含光伏電站的電力系統運行風險評估

陳雄

【摘 ?要】我國新能源發電資源的開發與利用前景十分廣闊。其中，光伏發電具有很強的隨機性和波動性，并且隨著其規模的不斷擴大，對電力系統來說，產生了相應的運行風險。并且，傳統電源、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的穩定運行。因此，研究光伏電站并網后對電力系統的影響，繼而對含光伏電站的電力系統運行風險進行評估，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運行風險評估進行分析探討。

【關鍵詞】含光伏電站;電力系統;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境效益的同時，由于其出力的隨機性和穩定性等問題，對電力系統產生了相應的運行風險.電力系統在正常狀態下運行時不會出現切負荷等問題，但是在受到諸如光伏電站并網后出力的波動性和不穩定性等擾動時，往往會出現功率失衡、電壓越限和電力不足等問題.隨著光伏電站規模的不斷擴大，這些問題愈發明顯，嚴重影響電能質量甚至電力系統的穩定運行.因此，如何定量地評估光伏電站出力的隨機性及系統中元件故障所引發的系統安全穩定風險，根據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生的可能性和后果兩方面對系統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，期望值是所研究現象的長期平均數字特征，并非是確定性的參數數據.

2.3含光伏電站的電力系統風險評估流程

含光伏電站的電力系統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間，求出此時光伏電站的出力.

（2）對于電力系統的所有狀態進行非序貫蒙

特卡羅隨機抽樣，判斷系統的狀態，從而進行系統的交直流潮流計算.

（3）計算電網風險發生的概率和后果，根據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節點系統為例進行仿真分析.該系統共有24個節點，32臺發電機，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節點系統中沒有光伏電站，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，并入節點21，采用非序貫蒙特卡羅模擬，設置仿真次數為10000，計算傳統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.

依據文獻確定的太陽光輻照度的概率密度函數，得出各輻照度區間和各區間的概率.根據評估流程計算，得到各輻照度區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，各節點的電力不足EDNS風險值在太陽光輻照度區間（500，750）對比其他區間最大，而在區間（950，1000）對比其他區間最小.這說明，太陽光輻照度處于（500，750）區間內對于系統的可靠性影響最大，而處于（950，1000）區間內對系統反而最小.同時，將各輻照度區間各節點EDNS風險指標值按照一定的權重進行合并，可得各節點電力不足期望值EDNS風險指標，節點5的電力不足EDNS風險值最大，而節點7的EDNS風險值最小.這說明，在電力不足EDNS方面、節點7的可靠性程度較大，而節點5的可靠性程度則較小.因此，在太陽光輻照度區間處于（500，750）時，應格外關注節點5.相反，在太陽光輻照度區間處于（950，1000），可以大致忽略節點7的影響.若考慮系統負荷波動，使用非序貫蒙特卡羅模擬法按照評估流程進行計算，得到各節點電壓越限風險指標PLSV.節點6的電壓越限風險值最大，而節點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突發故障情況下，節點6的可靠性程度較小，而節點12的可靠性程度較大.若采用層次分析法進行計算，得到各節點綜合風險指標值，節點21、節點22和節點23的風險值為0，這說明在環境的惡化或是突發故障狀況下對其幾乎沒有影響.而節點6的風險值為最大，這說明惡劣環境或突發故障對其影響最大，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并入節點21，按照前面的流程計算系統的電力不足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，其系統的風險指標也會發生變化.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上升的趨勢.這說明在突發故障或惡劣環境情況下，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各風險指標，從而便于電力系統運行規劃的人員提前準備相應的措施降低風險，維護電力系統的穩定，滿足新形式下光伏電站并網的需求.

參考文獻：

[1]張理.含風電場的發輸電系統運行風險評估[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）