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摘要：本文对配电网供电可靠性进行了计算分析，同时对光伏发电接入配电网可靠性研究展望。
关键词：光伏发电；接入配电网；可靠性；现状与展望
1 光伏发电接入对配电网可靠性的影响
（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。（2）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。
2 光伏发电可靠性模型研究
2.1 光伏发电出力模型研究
目前，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。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。
统计建模方法是根据光伏地理位置，此方法弥补物理建模中光电转换过程中带来的误差。灰色神经网络组合模型预测方法建立光伏出力模型，该方法统计与预测相似天气条件下的光伏出力，建立出力灰色模型，考虑温度变化，将其与灰色模型输出结合建立神经网络预测模型，最终得出预测光伏出力结果，但是并没有考虑光照强度等其他影响因素。光伏发电的季节特性、日特性以及天气特性，在原始马尔科夫链的基础上细化数据形成多个状态转移矩阵，同时模拟光伏出力波动性，改进时间序列建立光伏出力模型。
2.2 PVS的结构与出力随机性相结合
光伏并网运行时系统结构包括光伏阵列、并网逆变器、交流配电柜等。根据结构特点，可知光源的波动性影响供电可靠性，而逆变器等设备故障也会对电网运行产生影响。按照不同故障情况分析系统状态，再结合光源的波动性建立光伏输出功率的随机模型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆光伏发电系统的结构特点，在此基础上考虑光源波动性建立六状态的可靠性模型。光伏发电系统的元件失效模式，建立了元件故障阶数为三阶的光伏发电系统的可靠性模型，与光源不确定性组合，得出光伏发电输出功率随机模型。
2.3 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。
3 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。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。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 DG 的配电网进行供电可靠性计算和分析，比较 DG 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。
模拟法又被称为蒙特卡洛模拟法，它是在配电网元件可靠性模型的基础上，通过计算机产生随机数对元件的失效性进行抽样，以构成系统的失效模式，再采用统计的方法计算出系统可靠性指标。该方法适用于大型复杂电力系统可靠性分析，但计算精度和效率受迭代次数等限制。一般分为序贯蒙特卡洛法和非序贯蒙特卡洛法。光伏发电自身的随机性和波动性，基于序贯蒙特卡洛法建立光伏电源的可靠性模型，再结合负荷和其他元件的概率模型，计算了光伏发电系统接入配电网后的可靠性指标。根据实际系统的算例分析，在配电网中合理接入光伏发电系统可以提高供电可靠性。针对蒙特卡洛法收敛慢的特点以低偏差点列抽样方法运用于蒙特卡洛法的抽样过程中，并与重要抽样相结合来提高收敛速度。该方法将是光伏接入配电网可靠性评估中一种新的思路。
4光伏发电接入配电网可靠性研究展望
4.1 储能技术对光伏发电接入配电网可靠性的影响
光伏发电的接入一定程度上提高了配电网供电可靠性，但是光伏自身固有的波动性、随机性和不可控性等特点，导致其规模化接入配电网会对配电网安全可靠运行带来隐患，会对含光伏系统的配电网规划带来极大挑战。因此，储能技术的引入是很必要的。储能设备具有灵活充放电功能，可以平抑光伏电源接入造成的功率波动，也可以削峰填谷，分配电能。光伏储能系统接入配电网供电可靠性的影响程度，从不同容量和接入点比较得出光伏储能接入配电网的最优方式。而如今研究者都集中对电动汽车储能这种特殊的分布式储能对光伏接入配电网的可靠性影响进行分析，这也是太阳能发电未来的普遍储能方式。
4.2 光伏发电接入交直流配电网可靠性评估
大规模的光伏接入交流配电网面临网络结构复杂、供电安全可靠的挑战。国外的研究表明，直流配电网相比交流配电网对潮流可控，可以闭环运行，光伏接入直流配电网更简单化。只需要选择合理的母线电压，减少逆变环节，降低电源装置复杂性，提高了光伏接入配电网的可靠性。因此，光伏发电接入交直流配电网可靠性评估成为光伏发电接入配电网可靠性研究的方向。
结语
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] 赵洪山，赵航宇.配电网可靠性评估方法研究现状与展望 [J].现代电力，2015，32（5）：15-20.
[2] 白建波.太阳能光伏系统建模、仿真与优化 [M].北京：电子工业出版社，2014.
论文作者:郭齐
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/29
标签：光伏论文; 可靠性论文; 配电网论文; 模型论文; 系统论文; 方法论文; 波动性论文; 《电力设备》2017年第25期论文;