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摘要：近年来，我国的用电量不断增加，风力发电系统有了很大进展。由于风电具有随机性、间歇性和波动性等特点，风力发电系统的可靠性对大规模并网电力系统安全性造成较大影响，如何准确评估风力发电系统可靠性，这提出了全新的挑战。首先分析了风力发电系统的结构特点，提出了一种基于期望故障受阻电能相等的方法，用相同容量的发电机等效替代风电机“组串”，并根据元件状态特性对系统可靠性状态进行划分，最后建立时间、出力、系统等指标体系。
关键词：风力发电系统；等效替代；可靠性评估；指标体系
引言
随着风力发电技术迅猛发展，装机容量大幅增加，已成为可再生能源中技术最成熟、应用最广泛的发电技术之一。由于风电具有间歇性、波动性和随机性等特点，使得大规模风电接入电力系统后带来了不确定的因素，因此如何准确评估风力发电系统的可靠性显得非常重要。
1风力发电系统的特点
1.1风机输出功率影响因素分析
1）季节与时间的影响
中国“三北”地区风资源较为丰富。一般来说，一年中春季和冬季风资源较丰富，夏季风资源较贫乏；在一天中来说，白天风资源较贫乏，而夜晚风资源较丰富。
2）风速大小的影响
风电机组的运行状态和输出功率都与风速息息相关。图1给出了风电机组输出功率与风速的曲线。
2可靠性状态的划分
1）全額运行状态：当风速较快时，即风力发电系统输出功率能够达到总装机容量的70%以上。2）资源限制减额运行状态：当风速较慢时，即风力发电系统输出功率低于总装机容量的70%。3）故障减额运行状态：风力发电系统部分元件故障导致输出功率减少的状态。
3可靠性指标体系
3.1时间指标
1）全额运行时间FRH：风力发电系统处于全额运行状态（即输出功率达到总装机容量70%）的累计运行时间。2）资源限制减额运行时间RDH：风力发电系统由于风速的限制，输出功率小于总装机容量的70%的累积运行时间。3）故障减额运行时间FDH：风力发电系统中部分元件故障，导致输出功率减小的累积运行时间。4）故障停运时间FOH：风力系统由于元件故障发生全站停运的累计时间。由FOH=PH·QC计算。5）无风或风速过快停运时间NH：系统处于无风或风速过快状态下的累计时间。6）年利用小时数UH：风力发电系统的年发电量除以系统总装机容量折算的发电小时数。7）减额运行时间DH：风力发电系统由于元件故障或者风资源限制，输出功率小于70%额定功率的运行时间，DH=FDH+RDH。
3.2出力状态指标
1）全额等效出力FEP：风力发电系统在全额运行状态下的等效输出功率。2）资源限制下减额等效出力RDEP：风力发电系统由于风速降低导致减额运行状态下的等效输出功率。3）故障减额等效出力FDEP：风力发电系统由于部分元件故障导致系统减额运行的等效输出功率。4）减额等效出力EDP：风力发电系统由于风速降低或者部分元件故障导致系统减额运行的等效输出功率。5）等效出力EP：风力发电系统在年统计时间内等效恒定输出功率。6）等效出力系数ECF：风力发电系统等效输出功率与额定输出功率RP的比值，ECF=EP/RP。7）最大出力MP：风力发电系统实际发电中的最大输出功率。
3.3系统总体指标
1）设计可用率DU：根据风力发电系统停运概率和修复时间得到系统可用率设计值，DU=1-QC。2）运行系数OF：风力发电系统实际运行状态的概率，OF=RH/PH。3）年发电设备利用率EUR：风力发电系统发电设备利用的概率，EU R=UH/PH。4）全额运行率FR R：风力发电系统处于全额运行状态的概率，FR R=FRH/PH。5）资源限制减额运行率RDR：风力发电系统实际中由于风速限制导致系统处于减额运行状态的概率，RDR=RDH/PH。
结语
综上所述，本文从风力发电系统结构入手，深入研究了基于元件故障和风资源充裕度对风力发电系统可靠性的影响。根据风力发电系统结构特点，按照期望故障受阻电能相等的方法，用相同容量的发电机来等效替代风电机组“串”，并建立了考虑元件状态和资源约束的系统状态。从时间、出力、系统3个方面建立风力发电系统可靠性评估指标体系，并对其进行可靠性评估。算例分析表明，基于元件状态和风资源限制的可靠性模型，可以真实反映实际系统的可靠性。
关键词：风力发电系统；等效替代；可靠性评估；指标体系
引言
随着风力发电技术迅猛发展，装机容量大幅增加，已成为可再生能源中技术最成熟、应用最广泛的发电技术之一。由于风电具有间歇性、波动性和随机性等特点，使得大规模风电接入电力系统后带来了不确定的因素，因此如何准确评估风力发电系统的可靠性显得非常重要。
1风力发电系统的特点
1.1风机输出功率影响因素分析
1）季节与时间的影响
中国“三北”地区风资源较为丰富。一般来说，一年中春季和冬季风资源较丰富，夏季风资源较贫乏；在一天中来说，白天风资源较贫乏，而夜晚风资源较丰富。
2）风速大小的影响
风电机组的运行状态和输出功率都与风速息息相关。图1给出了风电机组输出功率与风速的曲线。
2可靠性状态的划分
1）全額运行状态：当风速较快时，即风力发电系统输出功率能够达到总装机容量的70%以上。2）资源限制减额运行状态：当风速较慢时，即风力发电系统输出功率低于总装机容量的70%。3）故障减额运行状态：风力发电系统部分元件故障导致输出功率减少的状态。
3可靠性指标体系
3.1时间指标
1）全额运行时间FRH：风力发电系统处于全额运行状态（即输出功率达到总装机容量70%）的累计运行时间。2）资源限制减额运行时间RDH：风力发电系统由于风速的限制，输出功率小于总装机容量的70%的累积运行时间。3）故障减额运行时间FDH：风力发电系统中部分元件故障，导致输出功率减小的累积运行时间。4）故障停运时间FOH：风力系统由于元件故障发生全站停运的累计时间。由FOH=PH·QC计算。5）无风或风速过快停运时间NH：系统处于无风或风速过快状态下的累计时间。6）年利用小时数UH：风力发电系统的年发电量除以系统总装机容量折算的发电小时数。7）减额运行时间DH：风力发电系统由于元件故障或者风资源限制，输出功率小于70%额定功率的运行时间，DH=FDH+RDH。
3.2出力状态指标
1）全额等效出力FEP：风力发电系统在全额运行状态下的等效输出功率。2）资源限制下减额等效出力RDEP：风力发电系统由于风速降低导致减额运行状态下的等效输出功率。3）故障减额等效出力FDEP：风力发电系统由于部分元件故障导致系统减额运行的等效输出功率。4）减额等效出力EDP：风力发电系统由于风速降低或者部分元件故障导致系统减额运行的等效输出功率。5）等效出力EP：风力发电系统在年统计时间内等效恒定输出功率。6）等效出力系数ECF：风力发电系统等效输出功率与额定输出功率RP的比值，ECF=EP/RP。7）最大出力MP：风力发电系统实际发电中的最大输出功率。
3.3系统总体指标
1）设计可用率DU：根据风力发电系统停运概率和修复时间得到系统可用率设计值，DU=1-QC。2）运行系数OF：风力发电系统实际运行状态的概率，OF=RH/PH。3）年发电设备利用率EUR：风力发电系统发电设备利用的概率，EU R=UH/PH。4）全额运行率FR R：风力发电系统处于全额运行状态的概率，FR R=FRH/PH。5）资源限制减额运行率RDR：风力发电系统实际中由于风速限制导致系统处于减额运行状态的概率，RDR=RDH/PH。
结语
综上所述，本文从风力发电系统结构入手，深入研究了基于元件故障和风资源充裕度对风力发电系统可靠性的影响。根据风力发电系统结构特点，按照期望故障受阻电能相等的方法，用相同容量的发电机来等效替代风电机组“串”，并建立了考虑元件状态和资源约束的系统状态。从时间、出力、系统3个方面建立风力发电系统可靠性评估指标体系，并对其进行可靠性评估。算例分析表明，基于元件状态和风资源限制的可靠性模型，可以真实反映实际系统的可靠性。