风力发电系统可靠性评估解析模型
第40卷第21期电力系统保护与控制Vol.40 No.21 2012年11月1日Power System Protection and Control Nov. 1, 2012
风力发电系统可靠性评估解析模型
蒋泽甫，谢开贵，胡 博，李春燕，甘 明
(输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)，重庆 400044)
摘要：为了进行风力发电系统的可靠性评估，基于小时风速的平均值和标准差，建立了较为精确的风速概率解析模型，弥补了常用的ARMA模型需要每小时风速实际数据和长时间模拟的不足。进而利用风电机组输出功率与风速的关系，建立了风电机组输出功率分布的解析模型。应用IEEE-RTBS和IEEE-RTS系统，将该模型和ARMA模型在风速概率分布、发电功率概率分布、可靠性指标等方面的计算结果进行比较分析。算例结果验证了所建立的解析模型的正确性和有效性，能实现包含风电场的电力系统的可靠性评估。
关键词：可靠性评估；正态分布；风速解析模型；风电
Wind power generation analytical model for the reliability evaluation of power systems
JIANG Ze-fu, XIE Kai-gui, HU Bo, LI Chun-yan, GAN Ming
(State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology(Chongqing University),
Chongqing 400044, China)
Abstract：In order to evaluate the reliability of wind power system, a relatively accurate analytical model of probability distribution for wind speeds is proposed based on the hourly average and standard deviation of wind speeds, which makes up for the ARMA model that requires the actual wind speed of every hour and lengthy simulation. On basis of this, the analytical model of output power distribution of wind turbine generator is deduced using the relationship between output power of wind turbine generator and wind speed. The comparison and analysis of the probability distributions of wind speeds and the generation power, and reliability indices between the proposed model and the ARMA model are conducted using the two reliability test systems, i.e. the IEEE-RTBS and the IEEE-RTS. The results show that the proposed model is a correct and effective wind speed model and can be used to evaluate the reliability of power systems containing wind farms with a reasonable accuracy.
This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51077135).
Key words: reliability evaluation; normal distribution; wind speed analytical model; wind power
中图分类号：TM614；TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2012)21-0052-06
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由于风能具有取之不尽用之不竭、较好的环境和社会效益等特点，风力发电已越来越受到世界各国政府和企业的大力支持[1-4]。目前，国内外许多电力公司投资新建风电场，但由于缺少风力发电系统可靠性评估的有效工具，致使政府和企业难以评估和分析一个实际风电系统的价值。因此，国内外迫切需要研究和开发风力发电系统可靠性评估的技术和软件，这样，电力公司才可应用计算软件以确定
基金项目：国家自然科学基金项目(51077135)；输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重点研究项目（2007DA10512709103）；重庆市杰出青年基金项目（50777067）最优的风电机组配置、风电系统最佳的功率穿透率（Power Penetration Level，即风电机组装机容量占系统总装机容量的比重）等。目前常用的风能资源评估软件WAsP[5-6]（Wind Atlas Analysis and Application Program）能完成风电场风功率密度分析、年度发电量的估计等，但不涉及系统可靠性评估，不能直接用于风电场对电力系统影响的分析。
风速分布的模拟是风力发电系统可靠性评估的关键一步。文献[7-8]提出应用威布尔分布（Weibull）描述风速分布。文献[9-10]提出一系列自回归模型以模拟风速的统计特征，建立风速的时间序列模型。文献[11-15]应用时间序列技术建立自回归滑动平均（Auto-Regressive and Moving Average，ARMA）模型。该模型已在加拿大多个地方得到应用，如：