中國儲能網訊：華北電力大學控制與計算機工程學院、中國電力科學研究院的研究人員楊錫運、劉玉奇、李建林，在2017年第15期《電工技術學報》上撰文，為提高光伏電站接入系統(tǒng)能力,采用光儲聯合運行方式,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)接入對電網可靠性的貢獻,提出一種可靠性置信區(qū)間計算方法。
首先對青海省格爾木某光伏電站歷史數據做模糊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據做統(tǒng)計分析,排除異常值。在此基礎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算光儲發(fā)電系統(tǒng)功率帶對應的可靠性指標,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)間計算結果為評價光儲系統(tǒng)接入電網的可靠性貢獻提供理論依據,對發(fā)電調度具有一定指導意義。
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容量714萬kW，全國累計光伏發(fā)電裝機容量達到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，光伏發(fā)電的出力不確定性對電力系統(tǒng)運行可靠性的影響日益增加。有效、準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，是光伏領域的熱點研究問題。
現有研究中，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，建立準確的太陽輻照度模型和光伏電站出力模型: 文獻［3］在分析太陽輻照度波動模型的基礎上，建立了考慮狀態(tài)抽樣轉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)可靠性指標的計算準確性; 文獻［4］建立了考慮天氣變化、設備故障等隨機因素的光伏發(fā)電出力模型，并分析了不同模型計算光伏電站置信容量的差異; 文獻［5］建立了考慮光伏出力與電網負荷及光伏電站之間相關性的隨機模型，并計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發(fā)電可靠性: 文獻［6］評估了儲能容量配比與光伏裝機容量大小對發(fā)電系統(tǒng)置信容量的影響; 文獻［7］研究了儲能平抑光伏發(fā)電波動柔性并網的容量需求，提高光伏并網的可信容量; 文獻［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的風光儲不同配比最優(yōu)組合，提高并網可信度的同時兼顧其經濟型。
③以提高置信容量計算準確性為重點，研究并改進可靠性評估中的置信容量計算方法: 文獻［9］采用修正系數對等時間間隔采樣方法進行修正，提升序貫蒙特卡羅法計算電力系統(tǒng)置信容量的執(zhí)行效率; 文獻［10］改進了偽時序狀態(tài)轉移抽樣這一可靠性評估方法，使其在儲能接入系統(tǒng)的情況下快速準確地計算可靠性指標; 文獻［11］利用含衰老和競爭機制的粒子群算法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際運行特性，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主要以計算光伏發(fā)電容量置信度為主，只能得到一個確定的指標用來評價光伏電站的可信度。
因此，在現有研究基礎上，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，著重分析其置信容量概率區(qū)間，這對評價光伏電站接入電網可靠性貢獻程度、制訂電站接入方案和確定電站日前出力計劃等方面都具有一定價值。
綜上，本文以青海格爾木某50MW光伏電站為對象，應用數理統(tǒng)計中的四分位法排除電站功率數據異常值，重點分析電站在不同天氣類型下的發(fā)電特性。相比基于假設檢驗的經典異常值識別方法(如基于正態(tài)分布的3σ法)，四分位法無需假定數據的分布形式，不受數據均值和標準差的影響，具有更高的耐抗性，更適用于光伏電站功率數據隨機波動較高的數據處理應用場景。
根據文獻［12］的研究結果可知，儲能能夠改善電網電能質量、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合發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電特性。提出一種光儲聯合系統(tǒng)功率帶提取方法，在對發(fā)電數據按天氣特征進行模糊 C均值聚類的基礎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)接入對電網可靠性指標的貢獻。
最后，以所提取的光儲系統(tǒng)功率帶為基礎，提出一種含儲能光伏電站的可靠性置信區(qū)間計算方法，為調度人員制定計劃出力、電力調度提供理論依據。
圖1 四分位法示意圖
結論
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)對電網可靠性指標貢獻，本文研究了以下幾方面內容:
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)電數據做統(tǒng)計分析。為考慮天氣變化因素，應用模糊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)電數據中的異常點，并提出一種光儲聯合系統(tǒng)功率帶提取方法，計算得到光儲發(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，計算含儲能光伏電站可靠性置信區(qū)間。
運用本文提出的方法計算得到光儲電站可靠性置信區(qū)間，該計算結果適用于評估光儲發(fā)電系統(tǒng)的接入電網能力，為制訂光伏計劃出力及電力調度提供理論依據。
