本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變壓器故障發(fā)電量損失獲取方法。
背景技術(shù)：
隨著石油、煤炭等常規(guī)能源的減少和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，清潔可再生能源已經(jīng)成為未來能源發(fā)展的主要方向。其中風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今世界發(fā)展速度最快的清潔能源利用形式。
風(fēng)電場(chǎng)升壓站連接著風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和外部大電網(wǎng)，主要起電能匯集、轉(zhuǎn)換和傳輸作用，是風(fēng)電場(chǎng)的重要組成部分。主變壓器是升壓站內(nèi)的核心設(shè)備，其故障將會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電能的送出產(chǎn)生影響，并由此造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)過程中，有必要對(duì)主變壓器的容量和臺(tái)數(shù)進(jìn)行合理配置，尋求全壽命周期成本最優(yōu)的配置方案。在全壽命周期成本組成中，預(yù)期的故障損失是必不可少的一項(xiàng)。
通常的風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變壓器故障損失計(jì)算方法，采用風(fēng)場(chǎng)滿發(fā)功率減去故障事件下的最大傳輸功率，再乘以風(fēng)場(chǎng)的容量系數(shù)作為故障損失功率。這種計(jì)算方法將風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率作為恒定值來考慮，計(jì)算簡(jiǎn)單，但與實(shí)際情況并不相符，計(jì)算結(jié)果存在較大誤差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變壓器故障發(fā)電量損失獲取方法，能夠提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變壓器故障發(fā)電量損失獲取方法，包括如下步驟：
步驟一、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)供電區(qū)域內(nèi)風(fēng)速歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)擬合出風(fēng)速的密度分布函數(shù)；
步驟二、根據(jù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)功率曲線、風(fēng)場(chǎng)地形和風(fēng)機(jī)排布計(jì)算出風(fēng)電場(chǎng)在不同風(fēng)速下的輸出功率；
步驟三、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)在不同風(fēng)速下的輸出功率擬合出風(fēng)電場(chǎng)輸出功率關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)；
步驟四、計(jì)算主變壓器在故障事件下升壓站所能實(shí)現(xiàn)的最大傳輸功率；
步驟五、根據(jù)故障事件下升壓站的最大傳輸功率計(jì)算故障事件功率損失；
步驟六、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)和故障事件功率損失計(jì)算出故障事件功率損失關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)；
步驟七、根據(jù)故障事件功率損失關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)和風(fēng)速的分布函數(shù)，計(jì)算出故障事件預(yù)期的功率損失；
步驟八、根據(jù)故障事件預(yù)期的功率損失和故障事件預(yù)期的持續(xù)時(shí)間得到故障事件預(yù)期的發(fā)電量損失。
有益效果：本發(fā)明中風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變壓器故障發(fā)電量損失獲取方法，從原始的風(fēng)速歷史數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)功率曲線、風(fēng)場(chǎng)地形和風(fēng)機(jī)排布出發(fā)，能夠更準(zhǔn)確地模擬風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率，而針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)不同輸出功率，分別計(jì)算故障事件下的功率損失，更準(zhǔn)確地反映了實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明中風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變壓器故障發(fā)電量損失獲取方法，在理論上與實(shí)際情況更相符，計(jì)算過程更細(xì)化，計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。
附圖說明
圖1是本發(fā)明中風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變壓器故障發(fā)電量損失獲取方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本實(shí)施列對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成限定。
圖1中風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變壓器故障發(fā)電量損失獲取方法，用于計(jì)算多主變(壓器)配置方案中，單臺(tái)主變壓器發(fā)生故障時(shí)預(yù)期的發(fā)電量損失，包括以下步驟：
步驟一、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)供電區(qū)域內(nèi)風(fēng)速歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，擬合出風(fēng)速的密度分布函數(shù)。按照GB/T 18710要求，歷史區(qū)間一般是30年，本發(fā)明中對(duì)分析時(shí)刻之前的30年內(nèi)的風(fēng)速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用WAsP軟件擬合風(fēng)速的密度分布函數(shù)，得到風(fēng)速的密度分布函數(shù)近似于兩參數(shù)的威布爾分布函數(shù)，表達(dá)式為：
式中，k和λ分別為威布爾分布的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，v為風(fēng)速。
步驟二、根據(jù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)功率曲線(風(fēng)機(jī)廠商提供)、風(fēng)場(chǎng)地形(通過勘察獲取)和風(fēng)機(jī)排布，計(jì)算出風(fēng)場(chǎng)在不同風(fēng)速下的輸出功率；本發(fā)明中風(fēng)電場(chǎng)在各風(fēng)速下的輸出功率通過在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)軟件(常用軟件有WAsP、WindFarmer等)中建模計(jì)算獲得。
步驟三、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)在各風(fēng)速下的輸出功率，擬合出風(fēng)電場(chǎng)輸出功率Pout關(guān)于風(fēng)速v的函數(shù)Pout＝P(v)。
上述擬合采用分段擬合，風(fēng)速小于切入風(fēng)速的區(qū)間，輸出功率為零；切入風(fēng)速至額定風(fēng)速區(qū)間，擬合成冪函數(shù)；額定風(fēng)速至切出風(fēng)速區(qū)間，擬合成直線；風(fēng)速大于切出風(fēng)速的區(qū)間，輸出功率為零。
步驟四、在主變壓器故障事件下，對(duì)所有可行的接線方式進(jìn)行切換，結(jié)合各接線方式中設(shè)備額定參數(shù)的限制，獲取升壓站所能實(shí)現(xiàn)的最大傳輸功率。
當(dāng)單臺(tái)主變壓器發(fā)生故障時(shí)，通過接線方式的切換，實(shí)現(xiàn)故障變壓器的負(fù)荷轉(zhuǎn)移。將故障事件下剩余主變壓器能夠傳輸?shù)淖畲蠊β视洖镻N-1，其值與升壓站中主變壓器的容量、臺(tái)數(shù)及主接線有關(guān)。本發(fā)明中以升壓站采用兩臺(tái)主變壓器、高壓側(cè)單母線接線、低壓側(cè)單母線分段接線這一方案為例，當(dāng)單臺(tái)主變故障時(shí)，故障事件下升壓站最大傳輸功率為單臺(tái)主變的額定功率Pn，即PN-1＝Pn。
步驟五、根據(jù)故障事件下升壓站最大傳輸功率與風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的關(guān)系獲取故障事件功率損失的表達(dá)式。
本發(fā)明中主變壓器故障事件所造成的功率損失是一個(gè)分段函數(shù)：當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率大于故障事件下的升壓站最大傳輸功率時(shí)，故障事件功率損失為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率減去故障事件下升壓站最大傳輸功率，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率小于等于故障事件下升壓站最大傳輸功率時(shí)，故障事件功率損失為零。表達(dá)式為：
步驟六、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)和故障事件功率損失分段函數(shù)，計(jì)算出故障事件功率損失關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)；
利用風(fēng)電場(chǎng)輸出功率關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)Pout＝P(v)求解出當(dāng)輸出功率Pout＝PN-1所對(duì)應(yīng)的風(fēng)速v1，則故障事件功率損失關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)可以下式表示：
式中，v2為切出風(fēng)速。
步驟七、根據(jù)步驟六中獲取到的故障事件功率損失關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)和步驟1中獲取到的風(fēng)速分布函數(shù)，計(jì)算出故障事件預(yù)期的功率損失；
本發(fā)明中所得到的故障事件預(yù)期的功率損失，其表達(dá)式為：
在實(shí)際應(yīng)用中，可對(duì)上式進(jìn)行離散近似求解：
步驟八、故障事件預(yù)期的功率損失乘以故障事件預(yù)期的持續(xù)時(shí)間，得到故障事件預(yù)期的發(fā)電量損失。
上述故障事件預(yù)期持續(xù)時(shí)間為故障的平均修復(fù)時(shí)間TMTTR，故障事件預(yù)期的發(fā)電量損失表示為：
在實(shí)際應(yīng)用中，可對(duì)上式離散近似求解得到：