任瑞 李霞 趙曉娜 陳璐

【摘 ?要】目前，我國的綜合國力在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，由于風(fēng)電場及儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)含風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估顯得尤為重要。首先對(duì)影響系統(tǒng)可靠性的風(fēng)電場相關(guān)因素進(jìn)行了綜述，簡單總結(jié)了風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)模型;針對(duì)含有風(fēng)電場及風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性模型評(píng)估過程、方法以及對(duì)系統(tǒng)可靠性影響進(jìn)行了分析;最后以含風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估為切入點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)有的不足以及未來研究趨勢做出一定的分析與展望。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場建模;儲(chǔ)能系統(tǒng);風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng);可靠性;可靠性測試系統(tǒng)

引言

針對(duì)于配電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性方面的評(píng)估工作，早在20世紀(jì)60年代起，電力工業(yè)的逐步發(fā)展就讓相關(guān)的系統(tǒng)研究工作開始出現(xiàn)，并隨著時(shí)間的發(fā)展逐漸成為一門有效的應(yīng)用學(xué)科。電力系統(tǒng)的可靠性也體現(xiàn)在安全性與充裕度兩個(gè)方面。我國在1989年由能源部電力可靠管理中心頒布了《供電系統(tǒng)電力客戶供電可靠性研究方法》后，也逐漸開始投入相關(guān)研究。

1研究背景

智能電網(wǎng)是當(dāng)今電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，在“互聯(lián)網(wǎng)+”與電網(wǎng)的融合發(fā)展過程中，互聯(lián)網(wǎng)正逐漸成為電網(wǎng)發(fā)展的重要內(nèi)生力量，不僅可以為電網(wǎng)建設(shè)提供資源整合方面的支持，而且為電網(wǎng)的智能化及科學(xué)運(yùn)行提供了重要的保障。然而如何增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，是目前我國電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待思考的關(guān)鍵問題，比如CAIFI、CAIDI等指標(biāo)已經(jīng)逐漸成為電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的支撐指標(biāo)，在新時(shí)期的電力系統(tǒng)發(fā)展中發(fā)揮著愈加重要的作用。伴隨著電力結(jié)構(gòu)調(diào)整、“三集五大”的深入發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)也提出了越來越高的要求，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中除了應(yīng)當(dāng)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行特征、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過智能化的故障分析提供精準(zhǔn)的運(yùn)行決策，減少故障率以外，還需要立足智能配電網(wǎng)發(fā)展趨勢、發(fā)展前景及運(yùn)行要求，通過科學(xué)的研究、探討、分析，提供一種穩(wěn)定、安全的可靠性評(píng)價(jià)方法，提升電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與安全性。

2風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性模型

2.1預(yù)測風(fēng)速方法

預(yù)測風(fēng)速在對(duì)含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)是不可或缺的首要任務(wù)。目前，建立預(yù)測風(fēng)速模型的方法有很多，主要包括瑞利分布法、威布爾分布法、卡爾曼濾波法、時(shí)間序列法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、混合算法模擬法、組合模擬法等方法。由于瑞利分布法、威布爾分布法等離散隨機(jī)模型能簡單方便地?cái)M合風(fēng)速，因此應(yīng)用較為廣泛，但是上述方法不能較好地體現(xiàn)風(fēng)速變化與時(shí)間的關(guān)系，預(yù)測結(jié)果較為粗糙，通常用于長期風(fēng)速預(yù)測。而時(shí)間序列法能較好地體現(xiàn)風(fēng)速變化的時(shí)序性，并且只需基于少量的風(fēng)速數(shù)據(jù)就能較好地預(yù)測出未來風(fēng)速。目前主要采用屬于時(shí)間序列法之一的自回歸滑動(dòng)模型來預(yù)測風(fēng)速，其模型的階數(shù)通常采用最小信息準(zhǔn)則來確定。基于擬合模型得到預(yù)測風(fēng)速是目前在預(yù)測風(fēng)速方面較為常用的方法，適用于中短期風(fēng)速預(yù)測。

1.2孤島運(yùn)行模式

孤島運(yùn)行模式是分布式電源在接入配電網(wǎng)之后的運(yùn)行方式，通過其持續(xù)時(shí)間的不確定性可以劃分為長期孤島運(yùn)行和短期孤島運(yùn)行。一般情況下，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，為了能在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常供電，在結(jié)構(gòu)中會(huì)選擇三相一次重合閘，不僅可以防止系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的聯(lián)絡(luò)線故障，還能保留系統(tǒng)的進(jìn)線重合閘功能。當(dāng)然，如果孤島中的電源總?cè)萘啃∮谪?fù)荷，那么孤島的運(yùn)行狀態(tài)可能會(huì)受到影響，甚至?xí)诙虝r(shí)間內(nèi)出現(xiàn)崩潰。防止，如果孤島電源總?cè)萘看笥谪?fù)荷，則孤島運(yùn)行可以保持長期的穩(wěn)定狀態(tài)。另一方面，孤島如果突然與系統(tǒng)斷開，那么必然導(dǎo)致供電區(qū)域的電能質(zhì)量降低，尤其是對(duì)維修人員的安全產(chǎn)生威脅。因此，為了保障電力系統(tǒng)的安全性，在孤島運(yùn)行的狀態(tài)下需事先確定好合理的孤島區(qū)域，并保持內(nèi)部功率的平衡，平滑地過渡到新的運(yùn)行狀態(tài)之下。

1.3風(fēng)速相關(guān)性

受風(fēng)電場地理位置、周圍環(huán)境、氣象條件等因素的影響，風(fēng)電場與風(fēng)電場間會(huì)形成一個(gè)風(fēng)電場群，風(fēng)電群之間的風(fēng)速會(huì)呈現(xiàn)一定的相關(guān)性。吳林偉等人[[23引人矩陣變換法模擬同1個(gè)風(fēng)帶下風(fēng)電場間的風(fēng)速相關(guān)性，通過蒙特卡洛法對(duì)含多個(gè)風(fēng)電場的電力系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，證明風(fēng)速相關(guān)性對(duì)系統(tǒng)可靠性確實(shí)有不利影響。鄂志君等人（24！則提出了一種全新的建立風(fēng)速相關(guān)性序列模型的方法，該方法采用改進(jìn)帕克一希恩算法生成符合相關(guān)系數(shù)矩陣的變量，與傳統(tǒng)矩陣法中的Cholesky分解法相比，該方法的精度更高。秦志龍等人[25[則采用Copula函數(shù)模型進(jìn)行風(fēng)速相關(guān)性的模擬，與矩陣變換法相比該方法更貼切實(shí)際風(fēng)速的概率分布，可以提高模擬的精確度。綜上所述，在風(fēng)速相關(guān)性的建模中用Copula函數(shù)模型優(yōu)于矩陣變換法，而在矩陣變換法中用智能算法生成相關(guān)系數(shù)矩陣變量又優(yōu)于傳統(tǒng)矩陣法中的Cholesky分解法。

3含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法

與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法相似，含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法有解析法與模擬法[2，39-40[兩大類。由于風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量與風(fēng)速的快慢、風(fēng)機(jī)所處位置等因素有關(guān)，而模擬法中的蒙特卡洛法具有計(jì)算結(jié)果更加真實(shí)、評(píng)估更全面、抽樣次數(shù)與系統(tǒng)無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，因此在對(duì)含風(fēng)電場的大型電力系統(tǒng)進(jìn)行可靠性模擬分析時(shí)通常采用蒙特卡洛模擬法。蒙特卡洛法通過對(duì)元件隨機(jī)抽樣，根據(jù)抽樣結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)，從而得到可靠性指標(biāo)，在蒙特卡洛法的基礎(chǔ)上考慮系統(tǒng)狀態(tài)的時(shí)序性，又可以將其細(xì)分為三大類：準(zhǔn)序貫?zāi)M法、非序貫?zāi)M法和序貫?zāi)M法，其中準(zhǔn)序貫?zāi)M法就是對(duì)一類綜合非序貫?zāi)M法和序貫?zāi)M法的總稱。此外，還有一些改進(jìn)蒙特卡洛法的算法被用在電力系統(tǒng)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估中，比如馬爾可夫鏈蒙特卡洛算法，但該類算法并未被用于含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估中。

4含風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估

近年來，為了解決風(fēng)電并網(wǎng)的大量棄風(fēng)等問題，儲(chǔ)能技術(shù)在含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。合理的配置儲(chǔ)能系統(tǒng)能平抑風(fēng)電功率波動(dòng)，提高系統(tǒng)的可靠性。對(duì)比了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不同運(yùn)行策略對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，采取序貫蒙特卡洛法進(jìn)行模擬分析，表明配置一定容量的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅能提高系統(tǒng)的可靠性，還能提高經(jīng)濟(jì)性。基于序貫蒙特卡洛法考慮了風(fēng)電滲透率、儲(chǔ)能容量、儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電速率等因素對(duì)含風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性的影響，并得出相應(yīng)的可靠性指標(biāo)。對(duì)含功率型和能量型2類電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在不同儲(chǔ)能控制策略下對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)可靠性的影響進(jìn)行了評(píng)估，并對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)對(duì)可靠性影響進(jìn)行了分析。張歧松等人f4aJ}n在考慮儲(chǔ)能荷電狀態(tài)（StateofCharge，SOC）參量的基礎(chǔ)上采用模糊控制策略，提出了對(duì)SOC優(yōu)化策略，并將優(yōu)化前后對(duì)風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比研究。采用蒙特卡洛法對(duì)含風(fēng)力和儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力系統(tǒng)進(jìn)行了基于發(fā)電充裕性的可靠性評(píng)估，主要討論了系統(tǒng)在不同風(fēng)電滲透率下的可靠性問題。提出了考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合的電力系統(tǒng)概率可靠性評(píng)估模型，并采用蒙特卡洛樣本狀態(tài)持續(xù)時(shí)間模擬法對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。目前國內(nèi)外含風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法幾乎都采用蒙特卡洛模擬法進(jìn)行系統(tǒng)的模擬，并且在考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性影響時(shí)基本都只考慮了儲(chǔ)能容量與儲(chǔ)能控制策略對(duì)改善可靠性的影響，并未計(jì)及儲(chǔ)能系統(tǒng)自身等其他因素，評(píng)估方法與評(píng)估范圍較為單一。

結(jié)語

伴隨著電并網(wǎng)技術(shù)及儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，面對(duì)電力系統(tǒng)愈發(fā)復(fù)雜的趨勢，對(duì)含新能源及儲(chǔ)能系統(tǒng)接人電力系統(tǒng)的可靠性評(píng)估顯得尤為重要。在風(fēng)電場中配置一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的可靠性，減小大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)帶來的沖擊。

參考文獻(xiàn)：

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[2]祝錦舟，張焰，楊增輝，等一種含風(fēng)電場的發(fā)電系統(tǒng)可靠性解析計(jì)算方法[[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37（16）：4671-4679.

（作者單位：國網(wǎng)高平市供電公司）