第２８卷第１期１００２００８年１月中国电机工程学报
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｍｅ
ＣＳ髓
Ｖ｜０１．２８Ｎｏ．１Ｊ趴．２００８
＠２００８Ｃｌｌｉｎ．Ｓｏｃ．ｆｂｒＥ１ｅｃ．Ｅｎｇ
文章编号：０２５８．８０１３（２００８）０１．０１００．０６中图分类号：嘲６１４；１Ｍ７１５文献标识码：Ａ学科分类号：４７０．４０风能大规模利用对电力系统可靠性的影响
．栗文义１，张保会１，巴根２
（１．西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市７１００４９；
２．内蒙古工业大学电力学院，内蒙古自治区呼和浩特市０１００８０）ＲｅｕａｂｍｔｙｈｐａｃｔｓｏｆＬ盯薛ＳｃａｌｅＵ伽功ｔｉ蚰０ｆｗｉｎｄＥｍｒ盱蛐ＥｌｅｃｔｎｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ
ＵＷ．ｅｎ．）ｒｉｌ，Ｚｍ～ＮＧＢａ０．ｈｕｉｌ，Ｂａｇｅｎ２
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎ百ｎ∞血ｇ，Ⅺ’锄ＪｉａｏｔｏｎｇＵ．ｎｉＶｅｒｓｉ吼Ｘｉ’锄７１００４９，Ｓｈａａｌｌ）【ｉＰｒ０Ｖｉｎｃｅ，ＣｈｉＩｌａ；２．ＥｌｅｃｔＩ＿ｉｃＰｏｗｅｒＣｏｌｌｅｇｅ，Ｉ妯ｅｆＭ０ｎ９０ｌｉａＰｏｌｙｔｅｃｈＪｌｉｃＵＩｌｉＶｅ璐ｉｔｙ，Ｈｕｌｌ｝１０ｔ０１００８０，ＩＩｌｌｌｅｒＭｏｎｇｏＨａＡｕ自ＤｎｏｍｏｕｓＲｅ酉ｏｎ，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：，ＩｋｗｉｎｄｉｓａｈｉｇｌｌｌｙＶａｒｉａｂｌｅ∞ｅ唱ｙｒｃｓｏｕｒｃｅ锄ｄｂｅｈａｖｅｓ
ｖｅｒｙｄｉｆｌ．ｅ崩ｌ廿ｙｆｍｍｏｍ盱ｅ∞ｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓ．１１ｌｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａＩｍｔｌｌｏｄｏｌｏｇｙｆｏｒｇｅ嗍ｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔ）ｒａｄｅｑｕａｃｙｅｖａｌｕａｌｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｓｙＳｔｅ璐ｉＩｌｄｕｍｎｇｗｉＩｌｄｅｎ镧醪ｕｓｉｎｇｓｅｑｕｅ砸ａｌＭ∞ｔｅＣａｒｌｏｓ洫Ｉｌｌａｌｉｏｎ．１１ｌｅｍｅｍｏｄｉｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｕｓｉＩｌｇａ托ｐｍｓ∞ｔａｔｉＶｅｒｅｌｉａｂｉｌ时ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ（ＲＢＴＳ）ｃｏｎｔａｉｎｉＩ培ｂ０恤ｃｏｎｖｅ嘶∞ａｌｇｅ９ｅｒａ吐ｎｇｕＩｌｉｔｓ粕ｄｗｉｎｄｅｍ略ｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ（ＷＥＣＳ）．ｎｌｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ０ｆｃｏｍｂｉｌｌｅｄｓｙｓｔｅｍｓｃｏｎｔａｊＩｌｉｎｇａｓ证哲ｅｗｉｎｄ细强锄ｄｍｍｔｉｐｌｅｗｉｎｄｆａｒＩＩｌｓｈａｓｂｅｅｎｃ∞ｓｉｄｅ耐．１ｋｓｍｄｉｅｓｓｈｏｗｍａｔｔｈｅｒｅｉｓｓ缸Ｄｎｇｒｃｌｉａｂｉｌｉｔｙｂｅ鹏ｆｉｔｓ硒ｓｏｃｉ砷ｅｄｗｉｔｌｌｗｉｎｄｅ舱曙ｙ谢Ｈｚａｄｏｎ．ｎｌｅ∞ｂｅ∞ｆｌｔｓｃ锄ｂｅｑｕ枷ｆｉｅｄｕｓｉＩｌｇｔｌｌｅｐｒ｛０ｐｏｓｅｄｔｅｃⅢｑｕｅ．
圈四ＷＤＲＤＳ；ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙ；ｒｅｌｉａｂｉⅡ哆；ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ；ｗ砌ｆｈ舢
摘要：风是一种非常易变的能源，其表现与其它形式的能源有很大不同。该文使用时序蒙特卡洛模拟法，提出一种含风能电力系统发电容量充裕度评估的方法，使用一个有代表性的可靠性测试系统（ｒｅｈａｂｍ哆ｔｅｓｔｓｙｓｔｅ釉，ｌｍＴＳ）阐述了该方法，此系统既含有常规发电机组也含有风能转换系统（ｗｉｎｄｅｎｅ曜ｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｗＥｃｓ）。对含有一个风场和多个风场混合系统的可靠性进行分析计算，结果表明，风能利用具有很大的可靠性效益，使用所提方法，可以量化这些效益。关键词：风能；可靠性；电力系统；风场
０引言
受清洁能源的推动，世界范围对风能大规模并网应用的需求一直在快速增长。但风是一种非常易基金项目：国家８６３高技术基金项目（２００６从０５２２４７）。
ｎｅＮａｌｉ∞ａｌＨｉｇｈ．ＩｂｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ锄ｄＤｅＶｅｌｏｐ眦ｎｔ０ｆＱＩｉｎａ（８６３Ｐｍｇｒａｍ）（２００６从０５２２４７）．变的能源，其表现与其它形式的能源有很大不同【１‘５】。因此，在大型并网电力系统中，评估风能大规模利用的影响是非常重要的。前人已开展了大量利用风能电力系统可靠性评估的工作【６－１２】。这些工作主要集中在与一个风场并联运行的电力系统可靠性方面，主要使用分析方法。但是，在电力系统大规模使用风能充裕度评估领域，相关文献非常少。
在含非常规发电机组的电力系统中，为了检验风能的可靠性贡献，本文使用时序蒙特卡洛模拟方法研究含一个风场和多个风场电力系统的可靠性，考虑并阐述了影响可靠性贡献的关键参数，如风场位置、系统负荷水平和风力发电机（ｗｉｎｄｔ吡ｂ妣ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ，ＷＴＧ）安装容量。然后，根据电力不足时间期望值（１０ｓｓｏｆｌｏａｄｅｘｐｅｃｔａｌｉｏｎ，ＬＯＬＥ）研究电力系统的可靠性。在下面的分析中，为了阐述所提概念，使用了３个地点的风数据和ＲＢＴＳ中常规发电机组的额定值和可靠性数据【ｌ３１，且假定风场由许多相同的ＷＴＧ组成。
１评估模型
含有风能电力系统充裕度评估模型如图１所示。整个发电系统由风力发电系统、常规发电系统组成，这两个系统产生的功率组合构成了整个系统的发电模型。风力发电机的功率输出取决于风速的随机性和时序变化性。可靠性评估由以下３个主要步骤组成：
（１）风速模拟。ｗＥＣＳ仿真涉及计算大量采样年多个ｗｒＧ每小时产生的风功率。ｗｒＧ每小时的功率输出取决于在某具体位置处每小时的风速。
万方数据
第ｌ期栗文义等：风能大规模利用对电力系统可靠性的影响１０１
风速随时间和位置变化，并且某一特定时间的风速与前面小时的风速有关。为了体现风的可变性，根据在一个具体位置处所测量的风数据，使用自回归
滑动平均（ａ＿ｕｔｏ—ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ锄ｄＩｎｏｖｉｎｇａｖｅｒａｇｅ，舢州Ａ）【１４】时间序列模型合成风数据ａ其一般表达式如下：
只＝缟ｙｒ－１＋晚ｙｆ一２＋……＋办ｙｆ一。＋％一
ｑ呸一。一皖ｑ一：一……一巴Ⅸ一。（１）式中：谚（ｆ＿１，２，．．．，，１）和口，（户１，２，．．．，ｍ）分别为模型的自回归和滑动平均系数；｛Ⅸ）为具有零均值和方差《的标准白噪声，即％∈Ｎ］Ｄ（ｏ’《），其中，ⅫＤ表示正态独立分布。
负荷
图１含风能电力系统可靠性评估模型ｎｇ．１ｌｋＵａｂｍ蚵ｅｖａｌｕａｎｏｎｍｏｄｄｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ
ｉｎｃｌｕｍｎｇｗｉｌｌｄ蛐ｅｒｇｙ
使用式（２），由时间ｆ的平均风速从、标准偏差谚和时间序列值ｖ．，可得到每小时的仿真风速弧粥：
Ｋ狮＝以＋ｑＭ（２）不同地点通常具有不同的风况。因此，代表不同地点的朋龇～时间序列模型是不一样的。本文使用来自３个不同地点的风速模型和数据进行研究。３个创ｍＡ模型表示参见文献［１５】。
（２）ｗＩ＇Ｇ模拟。每小时风速产生以后，使用描述ｗＴＧ功率输出和风速之间关系的函数可以确定ｗ，Ｉ＇Ｇ的可用功率输出。这个函数常被称作功率曲线，它用ＷｒＧ的运行参数来描述，主要参数是切入风速ｍ，１＇Ｇ开始产生功率的风速）、额定风速ｍ，，Ｉ＇Ｇ产生额定功率的风速）和切出风速【ｌ叫（ⅣｒＧ由于安全原因停运的风速）。
（３）整个系统充裕度评估。在发电容量充裕度评估中，主要关心的问题是评估发电设备满足总负荷需求的能力，它涉及建立发电模型、负荷模型和由这两个模型结合产生的系统风险模型【１７］。在时序蒙特卡洛模拟法中，在考虑任意机组故障的情况下，容量模型是按时间顺序建立的系统可用容量【１７Ｊ，负荷模型是按时间顺序排列的每小时负荷分布，某时刻可用系统备用是可用容量和负荷之间的差值，负的裕度表示电力不足情况。通过观察图２在足够长时间内的系统可用备用分布，可以得到系统的可靠性指标［１８】。
本文研究使用和计算的基本可靠性指标是臣ｏＬＥ，它表示发电系统满足系统总负荷的能力。使用式（３）可以得到一些采样年的点ｂＬＥ估计值：．
鼬：告厶（３）
Ⅳ智‘一式中：ｆｆ为第ｆ年的电力不足持续时间；Ⅳ为被仿真的总年数。若必要，从仿真中还可得到如电量不足期望值∞ｓｓｏｆｅｍｒ影ｅｘｐｅｃｔａｌｉｏｎ，ＬＤ髓）等指标ｎ孓１４１。
图２容量状态和按时序排列的负荷重叠图
（阴影区域表示负裕度）
Ｆｉｇ．２Ｓｕｐｅｒｉｍｐ０萄缸蛆ｏｆｔｈｅｃ印ａｃｉ皓疏吐鸭ａｎｄｔｈｅｃｈ抛ｌｌｏＩｏｇｉｃａｌｌ憾ｄｐ８ｎｅｒｎ（ｎ峙ｓｈａｄｅｄａ渤ｓ
№ｐ弛∞ｎｔａｎ锷ａｎＶｅｍ盯ｌｇｉｎ）
２单个风场情况研究
２。１仿真研究
把所建议的仿真步骤应用于ＲＢＴＳ。表２为针对砌≥ＴＳ使用表ｌ所示３个地点风数据所得到的五ｂＬＥ和点缸，它们是在三种风况下增加１００台ｗｒＧ机组前、后的值。增加的总ＷｒＧ容量是２２．５ＭＷ，年峰值负荷是１８５Ｍｗ。从表２可以看到，通过增加２２．５Ｍｗ的ｗｒＧ改善了ＲＢＴＳ的充裕度。由风况３数据获得的改善比其它两种风况大得多，因为它有更高的平均风速，因此提供了更好的风资源。
表１３个不同地点的风速数据
ｈｂ．１ｗｉｎｄｓｐｅｅｄ蛐ａｔ岫ｔｈ毗ｄ峨删ｓ№
表２增加１∞台Ｗ１ＩＧ前后的砌垤Ｓ可靠性指标
Ｔｈｂ．２Ｒｄｉ曲ｄｌｔｔｙｉｎｄｔ懈ｆｏｒｔｈｅＲＢＴＳｂｅｆｏ弛髓ｄ
ａｆｌ【ｅｒａｌｌｍ呜１∞ＷＴＧｕｎｉｔｓ
２．２平均风速的影响
ＷＥＣＳ的功率输出极易受现场风资源的影响，如果设备所在处风速变大，则功率输出将增加，从而对ＷＥＣＳ的可靠性能有积极的影响。为了说明这
充裕度指标 万方数据
１０２中国电机工程学报第２８卷种现象，通过倍增因子修改每小时平均风速，并用
其计算ＲＢＴＳ的玩ｏＬＥ。
图３表示在１００台哪机组情况下的玩ｏＬＥ。从图中可以看出，随风速倍增因子的增加，乩ＬＥ在早期阶段缓慢减少，在中期阶段快速下降，但在末端趋向于增加，。这可以通过ＷｒＧ的独特非线性
特性得到解释。当风速低于切入风速时，ｗＴＧ不运行；如果风速高于切出风速，由于安全原因，哪关闭。在这两种情况中，ｍ的功率输出均为零。
在切入风速和额定风速之间，ＷＴＧ的功率输出随风速增加；额定风速之后，维持额定功率输出。
譬０．８
、
毒ｏ．４
Ｏ
０１．Ｏ２．Ｏ３．Ｏ４．Ｏ
平均风速倍增因子
图３ＥＬｏＬＥ与风速倍增因子的关系曲线矾ｇ．３量＇ＬｏＬＥｖｅ惜吣喇ｎｄｓｐｅｅｄｍｌＩｌ６ｐＩｉ曲廿ｏｎｆａｃｔｏｒ２．３峰值负荷变化的影响
图４绘出了并入２２．５ＭＷＷＥＣＳ后ＲＢＴＳ的‰ＬＥ，它们是年峰值负荷的函数。年峰值负荷由１７５ＭＷ变化到２０５ＭＷ，每步增加５Ｍｗ。从图中可以看到ｗＥＣＳ的负荷承载能力效益增加了，这种效益可以由增加的峰值负荷承载能力（ｉｎｃｒｅⅡ屺ｎｔ—ｔａｌｐｅａｋｌｏａｄｃ狮咖ｇｃａｐａｃ埘，口ＬＣＣ）表示０１７Ｊ。具有２４０ＭＷ安装容量和１８５ＭＷ峰值负荷的原始ｌ氇ＴＳ的五ｂＬＥ是１．０５ｌｌ，年，它表示一年内峰荷将超过可用容量的期望小时数为１．０５。图４表示，把具有风况１的ＷＥＣＳ加到ＲＢＴＳ中以后，在五ｂＬＥ值为１．０５ｌｌ，年时，混合系统可以承载１８７ＭＷ的峰值负荷，因此，在这种情况下肌ＣＣ是２Ｍｗ。当把
图４ＥＬＯＬＥ与年峰值负荷的关系曲线
ｎｇ．４ＥＬＯＬＥｖｅ璐ｕｓａ肌ｕａｌｐｅａＩ【ｌｏａｄ
风况３
风况２
风况Ｉ
平均风速倍增因子
图５口ＬＣＣ与风速倍增因子的关系曲线
Ｆｉｇ．５ⅡｌＬＣＣＶ哪ｕｓ帧耐掣埘ｍｍｔｉｐｌｉｃａｔ衄ｆａｃｔｏｒ风况为２和３时的ＷＥＣＳ加到ＩｍＴＳ中后，吼ＣＣ大约为２．５ＭＷ和３ＭＷ。图５表示ＷＥＣＳ负荷承载能力效益随平均风速的增加而增加。
２．４ＷＥＣＳ容量的影响
图６表示把另外的ｗＴＧ容量加到系统上时‰的变化。从图６可以看到由ＷＥＣＳ容量产生的可靠性效益。开始时匠触的变化很大，当增加更多的ｗＴＧ机组时，这种变化趋向饱和。这种现象是由于在一个风场中的所有ＷＴＧ都服从该具体位置处的可用风资源。在此图中也可以看到，在具有不同平均风速的风场中，相同的ＷＥＣＳ产生了不同的可靠性贡献。对应风况３的曲线表示更好的可靠性，因为此风况对应的平均风速高于其它两种风况下的平均风速。
Ｏ２０４０６０８０ｌｏｏ
ｗｌｂ总容量，Ｍｗ
图６ＥＬｏＬＥ与ＷＴＧ总容量的关系曲线
ｎｇ．６正ｔｏｕｖｅ心啷ＷＴＧｔｏ叫∞ｐａｄ锣
２．５常规发电机组和Ｖ盯Ｇ之间可靠性贡献差异来自ＷＴＧ机组的电力是间歇性和不可调度的，因为这些非常规发电机组的功率输出很大程度取决于现场风资源的可用性。前面的讨论表明１Ｍｗ的ｗｒＧ不能承载相同容量常规发电机组所承载的同样数量负荷。因此，非常规风力发电机组的可靠性贡献不同于常规发电机组。在维持一定的可靠性标准情况下，通过在ＲＢＴＳ中增加不同的机组或由
所需数量的ｗｒＧ机组代替ＲＢＴＳ中的不同机组，可以检验这些影响。在原始ＲＢＴＳ中，系统的‰
是１．０４８８１１，年。对于所研究系统，假定这个五ＬｏＬＥ是可接受的，并选择它做为下面分析中的风险标准。
２
８
４
０
ｍ
瞄
¨
ｏ
万方数据
第１期栗文义等：风能大规模利用对电力系统可靠性的影响１０３首先，从ＲＢＴＳ中移去一台５ＭＷ的水电机组，
并由ｗＴＧ机组代替。图７表示既ｏＬＥ的变化，‰是不同地点增加的ＷｒＧ容量的函数。此图也表明标准‰ＬＥ是１．０４８８ｈ／年。当从ＲＢＴｓ中移去５Ｍｗ水电机组后，‰从１．０４８８ｈ，年增加１．５５０９ｈ，年。图７表明‰随ｗＴＧ容量的增加而减少。但
是，当在不同的地点增加风场时，减少的程度是不
一样的。对于不同的实际位置，代替５Ｍｗ水电机组所需的娜容量也是不同的。当使用风况３的风数据时，如果增加４２．１６ＭＷ的ＷｒＧ，点‰恤恢复到１．０４８８ｌｌ，年，这说明如果假定风场位于风况３的地方，４２．１６ＭＷ的ＷＴＧ能代替５Ｍｗ的常规发电机组。由ｗｒＧ容量与常规机组容量的比值可以表示常规机组和ｗＴＧ之间的等值关系。在本文中，把这个比值称作基于风险度的等值容量比伍ｓｋｂａｓｅｄｅｑｌｌｉｖａｌｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙ蹦ｏ，ＲＢＥＣＲ）。若ＲＢＥＣＲ是１０，那么一个单位的发电容量等值于１０个单位的ＷＴＧ容量，或一个单位的ＷｒＧ等值于Ｏ．１个单
位的常规发电机组。
表３表明了维持‰值为１．０４８８１１，年时所需的ＷＩ＇Ｇ容量和相应的ＲＢＥＣＲ值。对于风况１和２下的实际数据，模拟结果表明一个单位的常规容量分别近似等于１２和１０个单位的ｗｒＧ容量。
通过从ＩｕＢＴＳ中移去一台２０Ｍｗ的火力发电机组，进行了一项简单的研究。图８和表４表明了这一结果。从图８和表４可以看到，如果从ＲＢＴＳ中移去一台２０ＭＷ的常规发电机组，系统的可靠
一１?６
饕
０．４
表３相对于５ＭＷ常规发电机组的ｗＴＧ机组容量Ｔａｂ．３ＷｒＧｕｎｎ∞ｐ眦埘ｒｅｌａ廿ｖｅｔｏａ５ＭＷ
ｃｏ唧ｅｎ廿ｏｎａｌｇｅｎｅ腿６０ｎｕｎｉｔ
一６
鼍４
蛋：
０
ｗＴＢ总容量，Ｍｗ
图Ｓ２０ＭＷ火电机组从ＩｍＴＳ中移去后的
ＥＬＯＬＥ与ｗＴＧ总容量关系曲线
Ｆｉｇ．８正气。比ｖｅｒｓ吣ｔｏｔａｌＷＴＧ∞ｐａｄ锣ａ鼹哪ｎｉｎｇａ
２０ＭＷｔｈｅｍａｌｕＩＩｉｔｉｓｒｅｍｏｖｅｄｆ阳ｍｔｈｅＲＢＴＳ表４相对于２０ＭＷ常规发电机组的ＷＴＧ机组容量Ｔａｂ．４ＷＴＧｕＩＩｉｔ∞ｐａｃｎｙ他ｌａ６ｖｅｔｏａ２０ＭＷ
ｃｏｎｖ蚰６０ｎａＩｇｅｎｅｍｄ伽ｌｌｎｉｔ
性水平不能通过增加ＷＩ＇Ｇ去维持。如果把这些发
电机组安装在具有丰富风资源的地方，２０Ｍｗ的常规机组有可能由ｗｒＧ代替。
２．６平均风速对ＷＴＧ可靠性贡献的影响
针对ＩｍＴｓ，通过把平均风速增加到某一水平进行研究。首先从ｌ遇ＴＳ中移去一台５ＭＷ的常规发电机组，并由ＷＴＧ机组代替。假定ＷｒＧ位于风况３的位置。图９表示‰的变化，‰是不同平均风速下ｗｒＧ容量的函数，此图也表明标准‰ＬＥ为１．０４８８ｌｌ，年，‰随ｗｒＧ容量的增加而减少。在玩。雌值为１．０４８８ｔｌ／年时，对于不同的风
速水平，需要不同的风电容量。
针对不同的平均风速，表５表示为维持‰为１．０４８８ｌｌ，年所需的ＷｒＧ容量和这个容量与从ＲＢＴｓ中移去５Ｍｗ常规机组容量的比值。表５表明平均风速对ｗＴＧ代替常规机组的能力有很大影响。为了满足充裕度标准，在具有５．４２２ＩＩｌ／ｓ平均风速的地方，代替一台５Ｍｗ常规机组需要４５ＭＷ的ＷＴＧ机组。表５也表明，如果平均风速增加４０％，仅需１０ＭＷ的ＷＴＧ。
通过从ＩｍＴＳ中移去一台２０ＭＷ的机组，本文对此进行了进一步的研究。图１０和表６表示了这一结果。表６表明，如果平均风速是５．４２２Ｉｎ，ｓ，通过增加ｗＴＧ容量，维持点ｂＬＥ为１．０４８８１１，年是不可能的。在这样的风况下，‰ＬＥ为一个较高值时，五ｂＬＥ饱和。但是，如果平均风速增加２０％或更高，通过增加ＷＩ．Ｇ容量，维持这一可靠性标准是可能的。
万方数据
中国电机工程学报第２８卷
１?６
羲
。
ｗｒＧ总容量／Ｍｗ
图９移去５ＭＷ机组后风速对玩ｏＬＥ的影响
Ｆｉｇ．９ｈＩＩｐ敞ｔｏｆ硼ｎｄｓｐｅｅｄｏｎｍｅ露∞ＬＥａｓｓ唧吐ｎｇａ５ＭＷ删【Ｉｉｔｉｓ嗍们，ｅｄｆｒｏｍｔｈｅＲＢＴＳ
表５在不同风速下相对于５ＭＷ常规发
电机组的ＷＴＧ机组容量
Ｔａｂ．５ＷＴＧｕＩＩｉｔｓｒｅｌ棚ｖｅｔｏａ５ＭＷｃ蛐ｖｅｎ６仰ａｌｇｅｎｅｒａ‰ｎｌＩｌＩｉｔａｔ咖ｂ职ｎｔｗｉｎｄｓｐｅｅｄ
倍增因子平均风速鳆Ｉ慨）所需ｗｒＧ容量舢ｗ比值（ｗＴＧ容量，５）
一６
蒙
妒玳聃咖ｌｌｎｉｔａｔｍｆｆｅｍｎｔ耐ｎｄｓｐｅｅｄ
倍增因子平均风速鼬嘛）所需ｗ，Ｉｕ容量舢ｗ比值（ｗＩｔＧ容量，２０）
３多个地点情况研究
在下面的分析中，使用来自地点３和２处的风况数据，在ＲＢＴＳ中增加两个风场，然后比较有关的可靠性效益。每种情况增加的风电总容量都是２２．５ＭＷ，它们是１００台ＷｒＧ的容量之和，对于多个地点情况，每个地点都具有相同的总容量。表７分别表示描述不同系统结构的Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｄ四种情况和模拟中使用的数据。
表８表示表７中所示四种不同系统结构的基本充裕度指标。从表８可以看到，在风况３位置（情况Ｃ）增加单个风场以后，玩ｏＬＥ从１．０４８８ｈ／年（情况Ａ）减少到０．７３６６ｈ／年。如果把Ｗ１＇Ｇ机组放在两个不同的地点（情况Ｄ），这两个地点具有与情况Ｃ相同的风况（风况３），点；ＬｏＬＥ的值减少到Ｏ．６９５９ｈ，年。从两个具有不同风况（情况Ｂ）风场获得的可靠性效益低于从情况Ｃ和Ｄ获得效益，这主要是因为风况２具有较低地平均风速。这个例子清楚的说明风能独立性带来的可靠性效益。
表７具有不同系统结构的混合ＲＢＴＳ
’Ｉｈｂ．７Ｃ伽ｂｉｎｅｄＲＢＴＳｗｉｔｈｄｉｆｆｅ咖ｔ
ｓｙｓ钯ｍ∞ｎｆｉｇｕ阴蛞ｏｎｓ
表８２２．５ＭＷＷＴＧ机组增加前后ＲＢＴＳ的可靠性指标
（单个和多个风况比较）
Ｔａｂ．８Ｒｅｌｉａｂｍ锣ｉｎｍｃｅｓｆｏｒｔｈｅＲＢＴＳｂｅｆ吖ｅａｎｄａｆｔｅｒａｄｄｉｎｇ２２．５ＭＷＷ＇Ｉ＇ＧｕＩＩｉｔｓ（ｓｉｎｇｌｅａｎｄ
ｍｌｌｌｔｉｐｌｅｓｉｔｅｓｃ咖ｐａｒｉ∞吣）
对于使用非常规能源的电力系统，风的独立性可以产生积极的可靠性影响。如果在某一地理位置处风不够大，则ＷｒＧ机组要么无功率输出要么有很少功率输出。在特定时间和给定的地点，完全可能没有风，这样的环境下，在某个位置处的所有ｗｒＧ机组对系统不产生任何贡献。如果机组位于两个不同又相互独立的地方，则在这两个地方同时没有风的概率非常小，因此，ＷＴＧ功率输出为零的概率大大减少。ＷｒＧ的可靠性主要取决于当地风资源的可用率。就改善使用风能电力系统的可靠性而言，分布于相互独立地点的ＷｒＧ具有相当大的益处。
４结论
把所描述含风能电力系统充裕度评估的模型和方法用于ＲＢＴＳ中，该模型和方法使用时序蒙特卡洛模拟法进行含风能电力系统发电容量充裕度评估。为了研究把ｗＥＣＳ加到现有电力系统中后产生
万方数据
第ｌ期栗文义等：风能大规模利用对电力系统可靠性的影响
１０５
的可靠性效益和影响ｗＥＣＳ可靠性贡献的关键参数，进行了一系列充裕度分析，得到如下结论：ｗＥＣＳ对发电系统可靠性的贡献取决于许多因素，
这些因素包括风况和ＷｒＧ容量；在具有高平均风
速的地方，ＷＥＣＳ可以产生很大的可靠性贡献。本文表明韵结果非常明显的依赖于所研究的系统，包括容量构成、负荷分布和可用的风况。
研究了在电力系统中位于相互独立不同地点多个风场的可靠性效益。结果表明，在不同地点具有相对独立风况的风能产生很大的可靠性效益。对于给定的混合发电系统和风模型，可以量化这种效益，并且可以决定多个风场的增量效益。对于一定量的ＷＴＧ，随风场数量的增加，可靠性效益将增加，从一般的概念分析，它是很明显的。但是，本文的研究表明，随着风场数量的增加，这种效益趋向于饱和。从单个风场变动到两个风场的效益是最有效的。
参考文献
【ｌ】陈树勇，戴慧珠，白晓民，等．风电场的发电可靠性模型及其应【Ｊ】．中
国电机工程学报，２０００，２０（３）：２每２８．
ａ１吼Ｓｈｕｙｏｎｇ，ＤａｉＨ１ｌｊｚｌｌｕ，Ｂａｉ）（ｉ∞ｍｉＩＩ，ｅｔａ１．Ｒｄｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｄ
０ｆ
ｗ砌ｐｏｗ盯ｐｌ柚ｔｓ锄ｄ
ｉｔｓ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ【Ｊ】．Ｐｒｏｏ∞ｄｉｎｇｓｏｆｔ１１ｅＣＳＥＥ，
２０００，２０（３）：２６—２８（ｉＩＩ（＝ｈｉｎｅ∞）．
【２】王海超，鲁宗相，周双喜，等．风电场发电容量可信度研究【Ｊ】．中
国电机工程学报，２００５，２５（１０）：１０３．１０６．
ｗａｎｇＨ锄ｃｈａｏ，Ｌｕｚｂｎｇｘｉ卸ｇ，动ｏｕＳｈｕ锄ｇｘｉ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓａｒｃｈｏｎ血ｅ
ｃａｐａｃ时删ｉｔ０ｆｗｉｎｄｅｎｅ唱ｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓ［Ｊ１．ＰＩｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｌｌｅＣＳＥＥ，
２００５，２５（１０）：１０３—１０６（ｉｎＣＩｌｉ弛嘲．
【３】吴义纯，丁明，张立军。含风电场的电力系统潮流计算【Ｊ】．中国电
机工程学报，２００５，２５（４）：３６—３９．
ｗｕＹｉｃｂｕｎ，Ｄ洫ｇＭｉＩｌｇ，压ａｎｇＬ巧ｌｌｌｌ．Ｐ０ｗｃｒｆｌｏｗ柚ａｌｙｓｉｓｉｌｌｅｌｅｃｍｃａｌ
ｐｏｗｅｒ
ｎ咖ｏｒｋｓｉｎｄｕｄｉｌｌｇｗｉｎｄ陆舭【Ｊ】．Ｐｒｏｃｅｃｍｎｇｓｏｆ龇ＣＳ髓，
２００５，２５（４）：３６－３９（ｉｎＣ１１ｉｍｓｅ）．【４】
申洪，王伟胜．一种评价风电场运行情况的新方法【Ｊ】．中国电机工程学报，２００３，２３（９）：９ｍ９３．
Ｓｈｅｎ
Ｈｏｎｇ，Ｗ细ｇＷ色ｉｓｈｅｎｇ．Ａ
ｎｅｗｍｅ也ｏｄ
ｆｂｆｅｖａｌｕａｔｉｎｇ
ｏｐ啪ｄｏｎ
ｏｆ谢ｎｄｐｏｗｅｒｐｌａｍ【Ｊ】．Ｐｒｏｃｅｅｄｈｌｇｓｏｆ吐地ＣＳＥＥ，２００３，２３（９）：９０一９３（ｉｎＣｌｌｉｎｃｓｅ）．
【５］杨秀嫒，肖洋，陈树勇．风电场风速和发电功率预测研究【Ｊ】．中国
电机工程学报，２００５，２５（１１）：１．５．
Ｙａｎｇ）【ｉｕ”卸，Ⅺ∞Ｙ抽ｇ，ＣｈｅｎＳｈｕｙｏｎｇ．Ｗｎｄｓｐｅｅｄ觚ｄｇ印ｅｒａｌ踟
ｐｏｗｅｒ
ｆｏｎｅｃ觞血ｇｉｎ、Ⅳｉｎｄ伽１ｎ【Ｊ】．Ｐｒｏｏｅｅｄｉｎｇｓｏｆ吐圯ｃＳＥＥ，２００５，
２５（１１）：ｌ－５（ｉｔｌａ血ｅ∞）．【６】
Ａｌｌ锄Ｒ，ＢｍｉＩｌ咖Ｒ，ｓｂａ量１ｉｄｅｈｐ叭ｌｒｓＭ。ｅｔ
ａ１．Ｂｉｂｌｉｏｇｒａｐｈｙｏｎｍｅ
ａ印ｌｉｃａｔｊｏｎ
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ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｍｅＩｌｌｏｄｓ
ｉｎ
ｐｏｗｅｒ
ｓｙｓ咖ｒｅｌｉａｂｉｌｉｌｙ
ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，１９８２?１９８７【Ｃ】．蛐‰Ｍ锄ｎｇ，Ｎｅｗ
Ｙｏ咄，１９８８．
【７】
越ｌｃｎＲ，Ｂｉｌｌｉｎ由ＤｎＲ，Ｂｒｅｉｐｏｈｌ
Ａ
Ｍ，ｅｔ
ａ１．Ｂｉｂｎｏ卿ｈｙ
ｏｎ
ｍｅ
印ｐｌｉｃａ虹ｏｎ０ｆ
ｐｍｂ擞ｕｔｙｍＩ加ｄｓｉＩＩｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅｌｉａｂｉｌｉ哆
ｅＶａｌｕ撕ｏｎ，１９８７－１９９ｌ［Ｊ】．ｍ髓Ｔｒ姐ｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰ０ｗｅｒＳｙＳｔｅ雌，
１９９４，９（１）：４２－４４．【８］
灿ｌ锄Ｒ，Ｂｉｌｌｉｎ臼Ｄｎ
Ｒ，Ｂｒｅｉｐ砌ＡＭ，ｅｔａ１．ＢｉｂⅡｏｇｒａｐｈｙ
ｏｎ
ｍｅ
ａｐｐｌｉｃａ曲ｎ
ｏｆ
ｐｒｏｂａｂｉⅡｔｙｍｅｔｈｏｄｓｉｌＩｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ
ｍｌｉａｂｍｔ），
ｅＶａｌｕａｔｉｏｎ，１９９２＿１９９６【Ｊ】．蛐Ｔｒ眦ｓａｃｔｉｏｎｓ
０ｎ
Ｐｏｗｅｒ
Ｓｙｓ蛐ｓ，
１９９９，１４（１）；５１—５７．
【９】
Ｂｉｌｌｉｌｌｔｏｎ
Ｒ，Ｆ（姗Ｉｌｌｉ—ＦｉｎｌｚａｂａｄＭ，ＢｅｒｔｌｉＩｌｇＬ．Ｂｉｂｈｏ掣ａｐｈｙ
ｏｎ
ｍｅ
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ｍ劬ｏｄｓ纽ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ剃ａｂｉｌｉｌｙ
ｅＶａｈｌａｔｉｏｎ，１９９６—１９９９【Ｊ】．ｍＥＥＴｒ孤ｓａｃ曲ｍ０ｎ
Ｐｏｗ盯Ｓｙｓｔｅ娜，
２００ｌ，１６（４）：５９５—６０２．
【１０】Ｃ勰吨ＲｕｉＭＧ，Ｆｅｍｉｍ
ＬｕｉｓＡＦ
Ｍ．ＡｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｋＭｅｅｎ
ｃｔｌｌ．０ｎｏｌｏｇｉｃａｌ锄ｄ
ｐｍｂ舢ｓｔｉｃ
ｒｎｅ山ｏｄｓ
ｔ０髂ｄｍａｔｅｗｉｌｌｄ
ｐｏｗｅｒ
ｃａｐａｃ时ｃｒｅｄｉｔ【Ｊ】．ⅢＥＥＴｒ锄ｓａｃｄｏｎｓ
ｏｎ
Ｐｏｗｅｒ
ｓｙｓｔｅ傩，２００１，１６（４）：
９（）４—９０９．
【１１】ＡＩｍ卸ｄｏＭ，Ｌｅ妇血ｓｉＩｖａ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｒｎｏｎｔｅｃａｄｏｓｉｎｍｌａｄｏｎｔｏ
ｇｅｎｅｒａ甑ｇ
ｓｙｓｔｅｍｗｅＩＩ＿ｂｅｈｇａｎｄＩｙｓｉｓｃｏｎｓｉ出ｄｎｇ
ｒｅｒ删ｄｂｋ
ｓＤｕｒｃｅｓ【Ｃ】．８ｔ１１ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＣ０ｎ向蜘ｃｃｏｎ
Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓ血ｍ锄０ｄｓ
ＡｐｐｌｉｅｄｔｏＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ，Ａｍｅｓ，Ｉｏｗａ，２００４．
【１２】ＲａｊｅｓｈＫａｒｋｉ，ＰｏＨｕ．Ｗｌｎｄｐｏｗ盯ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄ吼ｆｏｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
ｅＶａｌｕａｔｉｏｎ［Ｃ】．ⅢＥＥＣ孤．Ｃｏｎｆ．Ｃｏｍｐｕｔ．Ｅｎｇ．，Ｓ雒ｋａｔＩ∞ｎ，２００５．【１３】ＢｉｌｌｉｎｔｏｎＲ，ＫｕｍａｒＳ，ｃｂｏｗｄｌｌｕｒｙＮ，ｅｔ
ａ１．Ａ他１ｉａｂｉｎｔｙ蜮ｓｙ姗ｎｆｏｒ
ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｐⅢｐｏ∞?ｂ硒ｉｃ
ｄａｔａ【Ｊ】．ⅢＥＥ
１ｈＩＩｓ孔ｄｏｎｓ
ｏｎ
Ｐ０ｗ盯
Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９８９，４（３）：１２３８一１２４４．ｆ１４】Ｂｊｌｌｉｎ芏ｏｎＲ，Ｃｈ锄Ｈ，Ｇ量ｌａｊａｒ
Ｒ．Ｔ曲ｅ－ｓｅｒｉ既脚ｄｅｌｓ
ｆｏｒｒｅｕａｂｉｌｉ哆
ｅＶａｌｕａｔｉｏｎｏｆ
ｐｏｗ盯ｓｙｓｔｅＩ璐ｉｎｄｕｄｉ】呜ｗ砌皿盯钉【Ｊ】．Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃ缸Ｄｎ
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉ时，１９９６，３６（９）：１２５３－１２６１．
［１５】栗文义，张保会，巴根．风＾柴，储能系统发电容量充裕度评估【Ｊ】．中
国电机工程学报，２００６，２６（１６）：６２—６７．
“ｗ．ｅｎｙｉ，动ａｎｇＢａｏｈｌｌｉ，Ｂａｇ肌．Ｃａｐａｃ时ａｄ。ｑｕ粥ｙｅｖ山ａｔｉｏｎ
ｏｆ
ｗｉＩｌｄ—ｄｉｅｓｅｌ?ｓｔｏｍｇｅ
ｓｙｓｔｅｍ【Ｊ】．ｎｏｃｅｅｄｉｒｌｇｓｏｆｔｌｌｅＣＳＥＥ，２００６，
２６（１６）：６２—６７（ｉｌＩＣ越∞ｓｅ）．
［１６】ＧｉｏｒｓｅｔｔｏＰ，ｕｔ蛐ｒｏｇｉＫＦ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍ即ｔｏｆ
ａ
ｎｅｗ
ｐｒｏｃ劬ｌ他ｆｏｒ
ｒｅｌｉａｂｉｌ姆ｍＤｄｅｈｎｇ
０ｆｗｉｎｄｎｌ而ｉｎｅ
ｇ∞ｅｒ呶鹏【Ｊ】．ⅢＥＥＴｍｎｓ∞石ｏｎｓ
０ｎ
ＰｏｗｅｒＡＦ咖ｓ卸ｄ
Ｓｙｓｔｅｌｍ，１９８３，ＰＡＳ－１０２（１）：１３４．１４３．
［１７】ＢｍｉＩｌｔｏｎＲ，Ａｎ姐Ｒ．Ｒ“ａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕ撕ｏｎｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅ船【Ｍ】．２ＩＩｄ
Ｂｄｉｔｉｏｎ．ＮｅｗＹｂｒｋ：ＰｌｅｎｕｍＰｒｅｓｓ，１９９６．
［１８】ＢｉｍｎｔｏｎＲ，ＬｉＷＹ．Ｒｅｌｉａｂｉｌ时硒ｓｅｓｓⅡ拼Ｉｔｏｆｄｅｃ缸ｃａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔ锄ｓ
ｕｓｉｎｇＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ
Ｉｍｔｔｌｏｄ［Ｍ】．ＮｅｗＹｏｒｋ：Ｐｌ锄ｕｍＰｒｅｓｓ，１９９４．
收藕日期：２００７一０４．２４。作者简介：
栗文义（１９６３—），男，博士研究生，主要研究方向为风力发电和可靠性，现在内蒙古工业大学电力学院从事教学和科研工作，Ｌｗｙｙｙｌｌ＠ｖｉｐ．ｓｉｎ乱ｃ叫ｌ；
张保会（１９５３—），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为
电力系统安全分析；
巴根（１９６７—），男，博士，主要研究方向为可再生能源发电和可
靠性。
（编辑王剑乔）
万方数据
风能大规模利用对电力系统可靠性的影响
作者：栗文义， 张保会， 巴根， LI Wen-yi， ZHANG Bao-hui， Bagen
作者单位：栗文义,张保会,LI Wen-yi,ZHANG Bao-hui(西安交通大学电气工程学院,陕西省,西安市,710049)， 巴根,Bagen(内蒙古工业大学电力学院,内蒙古自治区,呼和浩特市,010080)
刊名：
中国电机工程学报
英文刊名：PROCEEDINGS OF THE CHINESE SOCIETY FOR ELECTRICAL ENGINEERING
年，卷(期)：2008，28(1)
被引用次数：4次
参考文献(18条)
1.陈树勇.戴慧珠.白晓民风电场的发电可靠性模型及其应[期刊论文]-中国电机工程学报 2000(03)
2.王海超.鲁宗相.周双喜风电场发电容量可信度研究[期刊论文]-中国电机工程学报 2005(10)
3.吴义纯.丁明.张立军含风电场的电力系统潮流计算[期刊论文]-中国电机工程学报 2005(04)
4.申洪.王伟胜一种评价风电场运行情况的新方法[期刊论文]-中国电机工程学报 2003(09)
5.杨秀嫒.肖洋.陈树勇风电场风速和发电功率预测研究[期刊论文]-中国电机工程学报 2005(11)
6.Allen R.Billinton R.Shahidehpour S M Bibliography on the application of probability methods in power system reliability evaluation,1982-1987 1988
7.Allen R.Billinton R.Breipohl A M Bibliography on the application of probability methods in power system reliability evaluation,1987-1991 1994(01)
8.Allen R.Billinton R.Breipohl A M Bibliography on the application of probability methods in power system reliability evaluation,1992-1996 1999(01)
9.Billinton R.Fotuhi-Firuzabad M.Bertling L Bibliography on the application of probability methods in power system reliability evaluation,1996-1999 2001(04)
10.Castro Rui M G.Ferreira Luis A F M A comparison between chronological and probabilistic methods to estimate wind power capacity credit 2001(04)
11.Armando M.Leite da Silva Application of monte carlo simulation to generating system well-being analysis considering renewable sources 2004
12.Rajesh Karki.Po Hu Wind power simulation model for reliability evaluation 2005
13.Billinton R.Kumar S.Chowdhury N A reliability test system for educational purpose-basic data 1989(03)
14.Billinton R.Chen H.Ghajar R Tune-series models for reliability evaluation of power systems including wind energy 1996(09)
15.栗文义.张保会.巴根风/柴/储能系统发电容量充裕度评估[期刊论文]-中国电机工程学报 2006(16)
16.Giorsetto P.Utsurogi K F Development of a new procedure for reliability modeling of wind turbine generators 1983(01)
17.Billinton R.Allan R Reliability evaluation of power systems 1996
18.Billinton R.Li W Y Reliability assessment of electrical power systems using Monte Carlo method 1994
相似文献(10条)
1.会议论文刘波.张焰.吴昊考虑风电场影响的发输电系统可靠性评估2008
风能具有随机波动性，使其与常规能源相比在可靠性建模上有所不同。本文对含有风电场的发输电系统可靠性进行了研究。考虑了风速的时序性和自相关性、风电机组功率特性以及强迫停运的影响，在此基础上与输电网可靠性模型相结合，在满足系统安全性约束条件下，建立了以电网最大负荷供应能力为目标的发输电系统可靠性评估模型。该模型可用于评估风电场并网后对输电网可靠性的影响。采用IEEE-RTS96测试系统，对反映风电场影响的相关可靠性指标进行了分析计算，研究结果可为风电场接入电网方案的合理制定提供科学决策依据。
2.学位论文王宇风光互补发电控制系统的研究与开发2004
可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。在当前可利用的几种可再生能源中，太阳能和风能是利用比较广泛的两种。太阳能和风能在资源条件和技术应用上都有很好的互补特性，在电能作为能量主要能量消耗形式的当今社会，综合考虑太阳能和风能在多方面的互补特性而建立起来的风光互补发电系统是一种经济合理的供电方式。该供电方式在解决边远地区的能源供应问题中发挥着积极的作用。关于风光互补发电的推广应用，系统的优化设计和运行控制是两个研究重点，前者是根据系统应用地点的资源条件和负载特性对系统各个部件进行合理的选型以达到最小投资配置；后者则是通过对系统的动态运行分析，提出切实可行的运行控制策略，而后采取相应的技术手段实现系统可靠、高效地运行，减少系统的运行维护，也是体现系统设计初衷的有力保障。本文以可再生能源的综合利用为指导思想，结合风能、太阳能特点，从风光互补发电系统的结构上认真分析了系统在整个运行过程中能量产生、转换、储备和消费各个环节的工作方式，归纳提出了切实可行的运行控制策略，然后结合微计算机控制技术，以单片机为核心设计开发了风光互补发电的监测控制系统。开发出的控制系统成功地应用到实际的工程实践中，得到了很好的运行控制效果，与以往采用模拟分离元件构成的控制器件相比体现出有更好的可靠性和灵活适应性，可以通过控制系软件调整来满足风光互补发电系统设计上的要求。这有利于形成系列化的产品，达到推动风能、太阳能利用产业化、市场化的目的，并为最终因地制宜地开发利用风能太阳能提供必要的前提条件。由于风光互补发电系统的结构复杂，影响运行控制的因素很多，本文也只是在着重考虑经济性、可靠性的基础上进行控制系统的研发，若再从风光互补发电系统运行高效性方面考虑，控制系统还可以进一步完善，文章在这方面提出了相关建议，为风光互补发电系统运行控制的深入研究和控制系统的不断完善提供了参考。
3.期刊论文张湘艳.卫志农.ZHANG Xiang-yan.WEI Zhi-nong风力发电对孤立系统电源可靠性的影响-江苏电机工
程2006,25(3)
对于小型孤立系统,风能是柴油燃料有效的替代能源,但对系统可靠性会产生一定的影响.采用蒙特卡罗法模拟柴油发电机组的停运,用威尔分布描述风速,并得到风力发电机出力,在此基础上用确定性准则和概率方法相结合,对增加风力发电机组后对孤立系统可靠性的影响进行了分析.
4.学位论文钟勇风光互补发电系统中蓄电池充放电控制器的研究2006
可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。太阳能和风能是可再生能源中利用比较广泛的两种。太阳能和风能在资源条件和技术应用上都有很好的互补特性，在电能作为能量主要能量消耗形式的当今社会，综合考虑太阳能和风能在多方面的互补特性而建立起来的风光互补发电系统是一种经济合理的供电方式。该供电方式在解决边远地区的能源供应问题中发挥着积极的作用。由于风能和光能的随机性、间歇性，为满足稳定、持续的生活用电和生产的需要，一般加入蓄电池或超级电容等储能环节。风光互补发电系统可研究的内容很多，如风光互补系统的优化设计和运行控制、风光发电中最大功率（MPPT）控制、光伏发电中对太阳的自动跟踪控制、蓄电池直流供电、蓄电池逆变交流供电等。本文主要有以下特点：（1）进行风光互补发电对蓄电池充放电控制的研究；（2）以PIC16F874单片机为控制芯片，通过系统软件调整来满足对蓄电池智能充放电控制；（3）与以往采用模拟分离元件构成的控制器件相比体现出有更好的可靠性和灵活适应性；（4）有利于形成系列化的产品，达到推动风能、太阳能利用产业化、市场化的目的，并为最终因地制宜地开发利用风能太阳能提供必要的前提条件。由于风光互补发电系统的结构复杂，影响运行控制的因素很多，本文也只是在着重考虑蓄电池作为储能环节在整个风光互补系统的经济性、可靠性的基础上进行风光互补蓄电池充放电控制系统的研究，若再从风光互补发电系统运行高效性方面考虑，控制系统还可以进一步完善，文章在这方面提出了相关建议，为风光互补发电系统运行控制的深入研究和控制系统的不断完善提供了参考。
5.学位论文彭鹄含风力发电的发输配电系统可靠性综合评估2007
本文结合国家自然科学基金资助项目“配电网络最优切换免疫模型和算法研究(No.50307015)”对含风力发电的发输配电系统进行了可靠性综合评估。
随着能源需求的日益增长与新能源的不断开发和利用，风能作为可再生清洁能源越来越受人们的重视，风力发电是新能源中最具有发展前景的一种发电方式。但风能具有随机性和间歇性特点，大规模风力发电并网后会对电力系统的安全稳定运行带来一定的影响。为研究风力发电对电力系统可靠性的影响，本文采用序贯蒙特卡罗模拟法，建立了风电场可靠性模型，充分考虑了风能随机性和间歇性，结合基于开关影响的配电网可靠性算法对含风力发电的发输配电系统可靠性进行综合评估。本文所做的主要工作如下所示：
(1)本文简单介绍了蒙特卡罗模拟法的基本思想以及蒙特卡罗模拟法的分类，详细介绍了序贯蒙特卡罗法的原理和特点，并应用该方法对RBTS系统进行了仿真计算。将该算法的计算结果与状态枚举法的计算结果相比较，验证了该算法的有效性和实用性。
(2)根据文中开关对的定义提出了基于开关影响范围的复杂配电网可靠性评估顺流算法。该算法仅对原网络进行顺潮流搜索，确定开关对的影响范围以及开关对间父子关系矩阵，并采用稀疏技术存储这些关系矩阵。枚举故障时以开关对为单位，仅需对已知的开关对影响范围和开关对间父子关系矩阵进行遍历搜索即可形成系统的故障影响范围。由于系统中某开关对内的节点具有相同的节点故障类型，因此可进一步得到系统可靠性指标。
(3)根据风能随机性和间歇性的特征，建立了符合风能特性的服从正态分布的随机概率模型。通过大量数据分析可知，该模型及其服从正态分布的随机数产生方法，符合一个地区风速正态分布的实际情况，并能较快速、准确地模拟一个仿真时间段内具有风能特性的随机风速。
(4)根据风速模型，结合常规机组、线路和变压器等的状态模型以及负荷模型，建立了基于序贯蒙特卡罗仿真的风电场可靠性模型。将风电场可靠性模型与发输电组合系统相结合，对含风力发电的发输电组合系统可靠性进行评估，形成发输电组合系统可靠性指标；根据这些指标的计算建立了与配电系统相联节点的多状态机组等值模型，并采用基于开关的配电网可靠性算法计算风电场对发输配电系统可靠性的影响，实现发输配电系统的可靠性综合评估。
(5)应用基于开关的配电网可靠性算法对RBTS系统以及实际的工程系统进行了仿真计算，证实了该算法的有效性和工程实用性；结合该算法对含风力发电的RBTS系统进行了序贯蒙特卡罗仿真计算，形成了发输电组合系统多状态机组等值参数，实现了对含风电场的发输配电系统可靠性综合评估，并分析了风电场穿透功率以及风速对系统可靠性的影响。
6.期刊论文栗文义.张保会.巴根.LI Wen-yi.ZHANG Bao-hui.Bagen风/柴/储能系统发电容量充裕度评估-中国电
机工程学报2006,26(16)
提出一种用于含风能和能量储存设备的小型孤立电力系统(SIPS)发电容量充裕度评估仿真方法.该仿真方法根据每小时计算的随机事件模拟发电系统的运行历史记录,考虑现场风资源的时序性、系统中发电机组的故障和修复特性.使用几个样例系统说明了该方法的应用,该系统的充裕度取决于许多因素,它们是能量储存容量、系统负荷需求、风能注入水平、发电机组强迫停运率(FOR)和其地理位置.能量储存设备对该系统可靠性能有积极的影响;SIPS随着系统负荷的增加,充裕度减少;风力发电机组FOR的变化对系统充裕度的影响不大;增加风能注入水平可以改善可靠性;位于高平均风速处的系统明显比低平均风速处的系统可靠性高.
7.学位论文蔡国营基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪研究2009
随着环境污染的加剧和能源危机的加深，风能开发等新能源利用技术成为世界研究的热点课题。永磁直驱风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点而成为研究的重点机型，掌握其运行特性和提高风电机组的风能捕获效率是风力发电领域的重要研究课题。
最大功率跟踪(MPPT)策略是提高风电系统功率转换效率的重要方法。本文系统研究了风力发电系统的运行原理，对永磁直驱风力发电系统进行了详细的理论研究，重点研究基于爬山搜索法的最大风能追踪控制策略，并提出了相应的控制目标和实现方法，以期实现系统的优化及可靠运行。
论文首先介绍了课题的研究背景和意义，综述了国内外风力发电发展概况；为简化结构、降低成本及提高可靠性，本文提出了包含永磁同步发电机、二极管整流桥及斩波器的改进型的小型风力发电系统结构；在分析系统工作原理基础上，建立系统部件的数学模型及完整的系统仿真模型。
针对实验室现有的永磁直驱风力发电系统，基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了相应的仿真平台，开发了改进型的小型风电系统仿真模型。针对本文研
究的控制目标，本文提出了变斜率MPPT控制策略，并进行了相关MPPT控制的仿真研究，仿真结果验证了最大功率跟踪控制策略的正确性和可行性；与传统固定步长MPPT、变步长扰动控制策略相比，本文的控制方法有效提高了最大功率跟踪的快速性和准确性，进而提高了风能转换效率。
本文的工作为今后完善小型风力发电系统研究提供了理论依据，对提高小型风力发电系统的整体效率及可靠性具有重要的理论意义和实际应用价值。
8.期刊论文马立克.王成山.Maliki Guindo.WANG Cheng-shan计及风能/光能混合发电系统的配电系统可靠性分析
-电力系统自动化2005,29(23)
在电力市场条件下,由于太阳能和风能发电成本逐渐降低,其开发正日益加速.当这些电源连接到配电系统时,有可能提高或者降低系统的可靠性.文中研究了风能/光能混合发电系统作为电源连接到现有农村配电网后对配电网可靠性的影响,把研究结果与单纯风力发电系统连接到配电系统的结果相比较,从而证明了混合发电系统联网的优点.
9.学位论文吴义纯含风电场的电力系统可靠性与规划问题的研究2006
随着能源需求增长与化石燃料资源日趋枯竭的矛盾日益突出，洁净的可再生能源越来越受到人们的欢迎和重视，风力发电是新能源中最具有经济发展前景的一种发电形式。但风能具有间歇性和随机性的特点，大规模风电并网后会对电力系统的安全稳定运行带来一定的影响。本文采用蒙特卡罗仿真方法，深入研究了风能的随机性和电力系统运行中的不确定性，建立了含风电场的发输电系统概率分析模型，研究风电的特性和评估其对电力系统的可靠性与规划影响。
主要完成的研究内容有：
(1)研究风能资源特性，建立风能的概率统计模型和预测模型。用Weibull分布作为风电场风速概率统计模型，根据实测的风速数据提出应用极大似然法求解风速概率分布参数，由此估算出能直接体现风能资源状况的风能特征指标值，为风电场风能资源评估提供重要参考价值。风速是一个典型的时间序列，采用时间序列法建立的风速序列预测模型，算例说明利用ARMA模型预测得到的风速序列能反映风电场风速分布特性。
(2)基于蒙特卡罗方法研究风力发电机组的可靠性模型。在风能的概率统计模型和预测模型基础上，充分考虑风能的随机特性和风力发电机组强迫停运率等不确定因素，结合负荷模型，分别提出基于序贯和非序贯两种蒙特卡罗方法实现风电机组的可靠性评估，并研究风电机组的投资及其动态经济性评价。
(3)研究风电场的稳态模型和含风电场的电力系统可靠性模型。提出了风电场的稳态分析模型，该模型考虑了风电场的尾流效应、风电机组输出功率与尖速比和滑差等之间的函数关系；应用该模型计算含风电场的电力系统的潮流分布，通过算例说明其有效性。
将风电场的可靠性模型与电力系统模型相结合，提出基于序贯蒙特卡罗方法评估含风电场的发输电系统可靠性，计算了风电容量可信度、风电场对电量不足期望值贡献系数等风电可靠性指标，研究风电场对电网可靠性的贡献和经济效益评价，为评估风电的经济价值和风电场的规划设计、风电场接入电网方案奠定理论基础。
(4)基于遗传算法分别研究离网型和并网型风力发电系统的容量扩展规划。提出基于改进遗传算法的风力—柴油联合发电系统容量扩展规划模型，在满足系统规划和运行等非线性约束条件下，寻求总成本最小的容量扩展方案。在模型中采用蒙特卡罗方法计算系统的概率性发电成本，不仅考虑了风速随机性、机组随机停运、风速序列和负荷序列相关性，而且考虑了风电穿透功率极限的约束。
在风电场的可靠性模型基础上，采用概率性方法对含风电场的发电系统进行随机生产模拟，通过采用改进遗传算法实现优化电源决策，实现含风电场的电力系统电源发展规划。
10.学位论文熊立新变速直驱开关磁阻风力发电机输出功率控制2009
作为一种可再生无污染的新型能源，风能的利用日益得到重视，风力发电技术
也成为各国学者研究的热点。发电机作为风力发电系统的关键组成部分，直接影响
到整个系统的性能。目前现场使用的风力发电机可分为异步发电机、双馈异步发电
机和同步发电机。异步发电机的发电转速近似于恒定值，风速变化时转速不变使得
风能利用效率不能保持最优值。另外由于风力机转速较低，异步发电机的运行转速
较高，因此需要在风力机和发电机间安装增速齿轮箱，由此带来了额外的功率损失，
而且增速齿轮箱造价昂贵，维护保养工作量大，影响系统的可靠性。双馈异步发电
机虽然可以随着风速的变化改变转速，提高风能利用效率，但电机结构复杂、变速
范围小、低速时发电效率低，因此仍然需要使用增速齿轮箱。为省去齿轮箱，一些
厂商推出了变速直驱同步发电机，包括电励磁同步发电机和永磁同步发电机两种。
电励磁同步发电机存在极数多、直径大、结构复杂、制造困难等缺点，永磁同步发
电机需要使用永磁材料，永磁材料价格高且高温下易退磁，影响对风能的利用。
实现发电机的变速直驱运行是风力发电技术的一个发展趋势，为此需要研究新
的发电机来进一步提高风能利用率。开关磁阻发电机(Switched Reluctance
Generator，简称SRG)变速范围宽，低速性能好，电机损耗小，运行效率高，输出
为恒压直流电，易于并网，在风力发电中应用时可省去齿轮箱，提高风能的利用率，
这些特点使得SRG非常适合用到变速直驱风力发电场合中。20世纪90年代以来，
开关磁阻风力发电系统已经在文献中有所报道，目前这方面的研究尚处于起步阶
段，大都是进行理论仿真或试验验证，对SRG的输出功率控制、开关磁阻风力发
电系统的输出功率控制问题尚没有深入、系统的研究，影响了开关磁阻风力发电机
的现场实用化运行。
本文围绕开关磁阻风力发电机的输出功率控制技术，展开了较为全面的从理论
到实践、从仿真到试验的研究和探索，主要内容有以下几条:
1、对目前国内外风力发电机的研究现状进行了分析总结，探讨了开关磁阻发
电机在风力发电场合中应用的可能性，并提出了SRG相比于其它发电机的优势，
阐述了研究开关磁阻风力发电技术的意义。
2、提出了开关磁阻发电机输出功率的控制原则。目前国内外对开关磁阻发电
机的研究多集中在SRG的控制方法上，对SRG输出功率与控制参数的关系尚未有
系统研究。本文基于开关磁阻发电机的线性模型推导了SRG输出功率与控制参数
的数学关系，在MATLAB中建立了模型，对影响开关磁阻发电机输出功率的控制
参数进行了逐一仿真分析，提出了SRG输出功率的控制原则。
3、提出了一种自动改变步长的功率扰动控制方法来实现开关磁阻风力发电系
统的最大风能跟踪。目前应用在开关磁阻风力发电系统的最大风能跟踪方法主要有
风速跟踪控制方法和转速反馈控制方法，这两种方法都需要明确知道风力机的功率
特性，风速跟踪控制方法还需要安装风速测量装置，影响系统长期运行的可靠性。
本文提出了一种自动改变步长的功率扰动控制方法来跟踪风能变化，使用时无需安
装风速测量装置，也无需知道风力机机械参数，实现了风力机和发电机间的解耦控
制，并能提高系统对风能的利用率。
4、建立了开关磁阻风力发电系统的仿真模型。为了更好的对开关磁阻风力发
电系统的控制方法进行研究分析，在MATLAB中建立了开关磁阻风力发电系统的
模型，对最大风能跟踪方法的使用效果进行综合的衡量比较，证明了自动改变步长
的功率扰动控制方法跟踪效果明显优于定步长的功率扰动控制方法。
5、设计开发了开关磁阻发电机控制器。开关磁阻电机是典型的机电一体化的
产品，必须使用控制器才能完成电机的励磁、发电运行。本文基于三相不对称半桥
电路设计了SRG控制器，实现了电流信号、电压信号、定转子位置信号的采集与
处理，使用DSP芯片做核心CPU，完成对电机的控制。
6、建立了开关磁阻风力发电系统的模拟试验平台。由于风能具有不确定性，
进行现场试验会受诸多条件的制约。为了在试验室中更好的模拟风力发电现场的运
行情况，本文建立了开关磁阻风力发电系统的模拟试验平台。使用直流电动机做原
动机，使用PC机和直流电动机控制器模拟风能变化情况，在PC机上输入欲模拟
的风速曲线，通过直流电动机控制器对直流机进行控制，使整个系统的运行特性能
够模拟风力发电现场。
7、为了验证开关磁阻风力发电系统的实际可行性，本文设计了一套10kW开
关磁阻风力发电装置并投入到现场运行，通过现场试验进一步验证了本文提出的控
制理论和控制方法的正确性，并给出了部分现场数据。
仿真及试验证明本文提出的开关磁阻发电机输出功率的控制原则是正确的，使
用本文提出的自动改变步长的功率扰动控制方法可以跟踪风速变化，输出最大功
率，该控制方法不需要明确知道风力机的机械参数，也无需测量风速，易于工程实
现。现场应用表明开关磁阻风力发电机的起动风速低，风能利用范围宽，可以实现
变速直驱运行，开关磁阻风力发电技术的推广应用对于今后风力发电技术的发展具
有十分重要的意义。
关键词:开关磁阻发电机;风力发电;最大输出功率;最大风能跟踪;自动改变步长;建模和仿真;现场实现
引证文献(3条)
1.孙荣富.CHANAN Singh.程林.孙元章瞬时状态概率和方差减少技术在短期可靠性评估中的应用[期刊论文]-中国电机工程学报 2009(28)
2.徐遐龄.查晓明.林涛微电网小干扰稳定概率分析[期刊论文]-高电压技术 2009(12)
3.顾为东风力发电非并网系统的模型试验[期刊论文]-江苏大学学报（自然科学版） 2009(3)
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