張濤　李先棟　王琳　許強(qiáng)　賈軒　冀傳留　李芳

摘? ?要：大量的光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)系統(tǒng)，其出力不確定性為電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性提出更高要求。為了盡可能減少棄光現(xiàn)象的發(fā)生，在提高光伏消納的基礎(chǔ)上需要對(duì)光伏接入的配電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷備用容量計(jì)算方法進(jìn)行研究。首先分析了光伏出力的時(shí)空分布規(guī)律，進(jìn)而分析了基于時(shí)空分布規(guī)律的光伏出力預(yù)測(cè)誤差以及提出采用高斯混合模型的出力預(yù)測(cè)誤差計(jì)算方法;然后在此基礎(chǔ)上提出一種考慮光伏發(fā)電時(shí)空分布規(guī)律的接入配電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷備用容量的計(jì)算方法。研究結(jié)果表明該方法能夠較為準(zhǔn)確地確定接入光伏的配電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷備用容量，通過(guò)山東省某地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;預(yù)測(cè)誤差;高斯混合模型;等效負(fù)荷;備用容量

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 732? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： As the massive PV system is integrated into the distribution network，its uncertainty of output requests higher security for the power system operation. For the sake of decreasing the abandonment of PV generation，the research for reserve capacity of distribution network is essential to improve the consumption of PV supply. In the basis of the analysis what the PV power output obeys temporal and spatial distribution，the prediction error of PV output obeying temporal and spatial distribution is analysed. And an algorithm for estimating the prediction error of PV output is proposed by building a Gaussian mixture model （GMM），which consummates the method of computing the spinning reserve capacity of distribution network considering PV injection. The feasibility and effectiveness of the proposed method are validated via the real operation data from a State Grid company of Shandong province.

Key words： PV power;forecast error;GMM;equivalent load;spinning reserve capacity

近年來(lái)，山東省高度重視新能源、新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后出臺(tái)了一系列針對(duì)性的發(fā)展規(guī)劃和地方性政策法規(guī)，以保證形成完善的政策體系推動(dòng)新能源、新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著新能源接入配電網(wǎng)政策的實(shí)施和新能源發(fā)電技術(shù)的日趨完善，可以預(yù)見(jiàn)越來(lái)越多的新能源接入必然會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。光伏發(fā)電出力與時(shí)間周期性、氣象條件、地理位置等因素密切相關(guān)，故其輸出功率具有較強(qiáng)的不確定性。在光伏接入配電網(wǎng)運(yùn)行后，這種不可預(yù)測(cè)的出力特性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)源-荷不平衡問(wèn)題，為此通過(guò)研究光伏出力預(yù)測(cè)誤差的概率分布反映其不確定性的邊界條件，從而維護(hù)配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

文獻(xiàn)[1]利用中尺度模式數(shù)值模擬我國(guó)太陽(yáng)能資源的時(shí)空分布特征并進(jìn)行比較。其研究結(jié)果顯示，直線(xiàn)距離2000 km以?xún)?nèi)的區(qū)域范圍內(nèi)光伏發(fā)電出力受天氣條件影響較小。文獻(xiàn)[2]透過(guò)光資源分析光伏發(fā)電的間歇、波動(dòng)和規(guī)律方面的特性，發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電呈現(xiàn)以季節(jié)為周期的服從當(dāng)?shù)毓赓Y源分布規(guī)律的概率分布特征。文獻(xiàn)[3]以光伏出力的隨機(jī)特性為基礎(chǔ)，結(jié)合聚類(lèi)理論，建立了基于時(shí)間狀態(tài)的光伏出力隨機(jī)預(yù)測(cè)模型。文獻(xiàn)將光伏發(fā)電出力分解為確定性部分和不確定性部分，分別分析各部分的出力特征，提出了光伏出力遮擋因子來(lái)描述影響光伏出力的隨機(jī)性，研究發(fā)現(xiàn)光伏出力遮擋因子具有明顯的日、季周期性和隨距離衰減的空間相關(guān)性。文獻(xiàn)[4]提出統(tǒng)計(jì)小時(shí)級(jí)的基于貝葉斯模型的天氣指數(shù)預(yù)測(cè)值，建立其概率分布描述模型，再采用蒙特卡洛方法對(duì)預(yù)測(cè)的天氣指數(shù)隨機(jī)采樣，代入至以天氣指數(shù)為變量的光伏發(fā)電模型中計(jì)算并統(tǒng)計(jì)光伏出力的概率分布。文獻(xiàn)[5]針對(duì)光伏發(fā)電和負(fù)荷的不確定性，建立了考慮光荷預(yù)測(cè)誤差的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度模型，通過(guò)建立合適的預(yù)測(cè)誤差概率分布模型描述隨機(jī)的光伏出力，計(jì)算處能夠保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)備用容量。系統(tǒng)負(fù)荷備用的研究更多聚焦于風(fēng)電領(lǐng)域。文獻(xiàn)[6]利用Copula理論對(duì)序列運(yùn)算理論進(jìn)行了拓展，以風(fēng)電為例建立了能夠處理非獨(dú)立隨機(jī)變量的相依概率性序列運(yùn)算理論。文獻(xiàn)[7-9]提出等效負(fù)荷（負(fù)荷減去風(fēng)電出力），認(rèn)為預(yù)測(cè)誤差概率分布服從正態(tài)分布，且備用容量采取3倍的等效負(fù)荷誤差標(biāo)準(zhǔn)差。然而以上文獻(xiàn)評(píng)估系統(tǒng)備用需求時(shí)只能針對(duì)特定統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的預(yù)測(cè)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，未考慮不同統(tǒng)計(jì)周期的差別對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的影響，并且沒(méi)有在計(jì)算負(fù)荷備用容量時(shí)將光伏出力確定性部分和隨機(jī)部分分別處理。

基于山東省某地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析了光伏出力的時(shí)空分布規(guī)律，并就此提出光伏出力的預(yù)測(cè)誤差估計(jì)方法，以及考慮光伏出力預(yù)測(cè)誤差的配電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷備用容量計(jì)算方式，通過(guò)實(shí)際算例分析驗(yàn)證了所提出方法的可行性。

[2]? ? 周專(zhuān)，姚秀萍，王維慶，等. 基于時(shí)空特性的光伏電站輸出功率特性分析[J]. 低壓電器，2014，（5）：30—33，61.

[3]? ? 郭旭陽(yáng)，謝開(kāi)貴，胡博，等.計(jì)入光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)分時(shí)段隨機(jī)生產(chǎn)模型[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（5）：1499—1505.

[4]? ? BRACALE A，CARAMIA P，CARPINELLI G，et al. A Bayesian method for short-term probabilistic forecasting of photovoltaic generation in smart grid operation and control[J]. Energies，2013（6）：733—747.

[5]? ? 盛四清，張立. 考慮風(fēng)光荷預(yù)測(cè)誤差的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2017，（9）：80—85.

[6]? ? 張寧，康重慶. 風(fēng)電出力分析中的相依概率性序列運(yùn)算[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，（5）：704—709.

[7]? ? 王丹平，陳之栩，涂孟夫，等. 考慮大規(guī)模風(fēng)電接入的備用容量計(jì)算[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（21）： 24—28.

[8]? ? 孫倩，李林川，崔偉，等. 考慮風(fēng)電不確定性的電力系統(tǒng)日運(yùn)行方式優(yōu)化 [J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2013，25（4）： 122—127.

[9]? ? 蘇鵬，劉天琪，李興源. 含風(fēng)電的系統(tǒng)最優(yōu)旋轉(zhuǎn)備用的確定[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（12）： 158—162.

[10]? 張曦，康重慶，張寧，等. 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的中長(zhǎng)期隨機(jī)特性分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（06）： 6—13.

[11]? 趙唯嘉，張寧，康重慶，等. 光伏發(fā)電出力的條件預(yù)測(cè)誤差概率分布估計(jì)方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（16）： 8—15.

[12]? 張楠，黃越輝，劉德偉，等. 考慮風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)備用容量計(jì)算方法[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2016，（3）： 6—10.

[13]? 謝國(guó)輝，張粒子，葛炬. 節(jié)能發(fā)電調(diào)度旋轉(zhuǎn)備用計(jì)劃優(yōu)化[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（13）：43—46.

[14]? 2015年全國(guó)發(fā)電企業(yè)綜合廠(chǎng)用電率情況統(tǒng)計(jì)表. [EB/OL]國(guó)際電力網(wǎng)[2016-11-01]. http：//power.in-en.com/html/power-2268364.shtml