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1、海岛孤立风电系统的可靠性分析研究|风电的可靠性 摘 要：中国海岛众多且大多数海岛风力资源丰富。在海岛上采取风力发电进行供电，不但有利于海岛的经济开发和建设，更有利于岛上的环境保护。因为风力资源本身所含有的不稳定性、随机性和地域性，风力发电系统的可靠性就遭到质疑。对海岛孤立风电系统的可靠性分析评定就显得尤为主要。本论文，拟以大陈岛为例，经过对其岛上风电运行情况、岛上风速和岛上用户负荷等数据的分析，对此孤立海岛系统进行可靠性分析。关键字：海岛；孤立系统；风力发电；可靠性分析0引言伴随科技的发展，能源问题日益受到国际社会的重视。风力发电是处理目前突出的能源和环境问题的有效手段，是现在世界上增加速度最
2、快的能源和最有发展前景的新能源技术1。现在，对风能的利用也已达成商用阶段2。在大电网难以达成的孤立地域，如海岛、牧区，以前全部使用燃料昂贵的柴油发电机。而这些地域，却有着较丰富的风能资源，在这些地域推广风力发电已是新能源建设中的一项主要工作。风能总体上是一个丰富的可再生资源，发展风力发电能够在一定程度上节省一次能源的消耗和降低环境污染，然而，风能资源的地域分布含有显著的差异性，而且在时间和空间上的分布含有很大的不均匀性3。因为风速常常处于改变的状态，从而造成风力发电机组出力的波动，且这种改变不受控制，进而难以预计。孤立风力发电系统中的风力发电机容量较小、输配电网络结构简单、用户负荷单一，这些特
3、点使得孤立风力发电系统的可靠性对整个系统来说尤为主要。为了确保用户供电的安全、可靠、经济，和对以后孤立电网的建设有更加好的改善，提升供电质量，所以对孤立风力发电系统进行可靠性评定是必不可少的。本文拟以东南沿海的某海岛为研究对象，依据该岛用电负荷和风速等数据，根据中国电力企业联合所公布的2021-2021年全国电力可靠性指标，对其孤立风力发电系统的可靠性进行研究。1 可靠性概念和分析方法所谓电力系统可靠性，是指在电力系统根据可接收的质量标准和一定的用户需求的情况下，对其不间断地供给电能的能力所进行的度量4。因为电力系统的复杂性，对其整体进行可靠性的评定会有一定的困难。通常，电力系统可靠性分析能够
4、分为充裕度和安全性两个方面。其中，充裕度是从静态的角度出发，用于评价系统连续供给以满足用户电能需求的能力；安全性则是从暂态的角度出发，用于评价系统承受忽然扰动后继续保持稳定的能力。电力系统规模庞大，为了更正确地进行可靠性分析评定，对电力系统进行可靠性分析时可将其划分成三个子系统。基于电力系统的组成结构，可将其划分为发电系统、输电系统和配电系统三部分来进行可靠性评定：1、发电系统可靠性，是指评定统一并网运行的全部发电机组，按可接收标准及期望数量来满足电力系统负荷电能需求的能力的度量。为确定电力系统能否确保电力供给所需的发电容量，所以衡量发电系统可靠性的指标是系统的充裕度，通常衡量系统充裕度的方法
5、用概率方法。2、输电系统可靠性，其可靠性包含充裕度和安全性。充裕度指标分为负荷点指标和系统指标两类，二者均采取故障筛选技术。安全性指标为了评定系统对突发故障的经受能力，其关键经过因故障引发的负荷损失量来度量。3、配电系统可靠性，它的指标关键评定的是充裕度。其经典的分析方法是故障模式影响分析法和可靠度预计分析法。伴随科技的不停进步，中国电力系统已经进入了快速发展的时期，实现电网大区域互联、特高压交直流混合输电。因为系统规模的不停扩大和结构的日益复杂，从而使得停电可能会造成巨大的财产损失和人员伤亡。因此，对电力系统进行合理的可靠性评定有着十分主要的现实意义。本文依据大陈海岛上的星星风电场一年的实际
6、运行情况，针对风力发电机组的运行规律和其配电网本身的特点，建立的它们的可靠性数学模型，用发电系统可靠性分析方法对该海岛风力发电系统进行可靠性分析，证实该海岛风力发电系统能够满足电网稳定性指标，对负荷的电力供给能够达成安全、可靠的要求。2 海岛孤立电力系统可靠性的特点中国的海岛资源很丰富，依据1996年第一次全国海岛综合调查汇报的数据指出，中国面积在500m2以上的海岛共有6961个其中有些人居住的海岛为433个，人口达万人。这些海岛大多拥有丰富的渔业资源、旅游资源和风能资源，所以对海岛的开发将是以后国家建设中的一项主要工作。考虑到海岛的交通不便，距离大陆架较远，传统的柴油发电已经不能满足海岛的
7、经济和环境保护发展需要，所以，海岛孤立风力发电系统是既利于环境保护又有利于海岛经济建设的项目。在海岛孤立风力发电系统中，本文关键关注的是确定电力系统能否有充分的发电容量来满足用电负荷的需要。海岛孤立风力发电系统的可靠性指标是发电系统的充裕度。经过前一章可知，可靠性分析方法有确定性方法和概率方法。确定性方法，关键依据长久累计的发电系统可靠性资料、负荷预计资料和电源配置和计划设计人员的经验来确定。概率方法，即电力不足概率法、电力不足频率、连续时间法和模拟法。任何估量发电系统充裕度的概率方法的基础路径在原理上全部相同，均由3部分组成，图所表示：图 发电系统可靠性分析原理示意图将发电系统模型和发电系统负荷模型相结合形成合适的风险模型后，即可计算出一系列的可靠性指标。这些指标通常不考虑输电网络的约束，也不反应任何特定用户负荷点的供电不足，但能衡量整个发电系统的充裕度5。将发电系统充裕度表示为一个随机变量，由某一时刻系统中总的发电机组运行容量和负荷功率之差决定，如式2-1所表示：2-1式中：X为系统的充裕度，Wi为发电机组的运行容量，Ls为系统负荷。得到出有关系统裕度的一系列数据后，能够计算电力不足概率和电量不足期望值这两个常见的指标，它们全部和系统裕度的累积概率相关。系统裕度的累积概率为：
