考虑台风天气影响的风电可靠性建模研究

【摘要】：近年来,我国逐步开始在沿海地区建设风电场。台风天气作为一种特殊的气象情况,可能对沿海风电场造成严重影响。由于台风瞬时风速往往较高,甚至达到50m/s以上,可能给风电机组结构施加巨大的风载荷效应,造成叶片损坏等问题。同时,台风风速变化波动大,可能造成风电机组突然停机,’系统突然失去大量电源。此外,台风可能造成风吹异物至导线或树枝倒伏于线路上,造成高压输电线路的跳闸或故障。因此,有必要量化分析台风这种极端天气对风电场输出功率的影响,从而从系统角度,分析其对系统运行可靠性的影响大小。 本文首先采用Batts风场模型、YanMeng风场模型以及Shapiro等几种不同的风场模型对历史台风Wayne及黑格比的台风风速进行模拟,选择出计算速度较快、精度较适宜的台风风场模型。根据本文的分析可知,YanMeng风场模型的精度较高,计算速度较适宜,可采用该模型对台风风速进行模拟与复现。在此基础上,根据《西北太平洋热带气旋最佳路径数据集》中的历史台风记录,以广东某实际风电场为模拟点,拟合出该模拟点的台风参数分布模型并形成不同的台风风速模拟序列。通过对该模拟点分析可知,约有65-70%的热带气旋可能促使风电场发电量增加,而有30-35%的台风可能造成风电机组的大规模脱网事件,建议风电场控制人员及时采取相应的控制策略。结合该风电场风机的实际布局情况,利用风功率曲线求解出台风天气下各风电机组的输出功率。 最后,以可靠性测试系统RTS79为算例,研究台风条件下电力系统的短期可靠性,为台风天气下电力系统的调度、风险控制进行数据依托。分析结果表明：台风天气将造成系统短期可靠性水平大幅度降低,即使在某些时段,风电场的发电量增加促使系统可靠性略有提升,但是台风造成线路故障率成倍增加。当台风风速处于7级风速以上时,将导致系统可靠性降低,而但台风风速处于6级风速及以下时,系统可靠性水平略有提升。此外,在同等风速条件下,随着风电装机容量越大,系统切负荷概率越低。当风电渗透率为0.9032%,系统切负荷概率降低0.4215%；当风电渗透率为8.1284%,系统切负荷概率降低1.6156%。即当风电渗透率位于0.9032%～8.1284%之间时,风电渗透率越大,系统可靠性越高。而当风电渗透率达9.032%时,在单个节点接入容量超出线路传输容量限制使得系统潮流发生变化,系统可靠性降低。当系统中的发电备用逐渐降低,系统的可靠性水平也逐渐降低。当系统固有发电容量不足时,系统有较大概率维持在原有系统状态下,从而使得系统切负荷概率近似为1。 【关键词】：台风 风电 短期可靠性评估
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM732
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-20
• 1.2.1 台风风场模型11-13
• 1.2.2 风速模型13-14
• 1.2.3 含风电场的电力系统可靠性评估14-20
• 1.3 论文主要研究内容20-21
• 第二章 台风风场模型对比分析21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 台风风场模型21-26
• 2.2.1 Batts风场模型21-22
• 2.2.2 Yan Meng风场模型22-25
• 2.2.3 Shapiro风场模型25-26
• 2.3 台风填充模型26
• 2.4 台风风速随高度变化规律26-27
• 2.5 算例分析27-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 台风影响下的风电场特性分析31-48
• 3.1 引言31
• 3.2 台风关键参数的统计31-38
• 3.2.1 模拟圆法31-32
• 3.2.2 台风关键参数概率模型32-38
• 3.2.3 广东某风电场台风关键参数概率模型38
• 3.3 基于随机抽样的台风数值模拟38-40
• 3.4 风电场功率模型40-41
• 3.5 算例分析41-47
• 3.5.1 台风风速模拟41-44
• 3.5.2 计及台风影响的风电场输出功率44-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 含风电场的电力系统短期可靠性评估48-69
• 4.1 引言48
• 4.2 短期可靠性评估模型48-50
• 4.2.1 发电机短期可靠性模型48-49
• 4.2.2 台风天气对输电线路故障率的影响49-50
• 4.3 短期可靠性评估流程50-56
• 4.3.1 故障排序技术50-54
• 4.3.2 系统状态选择54-55
• 4.3.3 短期可靠性评估流程图55-56
• 4.4 短期可靠性评估指标56-57
• 4.5 算例分析57-68
• 4.5.1 正常状态下系统短期可靠性评估61-66
• 4.5.2 特定故障状态下系统短期可靠性评估66-67
• 4.5.3 不同级别的台风影响评估67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 参考文献71-79
• 附录79-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士期间发表论文情况82

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