摘要：光伏发电系统的运行可靠性对于配网有一定影响。基于此，本文阐述了光伏发电系统可靠性建模方法，建立一个三阶元件故障的可靠模型，同时将光源的不确定性与停机停运相结合，以此得到了输出功率的概念模型和可靠性。通过论述以上内容，来为技术人员提供一些参考。
关键词：光伏发电系统；可靠性建模；配网可靠性
光伏能源是一种可持续、无污染的绿色新能源，由于光照的强度具有随机性，且光伏系统的构成元件较多，任何一个元件的损坏都会导致光伏系统发生故障。因此，需要将光伏系统的外部变化和物理变化进行综合性考量，并根据系统元件的失效规律同光照变化进行结合，构建光伏发电系统输出功率的基本模型，来分析其对配网可靠性的影响。
1光/柴混合发电系统电源模型
1.1模型概况
光伏发电系统由光列阵、逆变器、升压变压器等元件串联而成。光伏发电系统可以进行监测和控制设备失效的概率，来使得故障发生率低于一次设备，进而通过分析设备来影响功率。完成基础建模工作后，为保证模型工作的有效性，以平均光照强度作为标准，替代实时光照强度，取每平方米100W作为标准，进行等间距划分，以固定标准进行长时间模拟（不低于100天），对结果进行统计，了解概率值以及单位面积的输出功率，作为后续工作的数据支持。
2光源照射强度下光伏系统输出功率模型
光伏系统和故障模式具有密切的强度，光伏系统中光照强度的影响主要有关照强度，光伏电池温度，光电转换功率。随着光照强度的提升，转换率会逐渐增加，光伏系统的输出功率会随着光照强度增大而增大；当转换率达到最值的时候，会一直保持常数状态，并不能够随着光照强度的进一步增大而增大，当光照强度达到标准值的时候，转换率不会增加，而是稳定在恒定值。
将上述光伏发电系统的功率特性使用还是表达式进行描述，只能够通过分析光照强度来分析光伏系统输出功率模型为：
2光伏发电系统对配网可靠性的影响
2.1 影响评估参数
一般来说，业内人士的分析认为，光伏发电系统产生不稳定的问题主要有四个：热斑或烧焦印记影响；电池片龟裂(包括“蜗牛”纹)影响；起麟影响；褪色影响。这些因素都会对配网可靠性产生一定的影响，因此，需要提升光伏组件的效能、可靠性。这将有助于增强太阳能与其它种类能源的竞争力薄膜，使得光伏组件在严苛环境下运行超过30年的背板材料。
为进一步验证光伏发电系统可靠性对于配网的影响，可以进行可靠性评估，这种可靠性评估系统的元件参数为：配电变压器输入0.015次/a，输出200h/次；电力线路输入0.065次/a，输出5h/次；光照强度分别为：光照强度分别为100、200、300、400、1000，小时数为1009、572、436、406、47。孤岛成功运行所需要的时间为T=0.1h，机组强迫停运率为0.06，发电模块的额定输出为230W，逆变器的交流电侧额定功率为100kW。
2.2 影响评估方案
本文采用三种方案对含有与不含有的光伏发电系统来评定配电网的运行可靠性。
方案一：不考虑光伏发电系统的发电机组故障可靠性，来将发电系统接入孤岛，设计总量为孤岛负荷的1.15倍，占总量的45％，进行可靠性分析；
方案二：考虑光伏发电系统电机组出现故障，将系统接入孤岛，发电系统为孤岛负荷的1.15倍，光伏系统容量为总容量的40％，来进行配电网可靠性运行分析；
方案三：考虑光伏发电系统发电机组出现随机故障率。将光伏发电系统接入孤岛，孤岛容量为孤岛负荷的100％，发电机组分别为10％、30％、50％、70％，对发电系统的配单网的可靠性进行评估。
2.3 影响评估计算
为对比三种方案的可靠性，需采用以下公式，计算其可靠性参数：
公式中，λ代表可靠性参数，Nb代表孤岛外元件故障，导致孤岛负荷点为b类。Nd代表d类节点的元件集合。N代表除不直接与负荷点i连接的元件外，所有元件的集合。j为元件编号。
分析上述三个方案，能够得出方案一、方案二的孤岛电源与负荷相匹配的P为0.776和0.737；方案三的孤岛电源与负荷相匹配的概率为10％—0.946；30％—0.737.5；50％—0.368.2；70％—0.183.5。这些方案中的负荷点主要分为孤岛和孤岛1，三种方案相关的可靠性指标分别为：负荷点的平均故障率分别为LP3 1.6725、LP5 1.7115、LP12 2.225；负荷点故障修复时间分别为：LP3 5.023；LP9 6.7095； LP12 6.3142；系统可靠性指标：SAIFI 1.9778；SAIDI 10.5587；CAIDI 5.4492。
2.4 影响评估结论
从方案一的评定可靠性结构可靠性数据，在配电网接入系统后，孤岛负荷点指标并没有产生变化；停运指标保持一定的时候，可靠性指标也得到了明确改善。在组网发生故障的时候，孤岛电源能够重启，能够为孤岛提供电能，减少孤岛的负荷点；
从方案二的可靠性评估数据能够可以看出，在不考虑光伏发电系统组成元件故障的可靠性，计算出孤岛电源与负荷相匹配的概率要小于测试的结果。因此，在进行光伏发电系统可靠性评估的时候，需要考虑发电系统的故障性特征。
从方案三的可靠性结果分析，使用太阳能发电，光伏发电系统的容量可以取值孤岛峰荷载，这样一来，孤岛负荷可靠性与系统可靠性都能得到很好的优化。通过比较分析数据，充分体现出了光伏系统输出功率的随机性，因此，光伏发电系统对于配网的可靠性影响要大于柴油机组。为了进一步完善配电网的可靠性，从太阳能资源角度出发，可以为光伏发电系统配备一定容量的柴油发电机组，来确保光伏发电系统的效能。
结论
综上所述，采用光伏发电系统多状态输出模型，能够建立孤岛负荷模型，推导出配网可靠性指标。在此基础上，在组网发生故障的时候，孤岛电源能够重启，通过孤岛提供电能，能够减少孤岛负荷点；同时，光伏发电系统的容量可以取值于孤岛峰荷载，这样一来，孤岛负荷可靠性与系统可靠性都能得到很好的优化。因此，通过优化孤岛负荷点，能够提高光伏供电系统的可靠性。
参加文献：
[1]徐志成. 光伏发电容量可信度评估[D].合肥工业大学,2017.
[2]吴红斌,王蕾.光伏发电系统建模及对配电网可靠性影响研究[J].太阳能学报,2016,37(05):1197-1204.
论文作者:李全皎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/22
标签：可靠性论文; 光伏论文; 孤岛论文; 系统论文; 负荷论文; 方案论文; 元件论文; 《电力设备》2018年第14期论文;