陳錦龍

摘要：近年來，我國的用電量不斷增加，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有了很大進展。由于風(fēng)電具有隨機性、間歇性和波動性等特點，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性對大規(guī)模并網(wǎng)電力系統(tǒng)安全性造成較大影響，如何準確評估風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可靠性，這提出了全新的挑戰(zhàn)。首先分析了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，提出了一種基于期望故障受阻電能相等的方法，用相同容量的發(fā)電機等效替代風(fēng)電機“組串”，并根據(jù)元件狀態(tài)特性對系統(tǒng)可靠性狀態(tài)進行劃分，最后建立時間、出力、系統(tǒng)等指標體系。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；等效替代；可靠性評估；指標體系

引言

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)迅猛發(fā)展，裝機容量大幅增加，已成為可再生能源中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的發(fā)電技術(shù)之一。由于風(fēng)電具有間歇性、波動性和隨機性等特點，使得大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)后帶來了不確定的因素，因此如何準確評估風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性顯得非常重要。

1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點

1.1風(fēng)機輸出功率影響因素分析

1）季節(jié)與時間的影響

中國“三北”地區(qū)風(fēng)資源較為豐富。一般來說，一年中春季和冬季風(fēng)資源較豐富，夏季風(fēng)資源較貧乏；在一天中來說，白天風(fēng)資源較貧乏，而夜晚風(fēng)資源較豐富。

2）風(fēng)速大小的影響

風(fēng)電機組的運行狀態(tài)和輸出功率都與風(fēng)速息息相關(guān)。圖1給出了風(fēng)電機組輸出功率與風(fēng)速的曲線。

2可靠性狀態(tài)的劃分

1）全額運行狀態(tài)：當(dāng)風(fēng)速較快時，即風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率能夠達到總裝機容量的70%以上。2）資源限制減額運行狀態(tài)：當(dāng)風(fēng)速較慢時，即風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率低于總裝機容量的70%。3）故障減額運行狀態(tài)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)部分元件故障導(dǎo)致輸出功率減少的狀態(tài)。

3可靠性指標體系

3.1時間指標

1）全額運行時間FRH：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)處于全額運行狀態(tài)（即輸出功率達到總裝機容量70%）的累計運行時間。2）資源限制減額運行時間RDH：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于風(fēng)速的限制，輸出功率小于總裝機容量的70%的累積運行時間。3）故障減額運行時間FDH：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中部分元件故障，導(dǎo)致輸出功率減小的累積運行時間。4）故障停運時間FOH：風(fēng)力系統(tǒng)由于元件故障發(fā)生全站停運的累計時間。由FOH=PH·QC計算。5）無風(fēng)或風(fēng)速過快停運時間NH：系統(tǒng)處于無風(fēng)或風(fēng)速過快狀態(tài)下的累計時間。6）年利用小時數(shù)UH：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量除以系統(tǒng)總裝機容量折算的發(fā)電小時數(shù)。7）減額運行時間DH：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于元件故障或者風(fēng)資源限制，輸出功率小于70%額定功率的運行時間，DH=FDH+RDH。

3.2出力狀態(tài)指標

1）全額等效出力FEP：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在全額運行狀態(tài)下的等效輸出功率。2）資源限制下減額等效出力RDEP：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于風(fēng)速降低導(dǎo)致減額運行狀態(tài)下的等效輸出功率。3）故障減額等效出力FDEP：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于部分元件故障導(dǎo)致系統(tǒng)減額運行的等效輸出功率。4）減額等效出力EDP：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于風(fēng)速降低或者部分元件故障導(dǎo)致系統(tǒng)減額運行的等效輸出功率。5）等效出力EP：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在年統(tǒng)計時間內(nèi)等效恒定輸出功率。6）等效出力系數(shù)ECF：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等效輸出功率與額定輸出功率RP的比值，ECF=EP/RP。7）最大出力MP：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實際發(fā)電中的最大輸出功率。

3.3系統(tǒng)總體指標

1）設(shè)計可用率DU：根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)停運概率和修復(fù)時間得到系統(tǒng)可用率設(shè)計值，DU=1-QC。2）運行系數(shù)OF：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實際運行狀態(tài)的概率，OF=RH/PH。3）年發(fā)電設(shè)備利用率EUR：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備利用的概率，EU R=UH/PH。4）全額運行率FR R：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)處于全額運行狀態(tài)的概率，F(xiàn)R R=FRH/PH。5）資源限制減額運行率RDR：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實際中由于風(fēng)速限制導(dǎo)致系統(tǒng)處于減額運行狀態(tài)的概率，RDR=RDH/PH。

結(jié)語

綜上所述，本文從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，深入研究了基于元件故障和風(fēng)資源充裕度對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可靠性的影響。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，按照期望故障受阻電能相等的方法，用相同容量的發(fā)電機來等效替代風(fēng)電機組“串”，并建立了考慮元件狀態(tài)和資源約束的系統(tǒng)狀態(tài)。從時間、出力、系統(tǒng)3個方面建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估指標體系，并對其進行可靠性評估。算例分析表明，基于元件狀態(tài)和風(fēng)資源限制的可靠性模型，可以真實反映實際系統(tǒng)的可靠性。