分析光伏發電系統的置信容量研究現狀及展望

作者/陳新，國網河北省電力公司順平縣供電分公司

分析光伏發電系統的置信容量研究現狀及展望

作者/陳新，國網河北省電力公司順平縣供電分公司

近些年來，我國越來越重視光伏發電系統，由于光伏發電系統存在明顯間歇性與波動性，因此被人們認為是一種具備電量價值而不具備容量價值的電源。但經過實踐表明，光伏發電系統與其電網負荷的相關性對資源的利用有著重要的影響，如果對其相對性進行忽視，就必然會造成嚴重的資源浪費。因此，光伏發電系統的置信容量評估已經成為了重點研究課題。本文通過對光伏發電系統置信容量的研究現狀進行分析，明確了光伏發電系統置信容量評估指標及評估方法的不足之處，并提出了光伏發電系統置信容量的改進措施，對光伏發電系統的置信容量的發展前景做出了展望。

光伏發電系統；置信容量；互補發電；研究現狀；儲能裝置

近些年來，環境污染與能源危機問題的不斷加重，使我國越來越重視綠色環保能源的開發與利用，太陽能為我國能源的使用提供了新的思路，通過利用光伏發電系統能夠實現對太陽能的高效利用，這也使光伏發電技術進入了人們的視野。光伏發電具備間歇性、波動大、周期性及隨機性的特點，當前，我國在光伏發電技術水平相對較低，光伏發電系統還不能參與到用電電網的電力平衡當中，因此只能由傳統的機組來滿足電網峰荷需求。而隨著光伏發電技術的不斷成熟以及高穿透功率接入電網的應用，使我國逐漸認識到光伏發電系統中置信容量的重要作用，我國也因此迫切需要對光伏發電系統的置信容量進行深入的研究。

1.光伏發電系統的置信容量的研究現狀

■1.1 光伏發電系統的置信容量評估指標研究

一直以來，我國在光伏發電技術方面與其他發達國家相比仍舊存在較大差距，在光伏發電技術的應用上也僅僅局限于通訊領域，并網發電比例非常小。近些年來，我國越來越重視光伏發電系統的發展，開發出了利用高穿透功率來接入電網的新形式，并且取得了良好的應用效果。由于目前我國在電力平衡方面仍舊沒有將光伏發電的容量價值考慮進去，因此我國在光伏發電系統的置信容量方面的研究成果還尚未形成，關于置信容量問題也只是在風電場方面做出了一些積極的探討。自上世紀80年代以來，外國其他國家就已經對光伏發電系統的置信容量進行了研究，并在風電置信容量上取得了良好的進展，但在衡量標準上仍舊沒有統一。

當前，世界上已經研究出的關于光伏發電系統置信容量的定量評估指標大約有10余種，這些種類的定量評估指標按照性質來區分共可分為4類，其一是對置信等效容量進行評估的指標；其二是對特定時段置信容量系數進行評估的指標；其三是是對置信容量附加措施進行評估的指標；其四是對置信容量中ELCC進行評估的指標。

這四類評估指標中，以最后一種評估指標為最佳，這是因為ELCC評估指標能夠對電源發電效用進行直接描述，并且評估結果不會出現較大差異，計算量適中，具有可靠的理論依據，能夠有效彌補其他三種評估指標的不足，因此在對光伏發電系統的置信容量進行評估時，通常都是優先采用ELCC評估指標來進行評估工作的。

■1.2 光伏發電系統的置信容量評估方法研究

對光伏發電系統的置信容量評估方法主要有兩種：

其一是利用凈負荷方式來對初始負荷進行修正，凈負荷是通過用電網負荷減去光伏發電出力獲得的。

其二是利用多狀態機組來對光伏發電出力進行處理，使其成為已知量，然后將光伏發電出力進行逐漸累計，將其并入到可用發電容量當中去，隨后對總累計量進行求解。但由于這種方法需要進行大量的仿真計算與推導，因此計算效率較低，整個工作過程也極其復雜。為此，許多研究人員對這種方法的計算效率進行了提升，并初步取得了一定的成果。

當前，置信容量評估方面的模型與算法在光伏發電系統的不確定性與波動性方面仍舊體現不足，因此對評估模型與評估算法的研究仍舊有待深入研究。此外，電網負荷的不穩定性也會給評估結果帶來一定的影響，但由于其結果偏差相對較小，因此并沒有得到相應的重視。總而言之，上述兩種置信容量的評估方法效果并不理想，因此需要研究出能對光伏發電系統的相關性及不確定性進行雙向兼顧的評估模型，以此研發出更加高效的評估算法，從而使光伏發電系統的置信容量評估結果更加可靠客觀。并且，還要探索出更加有效的方法來對光伏發電系統的置信容量進行提高，并采用靈活的調控方法來確保置信容量的作用能夠最大程度的發揮，而這也正是未來的重要研究方向。

2.光伏發電系統置信容量的改進策略

■2.1 加強電網負荷與光伏發電系統之間的相關性

用電電網負荷與光伏發電系統的相關性會對置信容量產生重要影響，為此，美國一家實驗室曾經嘗試通過調整用電電網的固定式光伏陣列的朝向來對這兩者的相關性進行改善，實驗結果表明，通過對用電電網中的固定式光伏陣列朝向進行調整，能夠對用電電網負荷與光伏發電出力之間的相關性產生一定的改善作用，但這種調整方法卻并沒有對其依據進行詳細說明，更沒有對這項方法的有效性進行定量的評估與分析。當前，針對用電電網負荷與光伏發電系統相關性的研究成果還相對較少，對其相關性給置信容量帶來的影響程度仍舊處于模糊認識階段，不過，相關性對置信容量的重要影響是毋庸置疑的，因此只有加強電網負荷與光伏發電系統之間的相關性，強化兩者間的協調能力，才能使置信容量的作用得以最大程度的發揮。

■2.2 強化多個光伏電站的協調能力

由于光伏電站是呈分散性布置的，因此各個光伏電站的地理位置也有所不同。通過加強多個光伏電站的協調能力，能夠有效加強電網負荷與光伏發電系統之間的相關性，從而達到提高置信容量的目的。對多個光伏電站協調能力的加強，可以通過對陣列傾角及朝向、站址的合理選擇來進行。當前，我國在光伏電站數量上相對較少，進而還沒有對多個光伏電站協調能力的加強措施進行深入研究，不過通過借鑒矩陣變換技術及聯合概率分布技術，能夠為多個光伏電站協調能力的加強帶來一定的參考參考，并且也能為光伏電站間出力的相關性創造有利條件。

■2.3 儲能設備與光伏發電系統的改進策略

當前，在我國光伏發電系統中，擁有許多不同類型的儲能設備，按照種類進行區分可分為兩類，一種是物理儲能設備，主要包括壓縮空氣儲能設備、抽水蓄能設備及飛輪儲能設備等。第二種是化學儲能設備，主要包括各種可再生燃料的電池或蓄電池等。

儲能設備在光伏發電系統中有著非常重要的作用，其作用主要體現在三個方面：

其一是能夠參與到調頻當中去，以此實現平滑功率輸出。

其二是能夠對負荷變化進行快速跟蹤來降低旋轉備用。其三是能夠使光伏發電系統的電力電量趨于平衡。

但由于其受到經濟及技術等因素的限制，致使儲能設備的作用不能得到充分的發揮，因此需要探索出更加有效的措施來提高儲能設備的作用。

■2.4 強化波動性電源與光伏發電系統的協調能力

除了光伏發電系統具備波動性特點以外，其他波動性電源還包括風力發電系統、水力發電系統等其他形式的電源，在這些波動性電源中，以風力發電技術最為成熟，并且太陽能發電與風力發電系統在一定程度上存在互補性，這也使許多科研人員開始對風能與光能的互補發電方面進行了大量的研究，并已經研發出了小型獨立發電系統，這種小型獨立發電系統能夠在電量平衡的提前下，利用經濟性原則來對置信容量進行設計，因此在發電領域中得到了廣泛的應用。不過，在大型互聯電網中，風能發電與光伏發電的置信容量設計仍舊是以電量最大化原則來進行設計的，對于置信容量及波動性電源與光伏發電系統的協調規劃上仍舊沒有得到應有的關注。因此，要想確保光伏發電系統置信容量設計的最優，就必須強化波動性電源與光伏發電系統的協調能力。

3.光伏發電系統置信容量的前景展望

當前，我國在光伏發電技術的發展尚處于初始階段，有許多理論與分析體系尚未形成，特別是在光伏發電系統置信容量的研究上還存在許多空白，這就需要我國高度重視對光伏發電系統置信容量的深入研究，并不斷研發更加高效的方法來加強電網負荷與光伏發電系統之間的相關性，強化各光伏電站間的協調能力，加強儲能設備在光伏發電系統中的作用，并進一步強化波動性電源與光伏發電系統的協調能力，研發出更加高效的置信容量評估指標與評估方法，以此促進光伏發電系統在我國的發展。在未來，相信我國會開發出更加高效的置信容量評估指標與評估方法，能對置信容量進行更加客觀準確的評估，并通過采取各種手段來提高光伏發電系統的置信容量，從而實現光伏發電系統對電網的大規模接入。

總而言之，通過對光伏發電系統置信容量的提高，能夠顯著提高光伏發電系統的運行性能，并大幅度降低資源的浪費現象，從而為光伏發電的大規模接入電網創造良好條件，這對促進我國光伏發電技術發展有著十分重要的意義。當前，我國對光伏發電系統的置信容量研究仍舊不夠深入，在許多方面還存在空白，這就需要我國高度重視光伏發電系統置信容量的重要影響，不斷研究出更加高效的置信容量評估指標與評估方法，并采取多種措施來提高光伏發電的置信容量，以此實現光伏發電的大規模發展。

* [1]梁雙,胡學浩,張東霞,王皓懷,方鑫.光伏發電置信容量的研究現狀與發展趨勢[J].電力系統自動化,2011,35(19):101-107.

* [2]丁明,王偉勝,王秀麗,宋云亭,陳得治,孫鳴.大規模光伏發電對電力系統影響綜述[J].中國電機工程學報,2014,34(01):1-14

* [3]梁雙,胡學浩,張東霞,王皓懷,張宏宇.基于隨機模型的光伏發電置信容量評估方法[J].電力系統自動化,2012,36(13):32-37