第32卷 第13期 电 网 技 术 Vol. 32 No.13 2008年7月 Power System Technology Jul. 2008

文章编号：1000-3673（2008）13-0069-06 中图分类号：TM614；TM732 文献标识码：A 学科代码：470·40

计及风电场的发输配电系统可靠性评估 刘 威1，赵 渊1，周家启1，王成亮1，胡 博1， 张禄琦1，彭 鹄2，田娟娟2

（1．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)，重庆市 沙坪坝区 400044； 2．重庆电力设计院，重庆市 沙坪坝区 400044）

Reliability Assessment of Power Generation Transmission and Distribution Systems Containing Wind Farms LIU Wei1，ZHAO Yuan1，ZHOU Jia-qi1，WANG Cheng-liang1，HU Bo1，

ZHANG Lu-qi1，PENG Hu2，TIAN Juan-juan2

（1．State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology (Chongqing University)，Shapingba District，Chongqing 400044，China；2．Chongqing Electric Power Design Institute， Shapingba District，Chongqing 400044，China）

ABSTRACT: Considering the features of sequentiality and self-correlation of wind speed, an auto-regressive and moving average (ARMA) model for wind speed is built. Combining with the state models of conventional generating units, transmission lines and transformers, a Monte Carlo simulation based wind farm reliability model is established to perform reliability assessment of power generation and transmission system containing wind farm, meanwhile, a multi-state service provider (MSP) model of power generation and transmission system is built; combining the MSP model with distribution system, the reliability indices of distribution network such as average interruption frequency and interruption caused electricity loss are calculated. By means of comparing and analyzing the reliability indices, the impact of wind farm on distribution system is researched and the results show that interconnection of wind farm with power grid can play a certain role in the improvement of power system reliability.

KEY WORDS: wind farm；distribution system；reliability assessment；sequential Monte Carlo simulation；multi-state service provider model

摘要：考虑风速时序性和自相关性的特点，建立了风速的自回归移动平均(auto-regressive and moving average，ARMA)模型，并结合常规机组、线路和变压器等状态模型，建立了基于蒙特卡罗仿真方法的风电场可靠性模型，对含风电场的

基金项目：国家自然科学基金资助项目(50607021)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (NSFC)(50607021)．

发输电组合系统进行可靠性评估，同时建立了发输电组合系统的多状态机组等值模型，将该等值模型与配电系统相结合，计算了平均停电频率和停电电量损失等配电网可靠性指标，通过分析和比较可靠性指标研究了风电场对配电系统可靠性的影响，结果表明风电机组的接入对提高电力系统可靠性具有一定的作用。

关键词：风电场；配电系统；可靠性评估；序贯蒙特卡罗仿真；多状态机组等值模型

0 引言 随着环境与资源问题的日趋严重，成本低廉和技术成熟的风力发电成为电力系统中相对增长较快的新能源发电技术。近几年，越来越多的并网型风电机组(wind turbine generator，WTG)出现在电力系统中[1-5]。但风力的随机性和间歇性会对电力系统稳

定运行产生一定的影响，因此对于含有风电场的电力系统，需建立正确的可靠性模型并分析其可靠性。 含风电场的电力系统可靠性分析方法主要有解析法和模拟法[6-8]：解析法是通过计算风电机组输出

功率的概率分布建立多个风电机组的可靠性模型；模拟法在建模和算法实现等方面比解析法简单，可模拟风速随时间变化的不确定性，并能再现系统实际运行的情况，适用于评价风电场对系统可靠性的影响。目前，风电场并网对发输电系统可靠性的影响已受到各国学者的重视，并取了一定的成果[8-12]，70 刘威等：计及风电场的发输配电系统可靠性评估 Vol. 32 No.13 而对风电厂并网对配电系统影响的研究相对较少。 本文主要针对风电场并网对系统可靠性的影响，建立基于序贯蒙特卡罗仿真方法的风电场可靠性模型。该模型考虑了风速的随机性和风电机组的强迫停运，将风电场可靠性模型与发输电组合系统相结合，对含风电场的发输电组合系统进行可靠性评估，进而形成发输电组合系统的可靠性指标，根据这些指标形成与配电系统相联节点的多状态机组等值模型，并采用基于开关影响范围的复杂配电网可靠性顺流评估算法[13]计算风电场对配电系统可靠性的影响，综合评估含风电场的发输配电系统的可靠性。 1 风电场的可靠性模型 1.1 风电机组出力模型 WTG是否处于发电状态及出力大小都取决于风速的状况，WTG输出功率与风速的关系曲线见图1。 P Pr V Vco Vr Vci 图1 风电机组出力曲线 Fig. 1 The output curve of WTG 风电机组出力曲线的函数表达式近似为[14] ci2rcirrcoco00()0tttttrttVVABVCVPVVVPPVVVVV≤≤⎧⎪++≤≤⎪=⎨≤≤⎪⎪≤⎩，，，， (1) 式中：Pt为t时刻机组输出功率；Vt为t时刻风速；Pr、Vci、Vr和Vco分别为风机额定功率、启动风速、额定风速和切除风速；A、B和C分别为风机功率特性曲线参数，不同风机会稍有不同，其表达式如下： 3circicircir2rcir3circircir2rcir3cir2rcir1[()4]2()1[4()(3)]2()1[24]2()VVAVVVVVVVVVVBVVVVVVVVVCVVV⎧+⎛⎞=+−⎪⎜⎟−⎪⎝⎠⎪+⎪⎛⎞=+−+⎨⎜⎟−⎝⎠⎪⎪+⎛⎞⎪=−⎜⎟⎪−⎝⎠⎩(2) 1.2 风速模型 风电场风速是随机变化的，风速时间序列本身具有时序性和自相关性，即某时刻的风速和此前时刻的风速有关，因此可通过时间序列的过去值和现在值来预测将来值。本文应用时间序列法中自回归移动平均(auto-regressive and moving average，ARMA)模型来预测未来风速值。ARMA模型的表达式[15]为

1122tttntntyyyyφφφα−−−=++++−"

1122ttmtmθαθαθα−−−−−−"

(3)

式中：OW()/ttttyVµσ=−，其中VOWt为观测风速数据；tµ和tσ分别为观测风速数据均值及方差的估计值；iφ(i=1~n)为自回归系数；iθ(i=1~m)为滑动平均系数；{}tα是一个均值为零且方差为2ασ的正态白噪

声序列，即2(0,)tNαασ∈。因此风速的预测值StWV′为

SWttttVyµσ′=+ (4) 1.3 机组的停运模型 风电机组与常规机组都采用两状态模型，即正常工作状态和停运状态。采用序贯蒙特卡罗仿真方法，在一个时间跨度上对每个元件停留在当前状态的持续时间进行抽样，对不同的状态，如运行或修复过程，可以假设有不同的状态持续时间概率分布。一般情况下，工作时间和修复时间服从指数分布，即元件的失效率λ和修复率µ为常数[16]，则其状

态持续时间的抽样值为 ln/tRλ=− (5) ln/tRµ′=− (6)

式中：t和t′分别为运行持续时间和检修时间；R为 对应于元件在区间[0,1]均匀分布的随机数。

2 发输电组合系统等值模型 2.1 发输电系统多状态等值模型 风电机组与常规机组通过电网向用户供电，发电机组与输电网组合成一个复杂的系统向配电网供电，因此可将发输电组合系统等值为一个多状态发电机组(multi-state service provider，MSP)向配电

系统供电，如图2所示[17]。 MSP任意故障状态的概率和频率是基本的系

G1G2

WTG

12

3

L1

L2L3

配电网

MSP

配电网3 负荷1负荷2

(a) 等值前 (b) 等值后 图2 系统可靠性等值模型 Fig. 2 Reliability equivalent model of the system