風電系統概率短路分析及智能變電站測控系統可靠性研究

李仁江

【摘要】伴隨著風力發電在我國的大面積應用，風電并網的容量也在不斷增長，如果我們要進行風電系統概率短路分析的話，則需要解決很多的難題和錯誤。由于風力發電在發電的過程中，其功率存在很大的不穩定性，這就使我們在PSCA計算效率以及建立該方面的靈敏度模型有了更大的難度。通過進行算例分析，對比監測和保護兩大系統的數據指標來評判這些系統的可靠性，從而我們可以得出風電系統在運行過程中的錯誤概率，而且我們在該研究中得出的結論對我們日后進行智能變電站監測系統的創造和日常運行的維護都有著很大的推動作用。

【關鍵詞】風電系統;概率短路;智能變電站;測控系統;可靠性

引言

在我們進行風電系統概率短路分析及智能變電站監控系統的可靠性研究中，首先，我們應該導入雙饋風電機組潮流模型，在該模型的基礎上，我們可以將風電系統在短路錯誤發生之前的運行模式導入到該模型中，重新設計其短路方式，然后通過解析來舉出的故障出現的方式，在所有的故障方式中通過抽樣的方法來確定某一種故障參數。其次，我們將故障參數導入已經建立完成的仿真算法中，通過對計算的結果進行分析來確定短路對PSCA的影響。在這個過程中，我們需要確定某一個故障線路，我們應該確定好最優密度函數所得到的故障參數，然后對我們以上提到的仿真算法進行進一步優化，然后再運用電壓期望方差計算形式，以驗證我們所得參數將取得的效果。

1短路

在我國電力系統的供應過程中，短路是對該系統運行造成最嚴重危害的原因之一。一般而言，當電力系統不可以正常工作的情況下，所有的不合理的連接都可以稱之為短路。我國的電力系統絕大部分需要在野外安裝線路，所以，由于多樣的環境，就會導致多種多樣的原因，而短路這一危害的發生則是其中非常常見的一種形式。例如，供電設備在長期的使用過程中，由于其絕緣部分會自然風干、老化，或者會由于部分外界原因而導致機械損傷等等，這容易使得供電設備或輸電設備都無法保證正常工作。與此同時，自然災害或者這些設備的維護人員在進行不正當操作過程中，往往也會造成短路現象的發生。當短路現象發生后，短路部分的電流就會在極短的時間之內迅速增大，然后產生極高的溫度，從而燒毀這些設備，導致人們無法正常使用電力設備和系統，更有甚者，可能會造成大面積的停電現象，甚至對人身和財產安全造成極為嚴重的危害。由于短路現象所造成的后果是十分驚人的，所以，在這么多年的電路發展過程中，我們一直將短路這一故障的重視程度放在了較為關鍵的位置，將大量的人力與物力都用來減少該故障的發生頻率，而且我們還應該在短路現象發生之后，積極地采取安全且高效的應對措施，通過這兩種方法來減少短路的發生頻率和有效地抑制短路發生后的危害程度。可見，我們無論在進行電力系統的設計和建造過程中，還是在選擇電力設備方面，我們都需要將短路作為一項必要的參考因素。

2風電系統概率短路

當我們對短路進行預先判斷的時候，我們需要進行短路計算，但是，該計算模式只能模擬某些特定情況下的電力系統的短路情況發生的數據，得到的數據不具有普遍性，而在現實生活中，短路發生的類型和地點都具有極大的隨機性。相較于直接短路計算概率，短路計算更適合應用于評估電力系統和供電設備的風險發生情況，因為概率短路計算需要考慮到更多的因素，從而使我們可以對短路的發生情況有更加直觀的了解。在我國風力發電系統大量應用的情況下，大規模的風電被集中接入至國家電網中，而風力發電的功率受到風速等等原因的影響，具有很大的不確定性和隨機性。所以，其產生的電流流量也會有很大的波動性，這會直接導致風力發電在進行概率短路計算的過程中難度更大，這也就意味著風力發電并網至電網潮流中時，其短路發生的情況預測難度也將變大。一般情況下，我國使用的風力發電機組分為恒速和變速兩種存在形式。其中，恒電發電機組主要使用的是鼠籠式感應發電機，但是，這種發電機在絕大部分工作的時候沒有辦法達到其最大的有功功率;在變速發電機組中，通常使用的是雙饋感應發電機，由于其轉速的可波動性范圍較大，因而可以被大量應用于現場使用。

3智能變電站監控系統可靠性

在我們以上提到的風電系統的短路情況中，概率短路情況主要包括：輸電線路和輸電設備短路等幾種情況。如果發生輸電線路概率短路故障的話，由于在長距離輸電的過程中，其位置有很大的不確定性和隨機性，這就導致概率短路計算的參數也存在很大的隨機性。而輸電設備短路故障發生的話，其原因較為繁雜，因為輸電設備發生短路故障后，整個輸電網絡的結構也會隨之改變。在這里，我們所談及的輸電設備主要指變電站，就目前擁有的研究程度來看，我們對智能變電站的二次系統故障只有其監測系統的可靠性方面的研究，沒有研究數據方面的相關研究方案。所以，當我們在進行智能變電站監控系統可靠性研究的過程中，我們可以將輸電設備故障作為該研究的基礎。由于在變電站中應用大量的自動化設備，使其可以進行智能化的運行，實現自我檢測、通信和保護等功能。當智能變電站在檢測到整個電路系統中的電壓、電流信息等等數據出現異常情況，監測系統的可靠性將起到很大的作用，只有這樣才可以保證錯誤信息可以及時被傳遞，保證這些數據信息的實時性。就目前現有的數據情況來看，在我國電壓以及高電壓的智能變電站中，主要采用三種獨立配置的測控裝置：其中，第一種為沛單套測控跨接單網;第二種為沛單套測控跨接雙網。這種模式在我國被大面積應用，其所得到的數據也有利于我們進行模型的建立及評估。而第三種為測控雙重配置，也就是將監測系統和控制系統進行同時建立，并將其建立為一體。

4主要應用流程

通常來說，我們進行風電系統概率短路分析及智能變電站測控系統可靠性評估的主要流程如下：（1）考慮到風力發電系統的初始運行方式存在很大的隨機性，所以，我們在計算的過程中引入DFIG潮流模型。首先，我們對其電流流量的波動區間進行劃分，進而我們可以得到風電系統在沒有發生短路時的運行模式。其次，我們進行多種雙重故障模型的設計，通過對某一故障線路的解析來對某些故障參數進行抽樣和確定，隨后建立該方面的相關算法，對各種數據進行有效處理。（2）建立已被確定的短路線路，通過使用密度函數進行預抽樣來抽取故障類型和抽樣故障的發生位置，以此來建立優化后的仿真算法，并將其結果與蒙特卡羅算法進行比較，然后計算各個大數據值。（3）建立PSCA算法量化。對設備可靠性的參數通過PSCA靈敏度算法計算，同時需要考慮到風電并網的影響，建立PSCA靈敏度模型來驗證以上結論的可靠性。（4）以智能變電站單套測控裝置跨雙網結構為基礎，建立監測系統可靠程度的模型，將我們得到的各大數據進行內部輸入，從而獲得各個部分的運行狀況的概率數據。

5結束語

在我國電路系統的長期發展過程中，短路問題已為我國電路系統造成了很大的困擾，而且風力發電系統和熱力發電系統有很大的不同，其發電的電流流量的波動性存在很大的隨機性，這與風力的大小、方向等因素有很大的關系，因而對電力系統的可靠性提出了更高的要求。基于此，我們需要通過風電系統概率短路分析和智能變電站測控系統可靠性分析，不斷地為我國風電行業的穩定發展提供助力。

參考文獻

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