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摘 要：我国针对多风电场与梯级水电站之间的协调运行对电力系统可靠性的影响分析报告的研究还是比较少的，因此，有关专家学者提出了一种风电场与梯级水电站协调运行发展对电力系统的可靠性的研究方法，能够较为准确地确定风电场与梯级水电站的运行模式，研究了多风电场之间的相关性以及梯级水电站之间的不确定性，从而建立了一种在拉丁超立方数据采样模型基础上的序贯蒙特卡罗计算可靠性研究模型，旨在研究多风电场与梯级水电站协调运行对电力系统可靠性的影响。
关键词：多风电场；梯级水电站；电力系统
前言：随着我国可再生能源的利用和发展，多风电场与梯级水电站之间的协调运行使得电力系统的可靠性在很大程度上得到了提高，因此，有关专家分析研究了多风电场之间的相关协调性，对风电场输出的电量对电量系统的可靠性影响进行了进一步的研究，建立了风电场电量输出功率以及梯级水电站模型中对负荷率的变化研究模型，进一步探究了多风电场与梯级水电站协调运行对电力系统可靠性的影响。
一、电力系统可靠性研究模型
（一）可靠性指标
蒙特卡罗模拟计算时一般采用的都是随机取样的方法，这样会抽取到很多相同的风速样本，除此之外，研究结果要想得到更好的计算结果，就必须要有足够大的样本容量，扩大采样规模，然而数据的计算量也会随之增大，这就要求采用拉丁超立方采样，拉丁超立方采样相比于随机采样来说，覆盖的采样规模更加大，采集的数据更多，可以有效地提高采样的效率。对于采样样本来说，要按照同一种方法进行样本采样，从而形成一个初始样本采样矩阵，然后在对矩阵进行一定的调整排序后能够进一步消除矩阵之间的相关性，主要采用正交矩阵的方法来消除初始样本矩阵之间的相关性。
（二）多风电场模式
风电场的发电功率是指所有的发风电机发电功率的总和，风电场的发电功率的变化主要是来自风速和风向的变动，但因为风电场场地的不同，在下风方向的风电机的风速会比在上风方向的风电机的风速要小，这就是尾流效应。在风速模拟研究过程中，主要采用分布函数进行模拟，进行威布尔分布和瑞利分布，采用非参数核密度的方法进行统计分析，在具体的研究过程中，多数采用威布尔分布方法進行风电场的风速分布，进行参数拟合从而得到风速时序，模拟各个风电场之间的相关性，用矩阵变换的方法模拟特殊数学期望值以及风速向量，对风电场之间的关联矩阵进行分解分析，最终得到了变换矩阵[1]。
从相关的数据表明，我国是一个风力资源丰富的国家，特别是近些年来为了发展社会主义事业，出现了资源浪费严重的现象，资源利用与经济发展存在着巨大矛盾，于是风能作为一种清洁可再生资源在发电方面发挥了重要作用。我国大力发展新型能源产业，目前我国在三级以上可开发的风能资源达20多亿kw，在海域50米的高度区域内其可装机容量可达两亿kw。我国陆上千万千瓦级的风电基地主要集中在内蒙古、新疆、甘肃、江苏等省份，这些地区的电能开发量就已经达到将近20亿kw，试想一下我国其他内陆地区与临海地区可开发的风电将会是一个天文数字，将会为社会主义事业建设，为造福子孙后代做出突出贡献。从中可以窥见我国在风能发电方面还潜在着巨大的实力，颇具多风电场规模，在未来将会发挥出更大的作用。
（三）序贯蒙特卡罗计算方法
序贯蒙特卡罗计算方法可以通过对发电机机组元件的故障修复过程进行刻画，还可以研究出负荷变化时的变化趋势，因此经常用于对电力系统可靠性的影响研究当中，首先针对于各风电场发电机和水电站水电机之间的运行和修复时间，通过双状态下的机组模型进行研究，使得各机组的初始运行状态能够服从均匀分布，进而生成梯级水电站、多风电场中运行负荷时间的序列排序，通过对梯级水电站中水电机机组来收集来水径流，然后根据发电径流和水电站库存容量进行限制，进而通过对水电机机组的运行状态了解到梯级水电站在独立运行模式中每个小时的独立发电量，按照威布尔分布中具有的相关性多风电场的风速以及尾流因子，从而计算每个风电场的发电量。根据一段时间内的可靠性指标，也就是切符合概率，从而计算所有发电机的最大可得容量，计算电量不足期望值。所谓的多风电场与梯级水电站协调运行就是指，当电量不足期望值小于0的时候，需要相应地增加梯级水电站的发电流量，进而增加梯级水电站的发电功率，从而使得每一个梯级水电站增加的发电功率和增加的发电电量能够按照一定额定功率占总体梯级水电站功率的比值进行发电电量的调整。其次，当电量不足期望值大于0的时候，需要相应地减少梯级水电站的发电电量，从而减小梯级水电站的发电功率，进而增大梯级水电站的内部库容，使得每个梯级水电站能够通过减少发电功率来减少发电电量进行调整，最后采用方差分析β检验，观察检验电量不足期望值是否符合标准，然后再进行多次调整，一直到方差分析的系数不再变化。
二、多风电场与梯级水电站协调运行对电力系统可靠性影响结果
（一）关于独立运行与协调运行对可靠性的影响
专家将采用序贯蒙特卡罗的计算方法，分别对独立运行状态下和协调运行状态下对电力系统的可靠性进行研究分析，研究结果表明，可靠性指标的方差分析系数随着时间的变化而不断地趋于稳定，运行计算的规模较小，因而证实了拉丁超立方计算方法的有效性。进行协调运行的可靠性指标结果表明，电量不足期望值和切负荷概率都分别缩小了82%和60%，所以，这项分析研究证明了协调运行能够更好地提高发电力系统的可靠性[2]。
（二）多风电场协调运行对电力系统可靠性的影响
当风电场中风电机的启动风速发生变化的时候，对电力系统可靠性的影响是比较小的，然而风电机的额定风速发生变化时对电力系统可靠性的影响比较大，研究表明，当风电场的风速与额定风速趋于一致的时候，对电力系统的可靠性影响最大，所以，多风电场在选择风电机机组的时候，一定要综合考虑当地风速的实际情况进行科学合理地选择风速参数，从而使得多风电场对电力系统的可靠性产生最好的效果[3]。
结论：综上所述，本文阐述了多风电场与梯级水电站协调运行对电力系统的可靠性的研究模式，以拉丁超立方采样的方法，通过序贯蒙特卡罗的计算方式，根据可靠性标准针对多风电场与梯级水电站协调运行的可靠性影响模型进行了相应的评估性研究，结果表明，多风电场与梯级水电站的协调运行可以对电力系统的可靠性产生较大的影响。
参考文献：
[1]王秀丽，张凯，曾平良，锁涛.基于多场景的风电场接入与输电网协调规划[J].电力建设，2015，10：46-52.
[2]薛美娟，杨晓萍，马啸远.基于最优潮流理论的风电、梯级水电短期联合优化调度[J].水利学报，2014，03：368-375.
[3]王嘉阳，程春田，廖胜利，汪明清，苏华英. 复杂约束限制下的梯级水电站群实时优化调度方法及调整策略[J].中国电机工程学报，2015，17：4326-4334.
关键词：多风电场；梯级水电站；电力系统
前言：随着我国可再生能源的利用和发展，多风电场与梯级水电站之间的协调运行使得电力系统的可靠性在很大程度上得到了提高，因此，有关专家分析研究了多风电场之间的相关协调性，对风电场输出的电量对电量系统的可靠性影响进行了进一步的研究，建立了风电场电量输出功率以及梯级水电站模型中对负荷率的变化研究模型，进一步探究了多风电场与梯级水电站协调运行对电力系统可靠性的影响。
一、电力系统可靠性研究模型
（一）可靠性指标
蒙特卡罗模拟计算时一般采用的都是随机取样的方法，这样会抽取到很多相同的风速样本，除此之外，研究结果要想得到更好的计算结果，就必须要有足够大的样本容量，扩大采样规模，然而数据的计算量也会随之增大，这就要求采用拉丁超立方采样，拉丁超立方采样相比于随机采样来说，覆盖的采样规模更加大，采集的数据更多，可以有效地提高采样的效率。对于采样样本来说，要按照同一种方法进行样本采样，从而形成一个初始样本采样矩阵，然后在对矩阵进行一定的调整排序后能够进一步消除矩阵之间的相关性，主要采用正交矩阵的方法来消除初始样本矩阵之间的相关性。
（二）多风电场模式
风电场的发电功率是指所有的发风电机发电功率的总和，风电场的发电功率的变化主要是来自风速和风向的变动，但因为风电场场地的不同，在下风方向的风电机的风速会比在上风方向的风电机的风速要小，这就是尾流效应。在风速模拟研究过程中，主要采用分布函数进行模拟，进行威布尔分布和瑞利分布，采用非参数核密度的方法进行统计分析，在具体的研究过程中，多数采用威布尔分布方法進行风电场的风速分布，进行参数拟合从而得到风速时序，模拟各个风电场之间的相关性，用矩阵变换的方法模拟特殊数学期望值以及风速向量，对风电场之间的关联矩阵进行分解分析，最终得到了变换矩阵[1]。
从相关的数据表明，我国是一个风力资源丰富的国家，特别是近些年来为了发展社会主义事业，出现了资源浪费严重的现象，资源利用与经济发展存在着巨大矛盾，于是风能作为一种清洁可再生资源在发电方面发挥了重要作用。我国大力发展新型能源产业，目前我国在三级以上可开发的风能资源达20多亿kw，在海域50米的高度区域内其可装机容量可达两亿kw。我国陆上千万千瓦级的风电基地主要集中在内蒙古、新疆、甘肃、江苏等省份，这些地区的电能开发量就已经达到将近20亿kw，试想一下我国其他内陆地区与临海地区可开发的风电将会是一个天文数字，将会为社会主义事业建设，为造福子孙后代做出突出贡献。从中可以窥见我国在风能发电方面还潜在着巨大的实力，颇具多风电场规模，在未来将会发挥出更大的作用。
（三）序贯蒙特卡罗计算方法
序贯蒙特卡罗计算方法可以通过对发电机机组元件的故障修复过程进行刻画，还可以研究出负荷变化时的变化趋势，因此经常用于对电力系统可靠性的影响研究当中，首先针对于各风电场发电机和水电站水电机之间的运行和修复时间，通过双状态下的机组模型进行研究，使得各机组的初始运行状态能够服从均匀分布，进而生成梯级水电站、多风电场中运行负荷时间的序列排序，通过对梯级水电站中水电机机组来收集来水径流，然后根据发电径流和水电站库存容量进行限制，进而通过对水电机机组的运行状态了解到梯级水电站在独立运行模式中每个小时的独立发电量，按照威布尔分布中具有的相关性多风电场的风速以及尾流因子，从而计算每个风电场的发电量。根据一段时间内的可靠性指标，也就是切符合概率，从而计算所有发电机的最大可得容量，计算电量不足期望值。所谓的多风电场与梯级水电站协调运行就是指，当电量不足期望值小于0的时候，需要相应地增加梯级水电站的发电流量，进而增加梯级水电站的发电功率，从而使得每一个梯级水电站增加的发电功率和增加的发电电量能够按照一定额定功率占总体梯级水电站功率的比值进行发电电量的调整。其次，当电量不足期望值大于0的时候，需要相应地减少梯级水电站的发电电量，从而减小梯级水电站的发电功率，进而增大梯级水电站的内部库容，使得每个梯级水电站能够通过减少发电功率来减少发电电量进行调整，最后采用方差分析β检验，观察检验电量不足期望值是否符合标准，然后再进行多次调整，一直到方差分析的系数不再变化。
二、多风电场与梯级水电站协调运行对电力系统可靠性影响结果
（一）关于独立运行与协调运行对可靠性的影响
专家将采用序贯蒙特卡罗的计算方法，分别对独立运行状态下和协调运行状态下对电力系统的可靠性进行研究分析，研究结果表明，可靠性指标的方差分析系数随着时间的变化而不断地趋于稳定，运行计算的规模较小，因而证实了拉丁超立方计算方法的有效性。进行协调运行的可靠性指标结果表明，电量不足期望值和切负荷概率都分别缩小了82%和60%，所以，这项分析研究证明了协调运行能够更好地提高发电力系统的可靠性[2]。
（二）多风电场协调运行对电力系统可靠性的影响
当风电场中风电机的启动风速发生变化的时候，对电力系统可靠性的影响是比较小的，然而风电机的额定风速发生变化时对电力系统可靠性的影响比较大，研究表明，当风电场的风速与额定风速趋于一致的时候，对电力系统的可靠性影响最大，所以，多风电场在选择风电机机组的时候，一定要综合考虑当地风速的实际情况进行科学合理地选择风速参数，从而使得多风电场对电力系统的可靠性产生最好的效果[3]。
结论：综上所述，本文阐述了多风电场与梯级水电站协调运行对电力系统的可靠性的研究模式，以拉丁超立方采样的方法，通过序贯蒙特卡罗的计算方式，根据可靠性标准针对多风电场与梯级水电站协调运行的可靠性影响模型进行了相应的评估性研究，结果表明，多风电场与梯级水电站的协调运行可以对电力系统的可靠性产生较大的影响。
参考文献：
[1]王秀丽，张凯，曾平良，锁涛.基于多场景的风电场接入与输电网协调规划[J].电力建设，2015，10：46-52.
[2]薛美娟，杨晓萍，马啸远.基于最优潮流理论的风电、梯级水电短期联合优化调度[J].水利学报，2014，03：368-375.
[3]王嘉阳，程春田，廖胜利，汪明清，苏华英. 复杂约束限制下的梯级水电站群实时优化调度方法及调整策略[J].中国电机工程学报，2015，17：4326-4334.