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风电场对发输电系统风险评估的影响

文档作者：向磊蒋铁铮徐晟彭亮周谢文档来源：长沙理工大学电气与信息工程学院		点击数：	更新时间： 2025年12月30日
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2013年第1期
2013 Number 1
水电与新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
总第106期
Total No．106
文章编号：1671—3354(2013)01—0066—04
风电场对发输电系统风险评估的影响
向磊，蒋铁铮，徐晟，彭亮，周谢
(长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙410006)
摘要：针对风能存在随机性和波动性，风电场并网对电力系统运行可靠性有一定影响，考虑风力发电机输出功率特性、
强迫停运率和输电线路及发电机的故障失效等因素，把风力发电机可靠性模型与发输电可靠性模型相结合，采用基于直
流潮流的最优切负荷算法，建立了基于非序贯蒙特卡罗方法的风电场发输电可靠性模型，来评估风电场并网后的发输电
系统可靠性。以IEEE一14节点标准可靠性测试系统为例，对风电场以不同接人方式和不同接入容量的条件下分别计算
系统负荷削减概率PLC、期望缺供电量EENS、期望负荷削减频率EFLC等风险评估指标，计算结果表明：风电场的不同
接入方式和容量对发输电系统的风险评估有不同的影响。
关键词：发输电可靠性模型；非贯序蒙特卡洛法；最优切负荷；风险指标
中图分类号：TM614；TM732 文献标志码：A
The Impact of Wind Farms on Transmission System of IUsk Assessment
XIANG Lei，JIANG Tiezheng，XU Sheng．PENG Liang，ZHOU Xie
(School of Electrical and Information Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410006，China)
Abstract：Wind field always affects the reliability of power system because wind energy has features of randomness and
fluctuation．In considering of some factors such as wind generator power output characteristics，forced outage rate and
fault failure of transmission lines and generator，the wind turbine reliability model and the reliability model of composite
generation and transmission were combined together and DC optimal cutting load algorithm was adopted to establish non
——sequential monte carlo method of wind power transmission reliability model in order to assess generation and transmis··
sion system reliability after parallel operation．Taking IEEE-14 node reliability test system as an example，load reduction
probability PLC，power supply EENS，expected insufficient expected frequency 6f load curtailment EFLC risk assess—
ment index and SO on were calculated under different access methods and different wind field capacity．The results show
that different access modes and capacity of wind electric field had different effects 011 the risk assessment of power generation
and transmission system。
Key words：transmission reliability model；non sequential Monte Carlo method；optimal load-shedding；risk index
对于含风电场的电力系统可靠性分析，通常有两
种方法：模拟法和解析法⋯。模拟法通过计算机来模
拟系统的实际情况，经过模拟过程进行一段时间的观
察分析，估算出所要求的指标。在发输电组合系统的
可靠性评估中，采用较多的是蒙特卡洛模拟法。而解
析法是根据已知的各个电力系统元件的随机参数，建
立整个系统的可靠性数学模型，并通过数值计算获得
系统的各项指标，但是对于大系统，此模型需要考虑的
因素较多，计算比较复杂。目前，风电场并网对发输电
系统可靠性的影响已受到国内外学者的重视，并取了
一定的成果。其中文献[2]对系统故障模式判断、各
子系统数学模型及算法的实现问题进行了详细的讨
论，并采用蒙特卡洛仿真模拟和算法对发输电系统可
靠性进行了评估。文献[3]讨论了风速随机性、风电
机的输出功率特性以及风电机组强迫停运率的问题，
并在此基础上提出了一种概率分析方法进行可靠性评
估。文献[4]提出了一种基于网流规划的评估算法，
在提高可靠性计算效率的同时缩短了评估时问，适应
收稿日期：2012—09—20
作者简介：向磊，女，硕士研究生，主要从事电力系统稳定分析与运行控制研究。
66
万方数据
向磊，等：风电场对发输电系统风险评估的影响2013年1月
实时在线评估的需求。文献[5]考虑电源的故障率，
建立了含风电的发电系统可靠性模型，并采用递归的
方法实现系统仿真。总而言之，风电场并网对发输电
组合系统可靠性的影响已受到广泛研究，并取得一定
成果，但仍然还有在很多问题有待研究和探索。
本文研究了风电场并网对发输电系统可靠性的影
响，考虑风电机组的强迫停运∞1以及线路、发电机的
故障，将风电场可靠性模型与发输电组合系统相结合，
形成含风电场的发输电组合系统可靠性指标。采用基
于直流潮流的最优切负荷算法，通过Monte Cado方
法【_列进行系统仿真，通过计算负荷削减概率PLC、期望
缺供电量EENS、期望负荷削减频率EFLC等风险指
标18 o来反映加入风电场对发输电系统可靠性的影响。
1 风电场的可靠性模型
1．1风电机组出力模型
风速的状况决定了发电机组是否处于发电状态及
出力大小，发电机组输出功率与风速的关系曲线见图1。
JD
图1风力发电机组的出力曲线
风力发电机组出力曲线函数表达式如下所示：
Pt=
0，
(A+8v,+c职)，
P。，
0，
0≤K≤vci
Voi≤vt≤K ，．、
(1)
一≤K≤K。
K。≤K
式中：P。为t时刻风机组的输出功率；K为t时刻风
速；P，为风电机组的额定功率；voi表示风电机组的启
动风速；■表示风电机组的额定风速；vo。表示风电机
组的切除风速；A、日和c分别为风机功率特性曲线参
数，其表达式如下： A=南[Ki(voi+V)一4吼‘百Vci+Vr)3]
B=丁南㈣⋯(vo驯半)3_(2)
(3Ki+一)] c=_南[2_4(等)3]
1．2风电机组的失效模型
理论上讲，采用蒙特卡洛模拟方法可以对发电机
组所有可能出现的状态进行仿真模拟。由于风电机组
结构相对简单，计划检修时间较短，而且可以在低风速
时进行计划检修，因此对风力发电机组仅考虑正常运
行和故障停运两种状态。Ai表示风电机故障率；肛i表
示风电机的修复率，则此风电机组的强迫停运率可以
用以下公式求得：
p=而Ai (3)
采用蒙特卡洛模拟方法进行每次的状态抽样，在
[0，1]之间抽取一个服从均匀分布的随机变量R，并判
断机组状态。若尺≤P，认为该机组处于故障停运状
态，否则为正常运行状态。
2非序贯蒙特卡洛模拟法
目前广泛用于电力系统风险评估中的模拟方法是
非序贯蒙特卡洛模拟法，又称状态抽样法∽J。此方法
的依据是，系统每个元件的状态可由对元件出现在该
状态的概率抽样得到，而系统的某一状态是由所有构
成系统的元件状态组合而成。风电机组与常规机组以
及所有的输电元件都采用两态模型¨0J。每一个元件
可用一个在[0，1]区间的均匀分布来模拟，即采用非
序贯蒙特卡罗模拟法。假设所有的元件都有失效和工
作两种状态，且元件之间的失效是相互独立的。令Isi
代表元件i的状态，Qi代表其失效概率，则对元件i产
生一个在[0，1]区间均匀分布的随机数R，得到
。f0(工作状态) ifRi>Qi ⋯
‘ 【1(失效状态) if0≤置≤Q。
、7
假设一个系统有Ⅳ个元件，那么其系统状态由矢
量S表示：
s=(Sl’-一，S∥一，Js_Iv) (5)
在一个系统状态抽样选定之后，就对其进行系统
分析以判断其是否失效状态，如果是，则对该状态的风
险指标函数进行估计，如果不是，则进行下一个状态抽
样以及系统状态分析。当系统抽样的数量足够大时，
那么某一系统状态5的抽样频率可以作为其概率的无
偏估计，即
P(s)：掣(6)
式中：肘为系统状态的抽样次数；m(s)为系统抽样中
状态S出现的次数。
3基于直流潮流的最优切负荷算法
发输电组合系统可靠性评估通常是由系统状态选
67
万方数据
水电与新能源2013年第1期
取、系统状态分析以及系统可靠性指标的计算3部分
组成¨1|。系统状态分析就是对选中的系统状态进行
潮流计算，判断所选中的某一系统状态是否满足功率
平衡、直流潮流方程以及线路潮流和发电出力的约束
条件，一旦违背了约束条件，就对此时的系统运行状态
进行调整。调整之后，如果系统还是不能恢复到一个
安全稳定的运行状态，则此系统状态为一个故障状态，
需要进行负荷削减。为了尽可能减小系统的切负荷
量，本文采用的是最优潮流(OPF)模型【l引。最优潮流
模型是指在满足功率平衡、直流潮流方程以及线路潮
流和发电出力约束条件下，求得最小负荷削减总量。
此模型是把系统负荷削减总量最小作为目标函数，各
负荷母线上的负荷消减量为最优解¨3。14J。直流潮流
不考虑全部与无功功率相关的量，与交流潮流相比较，
具有计算速度快的优点，对发输电系统评估而言，这是
一个可接受的合理简化。当采用直流模型时，由于忽
略了电压的约束，最优负荷削减就成为一个线性规划
问题‘1引。
基于直流潮流的发输电系统风险评估最优潮流模
进行Monte Carlo抽样，随后对系统进行判断、统计，最
后计算出各个风险指标。具体流程如图2所示。
输入含风电场的发输电系统的原始数据
进行Monte Carlo抽样获取系统状态
迸行基于直流潮流的故障分析
潮流计算
线路容量是否越限?
最优切负荷
至<百磊M≤＼100007>

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