華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院、中國電力科學(xué)研究院的研究人員楊錫運(yùn)、劉玉奇、李建林，在2017年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，為提高光伏電站接入系統(tǒng)能力,采用光儲聯(lián)合運(yùn)行方式,研究加入儲能前后光伏電站發(fā)電特性變化。為評估光儲系統(tǒng)接入對電網(wǎng)可靠性的貢獻(xiàn),提出一種可靠性置信區(qū)間計(jì)算方法。

 

首先對青海省格爾木某光伏電站歷史數(shù)據(jù)做模糊C均值聚類,將其分為晴天、少云、多云、陰雨4種天氣類型,利用四分位法對歷史數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析,排除異常值。在此基礎(chǔ)上提出一種光儲系統(tǒng)功率帶提取方法,搭建IEEE-RTS79可靠性測試系統(tǒng),利用序貫蒙特卡羅法計(jì)算光儲發(fā)電系統(tǒng)功率帶對應(yīng)的可靠性指標(biāo),從而得到含儲能光伏電站可靠性置信區(qū)間。

 

該可靠性區(qū)間計(jì)算結(jié)果為評價(jià)光儲系統(tǒng)接入電網(wǎng)的可靠性貢獻(xiàn)提供理論依據(jù),對發(fā)電調(diào)度具有一定指導(dǎo)意義。

 

光伏發(fā)電近年來發(fā)展迅速，在電力系統(tǒng)中的占比不斷提高。2016年一季度全國新增光伏裝機(jī)容量714萬kW，全國累計(jì)光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到5031萬kW，同比增加52%; 一季度光伏發(fā)電量118億 kW·h，同比增加48%。

 

隨著光伏電站大規(guī)模接入電網(wǎng)，光伏發(fā)電的出力不確定性對電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的影響日益增加。有效、準(zhǔn)確地分析光伏電站接入系統(tǒng)后對發(fā)電可靠性影響及評估光伏電站置信容量為光伏發(fā)電的高效利用提供了理論基礎(chǔ)，是光伏領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問題。

 

現(xiàn)有研究中，主要從以下幾個方面分析光伏電站接入系統(tǒng)后對發(fā)電可靠性的影響:

 

①以光伏發(fā)電建模為重點(diǎn)，建立準(zhǔn)確的太陽輻照度模型和光伏電站出力模型: 文獻(xiàn)［3］在分析太陽輻照度波動模型的基礎(chǔ)上，建立了考慮狀態(tài)抽樣轉(zhuǎn)移的光伏電站多狀態(tài)可靠性模型，有效提升了發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的計(jì)算準(zhǔn)確性; 文獻(xiàn)［4］建立了考慮天氣變化、設(shè)備故障等隨機(jī)因素的光伏發(fā)電出力模型，并分析了不同模型計(jì)算光伏電站置信容量的差異; 文獻(xiàn)［5］建立了考慮光伏出力與電網(wǎng)負(fù)荷及光伏電站之間相關(guān)性的隨機(jī)模型，并計(jì)算得到光伏出力的置信容量。

 

②將光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)相結(jié)合，利用儲能系統(tǒng)的靈活充放電功能提高光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電可靠性: 文獻(xiàn)［6］評估了儲能容量配比與光伏裝機(jī)容量大小對發(fā)電系統(tǒng)置信容量的影響; 文獻(xiàn)［7］研究了儲能平抑光伏發(fā)電波動柔性并網(wǎng)的容量需求，提高光伏并網(wǎng)的可信容量; 文獻(xiàn)［8］基于粒子群優(yōu)化方法分析了等可信容量下，以總投資成本最小為目標(biāo)的風(fēng)光儲不同配比最優(yōu)組合，提高并網(wǎng)可信度的同時兼顧其經(jīng)濟(jì)型。

 

③以提高置信容量計(jì)算準(zhǔn)確性為重點(diǎn)，研究并改進(jìn)可靠性評估中的置信容量計(jì)算方法: 文獻(xiàn)［9］采用修正系數(shù)對等時間間隔采樣方法進(jìn)行修正，提升序貫蒙特卡羅法計(jì)算電力系統(tǒng)置信容量的執(zhí)行效率; 文獻(xiàn)［10］改進(jìn)了偽時序狀態(tài)轉(zhuǎn)移抽樣這一可靠性評估方法，使其在儲能接入系統(tǒng)的情況下快速準(zhǔn)確地計(jì)算可靠性指標(biāo); 文獻(xiàn)［11］利用含衰老和競爭機(jī)制的粒子群算法ACM-PSO作為系統(tǒng)狀態(tài)掃描和分類工具分析含光伏的發(fā)電系統(tǒng)可靠性問題。

 

上述研究充分考慮光伏電站的實(shí)際運(yùn)行特性，從不同角度評估光伏發(fā)電置信容量及其在電力系統(tǒng)規(guī)劃等方面的顯著作用，但是對光伏電站本身的可靠性評價(jià)主要以計(jì)算光伏發(fā)電容量置信度為主，只能得到一個確定的指標(biāo)用來評價(jià)光伏電站的可信度。

 

因此，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，本文提出光伏發(fā)電可信度區(qū)間的概念，不再局限于一個固定的可信度指標(biāo)，著重分析其置信容量概率區(qū)間，這對評價(jià)光伏電站接入電網(wǎng)可靠性貢獻(xiàn)程度、制訂電站接入方案和確定電站日前出力計(jì)劃等方面都具有一定價(jià)值。

 

綜上，本文以青海格爾木某50MW光伏電站為對象，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的四分位法排除電站功率數(shù)據(jù)異常值，重點(diǎn)分析電站在不同天氣類型下的發(fā)電特性。相比基于假設(shè)檢驗(yàn)的經(jīng)典異常值識別方法(如基于正態(tài)分布的3σ法)，四分位法無需假定數(shù)據(jù)的分布形式，不受數(shù)據(jù)均值和標(biāo)準(zhǔn)差的影響，具有更高的耐抗性，更適用于光伏電站功率數(shù)據(jù)隨機(jī)波動較高的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用場景。

 

根據(jù)文獻(xiàn)［12］的研究結(jié)果可知，儲能能夠改善電網(wǎng)電能質(zhì)量、平滑光伏出力波動、提高可再生能源發(fā)電接入能力。因此，本文研究在光伏電站中接入儲能裝置后的光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電特性。提出一種光儲聯(lián)合系統(tǒng)功率帶提取方法，在對發(fā)電數(shù)據(jù)按天氣特征進(jìn)行模糊 C均值聚類的基礎(chǔ)上提取不同天氣工況下的功率帶。搭建IEEE-ＲTS79可靠性測試系統(tǒng)，應(yīng)用序貫蒙特卡羅模擬法(Sequential Monte Carlo Methods) 評估光儲發(fā)電系統(tǒng)接入對電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的貢獻(xiàn)。

 

最后，以所提取的光儲系統(tǒng)功率帶為基礎(chǔ)，提出一種含儲能光伏電站的可靠性置信區(qū)間計(jì)算方法，為調(diào)度人員制定計(jì)劃出力、電力調(diào)度提供理論依據(jù)。

 

圖1 四分位法示意圖

 

 

結(jié)論

 

為提高光伏電站接入系統(tǒng)能力，評估光伏電站接入系統(tǒng)對電網(wǎng)可靠性指標(biāo)貢獻(xiàn)，本文研究了以下幾方面內(nèi)容:

 

1)首先采用四分位法對青海省格爾木某光伏電站歷史發(fā)電數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析。為考慮天氣變化因素，應(yīng)用模糊C均值聚類方法將光伏電站分為晴天、少云、多云、陰雨4種天氣工況。

 

2)在光伏電站中加入儲能裝置，利用其平抑隨機(jī)波動作用提高光伏電站接入系統(tǒng)能力，并分析光伏電站接入儲能前后的發(fā)電特性變化。

 

3)利用四分位法排除光儲系統(tǒng)發(fā)電數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)，并提出一種光儲聯(lián)合系統(tǒng)功率帶提取方法，計(jì)算得到光儲發(fā)電系統(tǒng)4種天氣工況下的功率帶。

 

4)利用序貫蒙特卡羅方法，計(jì)算含儲能光伏電站可靠性置信區(qū)間。