本發(fā)明屬于電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，涉及一種新能源柔性直流并網(wǎng)可靠性估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟(jì)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(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。目前，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源開發(fā)已進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化階段，尤其是風(fēng)能的開發(fā)，傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)方式以交流加靜止無功補(bǔ)償器(SVC)的方式接入公用電網(wǎng)，但隨著風(fēng)能開發(fā)規(guī)模的加大，柔性直流并網(wǎng)成為風(fēng)能并網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，如圖1，風(fēng)能發(fā)電具有典型的波動(dòng)性與間歇性特點(diǎn)，傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估指標(biāo)與方法已難以滿足風(fēng)能并網(wǎng)系統(tǒng)的精準(zhǔn)評(píng)估需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種新能源柔性直流并網(wǎng)可靠性估計(jì)方法，該方法能夠準(zhǔn)確估計(jì)得到風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的可靠性。為達(dá)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(jì)方法包括以下步驟：1)確定風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量，給定風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的故障率，再進(jìn)行風(fēng)速抽樣，然后根據(jù)風(fēng)速抽樣的結(jié)果及風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量構(gòu)建風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的出力模型，并根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的出力模型及風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的故障率計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組出力，并將所述風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組出力作為風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的發(fā)電量；2)統(tǒng)計(jì)模擬時(shí)間內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的總出力，確定風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的平均出力期望，然后計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的平均出力期望與風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的裝機(jī)容量之比，并將計(jì)算的結(jié)果作為風(fēng)電場(chǎng)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(gòu)建MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型，同時(shí)構(gòu)建直流輸電網(wǎng)絡(luò)中輸電線路的可靠性模型；4)采用串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)法將直流輸電網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行組合，計(jì)算組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障率、平均故障時(shí)間及等效故障率，然后根據(jù)組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障率、平均故障時(shí)間及等效故障率計(jì)算組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的不可用率U；5)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障受阻電量ESF及組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ，然后根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障受阻電量ESF、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ以及組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的不可用率U估計(jì)風(fēng)電場(chǎng)接入直流輸電網(wǎng)絡(luò)后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的可靠性。風(fēng)電場(chǎng)容量因子C的表達(dá)式為：C=ETAT×SN---(6)]]>其中，T為統(tǒng)計(jì)模擬時(shí)間，ETA為統(tǒng)計(jì)模擬時(shí)間內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的實(shí)際發(fā)電量，SN為風(fēng)電場(chǎng)額定容量。風(fēng)電場(chǎng)的功率送出概率Pout的表達(dá)式為：其中，SN為風(fēng)電場(chǎng)額定容量。組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障受阻電量ESF的表達(dá)式為：ESF＝8760(C×SN-SEQ)(8)組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ的表達(dá)式為：風(fēng)速抽樣的結(jié)果為：v＝c[lnX]1/k(4)其中，v為風(fēng)速，X為均勻分布隨機(jī)變量，k為威布爾分布形狀參數(shù)，c為風(fēng)電場(chǎng)的尺度參數(shù)。風(fēng)電場(chǎng)機(jī)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(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的功率，PR為風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的輸出功率額定值，Vci為風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組要求的最小風(fēng)速，VR為風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的額定風(fēng)速，Vco為風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的切出風(fēng)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(jì)方法在具體操作時(shí)，采用串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)法將風(fēng)電場(chǎng)接入到直流輸電網(wǎng)中，構(gòu)建直流輸電網(wǎng)絡(luò)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(luò)法將各MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性模型進(jìn)行組合，計(jì)算出組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的不可用率U、故障受阻電量ESF及等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ、以及風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出概率Pout，再根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障受阻電量ESF、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ以及組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的不可用率U估計(jì)風(fēng)電場(chǎng)接入直流輸電網(wǎng)絡(luò)后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的可靠性，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障受阻電量ESF及組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ重新定義，提高估計(jì)的精準(zhǔn)度。附圖說明圖1為接入風(fēng)電場(chǎng)后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為風(fēng)電機(jī)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(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)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(jì)方法包括以下步驟：1)確定風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量，給定風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的故障率，再進(jìn)行風(fēng)速抽樣，然后根據(jù)風(fēng)速抽樣的結(jié)果及風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量構(gòu)建風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的出力模型，并根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的出力模型及風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的故障率計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組出力，并將所述風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組出力作為風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的發(fā)電量；2)統(tǒng)計(jì)模擬時(shí)間內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的總出力，確定風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的平均出力期望，然后計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的平均出力期望與風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的裝機(jī)容量之比，并將計(jì)算的結(jié)果作為風(fēng)電場(chǎng)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(gòu)建MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型，同時(shí)構(gòu)建直流輸電網(wǎng)絡(luò)中輸電線路的可靠性模型；4)采用串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)法將直流輸電網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行組合，計(jì)算組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障率、平均故障時(shí)間及等效故障率，然后根據(jù)組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障率、平均故障時(shí)間及等效故障率計(jì)算組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的不可用率U；5)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障受阻電量ESF及組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ，然后根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的功率送出概率Pout、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的故障受阻電量ESF、組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ以及組合后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的不可用率U估計(jì)風(fēng)電場(chǎng)接入直流輸電網(wǎng)絡(luò)后直流輸電網(wǎng)絡(luò)的可靠性。風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的出力取決于風(fēng)速，首先建立風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速模型，目前，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)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(shí)間序列模型。本文選用威布爾分布模型進(jìn)行風(fēng)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(fēng)電場(chǎng)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(jī)變量，反變換法的基本原理是：對(duì)于服從[0,1]上均勻分布的隨機(jī)變量U，則隨機(jī)變量X＝F-1(U)為一個(gè)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(jī)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(jī)變量。風(fēng)電機(jī)組的輸出功率受風(fēng)速變化影響，其關(guān)系曲線被稱為風(fēng)電機(jī)組功率特性曲線，圖2為一典型的風(fēng)電機(jī)組功率特性曲線，當(dāng)風(fēng)速低于切入風(fēng)速Vci時(shí)，機(jī)組出力為0MW；當(dāng)大于Vci時(shí)風(fēng)機(jī)開始啟動(dòng)，在Vci與額定風(fēng)速VR之間時(shí)，其關(guān)系為非線性正相關(guān)；當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大，在VR與切出風(fēng)速Vco之間時(shí)，風(fēng)機(jī)輸出功率為額定值PR；當(dāng)風(fēng)速進(jìn)一步增大，超過Vco時(shí)，為了風(fēng)機(jī)安全，風(fēng)機(jī)將自動(dòng)退出運(yùn)行。由于AB段曲線近似為直線，因此風(fēng)電場(chǎng)機(jī)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(píng)估指標(biāo)體系1)僅受輸電系統(tǒng)本身設(shè)備停運(yùn)影響，能夠反應(yīng)HVDC輸電系統(tǒng)最大輸送能力的基本可靠性指標(biāo)。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(yùn)行狀態(tài)概率PiHVDC輸電系統(tǒng)可能有不同的運(yùn)行狀態(tài)，如雙極LCC-HVDC(單12脈)輸電系統(tǒng)存在100％容量運(yùn)行、50％容量運(yùn)行和0％容量運(yùn)行三種運(yùn)行狀態(tài)，因此用Pi分別表示各運(yùn)行狀態(tài)概率如下：P1為100％容量運(yùn)行概率；P0.5為50％容量運(yùn)行概率；P0為0％容量運(yùn)行概率。3.HVDC輸電系統(tǒng)平均故障持續(xù)時(shí)間Da(h/a-1)4.系統(tǒng)總等值停運(yùn)時(shí)間TEOT(h/year)TEOT=f0Df0+12f0.5Df0.5=8760(P0+12P0.5)]]>其中，Df0.5為50％容量運(yùn)行平均持續(xù)時(shí)間；Df0為0％容量運(yùn)行平均持續(xù)時(shí)間，f0.5為單極故障頻率；f0為雙極故障頻率。2)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)出力特性，反應(yīng)HVDC輸電系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)可靠性實(shí)際影響的風(fēng)電HVDC并網(wǎng)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。1.效容量SEQ(MW)效容量SEQ(MW)是將整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)與輸電系統(tǒng)聯(lián)合視為接入交流主網(wǎng)的一臺(tái)等效大容量發(fā)電機(jī)，考察其T小時(shí)(一般認(rèn)為T足夠大)內(nèi)的平均等效出力，效容量SEQ為：其中，t為時(shí)間/(小時(shí))，p(t)為第t小時(shí)的并網(wǎng)功率。風(fēng)電場(chǎng)的功率送出概率Pout的表達(dá)式為：其中，SN為風(fēng)電場(chǎng)額定容量。風(fēng)電場(chǎng)容量因子C的表達(dá)式為：C=ETAT×SN---(6)]]>其中，T為統(tǒng)計(jì)模擬時(shí)間，ETA為統(tǒng)計(jì)模擬時(shí)間內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的實(shí)際發(fā)電量，SN為風(fēng)電場(chǎng)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(yùn)行時(shí)，考慮了風(fēng)電場(chǎng)出力情況，計(jì)算結(jié)果為輸電系統(tǒng)故障引起的實(shí)際受阻電量，同時(shí)，ESF可用來計(jì)算電量損失費(fèi)用，是經(jīng)濟(jì)性評(píng)估中的重要參考指標(biāo)。ESF＝8760(C×SN-SEQ)(8)4.系統(tǒng)等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ風(fēng)電具有間歇性，傳統(tǒng)的輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫不可用率指標(biāo)，在輸電系統(tǒng)降額運(yùn)行時(shí)并未考慮電源間歇性引起的實(shí)際減小容量，不能真實(shí)反映輸電系統(tǒng)故障對(duì)間歇性電能傳輸?shù)淖璧K能力。本發(fā)明考慮到風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的受阻電量完全是由于輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)導(dǎo)致，因此，在此以實(shí)際受阻電量與風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出電量的比值來等效輸電系統(tǒng)的強(qiáng)迫不可用率，系統(tǒng)等效強(qiáng)迫不可用率EUEQ能真實(shí)反映風(fēng)電場(chǎng)輸電系統(tǒng)對(duì)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(shè)計(jì)，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(diǎn)是，冗余子模塊已接入橋臂，可以立即進(jìn)入運(yùn)行；冷備用狀態(tài)下的子模塊進(jìn)入運(yùn)行前需將旁路開關(guān)可靠關(guān)掉，要短暫數(shù)十毫秒時(shí)間，可以忽略不計(jì)，且在每次子模塊故障，熱備用投入運(yùn)行后，冷備用會(huì)直接自動(dòng)切換到熱備用狀態(tài)。由于每個(gè)橋臂的冗余配置是獨(dú)立的，因此首先求取每個(gè)橋臂等效可靠性模型，然后基于串聯(lián)卷積公式對(duì)各橋臂進(jìn)行組合，得MMC換流器子系統(tǒng)的可靠性等效模型。對(duì)于MMC拓?fù)?，?dāng)應(yīng)用于高壓場(chǎng)合時(shí)，一個(gè)橋臂上串聯(lián)的子模塊數(shù)往往達(dá)到幾十甚至上百個(gè)，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(shè)單個(gè)子模塊SM的電壓為10kV，MMC每個(gè)橋臂的子模塊數(shù)nSM由直流電壓Udc和單個(gè)子模塊電壓Uc共同決定，即nSM＝Udc/Uc考慮冗余配置，以20/23拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(huì)導(dǎo)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(dú)構(gòu)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(gè)橋臂等效兩狀態(tài)可靠性模型的修復(fù)率為4μ，則平均修復(fù)時(shí)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(shí)間，進(jìn)而得等效故障率；6)MMC各橋臂間存在串聯(lián)關(guān)系，任一橋臂故障都將導(dǎo)致MMC換流器故障，對(duì)橋臂等效兩狀態(tài)模型進(jìn)行串聯(lián)卷積，求得MMC等效故障率和修復(fù)時(shí)間，進(jìn)而得等效修復(fù)率。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3