大規模新能源發電容量可信度分析

隋國富

摘 要：隨著社會經濟的穩定發展，能源問題、環境問題等得到了廣泛的關注，在生活與生產過程中，使用的常規能源不僅造成了嚴重的污染，同時也出現了嚴峻的能源短缺問題。在此背景下，關于新能源的研究日益深入，其中風能、太陽能與潮汐能等均是重要的新能源。新能源與常規能源二者的發電形式具有一致性，均為可信容量，它保證了系統的可靠性。但新能源發電具有一定的特點，如：隨機性與波動性，在大規模并網后，直接影響著系統的穩定性與安全性，因此，該文研究了大規模新能源發電容量可信度，旨在充分發揮新能源的作用，使其利用率不斷提高。

關鍵詞：大規模新能源發電容量 可靠性 可信度 蒙特卡洛仿真模型

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0048-02

在社會進步、經濟發展的大環境下，人們生活與生產過程中對于能源有著較大的消耗，同時能源的過渡使用造成了一系列的問題，嚴重影響著人類的可持續發展。目前，在世界范圍內，均十分注重能源的開發、使用與研究，其中新能源的發展前景十分良好，具體的能源有風能、太陽能及其他可再生能源等。在新能源發電過程中，風力發電、太陽能光伏發電是最為重要的一種形式，它具有清潔性、高效性與經濟性，不僅降低了對環境的影響，還改進了能源的結構，進而能源危機、污染問題等均得到了緩解。但在對二者使用時，要注重其獨特性，為了保證系統的穩定性、可靠性與安全性，需要對大規模新能源發電容量可信度進行研究，以此促進電網發展的高效、健康與可持續。

1 大規模新能源發輸電系統可靠性的研究

1.1 電力系統可靠性的評估

現階段，我國電力系統的規模相對較大，而停電事故直接影響著人們的生活與生產，因此，電力系統的可靠性得到了人們的關注，與此同時，為了提高系統的經濟性與高效性，對其可靠性展開了全面的研究。

電力系統可靠性評估主要是對電力系統的相關信息進行分析，如：停電時間、停電頻率與停電影響等，借助可靠性模型、可靠性指標及相關的計算方法等實現了對電力系統的研究[1]。

當前，可靠性評估的方法主要有兩種，一種為確定性方法，另一種為概率性方法，前者的計算量相對較小，并且算法具有較強的可操作性，但其缺點為系統參數具有一定的不確定性；而后者的實效性較為明顯，因此，在實際計算過程中，它的應用具有普遍性。在實際計算時，具體的概率性方法有隨機生產模擬與蒙特卡洛仿真法，其中蒙特卡洛仿真法主要分為三個環節，分別為系統狀態抽樣、狀態分析與指標統計。

電力系統的可靠性研究涉及諸多的內容，如：發電系統、輸電系統、配電系統等，對于不同的系統而言，對其評估的方法存在差異，該文研究的對象為發電系統與輸電系統。

1.2 研究的現狀

在我國，新能源發電中風力發電與光伏發電扮演著重要的角色，二者的應用十分廣泛，作為新能源發電形式，其優勢是顯著的，主要有可再生的能源、較小的環境影響，并且利于能源問題的有效解決。但在新能源并網后，二者發電功率的波動性、隨機性與不可預測性等，均嚴重影響著電網系統的經濟性、可靠性與安全性。因此，需要評估大規模新能源電力系統的可靠性[2]。

在實際研究過程中，構建了可靠性的模型，并利用蒙特卡洛法對可靠性指標進行了計算，同時結合了風電場可靠性模型，此后對蒙特卡洛算法進行了改進，以此保證了計算效率的提高。

2 大規模新能源發電容量可信度的研究

容量可信度可以稱之為有效容量，它是指電源可被信用的容量。通過對電源容量可信度的研究，明確了電源容量的效益，在此基礎上，可以直觀的、全面的了解大規模新能源并網的綜合效益。在對其進行計算時，主要的方法有解析法與仿真法兩種，第一種具有一定的復雜性，而第二種的方法相對簡單，因此，在大規模新能源發電容量可信度研究中主要利用了后一種方法[3]。

在新能源應用過程中，風力發電機組在電力系統中的數量不斷增多，因此，本文對風力發電技術展開了深入的研究。風力發電的特點為波動性與隨機性，通過對其容量可信度的研究，使風力發電的不足得到了完善。關于風電的研究較為全面，但對于光伏發電容量可信度的研究相對較少，對其研究的類別有評估等效容量的概念、評估其有效載荷能力等。

3 大規模新能源發電發輸電系統的可靠性評估

風力發電與光伏發電均具有一定的不可預測性，主要是二者受原動力不可控影響，在此基礎上，出力難以實現預測與控制，在大規模并網后，直接影響著系統的可靠性。在應用初期，部分人認為上述兩種發電形式為完全不可靠的，但在能源危機與環境污染問題急需解決的背景下，新能源并網規模逐漸擴大，因此，在新能源并網后，對電力系統的可靠性展開了評估。

現階段，關于電力系統可靠性的評估方法主要有兩種，一種為模擬法，另一種為解析法，前者借助了蒙特卡洛模擬，在隨機抽樣原理的指導下，細化了蒙特卡洛法，使其形成了非序貫與序貫兩種蒙特卡洛仿真，同時，它的計算主要是借助系統頻率指標實現的，因此，該方法滿足了大型電力系統評估的需求。后者的計算具有一定的簡便性，但在系統規模不斷增大的基礎上，該方法的計算量不斷增大，因此，該它適合小型電力系統評估的需要[4]。

3.1 評估的基礎

電力系統可靠性主要是根據一定的質量或者數量標準，為用戶提供不間斷電力的能力，同時為了實現對此能力的衡量運用了可靠性指標。具體的可靠性評估包括安全性與充裕性。安全性可以稱之為動態可靠性，它主要是指電力系統對突然擾動的承受能力，此時的擾動包括短路或者意外故障等；充裕性可以稱之為靜態可靠性，它主要是指保證電力系統穩態運行的基礎上，對用戶不間斷供電能力的評估。電力系統可靠性評估主要是對發電系統與輸電系統的發電容量、輸電容量進行評估，此時的評估屬于定量評價[5]。

電力系統可靠性評估的方法主要有兩種，一種為確定性方法，另一種為概率性方法，前者的優點為簡單的算法與少量的運算，但此方法的結果誤差較大，因此，不符合大規模電力系統可靠性評估的要求；后者的優點為精準的計算結果，在具體應用過程中，具體還可以分為解析法與蒙特卡洛法，前者運用了故障枚舉法，后者使用了隨機抽樣法，其中蒙特卡洛法的應用具有一定的普遍性與高效性。

3.2 蒙特卡洛仿真模型

蒙特卡洛模擬法主要是利用隨機數實現了隨機模擬，它借助抽樣試驗實現了仿真，它是統計試驗方法的一種。該方法具有較強的適應性與簡單性，因此滿足了大規模電力系統可靠性評估的要求。

在構建蒙特卡洛仿真模型過程中，要明確其可靠性參數，主要有故障率、平均無故障工作時間、修復率與平均修復時間等。同時，對主要元件的停運模型進行構建，其中涉及的元件主要為發電機組與線路，停運模型分別為常規機組模型、風電機組停運模型、光伏陣列停運模型與線路模型等。

該文利用蒙特卡洛仿真對元件狀態、持續時間等進行了采樣，并獲得了系統中各個組成元件的狀態轉移過程，此后對其進行了合并，使其構成了整個系統的狀態矩陣，再利用潮流計算與統計計算，實現了可靠性指標的獲取。通過計算與分析可知，新能源并網后，系統的可靠性得到了提高，此時的可靠性和新能源電源的并網有著緊密的聯系。同時，風光的互補性，使風電場與光伏電站的同時接入效果明顯高于單一新能源的接入效果[6]。

4 大規模新能源發電容量的可信度研究

當前，在世界范圍內，均面臨著嚴重的能源短缺與環境污染的問題，為了有效解決上述問題，對新能源展開了全面的研究，重點研究的內容為風電與光伏。在大規模新能源并網后，新能源的容量價值得到了廣泛的關注。

新能源發電容量可信度可以稱之為有效容量，對其評估的方法主要有兩種，一種是借助被替代的常規機組容量進行計算，此方法屬于等效容量法；另一種利用有效載荷能力進行計算，該方法對于風力發電與光伏發電等新能源容量可信度的計算具有高效性，它使新能源容量價值更加顯著[7]。

4.1 有效載荷能力研究

有效載荷能力主要是指系統中新增電源后，為了促進系統可靠性的提高，使其與原電源的可靠性保持一致，此時增加的負荷值。在對有效載荷能力進行計算時，具體的方法為中斷容量概率表法與中間節點法。

中斷容量概率表法屬于非線性計算方法，在對風電場研究過程中，以風電場中機組的強迫停運率為依據，對其進行排列組合，并對風電場出力情況下的概率進行計算，同時制定COPT表格，在表格制定后，對新能源的可靠性與有效載荷能力進行計算。此方法存在一定的不足，它僅關注了風電場中風機的故障情況，而未能注重輸電線路的故障，在實際的輸電線路故障情況下，對系統要展開潮流計算與網絡拓撲判斷，因此，該方法缺少適用性[8]。

中間節點法以日負荷曲線、周負荷曲線與負荷峰值等為依據，實現了系統年負荷曲線的獲取。當系統的負荷水平存在差異時，其可靠性指標也會出現相應的變化。因此，在新能源并網后，如果負荷水平不變，則系統的可靠性會得到提高。

4.2 可信度的研究

關于大規模新能源發電容量可信度的計算，其衡量指標為有效載荷能力，但在新能源并網后，系統所承擔的負荷量存在差異，與常規機組相比，風電場和光伏電站二者的出力具有一定的不確定性，二者的有效容量均相對較小，但電源額定容量為確定時，其可靠性指標數值存在差異。在對大規模新能源發電容量可信度進行計算時，其方法分為兩步，第一步為計算新能源多承擔的負荷量；第二步為計算常規機組的額定容量[9]。

關于新能源承擔的負荷計算，其方法主要有牛頓迭代法、中間節點法與弦截法，其中弦截法的效果最為顯著。因此，本文在實際計算中，運用了弦截法，其計算步驟如下：首先，對原系統的可靠性水平進行計算，并得到其負荷水平；其次，在系統中增加額定容量的新能源時，計算負荷水平未提高的可靠性指標，同時，在額定容量系能源增加后，計算負荷水平提高的可靠性指標；再次，對系統可靠性指標進行重新的計算；最后，對誤差進行計算，此時要保證可靠性指標和原始可靠性指標二者間的差值要低于誤差精度，同時二者的差值要高于檢驗條件，再利用弦截法進行求解。

通過計算明確了系統可靠性和負荷等級二者之間的關系，同時也明確了增加電源容量和系統可靠性二者間的關系。計算結果表明，新能源承擔的負荷量和常規機組容量相比，二者存在一定的差距，造成此情況的原因為輸電線路故障。同時新能源容量可信度、可靠性水平與系統的負荷水平有著直接的聯系，如果負荷水平不同，則系統的可靠性、容量可信度等均會有所不同。因此，在實際并網過程中，要對新能源容量進行合理的選擇，以此保證電網規劃的高效性與可靠性[10]。

5 結語

新能源并網的規模在不斷擴大，為了促進新能源作用的進一步發揮，對其容量價值展開了研究。相信，我國節能、減排與環保的目標將得到逐漸實現，同時，太陽能與風能等新能源的利用率也將不斷提高。

參考文獻

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