含風儲系統的電力系統可靠性評估進展與展望

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展，社會在不斷的進步，由于風電場及儲能系統在電力系統中得到越來越廣泛的應用，對含風儲系統的電力系統可靠性評估顯得尤為重要。首先對影響系統可靠性的風電場相關因素進行了綜述，簡單總結了風儲系統模型;針對含有風電場及風儲系統的電力系統可靠性模型評估過程、方法以及對系統可靠性影響進行了分析;最后以含風儲系統的電力系統可靠性評估為切入點，針對現有的不足以及未來研究趨勢做出一定的分析與展望。

【關鍵詞】風電場建模;儲能系統;風儲系統;可靠性;可靠性測試系統

引言

針對于配電網系統可靠性方面的評估工作，早在20世紀60年代起，電力工業的逐步發展就讓相關的系統研究工作開始出現，并隨著時間的發展逐漸成為一門有效的應用學科。電力系統的可靠性也體現在安全性與充裕度兩個方面。我國在1989年由能源部電力可靠管理中心頒布了《供電系統電力客戶供電可靠性研究方法》后，也逐漸開始投入相關研究。

1研究背景

智能電網是當今電網發展的趨勢，在“互聯網+”與電網的融合發展過程中，互聯網正逐漸成為電網發展的重要內生力量，不僅可以為電網建設提供資源整合方面的支持，而且為電網的智能化及科學運行提供了重要的保障。然而如何增強電力系統運行的可靠性，是目前我國電力產業發展亟待思考的關鍵問題，比如CAIFI、CAIDI等指標已經逐漸成為電力系統運行可靠性的支撐指標，在新時期的電力系統發展中發揮著愈加重要的作用。伴隨著電力結構調整、“三集五大”的深入發展，對電力系統也提出了越來越高的要求，在電力系統運行中除了應當根據電網運行特征、網絡結構，通過智能化的故障分析提供精準的運行決策，減少故障率以外，還需要立足智能配電網發展趨勢、發展前景及運行要求，通過科學的研究、探討、分析，提供一種穩定、安全的可靠性評價方法，提升電網運行的可靠性與安全性。

2風儲系統可靠性模型

2.1預測風速方法

預測風速在對含風電場的電力系統可靠性評估時是不可或缺的首要任務。目前，建立預測風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、時間序列法、人工神經網絡法、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模型能簡單方便地擬合風速，因此應用較為廣泛，但是上述方法不能較好地體現風速變化與時間的關系，預測結果較為粗糙，通常用于長期風速預測。而時間序列法能較好地體現風速變化的時序性，并且只需基于少量的風速數據就能較好地預測出未來風速。目前主要采用屬于時間序列法之一的自回歸滑動模型來預測風速，其模型的階數通常采用最小信息準則來確定。基于擬合模型得到預測風速是目前在預測風速方面較為常用的方法，適用于中短期風速預測。

1.2孤島運行模式

孤島運行模式是分布式電源在接入配電網之后的運行方式，通過其持續時間的不確定性可以劃分為長期孤島運行和短期孤島運行。一般情況下，當電網系統出現故障時，為了能在最短時間內恢復正常供電，在結構中會選擇三相一次重合閘，不僅可以防止系統出現嚴重的聯絡線故障，還能保留系統的進線重合閘功能。當然，如果孤島中的電源總容量小于負荷，那么孤島的運行狀態可能會受到影響，甚至會在短時間內出現崩潰。防止，如果孤島電源總容量大于負荷，則孤島運行可以保持長期的穩定狀態。另一方面，孤島如果突然與系統斷開，那么必然導致供電區域的電能質量降低，尤其是對維修人員的安全產生威脅。因此，為了保障電力系統的安全性，在孤島運行的狀態下需事先確定好合理的孤島區域，并保持內部功率的平衡，平滑地過渡到新的運行狀態之下。

1.3風速相關性

受風電場地理位置、周圍環境、氣象條件等因素的影響，風電場與風電場間會形成一個風電場群，風電群之間的風速會呈現一定的相關性。吳林偉等人[[23引人矩陣變換法模擬同1個風帶下風電場間的風速相關性，通過蒙特卡洛法對含多個風電場的電力系統進行可靠性評估，證明風速相關性對系統可靠性確實有不利影響。鄂志君等人（24！則提出了一種全新的建立風速相關性序列模型的方法，該方法采用改進帕克一希恩算法生成符合相關系數矩陣的變量，與傳統矩陣法中的Cholesky分解法相比，該方法的精度更高。秦志龍等人[25[則采用Copula函數模型進行風速相關性的模擬，與矩陣變換法相比該方法更貼切實際風速的概率分布，可以提高模擬的精確度。綜上所述，在風速相關性的建模中用Copula函數模型優于矩陣變換法，而在矩陣變換法中用智能算法生成相關系數矩陣變量又優于傳統矩陣法中的Cholesky分解法。

3含風電場的電力系統可靠性評估方法

與傳統的電力系統可靠性評估方法相似，含風電場的電力系統可靠性評估方法有解析法與模擬法[2，39-40[兩大類。由于風電機組的發電量與風速的快慢、風機所處位置等因素有關，而模擬法中的蒙特卡洛法具有計算結果更加真實、評估更全面、抽樣次數與系統無關等優點，因此在對含風電場的大型電力系統進行可靠性模擬分析時通常采用蒙特卡洛模擬法。蒙特卡洛法通過對元件隨機抽樣，根據抽樣結果產生系統狀態，統計系統狀態，從而得到可靠性指標，在蒙特卡洛法的基礎上考慮系統狀態的時序性，又可以將其細分為三大類：準序貫模擬法、非序貫模擬法和序貫模擬法，其中準序貫模擬法就是對一類綜合非序貫模擬法和序貫模擬法的總稱。此外，還有一些改進蒙特卡洛法的算法被用在電力系統系統的可靠性評估中，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電場的電力系統可靠性評估中。

4含風儲系統的電力系統可靠性評估

近年來，為了解決風電并網的大量棄風等問題，儲能技術在含風電場的電力系統中的應用越來越廣泛。合理的配置儲能系統能平抑風電功率波動，提高系統的可靠性。對比了電池儲能系統不同運行策略對系統可靠性的影響，采取序貫蒙特卡洛法進行模擬分析，表明配置一定容量的電池儲能系統不僅能提高系統的可靠性，還能提高經濟性。基于序貫蒙特卡洛法考慮了風電滲透率、儲能容量、儲能系統充放電速率等因素對含風儲系統的電力系統可靠性的影響，并得出相應的可靠性指標。對含功率型和能量型2類電池儲能系統在不同儲能控制策略下對風電系統可靠性的影響進行了評估，并對儲能系統運行參數對可靠性影響進行了分析。張歧松等人f4aJ}n在考慮儲能荷電狀態（StateofCharge，SOC）參量的基礎上采用模糊控制策略，提出了對SOC優化策略，并將優化前后對風儲聯合系統的可靠性指標進行對比研究。采用蒙特卡洛法對含風力和儲能系統的電力系統進行了基于發電充裕性的可靠性評估，主要討論了系統在不同風電滲透率下的可靠性問題。提出了考慮風力發電機組與儲能系統相結合的電力系統概率可靠性評估模型，并采用蒙特卡洛樣本狀態持續時間模擬法對其進行評估。目前國內外含風儲系統的電力系統可靠性評估方法幾乎都采用蒙特卡洛模擬法進行系統的模擬，并且在考慮儲能系統對含風電場的電力系統可靠性影響時基本都只考慮了儲能容量與儲能控制策略對改善可靠性的影響，并未計及儲能系統自身等其他因素，評估方法與評估范圍較為單一。

結語

伴隨著電并網技術及儲能技術的不斷發展，面對電力系統愈發復雜的趨勢，對含新能源及儲能系統接人電力系統的可靠性評估顯得尤為重要。在風電場中配置一定容量的儲能系統可以提高系統的可靠性，減小大規模風電并網對電力系統帶來的沖擊。

參考文獻：

[1]黃海煌，于文娟.考慮風電出力概率分布的電力系統可靠性評估[J].電網技術，2013，37（9）：2585-2591.

[2]祝錦舟，張焰，楊增輝，等一種含風電場的發電系統可靠性解析計算方法[[J].中國電機工程學報，2017，37（16）：4671-4679.

（作者單位：國網高平市供電公司）