摘要：近些年来，随着相关技术发展的加快，并网光伏发电装机容量不断增长，在电网内接入大规模光伏发电，电网系统具备的稳定性会受到诸多不确定因素的影响，为保证光伏发电系统的安全可靠运行，需要深入研究光伏系统的可靠性。对光伏发电系统进行可靠性评估的方法主要有模拟法和解析法，其中解析法通常是用多状态的常规机组等效替代光伏发电，不过这种方法不能很好地对光伏发电时序特性进行描述，致使结果存在一定的偏差。模拟法可以描述光伏发电的时序出力，还可以很好地进行频率和持续时间等可靠性指标的求解。本文针对光伏发电出力存在时序性和随机性，通过分层抽样方法对光伏发电系统的出力模型进行改进，以此提高光伏发电系统置信容量计算精度。
关键词：光伏发电系统；可靠性分析；置信容量计算
随着全球不可再生能源的日益枯竭，可再生能源深受关注，其中太阳能作为绿色环保能源更是备受关注。随着光伏发电技术发展的加快，以及国家对光伏产业的扶持和引导，国内光伏产业健康发展，并且国际市场竞争力也在不断提升。但是光伏发电存在间歇性、随机性、地域性等特点，在运行的过程中其具备的稳定性和持续性都会存在较大的波动，为确保并网的安全性能和经济效益，需要分析与评估光伏发电的可靠性。光伏发电的置信容量可以将其具备的容量价值反映出来，可以用来进行光伏发电的量化提升电力系统的充裕度。下文论述对光伏发电系统可靠性造成影响的各种因素，并探讨相关评估系统可靠性的技术指标，以及在此基础上探究提高系统可靠性的措施。
1 光伏发电系统具备的结构特征
系统可靠性在工程应用研究领域中是指批量的同一系统，在设定使用的基础环境下，具备的完成预设任务和技术指标的能力。其中主要有设计可靠性、使用持久性、出现故障后的可维修性三个部分构成。在光伏发电系统中，依据是否并网运行可以分为并网式光伏发电系统和独立式光伏发电系统。对应的典型结构如下图所示：
其中独立式光伏发电系统是一种离网光伏发电系统，组成结构主要有DC-DC变换器、光伏阵列、蓄电池、交直流负载、控制器、DC-AC交换器，其具备的输出功率主要是供给本地负载。并网式光伏发电系统是一种可以将光伏产生的电能输给电网的系统，组成结构主要有控制器、DC-AC交换器、光伏阵列、、DC-DC交换器、电网、交流负载，系统的输出电流会被转化为和电网同频、同幅、同向的交流电，然后和电网相连。由于光伏发电系统具备复杂的结构组成，其中每一个子系统是否合理、对应的控制策略是否科学、运行稳定性是否可靠、系统之间是否存在相互干扰因素，都会对系统可靠性造成严重的影响。
2 影响光伏发电系统可靠性因素分析
2.1 元器件失效
在光伏发电系统中有大量电子元器件的存在，主要有运算放大器、二极管、电阻元件、电感元件、电容元件、电磁元件、太阳能电池、IGBT功率管、继电器通信及连接器件如果其中元器件出现异常状况或者实效，系统可靠性会受到严重影响。在系统运行过程中，一旦其中任何一个器件发生故障，都会导致系统故障率增加，本文主要进行光伏阵列和IGBT功率管实效机制的研究。
为满足直流输出电压幅值与并入电网的相关要求，光伏阵列主要是由光伏电池依据相应的设计要求串并联组成。由此可知，如果单个光伏电池出现故障，旁路二极管会发挥相应的作用，致使光伏阵列依旧可以带着故障运行，只有光伏电池故障较多时，整个阵列工作才会停止工作。其中导致光伏阵列实效的主要因素以及占据的比例如下图所示：
在以往的研究和资料中显示，导致光伏逆变元器发生故障主要是由功率开光管IGBT实效导致。导致IGBT出现的故障树如下图所示：
2.2 系统设计存在缺陷
硬件系统设计存在的缺陷主要有以下几点：①一些企业为了节约成本，在进行硬件电路设计时，采购质量较次的电子元器件，同时将一些相关保护电路器件省略，导致系统具备的保护功能不够完善。一旦系统出现故障情况，技术人员无法依据故障找出故障位置实施维护处理，甚至会导致系统故障发生连锁反应，整个系统失效运行。②蓄电池在独立式光伏发电系统中占据着重要的地位并发挥着重要的作用，其使用寿命和性能决定着光伏发电系统具备的可靠性能。如果系统没有依据实际情况实施功率平衡设计，会导致蓄电池在长期深度放电的情况下提前实效。③系统配置的保护电路由于布局存在不合理性，会互相干扰和影响，导致系统其它器件无法正常运行。
另外，软件系统的设计存在缺陷主要是由于程序执行过程中被错误触发导致程序运行跑偏；不合理的控制策略也会导致软件实效，一旦软件系统出现实效情况，系统无法修复，需要相关人员及时进行系统更新和重启。
3 光伏发电系统置信容量计算
现下光伏发电置信容量的评估标准还没有统一形成，普遍被接受和应用的评估指标主要有两种：①从电源侧计算；②从负荷侧计算。
在等可靠性的基础上，可以用等效机组容量的大小代替光伏机组进行光伏发电系统置信容量的评估，从电源侧计算相应的计算公式为：
R=f（Cr+Cw，L）=f（Cr+Cv，L）
在等可靠性的基础上，系统引入光伏发电后可增加的负荷量就是有效载荷能力，从负荷侧计算相应的计算公式为：
R=f（Cr，L）=f（Cr+Cw，L+ΔL）
4 结束语
在光伏发电系统的运行中，对光伏发电系统可靠性造成影响的主要因素有电子元器件实效、系统存在缺陷等，为提升光伏发电置信容量可以扩大电网规模以及分散分布光伏发电。
参考文献：
[1]王秀丽，武泽辰，曲翀.光伏发电系统可靠性分析及其置信容量计算[J].中国电机工程学报，2014，34（1）：15-21.
[2]丁明，徐志成，毕锐，等.基于UGF的光伏发电系统可靠性及容量置信度研究[J].太阳能学报，2016，37（10）：2505-2511.
[3]崔杨，李焕奇，张节潭，等.计及功率相关性的光伏电站群置信容量评估方法[J].太阳能学报，2017，38（4）：1039-1044.
论文作者:宋俞锋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/13
标签：光伏论文; 系统论文; 可靠性论文; 容量论文; 实效论文; 电网论文; 阵列论文; 《电力设备》2018年第27期论文;