电大多都是采用异步发电机，在开展工作的时候还需要从电网内
部吸收一定的无功功率才能够进行使用；第三点就是风能发电会受到尾流效应的
影响作用，会产生非常大的损失以及浪费；第四点就是风能发电其实对于气温是
有一定的要求的，因此在我国的北方地区风能发电的使用具有非常大的限制性；
第五点就是当风向相同是，不同的风能的发电场也是会受到风速的影响的，因此
风能发电受到风速以及风向的影响还是比较大的。

2可靠性状态的划分
可以根据风资源和元件状态将风力发电系统的可靠性状态划分为以下几种情况:1)全额运行状态:当风速较快时，即风力发电系统输出功率能够达到总装机容量的70%以上。

2)资源限制减额运行状态:当风速较慢时，即风力发电系统输出功率
低于总装机容量的70%。

3)故障减额运行状态:风力发电系统部分元件故障导致输
出功率减少的状态。

4)故障停运状态:风力发电系统全部停运的状态。

5)无风或风
速过快停运状态:当风速处于无风或者风速过快状态时，风力发电系统由于风资源停运的状态。

3可靠性指标体系
3.1时间指标
将风力发电系统时间指标体系按照图1所示方式进行划分。

图1时间指标体系
结合系统状态，状态时间指标如下:
1)全额运行时间FＲH(fullrunhour):风力发电系统处于全额运行状态(即输出功率达到总装机容量70%)的累计运行时间。

2)资源限制减额运行时间ＲDH(resourcede-ductionhour):风力发电系统由于风速的限制，输出功率小于总装机容量的70%的累积运行时间。

3)故障减额运行时间FDH(faultdeductionhour):风力发电系统中部分元件故障，导致输出功率减小的累积运行时间。

4)故障停运时间FOH(faultoutagehour):风力系统由于元件故障发生全站停运的累计时间。

由FOH=PH•QC计算。

5)无风或风速过快停运时间NH(notusehour):系统处于无风或风速过快状态下的累计时间。

6)年利用小时数UH(utilizationhours):风力发电系统的年发电量除以系统总装机容量折算的发电小时数。

3.2出力状态指标
1)全额等效出力FEP(fullequivalentpower):风力发电系统在全额运行状态下的等效输出功率。

2)资源限制下减额等效出力ＲDEP(resourcedeductionequivalentpower):风力发电系统由于风速降低导致减额运行状态下的等效输出功率。

3)故障减额等效出力FDEP(faultdeductionequivalentpower):风力发电系统由于部分元件故障导致系统减额运行的等效输出功率。

4)减额等效出力EDP(equivalentdeductionpower):风力发电系统由于风速降低或者部分元件故障导致系统减额运行的等效输出功率。

5)等效出力EP(equivalentpower):风力发电系统在年统计时间内等效恒定输出功率。

6)等效出力系数ECF(equivalentcoefficientfac-tor):风力发电系统等效输出功率与额定输出功率ＲP(ratedpower)的比值，ECF=EP/ＲP。

3.3系统总体指标
1)设计可用率DU(designusability):根据风力发电系统停运概率和修复时间得到系统可用率设计值，DU=1－QC。

2)运行系数OF(operatingfactor):风力发电系统实际运行状态的概率，OF=Ｒ
H/PH。

3)年发电设备利用率EUＲ(theannualpowergenerationequipmentutilizationrate):风力发电系统发电设备利用的概率，EUＲ=UH/PH。

4)全额运行率FＲＲ(fullrunrate):风力发电系统处于全额运行状态的概率，FＲＲ=FＲH/PH。

5)资源限制减额运行率ＲDＲ(resourcededuc-tionrateofoperation):风力发电系统实际中由于风速限制导致系统处于减额运行状态的概率，ＲDＲ=ＲDH/PH。

结语
随着风电技术的快速提升，发电成本大幅降低，风力发电的技术优势和经济性将不断显现出来，作为重要的新能源之一，装机容量将不断提高。

前面从风力发电系统结构入手，深入研究了基于元件故障和风资源充裕度对风力发电系统可靠性的影响。

根据风力发电系统结构特点，按照期望故障受阻电能相等的方法，用相同容量的发电机来等效替代风电机组“串”，并建立了考虑元件状态和资源约束的系统状态。

从时间、出力、系统3个方面建立风力发电系统可靠性评估指标体系，并对其进行可靠性评估。

算例分析表明，基于元件状态和风资源限制的可靠性模型，可以真实反映实际系统的可靠性。

参考文献:
[1］张硕，李庚银，周明，等．风电场可靠性建模［J］．电网技术，2009，33(13):37－41．
［2］吴义纯，丁明．基于蒙特卡罗仿真的风力发电系统可靠性评价［J］．电力自动化设备，2004，24(12):70－73．。