風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性評估及其薄弱環(huán)節(jié)辨識.pdf

1、在能源危機(jī)與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)利用已成為世界各國改變能源結(jié)構(gòu)的重要措施。近年來，世界各國風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模不斷增加，風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)額定容量不斷增大。特別地，我國連續(xù)多年保持高增長率，風(fēng)電裝機(jī)容量已居世界首位。在風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)、維護(hù)維修、風(fēng)電場規(guī)劃、電力系統(tǒng)運行管理等活動中，可靠性的影響越來越突出，開展風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性相關(guān)問題的研究具有重要意義。
　　本文結(jié)合國家自然基金項目“風(fēng)電場可靠性評估的概率模型及其應(yīng)用”

2、（51077135），進(jìn)行了風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性的研究和探索，重點研究了風(fēng)速對變流器可靠性的影響、風(fēng)速與氣溫對風(fēng)電變壓器絕緣壽命評估和容量選擇的影響、多發(fā)電機(jī)及變流器模塊并聯(lián)結(jié)構(gòu)對風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性的影響、風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)辨識方法等相關(guān)問題。
　　基于風(fēng)速隨機(jī)變化對風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變流器運行功率、輸入電壓、功率損耗等相關(guān)參數(shù)的影響，建立變流器元件故障率的風(fēng)速影響模型；進(jìn)而結(jié)合變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和故障機(jī)理，基于變流器多狀態(tài)概率模型，建立

3、了風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變流器及其子系統(tǒng)（機(jī)側(cè)變換器、直流環(huán)節(jié)、網(wǎng)側(cè)變換器等）可靠性的風(fēng)速影響模型。分析了風(fēng)速、風(fēng)機(jī)參數(shù)（切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切除風(fēng)速）對風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變流器可靠性的影響。算例表明：風(fēng)速和風(fēng)機(jī)參數(shù)中的額定風(fēng)速對風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變流器的可靠性有較大影響，風(fēng)速與變流器故障率之間的關(guān)系曲線和風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出功率特性曲線的形狀類似；另外，變流器可靠性也具有季節(jié)性變化的特征。
　　風(fēng)電場中變壓器運行狀態(tài)受風(fēng)速和氣溫影響，變壓器負(fù)載率隨風(fēng)速變

4、化而變化?；贗EEE變壓器老化模型，建立了計及風(fēng)速和氣溫的風(fēng)電場中變壓器絕緣老化評估模型；以此為基礎(chǔ)，計及變壓器油溫、繞組溫度、最大負(fù)荷系數(shù)等運行條件約束，以全壽命周期成本最低為目標(biāo)函數(shù)，建立了風(fēng)電場中變壓器額定容量優(yōu)化模型。分析了儲能裝置對風(fēng)電場中變壓器絕緣壽命和容量配置的影響。算例表明：變壓器絕緣老化水平與風(fēng)速相關(guān)；經(jīng)過優(yōu)化，風(fēng)電場中，變壓器額定容量可極大降低；另外，驗證了風(fēng)電場中變壓器額定容量與其全壽命周期成本是正相關(guān)關(guān)系，即風(fēng)

5、電場中滿足技術(shù)約束的最小容量的變壓器即是經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的變壓器。
　　根據(jù)現(xiàn)有多發(fā)電機(jī)或變流器模塊并聯(lián)的風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)新型結(jié)構(gòu)，提出風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)年度期望風(fēng)能損失等新的可靠性指標(biāo)，建立計及風(fēng)速的可靠性計算解析模型。分析了不同結(jié)構(gòu)對風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性的影響。算例表明：兩種結(jié)構(gòu)改善風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性的本質(zhì)不同。
　　基于系統(tǒng)不可靠度由故障元件承擔(dān)責(zé)任和比例分?jǐn)偟脑瓌t，建立了風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性跟蹤模型，以量化風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)各組件對系統(tǒng)可靠性