摘要：近年来，随着化石能源日益枯竭，大力发展可再生能源以解决环境问题、能源问题已经成为世界各国的共识。在众多可再生能源中太阳能是最理想的替代能源。光伏发电系统凭借其可再生性、清洁性等优势被越来越多地接入到配电网中。由于光资源的随机性和间歇性，光伏发电接入后对配电网可靠性将带来很多不确定性因素，因此准确评估其可靠性十分重要。
关键词：光伏发电系统；配电网；可靠性
1、关于光伏发电系统的概述
光伏发电系统主要有独立光伏发电系统、并网光伏发电系统、分布式光伏发电系统。首先，独立光伏发电系统主要负责边远地区的光伏发电，比如农村地区的光伏发电，它有一个优点是能离网光伏发电。其次，并网光伏发电主要分为带蓄电池的并网发电系统和不带蓄电池的并网发电系统，能通过并网逆转器把其产生的直流电转换成符合要求的交流电输入到公共电网。带蓄电池的并网光伏发电的优点在于可以根据用户的实际需要灵活选择要不要接入公共电网。最后，分布式光伏发电系统往往是用来满足特定的客户需求的，靠近客户配置小的光伏發电系统。光伏发电系统的能源质量高，建设周期比较短，采取能源花费的时间也比较短，使用者比较容易接受。但是，光伏发电系统在利用太阳能发电的时候，需要用到太阳能电池板，而太阳能电池板的生产具有高能耗、高污染的特点。还有，太阳能电池板获得的能源跟随四季、昼夜的变化而变化。光伏发电系统的经济效益评估受以上这些方方面面因素的影响。
2、光伏发电系统组成分析
太阳能光伏发电系统由不同的部件构成，大致分成五部分。
2.1光伏电池组
光伏电池组在光伏效应作用下将光能转化成直流电能。
2.2蓄电池组
当光照不足或负载过大时，蓄电池组可以释放之前储存的电能。
2.3控制器
系统运行中根据负载电源要求，控制电池组电能输出，确保发电系统输出的最大功率。
2.4逆变器
逆变器主要用于将直流电转化成负载需要的交流电。
2.5DC-DC变换装置
变换装置保证大范围变化情况下输出的高压直流电稳定，通过控制回路中的功率器件，实现直流电升压成为高压直流电。
3光伏发电接入对配电网可靠性的影响
3.1光伏发电容量与配电网系统容量相比足够大时，会影响到配电网短路故障电流，进一步会影响到常规配电网保护整定和配合原则，造成系统保护拒动或误动的结果，降低配电网系统供电连续性和可靠性。
3.2光伏发电具有正特性，白天发电量大，与配电网负荷工作情况相似，可以削峰缓减配电系统过负荷问题。即使配电网某个支路发生故障，也不会影响到光伏接入附近负荷供电连续性，此时光伏电源与附近负荷形成孤岛运行，这样提高了配电网供电可靠性。但是孤岛运行也会带来一些弊端，会出现电压、频率不稳定现象影响配电网供电可靠性；甚至出现运行检修人员在故障后意识不到孤岛自给供电系统的存在而造成安全事故。
3.3光伏接入配电网后，配电网变成多电源的网络结构，配电网潮流双向流动。光伏接入位置以及方式对配电网可靠性也有一定程度的影响。一般来说，光伏发电从多处接入配电网比集中接入的可靠性高。
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4光伏发电可靠性模型研究
4.1光伏发电出力模型研究
目前，国内外研究光伏出力的数学方法主要有人工神经网络、模糊算法、最小二乘法、组合算法等，一般建模思路分为两类：物理建模与统计建模。物理建模方法是根据当地气候历史数据得到太阳光辐照的预测值或者基于统计方法建立辐照度的模型，然后根据光电能量转换关系建立光伏出力模型。太阳光辐照度的预测是根据太阳辐射度特性，对历史观测辐照度时间序列进行处理，建立太阳辐照度预测模型。通过聚类分析按照相似的日类型对不同气候条件进行分类，采用小波变换对太阳辐射度时间序列进行分解，然后利用递推最小二乘法分析各分量间非线性关系，分析太阳辐射度变化规律建立逐日太阳辐射度预测模型。最后根据光电转换效率建立光伏出力模型。通过计算太阳辐照度理论值对采集的辐照度数据进行检验归一化处理并提取样本，采用自适应模糊推理系统（ANFIS）对样本数据分析建立模型，其中采用减法聚类确定ANFIS模型参数，并采用最小二乘法优化模型，最后利用循环预测法实现短期辐照度预测。但只是对短期辐照度进行预测，并不适用长期光伏出力预测。根据形状参数可以确定贝塔参数分布模型。参针对光伏出力波动性和随机性特点，采用极大似然法求解贝塔分布参数建立太阳光辐照度模型。考虑了日总辐照度与小时辐照度之间的“加和”约束，基于条件核密度估计方法建立能同时计及太阳辐照度时序随机性、日/小时辐照度之间时序相关性及内在“加和”约束的概率模型。这种建立模型的思路在光电转换中未能考虑温度、电池衰减、故障等因素，会造成不准确性。统计建模方法是根据光伏地理位置，分析影响光伏出力的气象因素，利用光伏历史数据预测或模拟光伏出力序列。此方法弥补物理建模中光电转换过程中带来的误差。
4.2光伏出力和负荷相关性
光伏发电具有随机性、间歇性和周期性特点，被视为一种不可靠的发电形式，但与其他能源相比，光伏发电出力更具有规律性。太阳光辐照度和负荷随季节和昼夜交替而变化，因此，光伏出力和负荷具有较强的相关性。光伏出力和负荷无时无刻不在波动，与负荷相比，光伏出力波动更频繁、幅度更大。可以分别建立光伏出力和负荷随机模型，在此基础采用相关系数描述他们之间的相关性。针对光伏发电和负荷的不确定性，在序贯小时确定性模型的基础上建立了光伏出力和负荷的随机模型采用相关性系数描述光伏出力和负荷间的相关性。
5光伏发电接入配电网可靠性评估方法研究
配电网可靠性评估方法通常有解析法和模拟法。解析法又称为状态枚举法，即以系统结构和逻辑关系为依据，建立系统元件的可靠性模型，采用概率方法对预先设定、可能发生的故障事件进行分析，通过数值计算方法计算出系统可靠性指标。该方法采用严密的数学模型以及清晰的逻辑关系和有效算法计算系统的可靠性，具有高准确度。但是随着配电网结构规模增大，计算就越复杂，工作量大，因此解析法适用于简单系统可靠性的计算。解析法一般包含：故障分析法、最小路法、最小割集法、网络等值法等。研究了含光储微网配电网可靠性的问题，对光储微网接入配电网后对电网电压、网络损耗等方面进行理论分析，从光储微网接入配电网的位置和方式考虑，基于最小路法建立含有光储微网的配电网可靠性模型，该模型对实际光储微网的接入的配电网进行可靠性评估，但缺乏对配电网可靠性的定量定性分析。光伏发电并网系统结构，基于状态空间法建立了双极并网光伏系统的可靠性模型，在此基础上考虑了气象因素影响。采用可靠性测试系统对光伏接入配电网后的可靠性进行评估，结果表明了光伏接入对配电网可靠性在不同程度上有影响，也与光伏接入方式、位置以及渗透率有关。基于传统配电网作为DG的后备电源接入模式，采用故障模式分析方法对含有D G的配电网进行供电可靠性计算和分析，比较D G接入前后的供电可靠性，结果表明采用正确的DG接入方式，可以提高供电可靠性。
结束语
随着配电网光伏渗透率的提高，对配电网系统可靠性指标完善影响加大，因此应综合考虑经济成本、环境、稳定等因素来决定光伏电站接入配电网的数量。
参考文献：
[1]缪立恒.分布式光伏接入对配电网稳态运行影响的研究[D].华北电力大学，2015.
[2]王亚维.高渗透率光伏发电系统中网源互动技术的研究[D].上海电力学院，2015.
论文作者:陈维,汤保英
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/10
标签：光伏论文; 可靠性论文; 配电网论文; 系统论文; 模型论文; 负荷论文; 方法论文; 《电力设备》2017年第34期论文;