光伏发电系统的蒙特卡罗序贯仿真和可靠性分析

摘要

随着太阳电池和电力电子技术的不断进步,太阳能发电技术得到长足发展.发展光伏发电技术成为太阳能利用的主流.光伏转换技术被广泛认为是最有前途的再生能源技术,可以提供足够的能源供应,同时降低温室气体的排放.世界各国相继加大力度进行光伏研发项目和市场开拓.太阳能发电和常规能源发电不同,它具有随机不确定性,而这种时变性又增加了系统的不稳定因素.这使得人们希望对其一段时间内的工作状况有所把握.该文的重点是运用概率抽样描述这种不确定性,采用蒙特卡罗序贯仿真对光伏发电各环节状态进行概率模拟,并计算相关可靠性指标.首先研究了各种影响太阳一次能源变化的因素,考虑因素之间的相互作用,采用按时间序贯仿真各小时太阳电池的出力.接着该文运用蒙特卡罗序贯的方法,模拟了光伏电站内部各元件的工作及故障检修的顺序,提出了阵列组件的检修判据,并仿真计算了独立光伏系统工作的各项可靠性指标.最后,进行了光伏并网系统研究,考虑不同的线路及保护随机故障动作,和多变的系统运行方式,结合配电网进行相关的可靠性经济性指标计算.在理论研究的基础上,该文开发完成了

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致谢

第一章 绪论

1.1世界能源状况

1.2光伏发电系统研究的意义

1.3国内外发展及研究现状

1.4本文工作简介

第二章 光伏系统中太阳能和组件出力的蒙特卡罗序贯仿真

2.1概述

2.2数学模型的建立

2.2.1日地距离

2.2.2安装地点和时角

2.2.3日照时间

2.2.4大气透明度

2.2.5云层

2.2.6太阳能电池阵列的安装角度

2.2.7覆尘率

2.2.8温度和天气的影响

2.3分析方法介绍

2.3.1蒙特卡罗模拟法

2.3.2序贯仿真

2.4蒙特卡罗抽样过程

2.4.1云层的概率模型

2.4.2天气的概率模型

2.4.3云层天气的相关性调整

2.4.4环境温度的确定

2.4.5电池出力

2.5算法流程

2.5.1软件开发环境

2.5.2程序流程图

2.6算例分析

2.6.1计算数据

2.6.2结果讨论

第三章 独立(stand-alone)光伏系统的可靠性分析

3.1概述

3.2独立光伏系统的组成及元件数学建模

3.2.1太阳能电池阵列

3.2.2逆变器

3.2.3蓄电池组和控制器

3.2.4变压器

3.3元件概率建模和故障抽样处理

3.3.1元件概率模型

3.3.2元件故障分析处理

3.3.3故障分类处理

3.3.4故障列切除判定方法

3.4运行模式及主要可靠性指标

3.4.1运行模式

3.4.2主要可靠性指标定义

3.4.3可靠性指标计算方法

3.5算法流程

3.6算例分析

3.6.1关于可靠性水平的元件容量分析

3.6.2关于可靠性水平的元件敏感性分析

3.6.3时变负荷的可靠性分析

第四章 光伏并网发电系统的可靠性分析

4.1概述

4.2光伏并网系统的组成及相关建模

4.2.1光伏电站

4.2.2线路

4.2.3负荷

4.3保护动作及网络辨识

4.3.1主线和从线

4.3.2方向继电器的加装

4.3.3保护动作

4.3.4网络判断

4.4配网潮流计算方法

4.4.1配网系统

4.4.2配网计算方法

4.4.3 Zbus法

4.5主要可靠性指标

4.5.1指标定义

4.5.2指标计算公式

4.5.3经济性指标

4.6算法流程

第五章算例方案及结果讨论

5.1概述

5.2计算系统

5.3计算方案及结果

5.3.1方案设计

5.3.2计算结果讨论

第六章总结

6.1工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

附录