馮賽

摘 要：隨著風電場規(guī)模的日益擴大，風電并網(wǎng)問題已經(jīng)受到了社會的高度重視，對風力發(fā)電并網(wǎng)運行危險辨識及安全評價進行研究，有利于提升電能供給的穩(wěn)定性。本文首先對風力發(fā)電并網(wǎng)運行危險辨識作出簡要闡述，然后提出一種模糊概率風險評價法，并結(jié)合實例，對其方法的具體應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電 并網(wǎng)運行 危險辨識 安全評價

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

模糊概率風險評價主要是在概率風險評價的基礎(chǔ)上，利用事故樹分析及故障類型分析等方法，針對風力發(fā)電廠并網(wǎng)運行設(shè)備危險和事故發(fā)生復雜性進行的風險評價的手段。一般情況下，模糊概率風險評價流程可以概括為：查閱數(shù)據(jù)→危險源辨識→判斷是否對關(guān)鍵設(shè)備造成影響→計算嚴重度→判斷是否為可接受風險→計算發(fā)生概率→確認風險度。

1 風力發(fā)電并網(wǎng)運行危險辨識

風力發(fā)電并網(wǎng)運行危險因素辨識可以分為四個方面：（1）對電網(wǎng)電壓的影響。風力發(fā)電并網(wǎng)多利用軟并網(wǎng)，在啟動時具有較大的沖擊電流，其具體影響包含了電壓波動、諧波以及閃變等，同時電壓穩(wěn)定性的影響可分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定問題與動態(tài)電壓穩(wěn)定問題。（2）對電網(wǎng)頻率的影響。風電場發(fā)電能力占系統(tǒng)總?cè)萘繘Q定了接入電網(wǎng)系統(tǒng)頻率受到風電場的影響。（3）對電網(wǎng)繼電保護裝置的影響。發(fā)電機頻繁投切可能會損害接觸器。（4）對電網(wǎng)調(diào)度計劃的影響。風電隨機性會影響電網(wǎng)調(diào)度計劃性，風能具有不可控性和隨機性。在并網(wǎng)運行過程中，主要設(shè)備的危險辨識包含發(fā)電機、變壓器、過電保護與接地裝置、電抗器、隔斷開關(guān)、高壓斷路器及繼電保護裝置等，如在發(fā)電機中，設(shè)計缺陷、固定不良、絕緣磨損導致定子組短路出現(xiàn)電氣事故、固定不良、機械性能不合格、回油不暢等問題[1]。

2 風力發(fā)電并網(wǎng)運行安全評價

2.1 關(guān)鍵設(shè)備分析

2.1.1 嚴重度分析

在確認重大危險設(shè)備后，需要對設(shè)備產(chǎn)生事故嚴重度進行計算。故障模式的不同會讓系統(tǒng)故障、子系統(tǒng)故障存在差異，對此，需要劃分故障等級。在本文中，故障等級共分為四級：（1）Ⅰ級。可能造成系統(tǒng)損失會人員死亡，影響致命。（2）Ⅱ級。可能會造成較為嚴重的職業(yè)病和傷害，可能會損壞主要系統(tǒng)，影響嚴重。（3）Ⅲ級?？赡軙斐奢p度職業(yè)病與次要系統(tǒng)的損壞，可能會讓人員發(fā)生輕傷。（4）Ⅳ級。不會讓系統(tǒng)受到損壞，不會讓人員出現(xiàn)傷害與職業(yè)病，屬于可以忽略的影響。

設(shè)故障和事故影響大小是 ，系統(tǒng)受到的影響是 ，事故、故障發(fā)生頻數(shù)是 ，防治事故的難易度是 ，對系統(tǒng)熟悉程度為 ，故障嚴重度 。在 中，生命損失系數(shù)為5.0，損失相當為3.0，功能損失為1.0，無功能損失為0.5；在 中，系統(tǒng)造成兩個以上重大影響系數(shù)為2.0，一個以上重大影響為1.0，對系統(tǒng)無過大影響為0.5；在 中，易于發(fā)生系數(shù)為1.5，能夠發(fā)生系數(shù)為1.0，不太可能發(fā)生為0.7；在 中，不能防治事故系數(shù)為1.3，能夠防治為1.0，易于防治為0.7；在 中，不夠熟悉新技術(shù)系數(shù)為1.2，較為熟悉為1.0，相當熟悉為0.8.

事故發(fā)生可能性等級共有五個，按照頻繁到不可能發(fā)生，其等級依次為A、B、C、D、E，最高風險指數(shù)為1，最低風險知識是20.在18～20中，是可以接受且不需要評審的；在10～17中，是由條件接受的，需要接受評審的；在6～9中，是不希望有的風險；在1～5中，是不能接受的風險。

2.1.2 故障概率分析

依照對象系統(tǒng)性質(zhì)、分析目的和分析程序的差異，可以利用故障樹分析關(guān)鍵設(shè)備故障概率。在故障樹分析過程中，需要確保其編制過程具有嚴密的邏輯性，在對其進行編制時，需要反映出邏輯關(guān)系與內(nèi)在聯(lián)系，一般情況下，故障樹分析程序可以概括為：熟悉系統(tǒng)→調(diào)查事故、確認事件→編制是事故樹、調(diào)查原因事件、利用技術(shù)資料、確認目的事故概率、簡化事故樹→定性分析、定量分析→制定安全措施→改善系統(tǒng)。

在定性分析中，需要確認最小割集、最小徑集和結(jié)構(gòu)重要度，最小割集是引起頂上事件出現(xiàn)的最起碼基本事件集合，通常情況下，可以采用布爾代數(shù)化簡法求得最小割集，在標準式中，最小項數(shù)量代表了故障樹最小割集數(shù)量。最小割集與最小徑集存在對偶特點，利用故障樹對偶數(shù)，可以讓最小徑集得以求出。如果基本事件發(fā)生概率相同，那么頂上事件受到基本事件的影響程度為結(jié)構(gòu)重要度，利用最小割集與最小徑集，可以對其進行判斷。

在定量分析中，需要分析概率重要度、頂上事件概率、臨界主要度。設(shè)基本事件i在t時刻所處狀態(tài)為 ，利用二點分布，可以對其取值進行表示，

隨機事件 期望值和基本事件i在t時刻發(fā)生的概率相同，因此，

結(jié)合門故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù)、定性分析用最小割集計算頂事件發(fā)生概率公式，設(shè)第i個基本事件概率為 ，第i個最小割集中基本事件 屬于第j個最小割集或是第s個最小割集的表示為 ，最小割集序數(shù)為r，可以得出估算公式：

對故障樹進行定量分析，依照危險程度的不同，其量化值同樣存在差異，在危險程度為頻繁時，量化值為0.9≤P<1；在危險程度為很可能時，量化值為0.8≤P<0.9；在危險程度為可能時，量化值為0.2≤P<0.8；在危險程度為極少時，量化值為0.01≤P<0.2；在危險程度為不可能時，量化值為P<0.01。利用傳統(tǒng)故障樹分析方法與模糊理論進行結(jié)合，可以表示基本事件發(fā)生概率。利用模糊概率方法，結(jié)合工程技術(shù)人員實際經(jīng)驗與判斷，可以讓模糊數(shù)隸屬函數(shù)得以構(gòu)造，可以對并網(wǎng)運行相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備進行描述與評價，讓描述系統(tǒng)不確定性得到準確表述。幾何模糊數(shù)學多元擴張原理，可以推算出“或門”模糊算子和“與門模糊算子”。分別為：

2.2 具體應(yīng)用

2.2.1 關(guān)鍵設(shè)備

對我國某風力發(fā)電并網(wǎng)工程進行分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機設(shè)備在有條件接受風險中，需要并網(wǎng)系統(tǒng)評審后接受的有3項，在不希望有的風險中有4項，在不可接受風險中有兩項。對發(fā)電機事故等級進行分析，電氣事故嚴重性為Ⅰ，可能性為B，風險評價指數(shù)為2；火災(zāi)爆炸嚴重性為Ⅱ，可能性為D，風險評價指數(shù)為10；機械事故嚴重性為Ⅲ，可能性為C，風險評價指數(shù)為11。對此，電氣事故為重點分析對象。

2.2.2 事故嚴重度

依照 對其進行分析， 、 、 、 和 的系數(shù)分別為3.0、2.0、1.5、1.0、1.0，對此進行計算，可得出事故嚴重度S為9.0，依照嚴重度取值和事故等級劃分標準，在S大于7的情況下，需要進行再次分析。

2.2.3 事故發(fā)生概率

編制發(fā)電機電氣事故事故樹，計算最小割集，

其最小割集數(shù)量為11個，也就是說，在該風力發(fā)電并網(wǎng)運行中，有11種原因會讓發(fā)電機出現(xiàn)電氣事故。

計算最小徑集，

經(jīng)過分解計算，其最小徑集數(shù)量共有8個。對其重要度進行計算，結(jié)合前文所說公式，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)在 、 、 、 、 和 ，因此，需要對其進行定期維修和監(jiān)測。對其事故發(fā)生概率進行計算，基本事件為X，中間事件為B、C，頂上事件為A，依照隸屬函數(shù)，可以得到 、 和 數(shù)值，進而求出發(fā)電機電氣事故基本事件概率值，求出頂事件發(fā)生概率處于0.202755到0.22495之間，在0.213855的概率最大，重要度是1，基本事件發(fā)生概率模糊性對頂事件發(fā)生概率模糊性具有決定作用。

2.2.4 風險度及評價

依照關(guān)鍵設(shè)備定量風險評價計算方法，可以求出風力發(fā)電并網(wǎng)工程中發(fā)電機電氣事故風險度R為（0.1924695，0.1，0.1），1.6≤R<3.6，危險等級為不希望發(fā)生危險事故，對其進行分析評價，可以發(fā)現(xiàn)基本事件中存在一定潛在隱患。對此，可以制定相關(guān)處理措施：（1）針對定子繞組半導體防暈層劣化導致事故，相關(guān)人員需要及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理，讓防暈層得到更新[3]；（2）針對長時間高于額定電壓造成的事故，相關(guān)人員需要對設(shè)備工況予以掌握，讓工作條件得到改善；（3）針對定子繞組半導體防暈層劣化事故，需要在交班時做好檢查工作；（4）針對溫度傳感器絕緣故障事故，相關(guān)人員需要在每個班次進行檢查，對其進行及時更換。

3 結(jié)語

綜上所述，利用模糊概率風險評價法，可以對風力發(fā)電并網(wǎng)運行的風險進行辨識和評價，可以分析關(guān)鍵設(shè)備故障概率，在實際應(yīng)用中，這種分析方法能夠幫助工作人員制定具有針對性的風險防范措施，為風電場的平穩(wěn)運行提供保障。

參考文獻

[1] 李昆.淺析風力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2016（11）：49-51.

[2] 崔康.風電場并網(wǎng)運行安全管理的現(xiàn)狀及應(yīng)對策略[J].當代化工研究，2016（02）：85-86.

[3] 劉力，齊體俊.雙饋異步風力發(fā)電機并網(wǎng)運行中的幾個熱點問題[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（03）：146.