含光伏電站的電力系統(tǒng)運行風險評估

陳雄

【摘 ?要】我國新能源發(fā)電資源的開發(fā)與利用前景十分廣闊。其中，光伏發(fā)電具有很強的隨機性和波動性，并且隨著其規(guī)模的不斷擴大，對電力系統(tǒng)來說，產生了相應的運行風險。并且，傳統(tǒng)電源、線路等電力設備的隨機停運依舊存在。這些因素嚴重影響了電能質量甚至電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，研究光伏電站并網后對電力系統(tǒng)的影響，繼而對含光伏電站的電力系統(tǒng)運行風險進行評估，對于提高光伏電站并網的安全性具有重要的科學意義與參考價值。基于此，本文主要對含光伏電站的電力系統(tǒng)運行風險評估進行分析探討。

【關鍵詞】含光伏電站;電力系統(tǒng);運行風險;評估分析

1、前言

光伏電站在帶來良好的經濟效益和環(huán)境效益的同時，由于其出力的隨機性和穩(wěn)定性等問題，對電力系統(tǒng)產生了相應的運行風險.電力系統(tǒng)在正常狀態(tài)下運行時不會出現(xiàn)切負荷等問題，但是在受到諸如光伏電站并網后出力的波動性和不穩(wěn)定性等擾動時，往往會出現(xiàn)功率失衡、電壓越限和電力不足等問題.隨著光伏電站規(guī)模的不斷擴大，這些問題愈發(fā)明顯，嚴重影響電能質量甚至電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行.因此，如何定量地評估光伏電站出力的隨機性及系統(tǒng)中元件故障所引發(fā)的系統(tǒng)安全穩(wěn)定風險，根據(jù)風險值采取對應的措施降低風險是亟須解決的問題.

2、含光伏電站的電力系統(tǒng)的風險指標與評估流程

2.1風險理論

電網運行風險評估主要針對擾動事件發(fā)生的可能性和后果兩方面對系統(tǒng)問題的暴露程度進行分析，

2.2風險指標

風險定量評估的目的是應對不同的要求，建立表示系統(tǒng)不同風險的風險指標.風險指標可以存在一個或者多個.在大多數(shù)情況下風險指標就是隨機變量的期望值，但是在某些情況下風險指標的概率分布也是可以被計算出來的.此外，期望值是所研究現(xiàn)象的長期平均數(shù)字特征，并非是確定性的參數(shù)數(shù)據(jù).

2.3含光伏電站的電力系統(tǒng)風險評估流程

含光伏電站的電力系統(tǒng)風險評估流程大致分為三部分：

（1）使用非序貫蒙特卡羅模擬法進行隨機抽樣，判斷太陽光的輻照度區(qū)間，求出此時光伏電站的出力.

（2）對于電力系統(tǒng)的所有狀態(tài)進行非序貫蒙

特卡羅隨機抽樣，判斷系統(tǒng)的狀態(tài)，從而進行系統(tǒng)的交直流潮流計算.

（3）計算電網風險發(fā)生的概率和后果，根據(jù)之前設定的風險指標計算電網運行風險指標，從而分析光伏電站并網所造成的影響.

3、算例分析

采用IEEE-RTS24節(jié)點系統(tǒng)為例進行仿真分析.該系統(tǒng)共有24個節(jié)點，32臺發(fā)電機，38條支路，5臺變壓器.總裝機容量3405MW，總負荷2850MW.

3.1分析方案設計

IEEE-RTS24節(jié)點系統(tǒng)中沒有光伏電站，為了對于本模型進行仿真分析，假使一臺最大出力400MW的光伏電站，并入節(jié)點21，采用非序貫蒙特卡羅模擬，設置仿真次數(shù)為10000，計算傳統(tǒng)風險指標如電力不足期望值EDNS、電壓嚴重重度VSk和綜合風險指標.

依據(jù)文獻確定的太陽光輻照度的概率密度函數(shù)，得出各輻照度區(qū)間和各區(qū)間的概率.根據(jù)評估流程計算，得到各輻照度區(qū)間的電力不足期望值指標值如表1所示.

從表1中可以看出，各節(jié)點的電力不足EDNS風險值在太陽光輻照度區(qū)間（500，750）對比其他區(qū)間最大，而在區(qū)間（950，1000）對比其他區(qū)間最小.這說明，太陽光輻照度處于（500，750）區(qū)間內對于系統(tǒng)的可靠性影響最大，而處于（950，1000）區(qū)間內對系統(tǒng)反而最小.同時，將各輻照度區(qū)間各節(jié)點EDNS風險指標值按照一定的權重進行合并，可得各節(jié)點電力不足期望值EDNS風險指標，節(jié)點5的電力不足EDNS風險值最大，而節(jié)點7的EDNS風險值最小.這說明，在電力不足EDNS方面、節(jié)點7的可靠性程度較大，而節(jié)點5的可靠性程度則較小.因此，在太陽光輻照度區(qū)間處于（500，750）時，應格外關注節(jié)點5.相反，在太陽光輻照度區(qū)間處于（950，1000），可以大致忽略節(jié)點7的影響.若考慮系統(tǒng)負荷波動，使用非序貫蒙特卡羅模擬法按照評估流程進行計算，得到各節(jié)點電壓越限風險指標PLSV.節(jié)點6的電壓越限風險值最大，而節(jié)點12的電壓越限風險值最小.這說明，光伏電站并入后，若在負荷波動較大或電力系統(tǒng)突發(fā)故障情況下，節(jié)點6的可靠性程度較小，而節(jié)點12的可靠性程度較大.若采用層次分析法進行計算，得到各節(jié)點綜合風險指標值，節(jié)點21、節(jié)點22和節(jié)點23的風險值為0，這說明在環(huán)境的惡化或是突發(fā)故障狀況下對其幾乎沒有影響.而節(jié)點6的風險值為最大，這說明惡劣環(huán)境或突發(fā)故障對其影響最大，因此需要格外關注.

3.2考慮光伏電站不同接入容量運行風險對比

分別選擇容量為50MW、100MW、150MW、200MW、250MW、300MW、350MW、400MW并入節(jié)點21，按照前面的流程計算系統(tǒng)的電力不足EDNS風險指標，電壓越限PLSV風險指標和綜合風險指標.

光伏電站在接入容量不同時，其系統(tǒng)的風險指標也會發(fā)生變化.隨著光伏電站容量不斷增加，電力不足、電壓越限以及綜合風險指標都呈現(xiàn)上升的趨勢.這說明在突發(fā)故障或惡劣環(huán)境情況下，容量越大的光伏電站所受的威脅越大，需要格外關注.

4、結語

本文所提出的算法可以綜合考慮各種諸如元件故障、太陽光輻照度和負荷等隨機因素，快速準確地計算含光伏電站的電力系統(tǒng)各風險指標，從而便于電力系統(tǒng)運行規(guī)劃的人員提前準備相應的措施降低風險，維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，滿足新形式下光伏電站并網的需求.

參考文獻：

[1]張理.含風電場的發(fā)輸電系統(tǒng)運行風險評估[D].浙江：浙江大學，2013.

（作者單位：五家渠京能新能源有限責任公司超）