風力發電系統可靠性評估體系

陳錦龍

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

關鍵詞：風力發電系統；等效替代；可靠性評估；指標體系

引言

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

1風力發電系統的特點

1.1風機輸出功率影響因素分析

1）季節與時間的影響

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

2）風速大小的影響

風電機組的運行狀態和輸出功率都與風速息息相關。圖1給出了風電機組輸出功率與風速的曲線。

2可靠性狀態的劃分

1）全額運行狀態：當風速較快時，即風力發電系統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：當風速較慢時，即風力發電系統輸出功率低于總裝機容量的70%。3）故障減額運行狀態：風力發電系統部分元件故障導致輸出功率減少的狀態。

3可靠性指標體系

3.1時間指標

1）全額運行時間FRH：風力發電系統處于全額運行狀態（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：風力發電系統由于風速的限制，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：風力發電系統中部分元件故障，導致輸出功率減小的累積運行時間。4）故障停運時間FOH：風力系統由于元件故障發生全站停運的累計時間。由FOH=PH·QC計算。5）無風或風速過快停運時間NH：系統處于無風或風速過快狀態下的累計時間。6）年利用小時數UH：風力發電系統的年發電量除以系統總裝機容量折算的發電小時數。7）減額運行時間DH：風力發電系統由于元件故障或者風資源限制，輸出功率小于70%額定功率的運行時間，DH=FDH+RDH。

3.2出力狀態指標

1）全額等效出力FEP：風力發電系統在全額運行狀態下的等效輸出功率。2）資源限制下減額等效出力RDEP：風力發電系統由于風速降低導致減額運行狀態下的等效輸出功率。3）故障減額等效出力FDEP：風力發電系統由于部分元件故障導致系統減額運行的等效輸出功率。4）減額等效出力EDP：風力發電系統由于風速降低或者部分元件故障導致系統減額運行的等效輸出功率。5）等效出力EP：風力發電系統在年統計時間內等效恒定輸出功率。6）等效出力系數ECF：風力發電系統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：風力發電系統實際發電中的最大輸出功率。

3.3系統總體指標

1）設計可用率DU：根據風力發電系統停運概率和修復時間得到系統可用率設計值，DU=1-QC。2）運行系數OF：風力發電系統實際運行狀態的概率，OF=RH/PH。3）年發電設備利用率EUR：風力發電系統發電設備利用的概率，EU R=UH/PH。4）全額運行率FR R：風力發電系統處于全額運行狀態的概率，FR R=FRH/PH。5）資源限制減額運行率RDR：風力發電系統實際中由于風速限制導致系統處于減額運行狀態的概率，RDR=RDH/PH。

結語

綜上所述，本文從風力發電系統結構入手，深入研究了基于元件故障和風資源充裕度對風力發電系統可靠性的影響。根據風力發電系統結構特點，按照期望故障受阻電能相等的方法，用相同容量的發電機來等效替代風電機組“串”，并建立了考慮元件狀態和資源約束的系統狀態。從時間、出力、系統3個方面建立風力發電系統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，基于元件狀態和風資源限制的可靠性模型，可以真實反映實際系統的可靠性。