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风力发电可靠性评估

严政，

交通大学电力，东川路800号200240

文章信息

文章：2009年1月9日收到

由于公众对使用能源对环境的不利影响的关注增强和常规能源的升级，风力发电在电力

系统中的应用越来越多。风能电力是完全不同于传统的电能资源。其中关键的区别是，风力

发电是间歇性不确定。因此，不同方式的传统发电机影响电力系统的可靠性。本文从现有文

献中，提出了风电场的风速模型和评估参数的方法。提出了两大类评估风力发电可靠性的方

法，即审阅分析方法和蒙特卡罗模拟方法。本文总结了其他影响风力发电系统可靠性的因素，

有尾流效应，不同风力机参数输出功率的相关性，渗透率和环境。一个例子就是，说明这些

影响因素将如何影响风力发电系统的可靠性。最后，主流的可靠性指标评定介绍。在这些可

靠性指标，有些是最近开发的：如风力发电中断能源效益（WGIEB），风力发电中断成

本效益（WGICB），等效容积率（ECR），承载能力效益比（LCCBR）。

关键字

风力；可靠性；评估；可靠性指标；风电场模型

1概述2

2风电场模型3

2.1风速模型3

2.2对于威布尔参数估计方法4

2.3风力涡轮机的输出特性7

3电力系统可靠性评估8

3.1分析方法9

3.2蒙特卡罗模拟9

4目前对风电的可靠性主要研究评价11

4.1可靠性指标11

4.2相关影响因素14

5结论与展望20

致谢21

1概述

在世界范围内的电力新增产能需求增加的大环境下，风力发电成为了越来

越普遍的选择。有几个因素促成了这个趋势，其境问题和化石能源价格的

持续增长是主要因素。此外，欧盟限制温室气体的排放和及其他国家

提出了一些相关的法律提案，促使风能在经济上比其他传统能源更有竞争力。

当然也还有其他因素的影响，如制造业和控制技术的进步也增加了风能作为

“绿色能源”的。在文献[7]中提到：风能已经被证明是在所有可再生能

源中利用率比较高的，而且它的发电成本比常规能源要低。投入了大量的

和精力在风能领域，在过去的五年里，风电装机容量每年成倍增加。2007

年，新的风电装机容量为2449MW，居世界第三位，只于和西班牙。

2007年风电累计装机容量为6050MW，居世界第五。在2020年风

能占主要能源供应的10%。目前，最大的风电场正在省酒泉市建设，

累计风电场为12710MW，到2015年，整个项目投资将超过150亿。最

大的风电场位于省惠来县，已产生的电力为100MW。东海大桥海上风

电场将于2009年建设完成，安装100MW的风力涡轮机，为以后的项目提供了一

系列的成功经验，如海上风能的评价、设计、施工技术等。在文献[8,9]中提

到：拟浙江和江苏建立1000MW的海上风电场。

然而，风能的一个主要缺点是风力是间歇性的，因此，风力发电机组不是

所有时间都能连续运行，文献[10–12]。因此，风力发电系统被认为是能源替

代，而不是能源资源。一个或者多个站点提供的风能取决于风力涡轮机的

类型，以及负载性质。基于这些，文献[13,14]说明研究这些发电系统的可

靠性并且评估整个系统的可靠性是