本發(fā)明屬于電網(wǎng)規(guī)劃領域，涉及一種新能源柔性直流并網(wǎng)可靠性估計方法。
背景技術：
：隨著經(jīng)濟發(fā)展，能源和環(huán)境問題日益突出，發(fā)展可再生能源成為各國實施可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。目前，風能、太陽能等新能源開發(fā)已進入大規(guī)模商業(yè)化階段，尤其是風能的開發(fā)，傳統(tǒng)的風電場并網(wǎng)方式以交流加靜止無功補償器(SVC)的方式接入公用電網(wǎng)，但隨著風能開發(fā)規(guī)模的加大，柔性直流并網(wǎng)成為風能并網(wǎng)的發(fā)展趨勢，如圖1，風能發(fā)電具有典型的波動性與間歇性特點，傳統(tǒng)的可靠性評估指標與方法已難以滿足風能并網(wǎng)系統(tǒng)的精準評估需求。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種新能源柔性直流并網(wǎng)可靠性估計方法，該方法能夠準確估計得到風電場并網(wǎng)后直流輸電網(wǎng)絡的可靠性。為達到上述目的，本發(fā)明所述的新能源柔性直流并網(wǎng)可靠性估計方法包括以下步驟：1)確定風電場的裝機容量，給定風電場機組的故障率，再進行風速抽樣，然后根據(jù)風速抽樣的結果及風電場的裝機容量構建風電場機組的出力模型，并根據(jù)風電場機組的出力模型及風電場機組的故障率計算風電場的機組出力，并將所述風電場的機組出力作為風電場機組的發(fā)電量；2)統(tǒng)計模擬時間內(nèi)風電場機組的總出力，確定風電場機組的平均出力期望，然后計算風電場機組的平均出力期望與風電場機組的裝機容量之比，并將計算的結果作為風電場容量因子C；3)根據(jù)MMC-HVDC換流器原理基于馬爾科夫過程與FD理論構建MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型，同時構建直流輸電網(wǎng)絡中輸電線路的可靠性模型；4)采用串并聯(lián)網(wǎng)絡法將直流輸電網(wǎng)絡中各MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型與輸電線路的可靠性模型進行組合，計算組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障率、平均故障時間及等效故障率，然后根據(jù)組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障率、平均故障時間及等效故障率計算組合后直流輸電網(wǎng)絡的不可用率U；5)計算風電場的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障受阻電量ESF及組合后直流輸電網(wǎng)絡的等效強迫不可用率EUEQ，然后根據(jù)風電場的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障受阻電量ESF、組合后直流輸電網(wǎng)絡的等效強迫不可用率EUEQ以及組合后直流輸電網(wǎng)絡的不可用率U估計風電場接入直流輸電網(wǎng)絡后直流輸電網(wǎng)絡的可靠性。風電場容量因子C的表達式為：C=ETAT×SN---(6)]]>其中，T為統(tǒng)計模擬時間，ETA為統(tǒng)計模擬時間內(nèi)風電場機組的實際發(fā)電量，SN為風電場額定容量。風電場的功率送出概率Pout的表達式為：其中，SN為風電場額定容量。組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障受阻電量ESF的表達式為：ESF＝8760(C×SN-SEQ)(8)組合后直流輸電網(wǎng)絡的等效強迫不可用率EUEQ的表達式為：風速抽樣的結果為：v＝c[lnX]1/k(4)其中，v為風速，X為均勻分布隨機變量，k為威布爾分布形狀參數(shù)，c為風電場的尺度參數(shù)。風電場機組的出力模型為：Pi=0,0≤vi<VciPRvi-VciVR-Vci,Vci≤vi<VRPR,VR≤vi<Vco0,vi>Vco---(5)]]>其中，Pi為風電場機組的功率，PR為風電場機組的輸出功率額定值，Vci為風電場機組要求的最小風速，VR為風電場機組的額定風速，Vco為風電場機組的切出風速。本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明所述的新能源柔性直流并網(wǎng)可靠性估計方法在具體操作時，采用串聯(lián)網(wǎng)絡法將風電場接入到直流輸電網(wǎng)中，構建直流輸電網(wǎng)絡中各MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型，再采用串并聯(lián)網(wǎng)絡法將各MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性模型進行組合，計算出組合后直流輸電網(wǎng)絡的不可用率U、故障受阻電量ESF及等效強迫不可用率EUEQ、以及風電場的功率輸出概率Pout，再根據(jù)風電場的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障受阻電量ESF、組合后直流輸電網(wǎng)絡的等效強迫不可用率EUEQ以及組合后直流輸電網(wǎng)絡的不可用率U估計風電場接入直流輸電網(wǎng)絡后直流輸電網(wǎng)絡的可靠性，實現(xiàn)對風電場的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障受阻電量ESF及組合后直流輸電網(wǎng)絡的等效強迫不可用率EUEQ重新定義，提高估計的精準度。附圖說明圖1為接入風電場后直流輸電網(wǎng)絡的結構原理圖；圖2為風電機組輸出功率曲線；圖3為本發(fā)明中的橋臂狀態(tài)空間圖。具體實施方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：參考圖1，本發(fā)明所述的新能源柔性直流并網(wǎng)可靠性估計方法包括以下步驟：1)確定風電場的裝機容量，給定風電場機組的故障率，再進行風速抽樣，然后根據(jù)風速抽樣的結果及風電場的裝機容量構建風電場機組的出力模型，并根據(jù)風電場機組的出力模型及風電場機組的故障率計算風電場的機組出力，并將所述風電場的機組出力作為風電場機組的發(fā)電量；2)統(tǒng)計模擬時間內(nèi)風電場機組的總出力，確定風電場機組的平均出力期望，然后計算風電場機組的平均出力期望與風電場機組的裝機容量之比，并將計算的結果作為風電場容量因子C；3)根據(jù)MMC-HVDC換流器原理基于馬爾科夫過程與FD理論構建MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型，同時構建直流輸電網(wǎng)絡中輸電線路的可靠性模型；4)采用串并聯(lián)網(wǎng)絡法將直流輸電網(wǎng)絡中各MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型與輸電線路的可靠性模型進行組合，計算組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障率、平均故障時間及等效故障率，然后根據(jù)組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障率、平均故障時間及等效故障率計算組合后直流輸電網(wǎng)絡的不可用率U；5)計算風電場的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障受阻電量ESF及組合后直流輸電網(wǎng)絡的等效強迫不可用率EUEQ，然后根據(jù)風電場的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡的故障受阻電量ESF、組合后直流輸電網(wǎng)絡的等效強迫不可用率EUEQ以及組合后直流輸電網(wǎng)絡的不可用率U估計風電場接入直流輸電網(wǎng)絡后直流輸電網(wǎng)絡的可靠性。風電場機組的出力取決于風速，首先建立風電場風速模型，目前，風電場風速建模的方法很多，主要有兩參數(shù)威布爾分布模型，瑞利分布模型及時間序列模型。本文選用威布爾分布模型進行風速模擬，具體過程如下：威布爾分布函數(shù)為F(v)＝P(V≤v)＝1-exp[-(v/c)k](1)其中，k為威布爾分布形狀參數(shù)，c為風電場的尺度參數(shù)。采用反函變換法產(chǎn)生服從威布爾分布的隨機變量，反變換法的基本原理是：對于服從[0,1]上均勻分布的隨機變量U，則隨機變量X＝F-1(U)為一個連續(xù)累積概率分布函數(shù)F(X)。根據(jù)反函變換法，令x＝F(v)＝1-exp[-(v/c)k](2)則有，v＝c[-ln(1-x)]1/k(3)其中，x及1-x同為均勻隨機變量，用1-x替代x，則上式變?yōu)関＝c[lnX]1/k(4)其中，X為均勻分布隨機變量。風電機組的輸出功率受風速變化影響，其關系曲線被稱為風電機組功率特性曲線，圖2為一典型的風電機組功率特性曲線，當風速低于切入風速Vci時，機組出力為0MW；當大于Vci時風機開始啟動，在Vci與額定風速VR之間時，其關系為非線性正相關；當風速繼續(xù)增大，在VR與切出風速Vco之間時，風機輸出功率為額定值PR；當風速進一步增大，超過Vco時，為了風機安全，風機將自動退出運行。由于AB段曲線近似為直線，因此風電場機組的出力模型為：Pi=0,0≤vi<VciPRvi-VciVR-Vci,Vci≤vi<VRPR,VR≤vi<Vco0,vi>Vco---(5)]]>建立新能源接入系統(tǒng)可靠性評估指標體系1)僅受輸電系統(tǒng)本身設備停運影響，能夠反應HVDC輸電系統(tǒng)最大輸送能力的基本可靠性指標。1.HVDC輸電系統(tǒng)年平均故障頻率ff反映了HVDC輸電系統(tǒng)每年的平均故障次數(shù)。2.HVDC輸電系統(tǒng)各運行狀態(tài)概率PiHVDC輸電系統(tǒng)可能有不同的運行狀態(tài)，如雙極LCC-HVDC(單12脈)輸電系統(tǒng)存在100％容量運行、50％容量運行和0％容量運行三種運行狀態(tài)，因此用Pi分別表示各運行狀態(tài)概率如下：P1為100％容量運行概率；P0.5為50％容量運行概率；P0為0％容量運行概率。3.HVDC輸電系統(tǒng)平均故障持續(xù)時間Da(h/a-1)4.系統(tǒng)總等值停運時間TEOT(h/year)TEOT=f0Df0+12f0.5Df0.5=8760(P0+12P0.5)]]>其中，Df0.5為50％容量運行平均持續(xù)時間；Df0為0％容量運行平均持續(xù)時間，f0.5為單極故障頻率；f0為雙極故障頻率。2)計算風電場出力特性，反應HVDC輸電系統(tǒng)對風電場并網(wǎng)可靠性實際影響的風電HVDC并網(wǎng)系統(tǒng)可靠性指標。1.效容量SEQ(MW)效容量SEQ(MW)是將整個風電場與輸電系統(tǒng)聯(lián)合視為接入交流主網(wǎng)的一臺等效大容量發(fā)電機，考察其T小時(一般認為T足夠大)內(nèi)的平均等效出力，效容量SEQ為：其中，t為時間/(小時)，p(t)為第t小時的并網(wǎng)功率。風電場的功率送出概率Pout的表達式為：其中，SN為風電場額定容量。風電場容量因子C的表達式為：C=ETAT×SN---(6)]]>其中，T為統(tǒng)計模擬時間，ETA為統(tǒng)計模擬時間內(nèi)風電場機組的實際發(fā)電量，SN為風電場額定容量。3.系統(tǒng)故障受阻電量ESF(MWh/a-1)系統(tǒng)故障受阻電量ESF在輸電系統(tǒng)降容量運行時，考慮了風電場出力情況，計算結果為輸電系統(tǒng)故障引起的實際受阻電量，同時，ESF可用來計算電量損失費用，是經(jīng)濟性評估中的重要參考指標。ESF＝8760(C×SN-SEQ)(8)4.系統(tǒng)等效強迫不可用率EUEQ風電具有間歇性，傳統(tǒng)的輸電系統(tǒng)強迫不可用率指標，在輸電系統(tǒng)降額運行時并未考慮電源間歇性引起的實際減小容量，不能真實反映輸電系統(tǒng)故障對間歇性電能傳輸?shù)淖璧K能力。本發(fā)明考慮到風電場并網(wǎng)的受阻電量完全是由于輸電系統(tǒng)強迫停運導致，因此，在此以實際受阻電量與風電場發(fā)出電量的比值來等效輸電系統(tǒng)的強迫不可用率，系統(tǒng)等效強迫不可用率EUEQ能真實反映風電場輸電系統(tǒng)對電能的可靠傳輸能力。(2)基于“k/n”冗余備用的MMC可靠性建模及子模塊備用優(yōu)化MMC換流器基于模塊化和“k/n”冗余備用設計，備用元件有冷熱備用兩種情況；冗余子模塊的熱備用優(yōu)點是，冗余子模塊已接入橋臂，可以立即進入運行；冷備用狀態(tài)下的子模塊進入運行前需將旁路開關可靠關掉，要短暫數(shù)十毫秒時間，可以忽略不計，且在每次子模塊故障，熱備用投入運行后，冷備用會直接自動切換到熱備用狀態(tài)。由于每個橋臂的冗余配置是獨立的，因此首先求取每個橋臂等效可靠性模型，然后基于串聯(lián)卷積公式對各橋臂進行組合，得MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型。對于MMC拓撲，當應用于高壓場合時，一個橋臂上串聯(lián)的子模塊數(shù)往往達到幾十甚至上百個，并且其大小決定著MMC可以輸出電平數(shù)的大小，在此以直流電壓為±200kV的MMC-HVDC為例，設單個子模塊SM的電壓為10kV，MMC每個橋臂的子模塊數(shù)nSM由直流電壓Udc和單個子模塊電壓Uc共同決定，即nSM＝Udc/Uc考慮冗余配置，以20/23拓撲結構的MMC為例，建模如下：1)橋臂狀態(tài)空間圖如圖3所示，只有子模塊在無備用的情況下故障，才會導致橋臂故障，因此，只有狀態(tài)4為故障狀態(tài)。則狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣T為：T=1-21λ21λ000μ1-μ-21λ21λ0002μ1-2μ-21λ21λ0003μ1-3μ-20λ20λ0004μ1-4μ]]>2)采用狀態(tài)空間法，得MMC橋臂各狀態(tài)概率Pi為：Σi=1nPi=1]]>PT＝P3)MMC橋臂正常狀態(tài)集合由狀態(tài)1、2、3、4組成，故障狀態(tài)集合由狀態(tài)5單獨構成，由所求各狀態(tài)概率累加得兩狀態(tài)集合概率；4)根據(jù)FD理論，得兩狀態(tài)集合的轉(zhuǎn)移頻率為：fs＝P4*4μ5)由圖3知MMC單個橋臂等效兩狀態(tài)可靠性模型的修復率為4μ，則平均修復時間為1/4μ；然后將正常狀態(tài)集合概率和狀態(tài)集合轉(zhuǎn)移頻率fs代入公式Pi＝fidi得橋臂平均無故障工作時間，進而得等效故障率；6)MMC各橋臂間存在串聯(lián)關系，任一橋臂故障都將導致MMC換流器故障，對橋臂等效兩狀態(tài)模型進行串聯(lián)卷積，求得MMC等效故障率和修復時間，進而得等效修復率。當前第1頁1 2 3