1. 研究目的与意义
当前海上风电已成为全球风电发展的研究热点,与陆上风电场不同,海上风电场由于受海洋性气候、环境以及地质等因素的影响,电气设备价格及其运行维护成本都大大高于陆上风电场,因此,有必要在海上风电场规划时期对整个系统的可靠性进行评估。
许多关于陆上风电场可靠性评估的研究已经被报道,但关于海上风电场的研究相对较少。
海上风电场的运行环境比陆上风电场更复杂,因为它位于海上。
2. 课题关键问题和重难点
关键问题:由于海上风电场地处海上,其外部运行环境与陆上风电场差异较大。而且,评估海上风电场可靠性时需要考虑海上恶劣天气的影响。相较于陆上风电,海上风电起步较晚,多数海上风电场都是近年建设的,海上风机和集电系统设备(元件)的可靠性参数统计数据缺乏,所以已有海上风电场可靠性评估大多采用陆上风电场元件的统计数据。在评估海上风电场可靠性时需要对可靠性参数进行修正,以反映海上恶劣天气对海上风电场可靠性的影响。
难点:已有文献尝试在海上风电场可靠性评估中考虑恶劣天气对元件可靠性参数的影响,但是多数是基于历史运行经验的定性分析,没有量化天气强度对元件可靠性的影响。无法考虑所有可能引起故障的原因而产生的不确定性。
3. 国内外研究现状(文献综述)
随着风电产业的快速发展,陆上风能资源的开发已趋于成熟,近些年来,由于风力涡轮机(wind turbine,wt)技术的进步,风力发电越来越高效,大规模海上风电场的开发已成为国际上风能利用的新趋势[1]。
我国海上风电的开发速度已逐步提升,预计2018-2020年我国海上风电场的建设进度将进一步加快,并网容量进一步快速突破。根据国家《风电发展“十三五”规划》,到2015年我国风电并网装机容量将达到一亿千瓦,其中海上风电累计装机量五百万千瓦,规划到2020年,海上风电开工建设规模达到一千万千瓦,累计并网容量预计达到五百万千瓦[2-3]。
传统对于风电场可靠性研究中,通常将风电场作为发电系统的一个电源进行分析,讨论风电出力波动性对发电系统可靠性的影响,主要的建模方法有两类:时序模拟法[4-5]和解析法[6-7]。两者各有优缺点,前者可以较好地计入风电机组出力的时序相关性,并且它可以用简单的方法计算实际频率指标,然而,其模拟计算的时间较长和存储需求很高;而解析法具有明确的物理概念,系统状态枚举过程相对简单,但是,当系统规模较大时,可能会出现“维数灾难”问题。
4. 研究方案
先通过现有途径查阅文献,理解海上风电场的运行过程以及运行过程中会遇到的难点等相关知识,理清海上风电场的发展脉络及研究现状,学习海上风电场的有关理论知识,获取海上风电场元件的统计数据等相关研究信息。
查阅资料,归纳总结国内外现有的风电场可靠性的文献资料的基础上,总结评估风电场可靠性常用的负荷点指标、系统指标及可靠性平局方法。进一步了解研究海上风电场可靠性评估的方法有哪些以及海上风电场集电系统中的故障点及故障原因。
5. 工作计划
第1周: 查阅和研读大量关于海上风电场可靠性分析的中英文资料;
第2周: 借助所学知识完成英文文献的翻译,并理顺语句和理解它的专业含义;
第3周: 按要求完成开题报告,不断完善后提交;
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