[發明專利]大型風電場柔性直流輸電系統可靠性計算方法

有效

• 申請號: 201510038544.1
• 申請日: 2015-01-26
• 公開（公告）號: CN104682381B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 李凌飛;黃瑩;邱偉;黎小林;謝開貴;胡博;董吉哲;李昌林;王蔓莉
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;重慶大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/36
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙)50216
• 代理人: 余錦曦

技術領域

本發明涉及到直流輸電系統可靠性評估技術領域，具體地說，是一種大型風電場柔性直流輸電系統可靠性計算方法。

背景技術

風電是目前世界上發展速度最快、最具競爭力的可再生能源，與陸地相比，海上風能資源更為豐富、風速更大、湍流度更低，風向更穩定、對環境影響較小，且海上風電場往往靠近能源需求較大的沿海發達城市，具有海面可利用面積廣闊，不占用土地等優勢，已逐漸成為未來風電發展的趨勢。

當采用柔性直流輸電方式時，海上風電換流站內部電氣系統設計的科學性和合理性，關系到整個風電場建成后運行的穩定性、經濟性和可靠性。在確保風電場安全運行的前提下，海上風電換流站換流器的主電路拓撲選型，以及換流站的優化布局，都可使得設備投資和運行成本降低。海上風電柔性直流輸電需要鋪設長距離的海底電纜，所以電能輸送的經濟性和可靠性，也是海上風電柔性直流輸電設計的主要目標。

目前柔性直流輸電系統可靠性評估中使用到的主要方法有故障樹法(FTA法)、頻率持續時間法(FD法)以及狀態枚舉法等。

然而，上述方法存在如下缺點：故障樹分析法計算量大，誤差大；FD法雖然計算簡單，但是無法將其計入某些可靠性指標的計算之中，如系統能量可用率；狀態枚舉法的物理概念清楚，模型的精度高，但是它的計算量隨系統規模的增大而呈指數增長，而由于柔性直流輸電系統元件較多，如果采用全狀態枚舉勢必會出現“維數災”問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供大型風電場柔性直流輸電系統可靠性計算方法，該方法計算量少，不僅能夠計算柔性直流輸電系統的各種可靠性指標，還能計算計及風電場出力隨機性的柔性直流輸電系統的可靠性。

為達到上述目的，本發明表述一種大型風電場柔性直流輸電系統可靠性計算方法，其關鍵在于按照以下步驟進行：

步驟1：根據直流輸電系統的結構特點和運行方式，將直流輸電系統分為變電站與風電場子系統、送端子系統、直流輸電線路子系統以及受端子系統，并確定直流輸電系統的可靠性結構框圖；

步驟2：建立變電站與風電場子系統可靠性評估模型；

步驟3：采用頻率持續時間法建立送端、受端子系統中各元件的狀態空間圖并獲得相應的等效模型，通過組合各等效模型建立直流輸電系統的可靠性評估模型；

步驟4：建立直流輸電線路子系統的可靠性評估模型；

步驟5：采用枚舉算法分別枚舉各子系統的運行狀態，采用頻率持續時間法計算各子系統的可靠性指標；

步驟6：根據直流輸電系統的可靠性結構框圖計算得出直流輸電系統的可靠性指標。

更進一步的，步驟2中建立變電站與風電場子系統可靠性評估模型的具體步驟為：

步驟2-1：根據變電站結構，對變電站內部主要元件建立可靠性評估模型；

步驟2-2：建立風電場可靠性評估模型，具體步驟如下：

步驟2-2-a)：根據風機的切入、額定、切出風速及風機的額定功率建立單個風電機組的多狀態模型；

步驟2-2-b)：計入風機的等效強迫停運率，建立計及風電機組強迫停運率的多狀態模型，記為PTMC_W，

其中，N_{ts_w}為PTMC_W的總狀態數；Cwi為PTMCw中第i個狀態的風電機組輸出功率，p(C_wi)為第i個狀態對應的概率；

步驟2-2-c)：運用聚類分析法，將風電場進行聚類分析得到風電場在指定階數下的多狀態模型。

更進一步的，步驟2-2-a)中所述單個風電機組的多狀態模型包括風力發電模型、風速模型、風電機組停運模型以及風電機組風電轉換模型，其中，

風力發電模型：

式中，P_T為風輪輸出功率；C_p為風輪的功率系數；A為風輪掃掠面積，A＝πR²，R為風輪半徑；ρ為空氣密度；v為風速；

風速模型：v_t＝c(-lnx_t)^1/k，

式中，v_t是第t小時的模擬風速，x_t是第t小時生成的(0，1)均勻分布的隨機變量，k、c分別為Weibull模型的形狀系數和尺度系數；

風電機組風電轉換模型：