[發(fā)明專(zhuān)利]基于分塊枚舉法的風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410376437.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104156883A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝開(kāi)貴;胡博;楊賀鈞;余娟;任洲洋;郭宇航;李龍?jiān)?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q50/06
• 分類(lèi)號(hào): G06Q50/06
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

1.基于分塊枚舉法的風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，其特征在于：步驟如下，

步驟1：輸入風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)數(shù)據(jù)

采集風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和可靠性數(shù)據(jù)，以及風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速數(shù)據(jù)；

步驟2：形成風(fēng)電機(jī)組多狀態(tài)容量概率模型

根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)電機(jī)組輸出功率的關(guān)系，形成風(fēng)電機(jī)組多狀態(tài)容量概率模型，記為PTMC_w，如式(1)所示。

PTMCw=Cw1p(Cw1)Cw2p(Cw2)......CwNts_wp(CwNts_w)---(1)]]>

式中，N_{ts_w}為PTMC_w的總狀態(tài)數(shù)；C_wi、p(C_wi)分別為PTMC_w中第i個(gè)狀態(tài)的WTG出力及其對(duì)應(yīng)概率；

步驟3：建立單個(gè)元件的多狀態(tài)Markov模型

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)設(shè)備的作用，當(dāng)元件故障后，可能存在故障隔離、切換、故障修復(fù)幾個(gè)過(guò)程；因此，根據(jù)是否需故障隔離、切換等過(guò)程，將元件可靠性模型分為兩狀態(tài)模型(正常和故障狀態(tài))、三狀態(tài)模型(正常、隔離和故障狀態(tài))和四狀態(tài)模型(正常、隔離、切換和故障狀態(tài))；。

設(shè)λ_f、λ_is、λ_sw和μ分別為元件的故障率、隔離率、切換率和修復(fù)率；根據(jù)Markov原理，通過(guò)解式(2)-(4)得到x₁,x₂,x₃,x₄的值，它們分別表示元件處于正常、隔離、切換和故障狀態(tài)的概率，其中式(2)對(duì)應(yīng)元件的兩狀態(tài)模型；式(3)對(duì)應(yīng)元件的三狀態(tài)模型；式(4)對(duì)應(yīng)元件的四狀態(tài)模型；

λf-μ11x1x2=01---(2)]]>

λf0-λisλf-μ0111x1x2x3=001---(3)]]>

λf0-λis0λf00-λswλf-μ001111x1x2x3x4=0001---(4)]]>

步驟4：形成風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)的分塊

塊的定義：由各相互連接的集電系統(tǒng)元件構(gòu)成，當(dāng)去掉系統(tǒng)中匯流母線后，不與其它任何集電系統(tǒng)元件或網(wǎng)絡(luò)相連的最小單元稱(chēng)為一個(gè)塊；每個(gè)分塊中包含若干臺(tái)風(fēng)電機(jī)組；

步驟5：形成單個(gè)分塊機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)概率表PTNU_s

形成單個(gè)分塊機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)概率表的步驟如下：

5.1：利用狀態(tài)枚舉法枚舉單個(gè)分塊內(nèi)所有元件的工作狀態(tài)，即形成一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)；

5.2：根據(jù)元件多狀態(tài)Markov模型計(jì)算元件處在正常、隔離、切換和故障狀態(tài)的概率；

5.3：進(jìn)行隔離、切換、故障狀態(tài)的分析；

當(dāng)分塊中無(wú)聯(lián)絡(luò)線時(shí)，系統(tǒng)將可能經(jīng)歷故障隔離、故障修復(fù)等過(guò)程；當(dāng)分塊中有聯(lián)絡(luò)線時(shí)，系統(tǒng)將可能經(jīng)歷故障隔離、切換和修復(fù)等過(guò)程；其中，故障隔離、切換和修復(fù)的過(guò)程分析如下；

5.3.1：隔離狀態(tài)分析

當(dāng)元件發(fā)生故障時(shí)，相應(yīng)斷路器動(dòng)作，則該斷路器范圍內(nèi)的元件均會(huì)因斷路器跳閘而與集電系統(tǒng)斷開(kāi)連接；遍歷單個(gè)分塊內(nèi)與集電系統(tǒng)相連接的所有風(fēng)機(jī)數(shù)目，記為n₁，并利用公式(5)計(jì)算其對(duì)應(yīng)的概率p_is(n₁)，則該概率即為從故障發(fā)生到故障被成功隔離的時(shí)間內(nèi)與集電系統(tǒng)相連接的正常運(yùn)行的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)為n₁的概率；

pis(n1)=Πi∈SfpisiΠj∈Sapaj---(5)]]>

式中，集合{S_f}為單個(gè)分塊內(nèi)故障元件的集合；集合{S_a}為單個(gè)分塊內(nèi)正常工作元件的集合；p_aj為第j個(gè)正常工作元件的概率；p_isi為第i個(gè)故障元件處于隔離狀態(tài)的概率；

5.3.2：切換狀態(tài)分析

當(dāng)隔離過(guò)程完成后，判斷聯(lián)絡(luò)線工作狀態(tài)，并將可切換的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)移到其他饋線；采用深度搜索算法遍歷單個(gè)分塊，并統(tǒng)計(jì)遍歷到的風(fēng)電機(jī)組數(shù)目，記為n₂，利用公式(6)計(jì)算對(duì)應(yīng)的概率p_sw(n₂)；該概率即為從故障隔離到成功切換聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的時(shí)間內(nèi)與集電系統(tǒng)相連接的正常運(yùn)行的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)為n₂的概率；

psw(n2)=Πi∈SfpswiΠj∈Sapaj---(6)]]>

式中，p_swi為第i個(gè)故障元件處在切換狀態(tài)的概率；

5.3.3：故障狀態(tài)分析

如果系統(tǒng)有故障發(fā)生，則系統(tǒng)可能經(jīng)歷正常-隔離-切換-故障狀態(tài)或正常-隔離-故障狀態(tài)或正常-故障狀態(tài)；經(jīng)過(guò)故障隔離、切換后，采用深度搜索算法遍歷單個(gè)分塊的風(fēng)電機(jī)組數(shù)目，記為n₃，利用公式(7)計(jì)算對(duì)應(yīng)的概率p_f(n₃)；該概率即為從成功切換聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)后到故障元件被修復(fù)的時(shí)間內(nèi)與集電系統(tǒng)相連接的正常運(yùn)行的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)為n₃的概率；

pf(n3)=Πi∈SfpfiΠj∈Sapaj---(7)]]>

式中，p_fi為元件i處在故障狀態(tài)的概率；

5.4：重復(fù)以上步驟，直到達(dá)到設(shè)定的故障枚舉階數(shù)；

根據(jù)本步驟遍歷到的風(fēng)機(jī)數(shù)目和其對(duì)應(yīng)的概率，即可構(gòu)成單個(gè)分塊機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)概率表PTNU_s，如公式(8)；

PTNUs=0pa_s(0)1pa_s(1)......ipa_s(i)......Nw_spa_s(Nw_s)---(8)]]>

式中，N_{w_s}為單個(gè)分塊內(nèi)的總機(jī)組數(shù)目；p_{a_s}(i)為單個(gè)分塊中有i臺(tái)機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)的概率；

按上述方法，可得到每個(gè)分塊機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)概率表PTNU_s；

步驟6：形成風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)概率表和風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)多狀態(tài)容量概率表

矩陣⊕運(yùn)算定義：設(shè)A為任意F×2矩陣，B為任意G×2矩陣，則按式(9)進(jìn)行矩陣計(jì)算的方法稱(chēng)為矩陣⊕運(yùn)算；

A⊕B=a1Pa1a2Pa2......aFPaF⊕b1Pb1b2Pb2......bGPbG=a1+b1Pa1·Pb1a1+b2Pa1·Pb2......a1+bGPa1·PbGa2+b1Pa2·Pb1......aF+bGPaF·PbG---(9)]]>

式中，A⊕B表示FG×2矩陣；

矩陣運(yùn)算定義：設(shè)A為任意R×2矩陣，B為任意T×2矩陣，則按式(10)進(jìn)行矩陣計(jì)算的方法稱(chēng)為矩陣運(yùn)算；

A⊗B=a1Pa1a2Pa2......aRPaR⊗b1Pb1b2Pb2......bTPbT=a1·b1Pa1·Pb1a1·b2Pa1·Pb2......a1·bTPa1·PbTa2·b1Pa2·Pb1......aR·bTPaR·PbT---(10)]]>

式中，表示RT×2矩陣；

根據(jù)步驟5得到每個(gè)分塊的PTNU_s，再將所有PTNU_s進(jìn)行累積矩陣⊕運(yùn)算，即可得到風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)概率表，記為PTNU_wf；

將PTMC_w與PTNU_wf進(jìn)行矩陣運(yùn)算，即可得到風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)多狀態(tài)容量概率表，記為PTMC_wf；

步驟7：計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)可靠性評(píng)估指標(biāo)

本發(fā)明定義風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)可靠性評(píng)估指標(biāo)包括AAEO_uf，AAEO_u，LOEE_f和LOEE_u四個(gè)指標(biāo)；

AAEO_uf：同時(shí)考慮風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速不確定性和風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)元件故障時(shí)的風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)單臺(tái)機(jī)組平均年發(fā)電量；

AAEO_u：僅考慮風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速不確定性時(shí)的風(fēng)電場(chǎng)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組平均年發(fā)電量；

LOEE_f：僅由風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)元件故障引起的單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組平均風(fēng)能損失；

LOEE_u：僅由風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速不確定性引起的單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組平均風(fēng)能損失；

AAEOuf=1Nw_wfΣi=1Nts_wfCwfipCwfiT---(11)]]>

AAEOu=Σi=1Nts_wCwip(Cwi)T,---(12)]]>

LOEE_f＝AAEO_u-AAEO_uf,??????????????????(13)

LOEE_u＝P_rT-AAEO_u.?????????????????????(14)

式中，N_{ts_w}和N_{ts_wf}分別表示PTMC_w和PTMC_wf狀態(tài)數(shù)；C_wfi、分別為PTMC_wf中第i個(gè)狀態(tài)的風(fēng)電場(chǎng)出力及其對(duì)應(yīng)概率；C_wi和p(C_wi)分別為PTMC_w中第i個(gè)狀態(tài)的WTG出力及其對(duì)應(yīng)概率；P_r為風(fēng)電機(jī)組的額定功率；T為給定的時(shí)間區(qū)間小時(shí)數(shù)；

風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電效率和其它指標(biāo)定義如下：

rar=AAEOufPrT---(15)]]>

rur=LOEEuPrT---(16)]]>

rfr=LOEEfPrT---(17)]]>

rfa=LOEEfAAEOuf---(18)]]>

式中，r_ar為風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電效率；r_ur為風(fēng)速不確定性引起的風(fēng)電損失占風(fēng)電場(chǎng)額定發(fā)電容量的百分比；r_fr為風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)元件故障引起的風(fēng)電損失占風(fēng)電場(chǎng)額定容量的百分比；r_fa為風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)元件故障引起的風(fēng)電損失占實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的百分比。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分塊枚舉法的風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，其特征在于：對(duì)一個(gè)集電系統(tǒng)，步驟4的分塊按如下搜索算法進(jìn)行：

4.1：斷開(kāi)風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)匯流母線側(cè)饋線出線開(kāi)關(guān)；

4.2：合上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)內(nèi)所有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)；

4.3：從每個(gè)匯流母線側(cè)開(kāi)關(guān)所在的饋線出發(fā)遍歷網(wǎng)絡(luò)，遍歷到的所有集電系統(tǒng)元件即形成一個(gè)分塊；

4.4：重復(fù)執(zhí)行步驟4.3，直到風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)中所有元件均被遍歷過(guò)，從而得到若干個(gè)分塊。