汪 飛

(淮南電力檢修有限責(zé)任公司，淮南 232000)

0 引 言

近年來能源危機(jī)的受關(guān)注程度持續(xù)提升，可再生能源的開發(fā)和利用探索受此影響大量涌現(xiàn)，光伏發(fā)電便屬于其中代表。隨著光伏發(fā)電領(lǐng)域的快速進(jìn)步，可再生能源發(fā)電并入電網(wǎng)帶來的不確定性和波動(dòng)性影響持續(xù)提升，為盡可能控制這種影響，正是本文圍繞概率可用輸電能力開展具體研究的原因所在。

1 可再生能源發(fā)電可靠性模型

太陽能存在可再生、永久性、無污染等優(yōu)勢，近年來得到廣泛利用，隨著光伏發(fā)電技術(shù)的日漸成熟，并入電網(wǎng)的光伏電站數(shù)量不斷提升，但受到存在不確定性的有功功率輸出影響，光伏電站發(fā)電概率可用輸電能力研究向來受到重視。受光照不確定性影響，存在隨機(jī)不穩(wěn)定性的光伏發(fā)電輸出功率，因此本文研究需要首先進(jìn)行可靠性模型建設(shè)，光伏電站可基于實(shí)際情況細(xì)分為故障、運(yùn)行、休眠狀態(tài)，光伏電站運(yùn)行狀態(tài)和太陽輻照度基于拉丁超立方采樣法進(jìn)行采樣，光伏電站未來一段時(shí)間的輸出功率可由此求得，之后對(duì)常規(guī)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化及元件運(yùn)行狀態(tài)采樣，最終可基于樣本數(shù)據(jù)完成含光伏并網(wǎng)的概率可用輸電能力評(píng)估，概率可用輸電能力指標(biāo)在不同狀態(tài)下的變化也能夠由此針對(duì)性分析[1]。

本文研究的可再生能源發(fā)電可靠性模型以光伏陣列輸出功率模型為基礎(chǔ)，該模型可基于Beta分布對(duì)太陽的輻照度進(jìn)行表示，光伏陣列輸出功率的概率密度函數(shù)可由此表示為：

(1)

式中,Psun=ESη、Bmax=SηEmax分別代表光伏陣列的輸出功率、最大輸出功率，其中η、S、E分別代表光電轉(zhuǎn)換效率、方陣總面積、輻照度，Beta分布形狀參數(shù)表示為α和β，Gamma函數(shù)表示為Γ，本文研究不考慮無功功率?；谑?1)和圖1所示的光伏電站構(gòu)架，研究將光伏陣列與逆變器視作小型光伏系統(tǒng)，并聯(lián)的復(fù)數(shù)小型光伏系統(tǒng)組成光伏電站。

圖1 光伏電站構(gòu)架示意圖

基于運(yùn)行狀態(tài)，光伏電站的運(yùn)行模式可概括為休眠、運(yùn)行、故障，因此可得到圖2所示的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型。

圖2中對(duì)三種狀態(tài)下光伏電站的修復(fù)率和故障率進(jìn)行描述，如λFR、λRF代表故障狀態(tài)下的修復(fù)率和故障率，可基于故障狀態(tài)數(shù)量判斷光伏電站屬于完全或部分故障狀態(tài)，因此可確定光伏電站故障狀態(tài)輸出功率：

PSW=(m-i)ESη

(2)

式中，m、i分別代表光伏電站包含的小型光伏系統(tǒng)數(shù)量、處于故障狀態(tài)的小型光伏系統(tǒng)數(shù)量。圖1中的λSR、λRS分別代表光伏電站在正常狀態(tài)和休眠狀態(tài)間的修復(fù)率、轉(zhuǎn)移率，因此可得到運(yùn)行狀態(tài)的光伏電站有功輸出：

PW=mESη

(3)

圖2 運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型

太陽的輻照程度與光伏電站正常運(yùn)行狀態(tài)的輸出功率相等，在本文研究對(duì)太陽能輻照度的模擬中，主要由Beta分布確定，在不同天氣和不同地區(qū)的Beta分布形狀參數(shù)差異需要得到重視。為簡化研究，本文將接入電網(wǎng)的光伏電站視為PQ節(jié)點(diǎn)，其中Q=0。

2 概率可用輸電能力分析

光伏電站區(qū)域輻照度由Beta分布模擬，輻照度采樣由拉丁超立方采樣法完成，以此確定光伏電站不同運(yùn)行狀態(tài)下的有功輸出，同樣采樣還需要圍繞電力系統(tǒng)常規(guī)設(shè)備開展，采用相同采樣方法，基于最優(yōu)潮流法的概率可用輸電能力計(jì)算模型通過原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法完成求解，最終得到概率可用輸電能力的評(píng)估指標(biāo)，具體流程包括：第一，將原件原始數(shù)據(jù)和光照強(qiáng)度輸入；第二，明確采樣規(guī)模和變量數(shù)目；第三，基于拉丁超立方采樣法完成拉丁超立方采樣法生成；第四，得出排序矩陣，重新排列原始采用樣矩陣元素；第五，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)矩陣進(jìn)行判斷，如發(fā)現(xiàn)負(fù)荷量與發(fā)電量不匹配、系統(tǒng)解列等情況，則認(rèn)為該狀態(tài)下的光伏電站概率可用輸電能力為0，安全穩(wěn)定約束無法滿足；第六，對(duì)光伏電站概率可用輸電能力斷面進(jìn)行劃分，所有抽樣狀態(tài)下概率可用輸電能力的值基于原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法完成求解：第七，對(duì)求解獲得的概率可用輸電能力評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過對(duì)比指標(biāo)，明確概率可用輸電能力受到的光伏電站影響[2]。

3 算例分析

案例選擇IEEE-RTS系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含常規(guī)機(jī)組數(shù)量為32臺(tái)，母線24條，變壓器5個(gè)，總裝機(jī)容量、峰值負(fù)荷分別為3 405、2 850 MW，以100 MW為系統(tǒng)基準(zhǔn)值，概率可用輸電能力基于光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研究，對(duì)受電區(qū)域(138 kV)和送電區(qū)域(230 kV)間的概率可用輸電能力進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)光伏電站同一時(shí)刻的逆變器和光伏電站陣列處于相同條件，基于不同問題討論進(jìn)行并網(wǎng)位置設(shè)置，α、β在Beta分布取值為6.37、4.16，結(jié)合同類研究數(shù)據(jù)，可確定小光伏系統(tǒng)修復(fù)率和故障率，分別為每小時(shí)4.17×10-3次、9.1×10-6次。

光伏電站并網(wǎng)、并網(wǎng)位置、并網(wǎng)容量均會(huì)對(duì)概率可用輸電能力造成影響，首先圍繞光伏電站并網(wǎng)帶來的影響進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，火電站和光伏電站存在相同容量，在相同節(jié)點(diǎn)二者并入后，系統(tǒng)存在增加的概率可用輸電能力期望值，同時(shí)存在小于原系統(tǒng)的概率可用輸電能力值，這源于不穩(wěn)定性的輻照度影響，因此多數(shù)情況下光伏電站存在低于額定容量輸出，其本身波動(dòng)性較大；進(jìn)一步圍繞并網(wǎng)位置進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的概率可用輸電能力會(huì)受到并網(wǎng)位置對(duì)于影響，影響最小的位置為同一區(qū)域不同并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，但光伏電站于受電區(qū)并入時(shí)，存在較大的概率可用輸電能力期望值及最大值較大的概率可用輸電能力值。為保證電網(wǎng)輸電能力，在相同條件下，光伏電站在受電區(qū)并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)概率可用輸電能力的貢獻(xiàn)最大，但這種并網(wǎng)位置選擇會(huì)帶來較大波動(dòng)；圍繞并網(wǎng)容量帶來的影響進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在并入系統(tǒng)后，光伏電站影響下的系統(tǒng)概率可用輸電能力期望值增加，同時(shí)存在增加的系統(tǒng)概率可用輸電能力最大值，這說明系統(tǒng)概率可用輸電能力提升能夠獲得光伏電站并入帶來的積極影響。隨著并入容量增加，對(duì)應(yīng)存在逐漸增加的概率可用輸電能力期望值和最大值，但同時(shí)存在之間增大的概率可用輸電能力標(biāo)準(zhǔn)差，這說明容量越大的光伏電站接入對(duì)應(yīng)存在越大的波動(dòng)性，這對(duì)系統(tǒng)概率可用輸電能力波動(dòng)性帶來的影響必須得到重視。

綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，相較于常規(guī)機(jī)組，光伏電站存在較低可靠性，這源于光照隨機(jī)性對(duì)光伏電站的影響，這種影響下光伏電站在多數(shù)情況下不存在額定功率。在選擇并入位置時(shí)，光伏電站應(yīng)在受電區(qū)并入，這種并入位置選擇在提高概率可用輸電能力方面具備積極意義，且系統(tǒng)概率可用輸電能力指標(biāo)能夠隨容量提升的光伏電站優(yōu)化。為降低系統(tǒng)概率可用輸電能力波動(dòng)性，光伏電站并網(wǎng)需選擇送電區(qū)，電網(wǎng)架構(gòu)和實(shí)際條件帶來的影響也需要得到重視。

4 結(jié)束語

綜上所述，概率可用輸電能力會(huì)受到多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的可再生能源發(fā)電可靠性模型、算例分析等內(nèi)容，則直觀展示了光伏電站可靠性。為保證可再生能源發(fā)電更好滿足我國能源需求，基于概率可用輸電能力的光伏發(fā)電并網(wǎng)位置、并網(wǎng)容量優(yōu)選必須得到業(yè)內(nèi)人士重視。