作者/陳新，國網(wǎng)河北省電力公司順平縣供電分公司

分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量研究現(xiàn)狀及展望

作者/陳新，國網(wǎng)河北省電力公司順平縣供電分公司

近些年來，我國越來越重視光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)存在明顯間歇性與波動性，因此被人們認為是一種具備電量價值而不具備容量價值的電源。但經(jīng)過實踐表明，光伏發(fā)電系統(tǒng)與其電網(wǎng)負荷的相關(guān)性對資源的利用有著重要的影響，如果對其相對性進行忽視，就必然會造成嚴重的資源浪費。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評估已經(jīng)成為了重點研究課題。本文通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的研究現(xiàn)狀進行分析，明確了光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量評估指標及評估方法的不足之處，并提出了光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的改進措施，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量的發(fā)展前景做出了展望。

光伏發(fā)電系統(tǒng)；置信容量；互補發(fā)電；研究現(xiàn)狀；儲能裝置

近些年來，環(huán)境污染與能源危機問題的不斷加重，使我國越來越重視綠色環(huán)保能源的開發(fā)與利用，太陽能為我國能源的使用提供了新的思路，通過利用光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對太陽能的高效利用，這也使光伏發(fā)電技術(shù)進入了人們的視野。光伏發(fā)電具備間歇性、波動大、周期性及隨機性的特點，當前，我國在光伏發(fā)電技術(shù)水平相對較低，光伏發(fā)電系統(tǒng)還不能參與到用電電網(wǎng)的電力平衡當中，因此只能由傳統(tǒng)的機組來滿足電網(wǎng)峰荷需求。而隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷成熟以及高穿透功率接入電網(wǎng)的應(yīng)用，使我國逐漸認識到光伏發(fā)電系統(tǒng)中置信容量的重要作用，我國也因此迫切需要對光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量進行深入的研究。

1.光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量的研究現(xiàn)狀

■1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評估指標研究

一直以來，我國在光伏發(fā)電技術(shù)方面與其他發(fā)達國家相比仍舊存在較大差距，在光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用上也僅僅局限于通訊領(lǐng)域，并網(wǎng)發(fā)電比例非常小。近些年來，我國越來越重視光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，開發(fā)出了利用高穿透功率來接入電網(wǎng)的新形式，并且取得了良好的應(yīng)用效果。由于目前我國在電力平衡方面仍舊沒有將光伏發(fā)電的容量價值考慮進去，因此我國在光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量方面的研究成果還尚未形成，關(guān)于置信容量問題也只是在風電場方面做出了一些積極的探討。自上世紀80年代以來，外國其他國家就已經(jīng)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量進行了研究，并在風電置信容量上取得了良好的進展，但在衡量標準上仍舊沒有統(tǒng)一。

當前，世界上已經(jīng)研究出的關(guān)于光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的定量評估指標大約有10余種，這些種類的定量評估指標按照性質(zhì)來區(qū)分共可分為4類，其一是對置信等效容量進行評估的指標；其二是對特定時段置信容量系數(shù)進行評估的指標；其三是是對置信容量附加措施進行評估的指標；其四是對置信容量中ELCC進行評估的指標。

這四類評估指標中，以最后一種評估指標為最佳，這是因為ELCC評估指標能夠?qū)﹄娫窗l(fā)電效用進行直接描述，并且評估結(jié)果不會出現(xiàn)較大差異，計算量適中，具有可靠的理論依據(jù)，能夠有效彌補其他三種評估指標的不足，因此在對光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量進行評估時，通常都是優(yōu)先采用ELCC評估指標來進行評估工作的。

■1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評估方法研究

對光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評估方法主要有兩種：

其一是利用凈負荷方式來對初始負荷進行修正，凈負荷是通過用電網(wǎng)負荷減去光伏發(fā)電出力獲得的。

其二是利用多狀態(tài)機組來對光伏發(fā)電出力進行處理，使其成為已知量，然后將光伏發(fā)電出力進行逐漸累計，將其并入到可用發(fā)電容量當中去，隨后對總累計量進行求解。但由于這種方法需要進行大量的仿真計算與推導，因此計算效率較低，整個工作過程也極其復雜。為此，許多研究人員對這種方法的計算效率進行了提升，并初步取得了一定的成果。

當前，置信容量評估方面的模型與算法在光伏發(fā)電系統(tǒng)的不確定性與波動性方面仍舊體現(xiàn)不足，因此對評估模型與評估算法的研究仍舊有待深入研究。此外，電網(wǎng)負荷的不穩(wěn)定性也會給評估結(jié)果帶來一定的影響，但由于其結(jié)果偏差相對較小，因此并沒有得到相應(yīng)的重視。總而言之，上述兩種置信容量的評估方法效果并不理想，因此需要研究出能對光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)性及不確定性進行雙向兼顧的評估模型，以此研發(fā)出更加高效的評估算法，從而使光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評估結(jié)果更加可靠客觀。并且，還要探索出更加有效的方法來對光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量進行提高，并采用靈活的調(diào)控方法來確保置信容量的作用能夠最大程度的發(fā)揮，而這也正是未來的重要研究方向。

2.光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的改進策略

■2.1 加強電網(wǎng)負荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的相關(guān)性

用電電網(wǎng)負荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)性會對置信容量產(chǎn)生重要影響，為此，美國一家實驗室曾經(jīng)嘗試通過調(diào)整用電電網(wǎng)的固定式光伏陣列的朝向來對這兩者的相關(guān)性進行改善，實驗結(jié)果表明，通過對用電電網(wǎng)中的固定式光伏陣列朝向進行調(diào)整，能夠?qū)τ秒婋娋W(wǎng)負荷與光伏發(fā)電出力之間的相關(guān)性產(chǎn)生一定的改善作用，但這種調(diào)整方法卻并沒有對其依據(jù)進行詳細說明，更沒有對這項方法的有效性進行定量的評估與分析。當前，針對用電電網(wǎng)負荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)性的研究成果還相對較少，對其相關(guān)性給置信容量帶來的影響程度仍舊處于模糊認識階段，不過，相關(guān)性對置信容量的重要影響是毋庸置疑的，因此只有加強電網(wǎng)負荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的相關(guān)性，強化兩者間的協(xié)調(diào)能力，才能使置信容量的作用得以最大程度的發(fā)揮。

■2.2 強化多個光伏電站的協(xié)調(diào)能力

由于光伏電站是呈分散性布置的，因此各個光伏電站的地理位置也有所不同。通過加強多個光伏電站的協(xié)調(diào)能力，能夠有效加強電網(wǎng)負荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的相關(guān)性，從而達到提高置信容量的目的。對多個光伏電站協(xié)調(diào)能力的加強，可以通過對陣列傾角及朝向、站址的合理選擇來進行。當前，我國在光伏電站數(shù)量上相對較少，進而還沒有對多個光伏電站協(xié)調(diào)能力的加強措施進行深入研究，不過通過借鑒矩陣變換技術(shù)及聯(lián)合概率分布技術(shù)，能夠為多個光伏電站協(xié)調(diào)能力的加強帶來一定的參考參考，并且也能為光伏電站間出力的相關(guān)性創(chuàng)造有利條件。

■2.3 儲能設(shè)備與光伏發(fā)電系統(tǒng)的改進策略

當前，在我國光伏發(fā)電系統(tǒng)中，擁有許多不同類型的儲能設(shè)備，按照種類進行區(qū)分可分為兩類，一種是物理儲能設(shè)備，主要包括壓縮空氣儲能設(shè)備、抽水蓄能設(shè)備及飛輪儲能設(shè)備等。第二種是化學儲能設(shè)備，主要包括各種可再生燃料的電池或蓄電池等。

儲能設(shè)備在光伏發(fā)電系統(tǒng)中有著非常重要的作用，其作用主要體現(xiàn)在三個方面：

其一是能夠參與到調(diào)頻當中去，以此實現(xiàn)平滑功率輸出。

其二是能夠?qū)ω摵勺兓M行快速跟蹤來降低旋轉(zhuǎn)備用。其三是能夠使光伏發(fā)電系統(tǒng)的電力電量趨于平衡。

但由于其受到經(jīng)濟及技術(shù)等因素的限制，致使儲能設(shè)備的作用不能得到充分的發(fā)揮，因此需要探索出更加有效的措施來提高儲能設(shè)備的作用。

■2.4 強化波動性電源與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力

除了光伏發(fā)電系統(tǒng)具備波動性特點以外，其他波動性電源還包括風力發(fā)電系統(tǒng)、水力發(fā)電系統(tǒng)等其他形式的電源，在這些波動性電源中，以風力發(fā)電技術(shù)最為成熟，并且太陽能發(fā)電與風力發(fā)電系統(tǒng)在一定程度上存在互補性，這也使許多科研人員開始對風能與光能的互補發(fā)電方面進行了大量的研究，并已經(jīng)研發(fā)出了小型獨立發(fā)電系統(tǒng)，這種小型獨立發(fā)電系統(tǒng)能夠在電量平衡的提前下，利用經(jīng)濟性原則來對置信容量進行設(shè)計，因此在發(fā)電領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。不過，在大型互聯(lián)電網(wǎng)中，風能發(fā)電與光伏發(fā)電的置信容量設(shè)計仍舊是以電量最大化原則來進行設(shè)計的，對于置信容量及波動性電源與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃上仍舊沒有得到應(yīng)有的關(guān)注。因此，要想確保光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量設(shè)計的最優(yōu)，就必須強化波動性電源與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力。

3.光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的前景展望

當前，我國在光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展尚處于初始階段，有許多理論與分析體系尚未形成，特別是在光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的研究上還存在許多空白，這就需要我國高度重視對光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的深入研究，并不斷研發(fā)更加高效的方法來加強電網(wǎng)負荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的相關(guān)性，強化各光伏電站間的協(xié)調(diào)能力，加強儲能設(shè)備在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用，并進一步強化波動性電源與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力，研發(fā)出更加高效的置信容量評估指標與評估方法，以此促進光伏發(fā)電系統(tǒng)在我國的發(fā)展。在未來，相信我國會開發(fā)出更加高效的置信容量評估指標與評估方法，能對置信容量進行更加客觀準確的評估，并通過采取各種手段來提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量，從而實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的大規(guī)模接入。

總而言之，通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的提高，能夠顯著提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行性能，并大幅度降低資源的浪費現(xiàn)象，從而為光伏發(fā)電的大規(guī)模接入電網(wǎng)創(chuàng)造良好條件，這對促進我國光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展有著十分重要的意義。當前，我國對光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量研究仍舊不夠深入，在許多方面還存在空白，這就需要我國高度重視光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的重要影響，不斷研究出更加高效的置信容量評估指標與評估方法，并采取多種措施來提高光伏發(fā)電的置信容量，以此實現(xiàn)光伏發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展。

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