基于VSC-HVDC的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型及算法研究.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，世界各國(guó)競(jìng)相加大對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用。風(fēng)能以其資源豐富、清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)已成為最具發(fā)展前景的可再生能源之一。然而風(fēng)能同時(shí)具有間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的不斷增大，其采用交流并網(wǎng)會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的可靠性和安全穩(wěn)定性等產(chǎn)生不利影響。研究表明，采用柔性直流輸電(VoltageSourceConverterHighVoltageDirectCurrent，VSC-HVDC)并網(wǎng)技術(shù)可以從一定程度上緩解和克

2、服由于風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)引起的電壓波動(dòng)等諸多問(wèn)題，特別是多端VSC-HVDC，憑借其靈活可控的特點(diǎn)，使其成為未來(lái)風(fēng)電并網(wǎng)的重要發(fā)展方向。然而，當(dāng)前針對(duì)基于VSC-HVDC的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型及算法等方面的研究相對(duì)較少，本文對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了專門(mén)研究。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　在風(fēng)電場(chǎng)可靠性評(píng)估中，由于傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)多狀態(tài)模型沒(méi)有計(jì)入風(fēng)速波動(dòng)的頻率特性，無(wú)法計(jì)算系統(tǒng)的頻率指標(biāo)；時(shí)序MonteCarlo法雖然可以解決此問(wèn)題，但是通

3、常模擬時(shí)間較長(zhǎng)，不利于工程實(shí)際應(yīng)用。為此，本文建立了基于解析法的風(fēng)電場(chǎng)多狀態(tài)Markov模型：首先結(jié)合風(fēng)速ARMA模型和風(fēng)電轉(zhuǎn)換特性，確定單臺(tái)風(fēng)機(jī)出力序列；然后采用K-均值聚類法對(duì)風(fēng)機(jī)出力進(jìn)行狀態(tài)劃分，根據(jù)風(fēng)速之間以及風(fēng)機(jī)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系，建立單臺(tái)風(fēng)機(jī)的Markov模型；最后組合多臺(tái)風(fēng)機(jī)并對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率進(jìn)行聚類，基于邊界墻原理確定出各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移率，建立了風(fēng)電場(chǎng)的7狀態(tài)Markov模型。算例分析表明，采用本文提出的算法能夠快速計(jì)

4、算出風(fēng)電場(chǎng)處于不同狀態(tài)的概率和頻率指標(biāo)。
　　當(dāng)前，針對(duì)VSC-HVDC系統(tǒng)可靠性模型的研究主要采用已有的傳統(tǒng)HVDC系統(tǒng)可靠性建模方法，忽略了VSC-HVDC系統(tǒng)作為STATCOM運(yùn)行時(shí)的無(wú)功補(bǔ)償能力和風(fēng)電場(chǎng)出力間歇性的影響。為此，本文在深入研究VSC-HVDC系統(tǒng)主要元件及其故障后果的基礎(chǔ)上，建立了聯(lián)接變壓器、換流器等元件的Markov模型。根據(jù)元件故障對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的影響，通過(guò)模型組合建立了計(jì)及STATCOM狀態(tài)和風(fēng)電場(chǎng)出力

5、間歇性的VSC-HVDC系統(tǒng)統(tǒng)一Markov模型。算例分析表明，計(jì)及STATCOM狀態(tài)后，評(píng)估結(jié)果更能準(zhǔn)確反映VSC-HVDC系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償特性；計(jì)及風(fēng)電場(chǎng)出力間歇性后，即當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力較小時(shí)，VSC-HVDC系統(tǒng)由于內(nèi)部元件故障導(dǎo)致停運(yùn)或降額運(yùn)行時(shí)不會(huì)損失或者損失較少的風(fēng)電功率，使得VSC-HVDC并網(wǎng)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)得到了極大改善，具有一定的工程實(shí)用性。
　　對(duì)多端VSC-HVDC并網(wǎng)系統(tǒng)而言，由于其運(yùn)行方式比較復(fù)雜，直接采用上述

6、解析法進(jìn)行可靠性建模較為困難，且無(wú)法計(jì)及風(fēng)電場(chǎng)出力和VSC-HVDC系統(tǒng)元件故障間的時(shí)序相關(guān)性。為克服上述問(wèn)題，提出了一種將Markov法和MonteCarlo法相結(jié)合的多端VSC-HVDC并網(wǎng)系統(tǒng)可靠性評(píng)估的混合法。首先根據(jù)多端VSC-HVDC系統(tǒng)的接線特點(diǎn)和各組成元件的功能將并網(wǎng)系統(tǒng)劃分為不同的子系統(tǒng)，包括風(fēng)電場(chǎng)子系統(tǒng)、整流端子系統(tǒng)、逆變端子系統(tǒng)以及傳輸線路子系統(tǒng)，分別建立各子系統(tǒng)的Markov模型；然后基于時(shí)序MonteCarlo