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摘 要：我国海岛众多且大多数海岛风力资源丰富。在海岛上采用风力发电进行供电，不仅有利于海岛的经济开发与建设，更有利于岛上的环境保护。由于风力资源本身所具有的不稳定性、随机性以及地域性，风力发电系统的可靠性就遭到质疑。对海岛孤立风电系统的可靠性分析评估就显得尤为重要。本论文，拟以大陈岛为例，通过对其岛上风电运行情况、岛上风速和岛上用户负荷等数据的分析，对此孤立海岛系统进行可靠性分析。
关键字：海岛；孤立系统；风力发电；可靠性分析
0引言
随着科技的发展，能源问题日益受到国际社会的重视。风力发电是解决当前突出的能源和环境问题的有效手段，是目前世界上增长速度最快的能源和最有发展前景的新能源技术[1]。目前，对风能的利用也已达到商用阶段[2]。在大电网难以达到的孤立地区，如海岛、牧区，以前都使用燃料昂贵的柴油发电机。而这些地区，却有着较丰富的风能资源，在这些地区推广风力发电已是新能源建设中的一项重要工作。
风能总体上是一种丰富的可再生资源，发展风力发电可以在一定程度上节约一次能源的消耗和减少环境污染，然而，风能资源的地域分布具有明显的差异性，并且在时间和空间上的分布具有很大的不均匀性[3]。由于风速经常处于变化的状态，从而造成风力发电机组出力的波动，且这种变化不受控制，进而难以预测。孤立风力发电系统中的风力发电机容量较小、输配电网络结构简单、用户负荷单一，这些特点使得孤立风力发电系统的可靠性对整个系统来说尤为重要。为了保证用户供电的安全、可靠、经济，以及对今后孤立电网的建设有更好的改进，提高供电质量，因此对孤立风力发电系统进行可靠性评估是必不可少的。本文拟以东南沿海的某海岛为研究对象，根据该岛用电负荷和风速等数据，依照中国电力企业联合所发布的2005--2010年全国电力可靠性指标，对其孤立风力发电系统的可靠性进行研究。
1 可靠性概念和分析方法
所谓电力系统可靠性，是指在电力系统按照可接受的质量标准和一定的用户需求的情况下，对其不间断地供应电能的能力所进行的度量[4]。由于电力系统的复杂性，对其整体进行可靠性的评估会有一定的困难。
通常，电力系统可靠性分析可以分为充裕度与安全性两个方面。其中，充裕度是从静态的角度出发，用于评价系统持续供应以满足用户电能需求的能力；安全性则是从暂态的角度出发，用于评价系统承受突然扰动后继续保持稳定的能力。电力系统规模庞大，为了更准确地进行可靠性分析评估，对电力系统进行可靠性分析时可将其划分成三个子系统。基于电力系统的组成结构，可将其划分为发电系统、输电系统和配电系统三部分来进行可靠性评估：1、发电系统可靠性，是指评估统一并网运行的全部发电机组，按可接受标准及期望数量来满足电力系统负荷电能需求的能力的度量。为确定电力系统能否保证电力供应所需的发电容量，因此衡量发电系统可靠性的指标是系统的充裕度，通常衡量系统充裕度的方法用概率方法。2、输电系统可靠性，其可靠性包括充裕度和安全性。充裕度指标分为负荷点指标和系统指标两类，两者均采用故障筛选技术。安全性指标为了评估系统对突发故障的经受能力，其主要通过因故障引起的负荷损失量来度量。3、配电系统可靠性，它的指标主要评估的是充裕度。其典型的分析方法是故障模式影响分析法和可靠度预测分析法。
随着科技的不断进步，我国电力系统已经进入了快速发展的时期，实现电网大区域互联、特高压交直流混合输电。由于系统规模的不断扩大和结构的日益复杂，从而使得停电可能会导致巨大的财产损失和人员伤亡。所以，对电力系统进行合理的可靠性评估有着十分重要的现实意义。
本文依据大陈海岛上的星星风电场一年的实际运行情况，针对风力发电机组的运行规律和其配电网自身的特点，建立的它们的可靠性数学模型，用发电系统可靠性分析方法对该海岛风力发电系统进行可靠性分析，证明该海岛风力发电系统能够满足电网稳定性指标，对负荷的电力供应可以达到安全、可靠的要求。
2 海岛孤立电力系统可靠性的特点
我国的海岛资源非常丰富，根据1996年第一次《全国海岛综合调查报告》的数据指出，我国面积在500m2以上的海岛共有6961个（港澳台及海南岛除外，海南岛本岛和台湾、香港、澳门所属有的410个海岛）其中有人居住的海岛为433个，人口达452.7万人。这些海岛大多拥有丰富的渔业资源、旅游资源以及风能资源，因此对海岛的开发将是今后国家建设中的一项重要工作。考虑到海岛的交通不便，距离大陆架较远，传统的柴油发电已经不能满足海岛的经济和环保发展需要，因此，海岛孤立风力发电系统是既利于环保又有利于海岛经济建设的项目。
在海岛孤立风力发电系统中，本文重点关注的是确定电力系统能否有充足的发电容量来满足用电负荷的需要。海岛孤立风力发电系统的可靠性指标是发电系统的充裕度。通过前一章可知，可靠性分析方法有确定性方法和概率方法。确定性方法，主要根据长期累计的发电系统可靠性资料、负荷预测资料和电源配置以及规划设计人员的经验来确定。概率方法，即电力不足概率法（loss of load probability，LOLP）、电力不足频率、持续时间法（frequency and duration，F&D）和模拟法。任何估计发电系统充裕度的概率方法的基本途径在原理上都相同，均由3部分组成，如图2.1所示：
图2.1 发电系统可靠性分析原理示意图
将发电系统模型和发电系统负荷模型相结合形成适当的风险模型后，即可计算出一系列的可靠性指标。这些指标通常不考虑输电网络的约束（惟一例外的是互联系统的联络线），也不反映任何特定用户负荷点的供电不足，但能衡量整个发电系统的充裕度[5]。
将发电系统充裕度表示为一个随机变量，由某一时刻系统中总的发电机组运行容量和负荷功率之差决定，如式2-1所示：
■……………………………………2-1
式中：X为系统的充裕度，Wi为发电机组的运行容量，Ls为系统负荷。得到出关于系统裕度的一系列数据后，可以计算电力不足概率和电量不足期望值这两个常用的指标，它们都与系统裕度的累积概率有关。系统裕度的累积概率为： ■……………………2-2
这个式子表示系统充裕度小于等于Xi的概率，对应于每一个裕度Xi，就存在一个累计概率。在实际应用中，裕度可以取若干个等间距的离散值，该间距称为步长，一般为了方便也可取系统中各发电机组容量和负荷功率适当大小的公约数。
对于一些组合系统的充裕度确切概率可以由以下公式计算，该公式如下：
■……………………………2-3
式中：该式是个卷积公式，是计算由元件a，b组成的组合系统裕度确切概率的基本公式，Pa(Xj)，Pb(Xk) 是元件a，b运行在Xj，Xk的确切概率。这个卷积公式可以推广到含有多个元件的组合系统，比如，风光互补，风柴互补等系统，结合式2-2可计算出的系统充裕度，以构造可靠性指标。
3 大陈岛发电特性与可靠性分析
本论文所需数据，采集自位于浙江沿海的大陈岛星星风电场，该风电场是全国首个完全发电的风电场，即风力发电机组根据风速发电，再将所发全部电量供给用户。其运行数据有较强的理论研究价值，本文将基于该风电场运行数据来分析大陈岛风力发电系统的特点与可靠性。本论文所进行的研究，将为海岛孤立风电系统的可靠性研究提供较为合理的参考，对于提高海岛孤立风电系统的可靠性提出相应的建议，并且能够以该风力发电系统为例，向其他海岛推广，推动我国海岛的开发与建设。
风力发电机组是将风能转化为电能的设备，其出力的大小主要取决于机组安装地点的风速状况，图3.1是典型的风力发电机组功率-风速曲线图。在风速由0 逐渐增大的过程中，当风速大于切入风速Vin 时，机组开始发电、其出力将随风速的增大而增加，当风速达到额定值Vr 时机组出力也将达到额定值Pr，若风速继续增大，机组的出力将基本上维持在额定值Pr不变，当风速超过机组的切除风速Vout 时，机组将启动保护停机装置，以保证机组的安全运行。
通常情况下风力发电机组的Vr值在13～14m/s范围内，而实际上，大多数风电场的平均风速为7～9m/s，所以大多数时间内风力发电机组的出力无法达到额定值。由运行经验表明，风力发电机组的年最大负荷利用时间数在2000h左右，少数风电场能够达到3000h。由于浙江省地处于中国东南沿海经济发达地区，其经济、社会的发展使得其配电网结构较为完善，并且其沿海的自然条件适宜于发展风力发电。考虑到风力发电机组的间歇性运行方式，电网故障对其的影响可以忽略不计，因此可以不考虑网络的可靠性模型而采用发电系统可靠性的分析方法来进行分析。因此，在风力发电系统的可靠性研究中可以做如下两个假设：
（1）风力发电机组的出力完全取决于风速大小，即不考虑设备自身故障、检修等因素对机组出力的影响；
（2）不考虑配电网网络故障对可靠性造成的影响，即可以用发电系统可靠性的研究方法对问题进行研究。
本文中以大陈岛星星风电场平均高度为60m的测风塔进行风力测速，并且风力发电机组的年最大负荷利用小时数值在2000h左右，通过加以整合对应风速下的风电机组的出力数据，得到图3.2风速-机组功率图。由图3.2可看出该风电场风电机组的Vr值在10～12m/s左右，虽然与理论上的Vr值存在偏差，但考虑到风力发电机组实际运行时将受到温度、湿度等不可测量因素的干扰，该运行图在一定程度上可以证明风力发电机组运行状况良好。
对于本文所要研究的大陈岛孤立电力系统，由于其结构简单，用户负荷单一，因此可以假定输电和配电设备完全可靠，电源点可以在不受传输限制的情况下将电能输送到负荷点。因此，本论文采用的分析方法是在概率框架下结合确定性准则进行孤立系统可靠性分析[6]，该方法对于只包含风电机组的孤立系统来说是较为实际的。使用该方法时，先用充裕度确定性标准判定系统的状态，依据这个确定性标准可以将系统分为3种状态：
(1)健康状态，是指满足充裕度确定性标准的状态；
(2)边界状态，是指不满足充裕度确定性标准，但是还没有达到负荷供应不足的状态；
(3)风险状态，是指该状态不仅不满足充裕度确定性标准，同时引发负荷供应不足。
然后，在得到所有电源的小时出力后，将所有电源的发电电量综合起来产生一个电源模型，将其与用户小时负荷相比较，然后用可接受的充裕度确定性准则去判定系统是处于健康状态、边界状态或是风险状态。计算时按时序进行，直到满足收敛判据。分别记录下系统处于健康状态的次数n(H)和处于风险状态的次数n(R)，以及其每次发生所对应的持续时间t(H)，t(R)。按照式3-1和式3-2依次进行计算：
■………………………………………3-1
这个式子是用来计算健康状态H的概率的，n(H)是系统处于健康状态的次数，t(H)是系统每次处于健康状态的时间，N代表年数。
■…………………………………… 3-2
式子所求的是负荷不足小时期望数，它能判断系统的装机容量是否满足用户负荷。式中：n(R)是系统处于风险状态的次数，t(R)是系统每次处于风险状态的时间，N代表年数。
4数据分析与孤网可靠性论证
根据大陈岛孤立风力发电系统的运行数据，本文进行了如下稳定性分析：
首先，将所有电源的小时出力进行统计，将所有机组的可发电量综合，如图4.1系统发电容量分小时统计图所示。再将机组的可发电量与用户小时负荷相比较，同时为了有更大的裕度来确定系统的可靠性，我们选择用户的小时最大负荷值与机组的可发电量进行比较，按时序进行计算，直到结束。分别记录下该海岛孤立风力发电系统处于健康状态的次数n(H)和处于风险状态的次数n(R)，以及其每次发生所对应的持续时间t(H)，t(R)。然后按照式3-1和式3-2依次进行计算，得到最后的结果为：
■
■
最后结果，P(H)为0.6708，这就意味着：系统每天处于健康状态的时间为：24×0.7708=16.0992（h）。LOLE等于0.2904，说明系统每天平均停电时间为24×0.2904=6.9696（h）。 图4.2 风力发电功率与负荷最大功率分月统计图
由比较可以看出，红线是海岛用户负荷，虚线是风电场所发功率，图表所显示的数据是，2009年月功率最大值。可以看出，两个数值相差很大，风电场的总装机容量要远远大于海岛的用电负荷。这是由于风电场建立之初，其目的就在于尽最大可能地利用海岛的风能，因此，投产时的装机容量本身就远远大于该海岛全部用电负荷。即使在这种条件下，系统只基于风力发电的可靠性还是不能满足用户的要求。由此，我们也可以看出，海岛孤立系统的供电仅依靠风力发电进行是不可行的。
5 结论
本文基于浙江沿海的大陈岛星星风电场的运行数据来分析大陈岛风力发电系统的特点与可靠性。并通过上述内容的计算和分析，可以得出：海岛孤立系统的供电仅依靠风力发电是不够的。对于增加发电机组以稳定系统电能，在一定程度上是收效甚微的，同时，此举将产生不可估量的资源浪费。因此，为了使海岛风电系统供电更加可靠、安全和经济，我们应对这个系统进行完善：在确定可满足用户负荷的风机装机容量的情况下，再建立一些适当容量的备用发电机组，使得在风力较小，风力发电机组出力无法满足用户负荷的情况下，将这些备用发电机组投入运行，用以确保对用户的供电。比如，已有很多地区已经投入使用的风柴互补系统，以及正在大力研究的风光互补系统和风柴储互补系统等等。这些联合系统，大多以风力发电为主，其他发电系统进行削峰填谷和提供备用发电容量的作用，既提高了系统的可靠性又发展了绿色能源，为国家的可持续发展和环保事业的发展起到了很大的作用。本论文所进行的研究，将为海岛孤立风电系统的可靠性研究提供较为合理的参考，对于提高海岛孤立风电系统的可靠性提出相应的建议，并且能够以该风力发电系统为例，向其他海岛推广，推动我国海岛的开发与建设。
参考文献
[1]王晓蓉，王伟胜，戴慧珠，我国风力发电现状与展望[J]，中国电力，2004 37(1):81-84.
[2]易跃春，风力发电现状、发展前景及市场分析，中国水电顾问有限公司
[3]薛析，朱瑞兆，杨振斌等，中国风能资源储量估算[f]，太阳能学报，2001 22(2):167-170.
[4]郭永基，电力系统可靠性分析[D]，清华大学出版社，2003.
[5]王锡凡，电力系统规划基础[D]，中国电力出版社，1994.
[6]BILLINTON R,ALLAN R N.Reliability Evaluation of PowerSystem[M].Boston:Pitman Advanced Pub，1984.
作者简介
郭洒洒（1987-），女，浙江台州人，汉族，在读研究生，主要研究方向为独立风电系统。
关键字：海岛；孤立系统；风力发电；可靠性分析
0引言
随着科技的发展，能源问题日益受到国际社会的重视。风力发电是解决当前突出的能源和环境问题的有效手段，是目前世界上增长速度最快的能源和最有发展前景的新能源技术[1]。目前，对风能的利用也已达到商用阶段[2]。在大电网难以达到的孤立地区，如海岛、牧区，以前都使用燃料昂贵的柴油发电机。而这些地区，却有着较丰富的风能资源，在这些地区推广风力发电已是新能源建设中的一项重要工作。
风能总体上是一种丰富的可再生资源，发展风力发电可以在一定程度上节约一次能源的消耗和减少环境污染，然而，风能资源的地域分布具有明显的差异性，并且在时间和空间上的分布具有很大的不均匀性[3]。由于风速经常处于变化的状态，从而造成风力发电机组出力的波动，且这种变化不受控制，进而难以预测。孤立风力发电系统中的风力发电机容量较小、输配电网络结构简单、用户负荷单一，这些特点使得孤立风力发电系统的可靠性对整个系统来说尤为重要。为了保证用户供电的安全、可靠、经济，以及对今后孤立电网的建设有更好的改进，提高供电质量，因此对孤立风力发电系统进行可靠性评估是必不可少的。本文拟以东南沿海的某海岛为研究对象，根据该岛用电负荷和风速等数据，依照中国电力企业联合所发布的2005--2010年全国电力可靠性指标，对其孤立风力发电系统的可靠性进行研究。
1 可靠性概念和分析方法
所谓电力系统可靠性，是指在电力系统按照可接受的质量标准和一定的用户需求的情况下，对其不间断地供应电能的能力所进行的度量[4]。由于电力系统的复杂性，对其整体进行可靠性的评估会有一定的困难。
通常，电力系统可靠性分析可以分为充裕度与安全性两个方面。其中，充裕度是从静态的角度出发，用于评价系统持续供应以满足用户电能需求的能力；安全性则是从暂态的角度出发，用于评价系统承受突然扰动后继续保持稳定的能力。电力系统规模庞大，为了更准确地进行可靠性分析评估，对电力系统进行可靠性分析时可将其划分成三个子系统。基于电力系统的组成结构，可将其划分为发电系统、输电系统和配电系统三部分来进行可靠性评估：1、发电系统可靠性，是指评估统一并网运行的全部发电机组，按可接受标准及期望数量来满足电力系统负荷电能需求的能力的度量。为确定电力系统能否保证电力供应所需的发电容量，因此衡量发电系统可靠性的指标是系统的充裕度，通常衡量系统充裕度的方法用概率方法。2、输电系统可靠性，其可靠性包括充裕度和安全性。充裕度指标分为负荷点指标和系统指标两类，两者均采用故障筛选技术。安全性指标为了评估系统对突发故障的经受能力，其主要通过因故障引起的负荷损失量来度量。3、配电系统可靠性，它的指标主要评估的是充裕度。其典型的分析方法是故障模式影响分析法和可靠度预测分析法。
随着科技的不断进步，我国电力系统已经进入了快速发展的时期，实现电网大区域互联、特高压交直流混合输电。由于系统规模的不断扩大和结构的日益复杂，从而使得停电可能会导致巨大的财产损失和人员伤亡。所以，对电力系统进行合理的可靠性评估有着十分重要的现实意义。
本文依据大陈海岛上的星星风电场一年的实际运行情况，针对风力发电机组的运行规律和其配电网自身的特点，建立的它们的可靠性数学模型，用发电系统可靠性分析方法对该海岛风力发电系统进行可靠性分析，证明该海岛风力发电系统能够满足电网稳定性指标，对负荷的电力供应可以达到安全、可靠的要求。
2 海岛孤立电力系统可靠性的特点
我国的海岛资源非常丰富，根据1996年第一次《全国海岛综合调查报告》的数据指出，我国面积在500m2以上的海岛共有6961个（港澳台及海南岛除外，海南岛本岛和台湾、香港、澳门所属有的410个海岛）其中有人居住的海岛为433个，人口达452.7万人。这些海岛大多拥有丰富的渔业资源、旅游资源以及风能资源，因此对海岛的开发将是今后国家建设中的一项重要工作。考虑到海岛的交通不便，距离大陆架较远，传统的柴油发电已经不能满足海岛的经济和环保发展需要，因此，海岛孤立风力发电系统是既利于环保又有利于海岛经济建设的项目。
在海岛孤立风力发电系统中，本文重点关注的是确定电力系统能否有充足的发电容量来满足用电负荷的需要。海岛孤立风力发电系统的可靠性指标是发电系统的充裕度。通过前一章可知，可靠性分析方法有确定性方法和概率方法。确定性方法，主要根据长期累计的发电系统可靠性资料、负荷预测资料和电源配置以及规划设计人员的经验来确定。概率方法，即电力不足概率法（loss of load probability，LOLP）、电力不足频率、持续时间法（frequency and duration，F&D）和模拟法。任何估计发电系统充裕度的概率方法的基本途径在原理上都相同，均由3部分组成，如图2.1所示：
图2.1 发电系统可靠性分析原理示意图
将发电系统模型和发电系统负荷模型相结合形成适当的风险模型后，即可计算出一系列的可靠性指标。这些指标通常不考虑输电网络的约束（惟一例外的是互联系统的联络线），也不反映任何特定用户负荷点的供电不足，但能衡量整个发电系统的充裕度[5]。
将发电系统充裕度表示为一个随机变量，由某一时刻系统中总的发电机组运行容量和负荷功率之差决定，如式2-1所示：
■……………………………………2-1
式中：X为系统的充裕度，Wi为发电机组的运行容量，Ls为系统负荷。得到出关于系统裕度的一系列数据后，可以计算电力不足概率和电量不足期望值这两个常用的指标，它们都与系统裕度的累积概率有关。系统裕度的累积概率为： ■……………………2-2
这个式子表示系统充裕度小于等于Xi的概率，对应于每一个裕度Xi，就存在一个累计概率。在实际应用中，裕度可以取若干个等间距的离散值，该间距称为步长，一般为了方便也可取系统中各发电机组容量和负荷功率适当大小的公约数。
对于一些组合系统的充裕度确切概率可以由以下公式计算，该公式如下：
■……………………………2-3
式中：该式是个卷积公式，是计算由元件a，b组成的组合系统裕度确切概率的基本公式，Pa(Xj)，Pb(Xk) 是元件a，b运行在Xj，Xk的确切概率。这个卷积公式可以推广到含有多个元件的组合系统，比如，风光互补，风柴互补等系统，结合式2-2可计算出的系统充裕度，以构造可靠性指标。
3 大陈岛发电特性与可靠性分析
本论文所需数据，采集自位于浙江沿海的大陈岛星星风电场，该风电场是全国首个完全发电的风电场，即风力发电机组根据风速发电，再将所发全部电量供给用户。其运行数据有较强的理论研究价值，本文将基于该风电场运行数据来分析大陈岛风力发电系统的特点与可靠性。本论文所进行的研究，将为海岛孤立风电系统的可靠性研究提供较为合理的参考，对于提高海岛孤立风电系统的可靠性提出相应的建议，并且能够以该风力发电系统为例，向其他海岛推广，推动我国海岛的开发与建设。
风力发电机组是将风能转化为电能的设备，其出力的大小主要取决于机组安装地点的风速状况，图3.1是典型的风力发电机组功率-风速曲线图。在风速由0 逐渐增大的过程中，当风速大于切入风速Vin 时，机组开始发电、其出力将随风速的增大而增加，当风速达到额定值Vr 时机组出力也将达到额定值Pr，若风速继续增大，机组的出力将基本上维持在额定值Pr不变，当风速超过机组的切除风速Vout 时，机组将启动保护停机装置，以保证机组的安全运行。
通常情况下风力发电机组的Vr值在13～14m/s范围内，而实际上，大多数风电场的平均风速为7～9m/s，所以大多数时间内风力发电机组的出力无法达到额定值。由运行经验表明，风力发电机组的年最大负荷利用时间数在2000h左右，少数风电场能够达到3000h。由于浙江省地处于中国东南沿海经济发达地区，其经济、社会的发展使得其配电网结构较为完善，并且其沿海的自然条件适宜于发展风力发电。考虑到风力发电机组的间歇性运行方式，电网故障对其的影响可以忽略不计，因此可以不考虑网络的可靠性模型而采用发电系统可靠性的分析方法来进行分析。因此，在风力发电系统的可靠性研究中可以做如下两个假设：
（1）风力发电机组的出力完全取决于风速大小，即不考虑设备自身故障、检修等因素对机组出力的影响；
（2）不考虑配电网网络故障对可靠性造成的影响，即可以用发电系统可靠性的研究方法对问题进行研究。
本文中以大陈岛星星风电场平均高度为60m的测风塔进行风力测速，并且风力发电机组的年最大负荷利用小时数值在2000h左右，通过加以整合对应风速下的风电机组的出力数据，得到图3.2风速-机组功率图。由图3.2可看出该风电场风电机组的Vr值在10～12m/s左右，虽然与理论上的Vr值存在偏差，但考虑到风力发电机组实际运行时将受到温度、湿度等不可测量因素的干扰，该运行图在一定程度上可以证明风力发电机组运行状况良好。
对于本文所要研究的大陈岛孤立电力系统，由于其结构简单，用户负荷单一，因此可以假定输电和配电设备完全可靠，电源点可以在不受传输限制的情况下将电能输送到负荷点。因此，本论文采用的分析方法是在概率框架下结合确定性准则进行孤立系统可靠性分析[6]，该方法对于只包含风电机组的孤立系统来说是较为实际的。使用该方法时，先用充裕度确定性标准判定系统的状态，依据这个确定性标准可以将系统分为3种状态：
(1)健康状态，是指满足充裕度确定性标准的状态；
(2)边界状态，是指不满足充裕度确定性标准，但是还没有达到负荷供应不足的状态；
(3)风险状态，是指该状态不仅不满足充裕度确定性标准，同时引发负荷供应不足。
然后，在得到所有电源的小时出力后，将所有电源的发电电量综合起来产生一个电源模型，将其与用户小时负荷相比较，然后用可接受的充裕度确定性准则去判定系统是处于健康状态、边界状态或是风险状态。计算时按时序进行，直到满足收敛判据。分别记录下系统处于健康状态的次数n(H)和处于风险状态的次数n(R)，以及其每次发生所对应的持续时间t(H)，t(R)。按照式3-1和式3-2依次进行计算：
■………………………………………3-1
这个式子是用来计算健康状态H的概率的，n(H)是系统处于健康状态的次数，t(H)是系统每次处于健康状态的时间，N代表年数。
■…………………………………… 3-2
式子所求的是负荷不足小时期望数，它能判断系统的装机容量是否满足用户负荷。式中：n(R)是系统处于风险状态的次数，t(R)是系统每次处于风险状态的时间，N代表年数。
4数据分析与孤网可靠性论证
根据大陈岛孤立风力发电系统的运行数据，本文进行了如下稳定性分析：
首先，将所有电源的小时出力进行统计，将所有机组的可发电量综合，如图4.1系统发电容量分小时统计图所示。再将机组的可发电量与用户小时负荷相比较，同时为了有更大的裕度来确定系统的可靠性，我们选择用户的小时最大负荷值与机组的可发电量进行比较，按时序进行计算，直到结束。分别记录下该海岛孤立风力发电系统处于健康状态的次数n(H)和处于风险状态的次数n(R)，以及其每次发生所对应的持续时间t(H)，t(R)。然后按照式3-1和式3-2依次进行计算，得到最后的结果为：
■
■
最后结果，P(H)为0.6708，这就意味着：系统每天处于健康状态的时间为：24×0.7708=16.0992（h）。LOLE等于0.2904，说明系统每天平均停电时间为24×0.2904=6.9696（h）。 图4.2 风力发电功率与负荷最大功率分月统计图
由比较可以看出，红线是海岛用户负荷，虚线是风电场所发功率，图表所显示的数据是，2009年月功率最大值。可以看出，两个数值相差很大，风电场的总装机容量要远远大于海岛的用电负荷。这是由于风电场建立之初，其目的就在于尽最大可能地利用海岛的风能，因此，投产时的装机容量本身就远远大于该海岛全部用电负荷。即使在这种条件下，系统只基于风力发电的可靠性还是不能满足用户的要求。由此，我们也可以看出，海岛孤立系统的供电仅依靠风力发电进行是不可行的。
5 结论
本文基于浙江沿海的大陈岛星星风电场的运行数据来分析大陈岛风力发电系统的特点与可靠性。并通过上述内容的计算和分析，可以得出：海岛孤立系统的供电仅依靠风力发电是不够的。对于增加发电机组以稳定系统电能，在一定程度上是收效甚微的，同时，此举将产生不可估量的资源浪费。因此，为了使海岛风电系统供电更加可靠、安全和经济，我们应对这个系统进行完善：在确定可满足用户负荷的风机装机容量的情况下，再建立一些适当容量的备用发电机组，使得在风力较小，风力发电机组出力无法满足用户负荷的情况下，将这些备用发电机组投入运行，用以确保对用户的供电。比如，已有很多地区已经投入使用的风柴互补系统，以及正在大力研究的风光互补系统和风柴储互补系统等等。这些联合系统，大多以风力发电为主，其他发电系统进行削峰填谷和提供备用发电容量的作用，既提高了系统的可靠性又发展了绿色能源，为国家的可持续发展和环保事业的发展起到了很大的作用。本论文所进行的研究，将为海岛孤立风电系统的可靠性研究提供较为合理的参考，对于提高海岛孤立风电系统的可靠性提出相应的建议，并且能够以该风力发电系统为例，向其他海岛推广，推动我国海岛的开发与建设。
参考文献
[1]王晓蓉，王伟胜，戴慧珠，我国风力发电现状与展望[J]，中国电力，2004 37(1):81-84.
[2]易跃春，风力发电现状、发展前景及市场分析，中国水电顾问有限公司
[3]薛析，朱瑞兆，杨振斌等，中国风能资源储量估算[f]，太阳能学报，2001 22(2):167-170.
[4]郭永基，电力系统可靠性分析[D]，清华大学出版社，2003.
[5]王锡凡，电力系统规划基础[D]，中国电力出版社，1994.
[6]BILLINTON R,ALLAN R N.Reliability Evaluation of PowerSystem[M].Boston:Pitman Advanced Pub，1984.
作者简介
郭洒洒（1987-），女，浙江台州人，汉族，在读研究生，主要研究方向为独立风电系统。