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风力发电并网运行危险辨识及安全评价的研究

冯赛
摘 要：随着风电场规模的日益扩大，风电并网问题已经受到了社会的高度重视，对风力发电并网运行危险辨识及安全评价进行研究，有利于提升电能供给的稳定性。本文首先对风力发电并网运行危险辨识作出简要阐述，然后提出一种模糊概率风险评价法，并结合实例，对其方法的具体应用进行分析。
关键词：风力发电 并网运行 危险辨识 安全评价
：F407 ：A ：1672-3791（2018）03（a）-0000-00
模糊概率风险评价主要是在概率风险评价的基础上，利用事故树分析及故障类型分析等方法，针对风力发电厂并网运行设备危险和事故发生复杂性进行的风险评价的手段。一般情况下，模糊概率风险评价流程可以概括为：查阅数据→危险源辨识→判断是否对关键设备造成影响→计算严重度→判断是否为可接受风险→计算发生概率→确认风险度。
1 风力发电并网运行危险辨识
风力发电并网运行危险因素辨识可以分为四个方面：（1）对电网电压的影响。风力发电并网多利用软并网，在启动时具有较大的冲击电流，其具体影响包含了电压波动、谐波以及闪变等，同时电压稳定性的影响可分为静态电压稳定问题与动态电压稳定问题。（2）对电网频率的影响。风电场发电能力占系统总容量决定了接入电网系统频率受到风电场的影响。（3）对电网继电保护装置的影响。发电机频繁投切可能会损害接触器。（4）对电网调度计划的影响。风电随机性会影响电网调度计划性，风能具有不可控性和随机性。在并网运行过程中，主要设备的危险辨识包含发电机、变压器、过电保护与接地装置、电抗器、隔断开关、高压断路器及继电保护装置等，如在发电机中，设计缺陷、固定不良、绝缘磨损导致定子组短路出现电气事故、固定不良、机械性能不合格、回油不畅等问题[1]。
2 风力发电并网运行安全评价
2.1 关键设备分析
2.1.1 严重度分析
在确认重大危险设备后，需要对设备产生事故严重度进行计算。故障模式的不同会让系统故障、子系统故障存在差异，对此，需要划分故障等级。在本文中，故障等级共分为四级：（1）Ⅰ级。可能造成系统损失会人员死亡，影响致命。（2）Ⅱ级。可能会造成较为严重的职业病和伤害，可能会损坏主要系统，影响严重。（3）Ⅲ级。可能会造成轻度职业病与次要系统的损坏，可能会让人员发生轻伤。（4）Ⅳ级。不会让系统受到损坏，不会让人员出现伤害与职业病，属于可以忽略的影响。
设故障和事故影响大小是 ，系统受到的影响是 ，事故、故障发生频数是 ，防治事故的难易度是 ，对系统熟悉程度为 ，故障严重度 。在 中，生命损失系数为5.0，损失相当为3.0，功能损失为1.0，无功能损失为0.5；在 中，系统造成两个以上重大影响系数为2.0，一个以上重大影响为1.0，对系统无过大影响为0.5；在 中，易于发生系数为1.5，能够发生系数为1.0，不太可能发生为0.7；在 中，不能防治事故系数为1.3，能够防治为1.0，易于防治为0.7；在 中，不夠熟悉新技术系数为1.2，较为熟悉为1.0，相当熟悉为0.8.
事故发生可能性等级共有五个，按照频繁到不可能发生，其等级依次为A、B、C、D、E，最高风险指数为1，最低风险知识是20.在18～20中，是可以接受且不需要评审的；在10～17中，是由条件接受的，需要接受评审的；在6～9中，是不希望有的风险；在1～5中，是不能接受的风险。
2.1.2 故障概率分析
依照对象系统性质、分析目的和分析程序的差异，可以利用故障树分析关键设备故障概率。在故障树分析过程中，需要确保其编制过程具有严密的逻辑性，在对其进行编制时，需要反映出逻辑关系与内在联系，一般情况下，故障树分析程序可以概括为：熟悉系统→调查事故、确认事件→编制是事故树、调查原因事件、利用技术资料、确认目的事故概率、简化事故树→定性分析、定量分析→制定安全措施→改善系统。
在定性分析中，需要确认最小割集、最小径集和结构重要度，最小割集是引起顶上事件出现的最起码基本事件集合，通常情况下，可以采用布尔代数化简法求得最小割集，在标准式中，最小项数量代表了故障树最小割集数量。最小割集与最小径集存在对偶特点，利用故障树对偶数，可以让最小径集得以求出。如果基本事件发生概率相同，那么顶上事件受到基本事件的影响程度为结构重要度，利用最小割集与最小径集，可以对其进行判断。
在定量分析中，需要分析概率重要度、顶上事件概率、临界主要度。设基本事件i在t时刻所处状态为 ，利用二点分布，可以对其取值进行表示，
随机事件 期望值和基本事件i在t时刻发生的概率相同，因此，
结合门故障树结构函数、定性分析用最小割集计算顶事件发生概率公式，设第i个基本事件概率为 ，第i个最小割集中基本事件 属于第j个最小割集或是第s个最小割集的表示为 ，最小割集序数为r，可以得出估算公式：
对故障树进行定量分析，依照危险程度的不同，其量化值同样存在差异，在危险程度为频繁时，量化值为0.9≤P<1；在危险程度为很可能时，量化值为0.8≤P<0.9；在危险程度为可能时，量化值为0.2≤P<0.8；在危险程度为极少时，量化值为0.01≤P<0.2；在危险程度为不可能时，量化值为P<0.01。利用传统故障树分析方法与模糊理论进行结合，可以表示基本事件发生概率。利用模糊概率方法，结合工程技术人员实际经验与判断，可以让模糊数隶属函数得以构造，可以对并网运行相关关键设备进行描述与评价，让描述系统不确定性得到准确表述。几何模糊数学多元扩张原理，可以推算出“或门”模糊算子和“与门模糊算子”。分别为：
2.2 具体应用
2.2.1 关键设备
对我国某风力发电并网工程进行分析，发现发电机设备在有条件接受风险中，需要并网系统评审后接受的有3项，在不希望有的风险中有4项，在不可接受风险中有两项。对发电机事故等级进行分析，电气事故严重性为Ⅰ，可能性为B，风险评价指数为2；火灾爆炸严重性为Ⅱ，可能性为D，风险评价指数为10；机械事故严重性为Ⅲ，可能性为C，风险评价指数为11。对此，电气事故为重点分析对象。
2.2.2 事故严重度
依照 对其进行分析， 、 、 、 和 的系数分别为3.0、2.0、1.5、1.0、1.0，对此进行计算，可得出事故严重度S为9.0，依照严重度取值和事故等级划分标准，在S大于7的情况下，需要进行再次分析。
2.2.3 事故发生概率
编制发电机电气事故事故树，计算最小割集，
其最小割集数量为11个，也就是说，在该风力发电并网运行中，有11种原因会让发电机出现电气事故。
計算最小径集，
经过分解计算，其最小径集数量共有8个。对其重要度进行计算，结合前文所说公式，发现系统薄弱环节在 、 、 、 、 和 ，因此，需要对其进行定期维修和监测。对其事故发生概率进行计算，基本事件为X，中间事件为B、C，顶上事件为A，依照隶属函数，可以得到 、 和 数值，进而求出发电机电气事故基本事件概率值，求出顶事件发生概率处于0.202755到0.22495之间，在0.213855的概率最大，重要度是1，基本事件发生概率模糊性对顶事件发生概率模糊性具有决定作用。
2.2.4 风险度及评价
依照关键设备定量风险评价计算方法，可以求出风力发电并网工程中发电机电气事故风险度R为（0.1924695，0.1，0.1），1.6≤R<3.6，危险等级为不希望发生危险事故，对其进行分析评价，可以发现基本事件中存在一定潜在隐患。对此，可以制定相关处理措施：（1）针对定子绕组半导体防晕层劣化导致事故，相关人员需要及时发现问题并进行处理，让防晕层得到更新[3]；（2）针对长时间高于额定电压造成的事故，相关人员需要对设备工况予以掌握，让工作条件得到改善；（3）针对定子绕组半导体防晕层劣化事故，需要在交班时做好检查工作；（4）针对温度传感器绝缘故障事故，相关人员需要在每个班次进行检查，对其进行及时更换。
3 结语
综上所述，利用模糊概率风险评价法，可以对风力发电并网运行的风险进行辨识和评价，可以分析关键设备故障概率，在实际应用中，这种分析方法能够帮助工作人员制定具有针对性的风险防范措施，为风电场的平稳运行提供保障。
参考文献
[1] 李昆.浅析风力发电并网技术及电能质量控制[J].应用能源技术，2016（11）：49-51.
[2] 崔康.风电场并网运行安全管理的现状及应对策略[J].当代化工研究，2016（02）：85-86.
[3] 刘力，齐体俊.双馈异步风力发电机并网运行中的几个热点问题[J].山东工业技术，2016（03）：146.

-全文完-