计入光伏发电的电力系统随机生产模拟

摘要

随着全球能源和环境问题的日益突出，光伏系统的开发和利用受到越来越多的关注。光伏发电具有随机性和间歇性，其大规模的接入必然会对电力系统规划、调度以及可靠性评估等产生较大影响。为更好计及光伏出力的不稳定性，在电力系统调度中需做好随机生产模拟工作，其不仅可以计算系统的可靠性指标，还能模拟得到发电机组未来发电量、燃料成本以及环境成本等。因此，深入研究光伏系统的出力模型以及计入光伏发电的电力系统随机生产模拟，对电力系统安全、经济运行具有重要意义。
　　建立了一种计及光伏系统元件故障的光伏逆变器组多状态模型。首先，基于光伏系统的典型结构，分析光伏电池板及逆变器的可靠性模型对光伏系统出力的影响；然后，根据元件的串并联关系，形成由光伏电池板串和逆变器构成的光伏逆变器组；最后，枚举各元件的故障，计算光伏发电的出力以及该出力对应的概率，通过聚类得到整个光伏逆变器组的多状态可靠性模型。将该模型应用于100MW光伏发电系统，结果表明：该模型准确有效，可以在一定程度上降低计算复杂度。
　　计及光照辐射强度对光伏发电出力的影响，建立了基于时间序列的光照辐射强度的自回归滑动平均(ARMA，Auto Regression Moving Average)预测模型；根据光电转换关系，将预测的光照辐射强度序列转换为光伏发电的出力序列；结合光伏逆变器组的多状态可靠性模型，利用聚类技术得到光伏发电的多状态出力模型。对某地区实际数据算例分析表明：该模型具有较高的准确度和工程实用性。
　　计及光伏发电出力的昼夜特性，建立了一种含光伏发电的电力系统分时段随机生产模拟模型。首先，将原始负荷曲线划分为昼、夜负荷曲线；然后，基于光伏发电的多状态出力模型，分别形成相应的等效持续负荷曲线和等效电量函数；最后，基于等效电量函数法对含光伏发电的电力系统分时段进行随机生产模拟。算例表明：该方法能够准确有效地对电力系统进行随机生产模拟。
　　基于EPRI-36测试系统，分析了光伏系统接入、光伏系统元件故障以及机组加载顺序对系统可靠性和经济性的影响。结果表明：光伏发电系统的接入可提升系统的充裕度，降低环境污染以及生产成本；含光伏的电力系统随机生产模拟中，昼夜循环特性对其影响较大，分时段进行随机生产模拟更加合理；光伏发电系统元件故障对系统可靠性的影响与光伏渗透率有关；不同机组加载顺序不会影响系统的可靠性指标，只会导致相关经济性指标发生变化。

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1绪 论

1.1论文研究背景和意义

1.2光伏系统可靠性评估研究现状

1.3光伏出力模型的研究现状

1.4随机生产模拟的研究现状

1.5本文的主要研究内容

2计及光伏系统元件故障影响的光伏出力模型

2.1引言

2.2光伏系统的基本构成

2.3计入元件故障影响的光伏逆变器组多状态模型

2.4计及光伏系统元件故障影响的光伏出力模型

2.5光伏出力模型流程图

2.6算例分析

2.7本章小结

3计入光伏发电的电力系统分时段随机生产模拟

3.1引言

3.2电力系统随机生产模拟

3.3计入光伏发电的电力系统分时段随机生产模拟模型

3.4计入光伏发电的电力系统随机生产模拟算法流程

3.5算例分析

3.6本章小结

4光伏接入对电力系统可靠性和经济性的影响分析

4.1引言

4.2光伏系统可靠性模型状态数的确定

4.3光伏接入对电力系统可靠性的影响

4.4光伏接入对电力系统经济性的影响

4.5机组加载顺序对随机生产模拟的影响

4.6本章小结

5总结与展望

5.1全文总结

5.2下一步工作展望

致谢

参考文献

附 录