CN102427228B - 考虑电网电压跌落的风电***可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

考虑电网电压跌落和风电机组低电压穿越能力的风力发电***可靠性评估方法，其特征是：包括建立用于风力发电***可靠性评估的典型模型、在传统电力***可靠性指标中引入风力发电***可靠性指标、考虑电网电压跌落程度对风力发电***可靠性指标进行修正、考虑风电机组的低电压穿越能力对风力发电***可靠性指标进行二次修正和风力发电***可靠性评估五个步骤。本发明对传统电力***可靠性评估的指标进行了适当改进，将电网电压跌落幅度和风电机组的低电压穿越能力量化为风力发电***可靠性指标，使风力发电***的可靠性评估更加符合风电接入电网的实际情况，能够为风电接入后电网的运行控制方式的确定提供重要依据和参考。

Description

考虑电网电压跌落的风电***可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电***可靠性的评估方法，属于新能源发电技术中的风电场规划及运行控制技术领域。

背景技术

随着风力发电技术的快速发展和成熟，风力发电的大规模应用已经成为我国新能源发展战略的重要组成部分，截至2010年底，我国风力发电总装机容量已达4472万千瓦，且单一风电场规模呈现日益增加的趋势，如此大规模的风电集中接入必然会给电网带来新的问题和挑战，如电网调峰调频压力增大、电网电压控制难度提高、电网安全稳定运行风险增加等。因此，有必要深入研究风力发电***的发电可靠性问题，为大规模风电接入电网的规划和运行控制提供参考。

电力***可靠性评估方法主要有解析法和蒙特卡罗仿真法。由于蒙特卡罗仿真法计算量与***规模无关，容易模拟各种实际运行的控制策略和诸多客观因素的影响，更加适用于风力发电的特点，目前，国内外已有很多专家学者应用蒙特卡罗仿真方法研究风力发电***的发电可靠性，并取得了一些有益的成果。但目前的研究成果主要侧重于完善状态估计条件，建立能够更加全面的反映风力发电***的运行、控制实际情况的可靠性模型，使可靠性分析结果更加准确。在可靠性评价指标方面，仍然引用传统电力***的指标，并未考虑风力发电***的特殊性。其特殊性主要表现在两方面：1）风电随机性强、可控性差的特点会对电网调度、运行控制提出新的技术要求；2）由于在运行的风力发电机组普遍不具备恒电压运行模式，并且在未来一段时间内仍会保持这种方式，电网的扰动和故障，特别是电压跌落问题，会对风电场功率输出能力产生影响，甚至引起风电机组大面积脱网，对电网产生二次冲击。由此可见，传统的可靠性指标应用于风力发电***需要做一些适当的改进和完善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是完善现有风力发电***可靠性评估方法，提供一种考虑电网电压跌落和风电机组低电压穿越能力的风力发电***可靠性评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：考虑电网电压跌落和风电机组低电压穿越能力的风力发电***可靠性评估方法，其特征是：所述的电网电压跌落和风电机组低电压穿越能力的风力发电***可靠性评估方法包括以下步骤：

（1）建立用于风力发电***可靠性评估的典型模型；

（2）在传统电力***可靠性指标中引入风力发电***可靠性指标；

（3）考虑电网电压跌落程度对风力发电***可靠性指标进行修正；

（4）考虑风电机组的低电压穿越能力对风力发电***可靠性指标进行二次修正；

（5）利用蒙特卡洛方法评估风力发电***可靠性。

其中，步骤（2）的具体步骤是：

a、传统的电力***可靠性指标-电量不足期望指标EENS可表示为

                               (1)

式中，S为有切负荷的常规***状态集合，t _i 为***状态i的持续时间，单位为h，T为总模拟时间，单位为h，C _i 为***状态i的切负荷量，p _i 为状态i发生的概率，进入步骤b；

 b、设S _W 为风电接入后有切负荷的***状态集合，S _WF 为风力发电***引起功率缺失的***状态集合，则引入风电后有切负荷的***状态集合可表示为

                         (2)

进入步骤c；

c、记E _WF 为风力发电***的电量不足期望，则引入风电后的***电量不足期望值E _EENSW 可表示为

            (3)

其中，步骤（3）的具体步骤是：

a、设电压跌落至U′，则此时风电机组的输出功率为

                                     (4)

进入步骤b；

b、对于特定风速v ₁，计算由于电压跌落引起的输出功率损失为

                                  (5)

式中，p _Farm 为风电场总输出功率，进入步骤c；

c、设电压跌落至U′的概率分布函数为f(U′)，则电网电压跌落时的风力发电***电量不足期望值为

              (6)

其中，步骤（4）的具体步骤是：

a、根据《风电场接入电力***技术规定》中对低电压穿越的要求，计算具备低电压穿越能力的风电机组引起的电量不足期望值为

                     (7)

进入步骤b；

b、计算不具备低电压穿越能力的风电机组引起的电量不足期望值为

                           (8)

进入步骤c；

c、将式(7)和式(8)的电量不足期望值进行叠加，就可以得到考虑风电机组低电压穿越能力后的电量不足期望的修正值为

                        (9)

本发明的有益效果如下： 1)本发明提供的考虑电网电压跌落和风电机组低电压穿越能力的风力发电***可靠性评估方法，对传统电力***可靠性评估的指标进行了适当改进，将电网电压跌落幅度和风电机组的低电压穿越能力量化为风力发电***可靠性指标。2)本发明提供的考虑电网电压跌落和风电机组低电压穿越能力的风力发电***可靠性评估方法，使风力发电***的可靠性评估更加符合风电接入电网的实际情况，能够为风电接入后电网的运行控制方式的确定提供重要依据和参考。

附图说明

图1为实施例测试***；

图2为风速概率威布尔分布；

图3为不同电网电压跌落幅度情况下的***电量不足期望值；

图4为考虑风电机组低电压穿越能力的***电量不足期望值。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实例一：

本发明用于IEEE-RTS79***对传统可靠性指标和修改后的可靠性进行对比分析。IEEE-RTS79***共有24个***节点，38 条线路，其中 10 个发电机节点，17 个负荷节点，共 32 台发电机组，总装机容量是 3 405 MW，***的最大负荷为2 850 MW。***包括 2 个电压等级，分别为 230 kV 和 138 kV，230 kV/138 kV变电站两座，降压变压器 5 台，总容量 2 000 MVA。负荷采用IEEE-RTS79提供的年度负荷模型，风速概率分布采用威布尔分布，将bus7的传统电源替换为同容量的风电场，设风电场平均风速为8m/s。

首先，根据式（1）-式（3）计算不包含风电传统电力***可靠性评估指标中的电量不足期望值为120530.6MW·h/a，计入风电后将该指标修正为127759.344MW·h/a。

在此基础上，考虑电网电压跌落对风电接入后电力***可靠性的影响，利用式（4）-式（6）式计算得到不同电网电压跌落幅度情况下的***可靠性，如附图3所示，在风电场实际有效载荷一定的情况下，***EENS指标与电网电压波动幅度相关，EENS指标随电压跌落幅度增加呈现先增大后减小的趋势，在电压跌落至80%额定电压时，电量不足期望值最大达到接近190000MW·h/a，随后由于大幅电压跌落的概率应远小于小幅电压波动的概率，电量不足期望值降低。

随后计入风电机组低电压穿越能力对风电接入后电力***可靠性的影响，设电网电压跌落至0.7p.u.，利用式（7）-式（9）计算得到具备低电压穿越能力的机组所占比例不同情况下的***可靠性，如附图4所示，在电网电压跌落幅度相同的情况下，电量不足期望值随着具备低电压穿越能力的机组所占比例的增加而减小。根据低电压穿越的相关要求，风电机组只有在电压跌落至一定幅度且满足一定时间延时后才能脱网，在这段期间内风电机组仍然并网运行，具备功率输出能力，只是较正常情况受到一定限制而已，这对***可靠性影响相对较小，图中，当比例为1时，电量不足期望值与附图3中电压跌落至0.7p.u.时的值基本相等；而如果风电机组不具备低电压穿越能力，那么电网电压跌落后，风电机组将直接脱网导致输出功率骤降，电量不足期望将达到约260000MW·h/a。因此，风电机组的低电压穿越能力对***可靠性具有显著影响，优越的风电机组LVRT性能将有助于提高***可靠性越。

Claims (2)

1.考虑电网电压跌落的风电***可靠性评估方法，其特征是：所述的电网电压跌落和风电机组低电压穿越能力的风力发电***可靠性评估方法包括以下步骤：

(1)建立用于风力发电***可靠性评估的典型模型；

(2)在传统电力***可靠性指标中引入风力发电***可靠性指标；

(3)考虑电网电压跌落程度对风力发电***可靠性指标进行修正；

(4)考虑风电机组的低电压穿越能力对风力发电***可靠性指标进行二次修正；

(5)利用蒙特卡洛方法评估风力发电***可靠性。

2.根据权利要求1所述的考虑电网电压跌落的风电***可靠性评估方法，其特征是：

步骤(2)的具体步骤是：

2-a)传统的电力***可靠性指标-电量不足期望指标EENS可表示为

式中，S为有切负荷的常规***状态集合，t_i为***状态i的持续时间，单位为h，T为总模拟时间，单位为h，C_i为***状态i的切负荷量，p_i为状态i发生的概率，进入步骤2-b)

2-b)设S_W为风电接入后有切负荷的***状态集合，S_WF为风力发电***引起功率缺失的***状态集合，则引入风电后有切负荷的***状态集合可表示为

S_W=S∪S_WF             (2)

进入步骤2-c)

2-c)记E_WF为风力发电***的电量不足期望，则引入风电后的***电量不足期望值E_EENSW可表示为

步骤(3)的具体步骤是：

3-a)设电压跌落至U′，则此时风电机组的输出功率为

$P^t=\frac{E_0{U}^{\′}}{X_s}\sin \mathrm{\δ}---\left(4\right)$

进入步骤3-b)

3-b)对于特定风速v₁，计算由于电压跌落引起的输出功率损失为

ΔP=p_Ferm(v₁)-P^t            (5)

式中，p_Ferm为风电场总输出功率，进入步骤3-c)

3-c)设电压跌落至U′的概率分布函数为f(U′)，则电网电压跌落时的风力发电***电量不足期望值为

步骤(4)的具体步骤是：

4-a)根据《风电场接入电力***技术规定》中对低电压穿越的要求，计算具备低电压穿越能力的风电机组引起的电量不足期望值为

进入步骤4-b)

4-b)计算不具备低电压穿越能力的风电机组引起的电量不足期望值为

进入步骤4-c)

4-c)将式(7)和式(8)的电量不足期望值进行叠加，就可以得到考虑风电机组低电压穿越能力后的电量不足期望的修正值为

E_WF=E_R+E_1-R          (9)。