郭鹏
山西省长治沁县供电公司，山西省长治市046000
摘要：配电系统是电力系统与用户相连的枢纽环节，是电力系统向用户提供和分配电能的重要保障。电网能否给用户持续供电是由配电网来反映，因此配电网可靠性研究很重要。近年来，随着全球环境污染日益加重以及煤、石油等传统能源的急剧紧缺，人们开始关注可再生清洁能源。其中太阳能具有取之不尽、用之不竭、无地域限制、无污染、无噪声等优点，使光伏发电被广泛运用并接入电网。但是光伏发电本身具有随机性、间歇性等特点，接入配电网后给配电网可靠性带来一系列影响。因此，需要对光伏发电接入配电网的可靠性进行研究。
关键词：光伏发电；电力系统；可靠性；评估研究进展
1光伏发电接入对配电网可靠性的影响
配电网是整个电力系统的最后环节，也是整个电力系统最重要最关键的一步，是为用户提供电能以及配送电力。因此，配电网的供电可靠性一直备受关注。当光伏发电接入配电网后，配电网可靠性也随之受到影响。主要体现为以下几方面：
(1)光伏发电容量与配电网系统容量相比足够大时，会影响到配电网短路故障电流，进一步会影响到常规配电网保护整定和配合原则，造成系统保护拒动或误动的结果，降低配电网系统供电连续性和可靠性。
(2)光伏发电具有正特性，白天发电量大，与配电网负荷工作情况相似，可以削峰缓减配电系统过负荷问题。即使配电网某个支路发生故障，也不会影响到光伏接入附近负荷供电连续性，此时光伏电源与附近负荷形成孤岛运行，这样提高了配电网供电可靠性。但是孤岛运行也会带来一些弊端，会出现电压、频率不稳定现象影响配电网供电可靠性；甚至出现运行检修人员在故障后意识不到孤岛自给供电系统的存在而造成安全事故。
(3)光伏接入配电网后，配电网变成多电源的网络结构，配电网潮流双向流动。光伏接入位置以及方式对配电网可靠性也有一定程度的影响。一般来说，光伏发电从多处接入配电网比集中接入的可靠性高。
2光伏发电及其所处电力系统可靠性评估
2.1可靠性评估方法
目前，可靠性评估方法主要有状态空间法、网络法、状态枚举法、蒙特卡洛模拟法等，几种常见可靠性评估方法。网络法是通过对串联、并联元件进行组合得到的等值元件简化网络图来进行可靠性分析;状态空间法是采用马尔可夫链求得状态概率与转移概率，然后计算系统在某状态下的持续时间，从而求得可靠性参数;状态枚举法是通过失效判据将系统状态划分为工作与失效两个子集，对失效子集中的状态后果进行评估，以此来计算可靠性指标;蒙特卡洛法则是通过统计由元件随机抽样生成的系统状态来求得可靠性指标。
在光伏发电及其所处电力系统可靠性评估中，由于光伏发电受周围环境因素影响较大，可靠性评估过程较传统电力系统而言具有计算量大、影响因素多的特点，因此一般采用传统评估方法中的蒙特卡洛模拟法。常用的蒙特卡洛模拟法可分为非序贯蒙特卡洛法、序贯蒙特卡洛法，前者与后者的区别在于进行模拟的同时是否考虑系统的时序性。除此之外，还有准序贯蒙特卡洛法、马尔可夫链蒙特卡洛法、分散抽样蒙特卡洛法、对偶抽样蒙特卡洛法等混合类的蒙特卡洛算法，通过采用混合类的蒙特卡洛算法不仅能提高可靠性评估结果的精确度，还能使评估过程的收敛速度加快，但上述混合类算法在光伏发电及其所处电力系统可靠性评估中还较少涉及。
2.2可靠性指标
在光伏发电及其所处电力系统可靠性评估中，常用的可靠性评估指标有:电力不足概率LOLP(loss of load probability)、电力不足期望值LOLE(loss of load expectation)、电量不足期望EENS(Expected energy not serviced)等。其中，电力不足概率指的是发电功率(包含常规机组发电量及光伏机组发电量)小于系统负荷(一天中最大负荷)的概率;电力不足期望值指的是在研究时限范围内因供电不足而产生负荷停电时间的平均值;电量不足期望则指的是研究时限范围内负荷电能需求和发电量差值的平均值;以上3种可靠性指标的数值越小则代表系统越可靠。
2.3考虑光伏发电接入配电网的可靠性研究
在考虑光伏发电接入配电网的可靠性研究中:考虑了馈线、配电变的故障率，结合负荷概率模型，采用序贯蒙特卡洛法对光伏发电系统接入配电网的可靠性进行了评估，表明光伏发电系统接入配网后减小了负荷点故障率，提高了系统整体的可靠性。采用蒙特卡洛法对系统故障状态进行抽样，并根据负荷划分准则将受元件故障影响的负荷划分为5类后进一步对动态孤岛进行划分，最后采用实际算例得出可靠性指标，表明光伏发电系统接入配电网能较好的改善配网可靠性并且在光伏系统故障后其可靠性依旧优于传统的配网可靠性。针对配网而言，光伏电场接入后在一定条件下有助于提高系统的可靠性，改善孤岛效应。
3含光伏电场的发电系统可靠性评估研究
在含光伏电场的发电系统可靠性评估分析中，采用序贯蒙特卡洛法评估含光伏电站的发电系统可靠性，通过算例分析发现当光伏容量增大时，LOLE的值逐渐减小，系统的可靠性提高，但当光伏电站容量增加到某一值时，继续增加容量对提升系统可靠性的贡献不大。在使用更为细化的光伏出力模型前提下研究了含光伏电站的发电系统可靠性，并指出伴随光伏容量的增大，其对系统可靠性的贡献会逐渐减小。基于蒙特卡洛法评价了风光柴储孤立发电系统的可靠性，并通过仿真模型研究了光伏发电系统的电池板倾角、发电容量、光伏组件的强迫停运概率等对整个系统可靠性的影响，发现倾角对系统可靠性影响程度不大，加大发电峰值功率对系统的可靠性有一定的提升作用，而强迫停运概率对系统可靠性的影响则呈现出一定的波动性。
在含光伏电场的发电系统可靠性评估中，光伏电场对系统可靠性的影响主要有:
1)随着光伏容量的增加，系统可靠性逐渐提升，并且提升速率在一定程度后达到饱和。
2)光伏电板的倾角对系统可靠性影响较小，但是光伏电场周围环境温度、光伏发电元件停运概率等因素则会给系统可靠性带来一定的影响。
4提高光伏发电及其所处电力系统可靠性方法
由于光伏发电具有随机性、间歇性及波动性的特点，大规模的光伏发电会对电力系统造成有功功率失衡、电能质量下降、小扰动稳定性下降等影响。经研究发现，通过配置储能装置或一定渗透率的风电可以平缓光伏系统单独发电产生的波动性。
在储能装置提高可靠性方面:评估在光伏出力、储能容量不同情况下，光蓄互补系统对配网可靠性及负荷曲线的影响，通过算例分析发现配置光储系统时，随着光储容量的增大，EENS的数值逐渐减小，并且光储互补系统的接入对于提升配电网供电可靠性而言要明显优于纯光伏系统。在风光互补提高可靠性方面:基于Well－being模型采用蒙特卡洛模拟法对风光互补发电系统的可靠性进行研究，通过算例表明在风光发电装机容量相同的条件下，风光互补可靠性指标LOLP的数值小于纯光伏或纯风能系统，因此风光互补在一定的程度上可以减小光伏或风能系统单独发电产生的波动性，提高系统可靠性。基于RTS标准测试系统进行算例分析，也指出风光互补发电系统LOLP及EENS的数值小于单纯的光伏发电和风力发电，风光互补确实对系统的可靠性有所提升。
在风光储协同运行提高可靠性方面:同样基于RTS测试系统采用序贯蒙特卡洛法对风光储发电系统进行可靠性评估，发现风光组合发电其可靠性指标LOLE的值总小于单一光伏发电及风力发电，储能容量在一定范围内的增加也可使可靠性指标LOLE的值减小，因此风光储协同运行能有效提升发电系统的可靠性。
5结语
光伏发电具有随机性、间歇性和不可控性特点，大规模的光伏发电接入对配电网的可靠性带来挑战。在现有可靠性评估中较少涉及经济性与可靠性相结合的综合评估．因此，在后续的研究中可以将不同渗透率条件下的可靠性进行量化，结合经济性因素进行综合评估或者在保证系统可靠性的前提下以提高经济性为目标求解最优光伏渗透率。
参考文献
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