考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估.pdf

  • 文档大小:402.46 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 6页
  • 2021-06-25 发布
  • 举报
考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估1 考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估2 考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估3 考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估4 考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估5 考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估6
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第41卷第14期2013年7月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlV_01.41No.14July16,2013考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估高英,谢开贵,胡博,李玉敦(重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044)摘要:光伏发电容量可信度是衡量光伏发电对电力系统可靠性贡献的重要标准。提出一种计及光伏出力与负荷相关性的光伏发电容量可信度的计算方法。首先,根据光伏发电昼夜特性,建立白天、黑夜分时段出力模型;其次,采用离散联合概率分布构造刻画光伏出力与电网负荷相关特性的联合多状态模型;最后,利用非序贯蒙特卡洛模拟方法计算得到系统可靠性指标和光伏发电容量可信度。基于等LOLE和等LOEE准则,计算了RBTS系统增加光伏电站后的光伏发电容量可信度,结果表明所提出方法的正确性和实用性。关键词:光伏发电;容量可信度;可靠性;联合概率分布Photovoltaicpowercapacitycreditevaluationmodelconsideringthecorrelationbetweenphotovoltaicpowergenerationandsystemload——GAOYing,XIEKaigui,HUBo,LIYudunfStateKeyLaboratoryofPowerTransmissionEquipment&SystemSecurityandNewTechnology,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)Abstract:Photovoltaicpowergeneration(PPG)capacitycreditisanimportantindexforevaluatingthecontributionsofphotovoltaicpoweronsystemreliability.AnovelcalculationmethodforPPGcapacitycreditispresentedconsideringthecorrelationbetween—outputofphotovoltaicpowerandload.ThemethodfirstlypresentsatimeintervalbasedoutputmodelofPPGforday.modeand—nightmode,thenconstructsajointmulti-statemodel,whichCanbeusedtocharacterizethecorrelationbetweentheoutputofPPGandload,usingadiscretejointprobabilitydistribution,andfinallycalculatesthesystemreliabilityindicesandcapacitycreditofPPG—usingthenonsequentialMonteCarlosimulationmethod.BasedonequivalentLOLEandLOEEcriterion,thecapacitycreditoftheRBTStestsystemcontainingPPGisanalyzed.Theresultsindicatethevalidityandpracticabilityoftheproposedmode1.—ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.51077135)andNationalHightechR&DProgramofChina(863Program1(No.2011AA05A107).Keywords:photovoltaicpowergeneration;capacitycredit;reliability;jointprobabilitydistribution中图分类号:TM615文献标识码:A——文章编号:16743415(2013)14.0001060引言太阳能因资源丰富、永不枯竭、清洁安全成为可再生能源发电方式的代表。在中国,大规模并网光伏发电已从规划变为现实。2011年10月,青海格尔木200Mw并网光伏电站已进入并网调试及试运行期。截止2010年,我国光伏发电累计装机容量基金项目:国家863高技术基金项目(2011AA05A107);国家自然科学基金项目(51077135);重庆市杰出青年基金项目(CSTC2010BA3006);重庆市自然科学基金(CSTC2012JJA90004)已经达到893MW,预计到2020年光伏装机容量将达到20GWLJJ。光伏发电将成为重要的替代能源。光伏发电具有随机性、间歇性和周期性的特点,被视作一种不可靠性的发电形式,只提供电量价值,不提供容量价值[21。但和其他能源相比,光伏发电出力更具规律性。太阳能辐射和负荷均随季节和昼夜交替而变化,光伏出力与负荷表现出更强的相关性,多数情况下能发挥削峰作用l3]。和常规发电方式相比,光伏发电只是在出力可用率方面有数量上的差异,而没有本质上的区别。因此,需要迫切对光伏发电的容量价值进行研究。一2.电力系统保护与控制和风电不同,光伏发电具有非常明显的昼夜特性,整个黑夜期间光伏发电出力为零。换言之,夜晚光伏电站对系统可靠性没有贡献。而白天的负荷一般高于夜晚,因此有必要针对白天时段的光伏发电容量问题进行研究。发电容量可信度(CapacityCredit)指电源可被信任的容量。目前,对新增电源容量可信度的理解方式主要有两类:1)从负荷侧考虑:保持给定系统可靠性水平,新增电源能够额外承担的负荷量,即有效载荷能力(EffectiveLoadCarryCapability,ELCC);2)从发电侧考虑:同等可靠性水平下,新增电源能够替代的常规机组容量。大规模光伏电站并网是最近几年才发r起来的新形式,国内对光伏发电容量可信度的研究较少。文献[2]肯定了光伏发电的容量价值,并强调了光伏电站出力和负荷的相关性对容量可信度的影响。文—献[411】对风电场的可靠性模型和容量可信度进行了有益的探讨,为光伏发电容量可信度的研究奠定了良好的基础。文献[12]考虑了天气不确定性,将光伏电站出力和负荷的相关特性隐含在时序信息中,但是没有明确相关性对容量可信度的具体影响。文献[13】用秩相关系数描述了短时间尺度上的相关性,但是没有专门就白天时段的光伏容量可信度进行研究。国外从上世纪80年代就开始关注光伏发电容量可信度[14-17],但未就光伏出力与电网负荷问的相关性问题进行深入研究。文献[18]利用发电容量停运表(CapacityOutageProbabilityTable,COPT)计算风电场的容量可信度,但随着系统规模的增大,该方法效率大大降低。针对上述问题,本文建立白天/黑夜分时段模型,应用离散联合概率分布来描述白天光伏发电出力和电网负荷的相关性,提出一种基于非序贯蒙特卡洛模拟光伏发电容量可信度计算方法。1光伏发电容量可信度定义新增电源将提高电力系统供电可靠性,如果要保持系统可靠性水平不变,则可以额外承担部分负荷。同样,这部分负荷可以由其他性质的电源承担。不同性质的电源承担等量的额外负荷,所需容量也不同,其数学表达式为R(GZ)=R(Go+AG1,L+AL)=R(Go+AGz,+)(1)式中:R是关于系统装机容量和负荷水平的可靠性△指标函数;G0为系统原始装机容量;AG1和G2为△2种不同性质的新增电源;£是新增电源后可额外满足的负荷。由于电源本身的故障率和性质不同,一≠△般AL: ̄AC1c2。接入不同性质电源后,系统可靠性指标与负荷水平的关系如图1所示。lU靠水平负荷等级图1可靠性指标与负荷等级关系曲线Fig.1Relationshipbetweenreliabilityindexandashiftedloaddemandlevel在等可靠性前提下,新增光伏电站额外满足的负荷可以由一定容量的虚拟常规机组承担,光伏发电容量可信度就是该虚拟机组容量与光伏电站装机容量的比值,其数学表达式为c:(2)Gp式中:c是光伏发电容量可信度;G是与光伏电站承担相同额外负荷的虚拟常规机组容量;即可信容量;Gp是光伏电站装机容量。光伏发电具有明显的昼夜特性,整个黑夜期间光伏电站没有功率输出,对系统可靠性无影响。本文采用全状态容量可信度和昼状态容量可信度Cd指标对上述特性进行区分。为基于全年系统可靠性改善情况,计算得到的光伏发电容量可信度。若只考虑白天时段,对光伏发电进行等效,则得到昼状态容量可信度Cd。下标Y和d分别表示year和daytime。2联合概率分布模型2.1光伏电站出力模型影响光伏发电出力的因素很多,其中气象因素,尤其是太阳能辐射,是最关键因素。根据太阳能电池光生伏打效应的发电原理,光电转换的经验公式和合理的经验系数,输入太阳能辐射值,即可计算光伏电池输出功率【】引。单块光伏电池在时刻的输出功率为P):,7×A×S(3)式中:P(是输出功率(单位:kW);是额定光电高英,等考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估.3.转换效率;是面积(单位:ITI);S是太阳能辐射度(单位:kW/m)。太阳能辐射存在随机性和问歇性的特点,在可靠性评估中通常采用多状态出力模型来刻画这种特性。2.2分时段模型光伏发电昼夜特征明显,且受气候因素影响,这对评估光伏发电容量可信度产生一定的影响。因此,根据光伏发电出力特征,建立白天/黑夜分时段模型。对于黑夜,光伏电站输出功率为零,采用多级负荷模型;对于白天,利用离散概率分布描述负荷和光伏出力的相关特性。2.2.1多级负荷模型在发电系统可靠性评估中,负荷一般采用多级水平模型。在给定负荷水平分级数目后,采用聚类技术得到某一负荷层下的负荷点数目,进而得到各级负荷水平和对应的概率。第i级负荷水平厶对应的概率P分别为Ⅳ∑Li=…=I,2,,NL)(4)Vf=(5)式中:NL表示负荷水平分级数;Ni表示级负荷层Ⅳ的负荷点数目;为负荷点总数。2.2.2联合多状态模型采用离散联合概率分布刻画负荷与光伏出力之间的相关性。设为负荷变量,其状态空间为有限…………………………i………[二二…个离散值l,2,,);Y为光伏电站出力变量,其…状态空间为有限个离散值(yl,2,),二维随机变量(_】,)构成的离散联合概率分布可表示为yjPljPijp嘲其中,1,P表示负荷水平为X且光伏出力为Yj时的概率,可采用下式估计求取。..(‘…,;=,2,,)”其中:为样本序列中,,)出现的次数:N为样本容量。3光伏容量可信度计算3.1计算框架根据第1节的定义,光伏发电容量可信度的计算主要分为2个部分:第一部分计算在保证可靠性水平不变的情况下,新增光伏电站可以额外承担的△△负荷量;第二部分计算等可靠性水平下,承担所需要的常规机组容量。本文提出的计及光伏出力和负荷相关性的光伏发电容量可信度计算框架如图2所示。图2光伏发电容量可信度计算框架Fig.2Modelofframeworkofcreditcapacityevaluationofphotovoltaicpowergeneration1)太阳能辐射样本数据,建立分时段模型。2)非序贯蒙特卡洛模拟,计算原始系统白天可靠性指标风和黑夜可靠性指标,叠加得到综合可靠性指标尺。3)入光伏电站,计算新的白天时段可靠性指标和综合可靠性指标。4)以风和风为目标,调整混合系统负荷水平,△△得到系统ELCC值£和。5)常规机组替代光伏电站,分别在新的负荷水平下,以尺和风为目标,迭代计算得到系统所需常规机组容量Gy ̄DGd,即光伏电站的发电容量可信度Cv和Cd。△3.2的计算可靠性指标与负荷等级是单调、非线性关系。已知负荷水平,可通过蒙特卡洛仿真得到可靠性指标,但反向计算却较为困难。本文采用弦截法进行;~~...~;电力系统像护与控期求解,该方法无需进行求导,具有较高的计算速度,求解步骤如下:1)系统峰荷为£枷,原始系统可靠性指标为尺0,允许误差为s。计算峰荷L1。加,增加光伏电站容量为GD时的可靠性指标尺1,和峰荷L2=Lpko+G时增加等容量光伏的可靠性指标R2,得到点l,尺1)和2,R2)。2)求过点和点的直线与fix)=Ro的交点对应的峰荷£3,代入新的负荷曲线进行仿真,得到可靠性指标R。3)若I尺3一风l>s则继续进行迭代,求过点和的直线与fix)=R0的焦点对应的峰荷三4,代入新的负荷曲线进行仿真,得到可靠性指标尺。4)若I尺4一尺0l>s则重复步骤3)直至满足给定精度。3.3虚拟常规机组容量的求解虚拟常规机组容量的求解过程与求解类似,△仿真时对应的峰荷是脚+,容量搜索区间为[0,G。】。4算例分析对RBTS测试系统进行计算。该系统共有11台机组,总装机容量为240MW,峰荷为185MW,各机组的可靠性参数参考文献[201。可靠性指标为LOLE=I.09h/年,LOEE=9.82MWh/年。’”采用美国亚利桑那州某地区(北纬33o5648,’”西经113o1120)太阳能辐射数据作为样本进行分析。4.1相关性对光伏发电容量可信度的影响采用上述模型,分别按等LOLE和等LOEE准则,分析不计和计及相关性情况下,全状态和昼状态光伏发电容量可信度,虚拟常规机组的FOR设为0.02。为验证本文方法的正确性,本文以C0PT法J计算结果作为参考。图3给出了不同方法得到的LOLE指标随光伏装机容量的变化趋势。可以看出,随光伏容量的增加,系统可靠性水平明显改善,计及光伏出力与负荷相关性下的可靠性指标优于不计相关性的情况,这表明光伏出力与负荷之间的相关性对系统可靠性具有积极影响,换句话说,不考虑光伏出力与负荷间相关性会对系统可靠性做出过于保守估计。表2和表3分别给出了基于等LOLE和等LOEE准则,全状态和昼状态光伏容量可信度。由计算结果可以看出,相同装机容量下,昼状态下光伏容量图3相关性对可靠性指标的影响Fig.3Impactofcorrelationonthereliabilityindex可信度要明显高于全状态,约为全状态下的1.4倍。需要指出的是,当地区不同,太阳能资源不同,电网结构不同,光伏发电容量可信度的计算结果会有一定程度的偏差。表2等LOLE准则下光伏发电容量可信度Table2CreditcapacityofPPGbasedonequalLOLE表3等LOEE准则下光伏发电容量可信度Table3CreditcapacityofPPGbasedonequalLOEE4.2渗透率对光伏发电容量可信度的影响如图3所示,加入不同装机容量的光伏电站后,可靠性指标得到不同程度的改善,且随着光伏装机容量的提高,可靠性指标趋于平缓,具有饱和效应。如图4所示,随着光伏渗透率的提高,昼状态和全状态的光伏发电容量可信度呈明显下降趋势,这表明,光伏发电渗透率对光伏发电容量可信度有重要影响。4.3可靠性指标对光伏发电容量可信度的影响容量可信度是在等可靠性的前提下,对光伏发0OOO0O02O8642O高英,等考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评估.5.电容量进行等效。因此,采用不同的可靠性指标,容量可信度也不同。如图4所示,等LOEE准则下,容量可信度低于等LOLE准则下的结果。2O3O4050光伏装机量/MWl0203O405O光伏装机容最/MW图4光伏发电容量可信度Fig.4PPGcreditcapacitywithdifferentpenetration4.4FOR对光伏发电容量可信度的影响从光伏发电容量可信度的定义理解,光伏发电可以等效为具有一定强迫停运率的虚拟常规机组。显然,虚拟机组可靠性参数对光伏发电容量可信度的计算结果将产生影响。分别设定虚拟常规机组的FOR为0.02,0.04,0.06,0.08和0.10,如图5所示。0020040060080.10虚拟常规机组FOR图5虚拟机组FOR不同时光伏发电容量可信度Fig.5PhotovoltaiccapacitycreditevaluationinRBTSsystemwithdifferentFORofvirtua1unit结果表明,常规机组FOR越大,光伏发电容量可信度越大。FOR越大,相同容量的常规机组对系统可靠性的贡献越小,即衡量容量可信度的单位越小,因此,光伏发电容量可信度越大。5结论准确度量光伏发电的容量可信度是评估大型光伏电站的一个基本问题。本文阐述了光伏发电容量可信度的定义,提出了基于非序贯蒙特卡洛仿真的光伏发电容量可信度的评估框架,该框架考虑了光伏电站的分时段出力特性以及光伏出力与负荷的相关性,在此基础上,利用弦截法实现了等LOLE准则和等LOEE准则下光伏发电容量可信度的快速计算。以RBTS系统为例对光伏发电容量可信度进行了分析,结果表明:光伏出力和负荷之间的相关性对系统可靠性具有积极的影响;光伏发电容量可靠性度随渗透率增加而降低。算例结果证明了本文模型的正确性和可行性。此外,利用本文提出的计算框架,还可以进一步对光伏发电的季=特性进行研究。致谢本文的研究得到了输配电装备及系统安伞与新技术国家重点实验室自主研究项目f2007DA10512712207)的资助,谨此致谢!参考文献[1]李胜茂.2010-2015年中国太阳能光伏发电产业投资分析及前景预测报告【RJ.北京:中投顾问产业研究中心,2010.[2]梁双,胡学浩,张东霞,等.光伏发电置信容量的研究现状与发展趋势【J】.电力系统自动化,2011,35(19):10l_107.—LIANGShuang,HUXue-hao,ZHANGDongxia,eta1.CurrentstatUSanddevelopmenttrendoncapacitycreditofphotovoltaicgeneration[J].AutomationofElectric—PowerSystems,2011,35(19):101107.[3]BEBICJ.Powersystemplanning:emergingpractice—suitableforevaluatingtheimpactofhighpenetrationphovoltaics[R].Golden,USA:NationalRenewableEnergyLaboratory(NREL),2008.[4]王丽婕,廖晓钟,高阳.风电场发电功率的建模和预测研究综述[JJ.电力系统保护与控制,2009,37(13):118.121.—WANGLi-jie,LIAOXiaozhong,GAOYang.Summarizationofmodelingandpredictionofwindpowergeneration[J].PowerSystemProtectionand∞帅伽∈事船『lJOO00O0O∞如∞如加O\世谗一6一电力系统保护与控制—Control,2009,37(13):118121.[5]姜义,,杨建林.计及风电场的发输电可靠性评—估fJ].电力系统保护与控制,2010,38(22):126130.—JIANGWen,YANZheng,YANGJianlin.Reliabilityassessmentofcompositegenerationandtransmissionsystemconsideringwindfarms[J].PowerSystem—ProtectionandControl,2010,38(22):126130.[6]吴吴,张焰,刘波.考虑风电场影响的发输电系统可—靠性评估【J].电力系统保护与控制,201l,39(4):3642.WUHao.ZHANGYan.LIUBo.Reliabilityassessmentofgenerationandtransmissionsystemsconsideringwindfarmeffects[J].PowerSystemProtectionandControl,2011,39(4):36-42.[7]张宁,周天睿,段长刚,等.大规模风电场接入对电力系统渊峰的影响fJ1.电技术,2010,34(1):152.158.——ZHANGNing,ZHOUTianmi,DUANChanggang,eta1.—Impactoflargescalewindfarmconnectingwithpowergridonpeakloadregulationdemand[J].PowerSystem—Technology,2010,34(1):152158.[8]陈树勇,代慧珠,白晓民,等.风电场容量可信度和可—避免费J4{计算[JJ.太Lj日能学报,1999,20(4):432438.———CHENShuyong,DAIHuizhu,BAIXiaomin,eta1.Capacitycreditandavoidedcostofwindpowerplants[J].ActaEnergiaeSplarisSinica,1999,20(4):432-438.[9]王海超,鲁宗相,周双喜.JxL电场发电容量可信度研—究『J1.L{】国电机工程学报,2005,25(10):103106.———WANGHaichao,LUZongxiang,ZHOUShuangxi.Researchonthecapacitycreditofwindenergyresources[J].ProceedingsoftheCSEE,2005,25(10):103一l06.[1O]张个,康重庆,陈治、F,等.皋于序列运算的风电可信容量计算方法[JJ.叶1电机上稃学报,2011,31(25):—19.——ZHANGNing,KANGChongqing,CHENZhiping,eta1.Windpowercrediblecapacityevaluationmodelbasedonsequenceoperation[J].ProceedingsoftheCSEE,2011,—31f251:19.[11]张硕,李庚银,周明.考虑输电线路故障的风电场容量可信度计算【J].中同电机T程学报,2010,30(16):—1925.—ZHANGShuo,LIGengyin,ZHOUMing.Calculationof—windfarmcapacitycreditconsideringtransmissionline—faults[J].ProceedingsoftheCSEE,2010,30(16):1925.[12]方鑫,郭强,张冬霞,等.考虑天气不确定性的光伏电站置信容量评估『J1.电力系统自动化,2012,26(10):27.32.—FANGXin,GUOQiang,ZHANGDongxia,eta1.Capacitycreditevaluationofgrid-connectedphotovoltaicgenerationconsideringweatheruncertainty[J].AutomationofElectricPowerSystems,20l2,26(10):—2732.[13]梁舣,胡学浩,张冬霞,等.基于随机模型的光伏置信容量评估方法fJ].电力系统自动化,2012,36(13):32。37.——LIANGShuang,HUXuehao,ZHANGDongxia,eta1.Probabilisticmodelsbasedevaluationmethodforcapacitycreditofphotovoltaicgeneration]J].Automation—ofElectricPowerSystems,2012,36(13):3237.’[14JHoffT.Calculatingphotovoltaicsvalue:autilityperspective[J].IEEETransonEnergyConversion,1988,—3(3):491495.[15]KhallatMA,RahamanS.Amodelofcapacitycredit—evaluationofgridconnectedphotovoltaicsystemwithfuelcellsuppo ̄[J].IEEETransonPowerSystems,1988,—3(31:12701278.[16』PerezR,TarlorM,Hoffeta1.Movingtowardconsensusonaphotovoltaicgenerationcapacityvaluationmethodologh[C]//ProceedingsofSolarPower,—September2427,2007,LongBeach,CA,USA.[17JEsmiliA.NasiriA.AcasestudyonimprovingELCCbyutilizationofenergystoragewithsolarPV[C]//Proceedingsof35thAnnualConferenceofIEEEonIndustryElectronics,November3-5,2009,Proto,Portuga1.[18]KeaneA,MilliganM,DentCJ,eta1.Capacityvalueofwindpower[J].IEEETransonPowerSystems,201l,—26r2:564572.[19]栗然,李r一敏.基于支持向量机回归的光伏发电出力—预测[JJ.rf】国电力,2008,4l(2):7478.LIRan,LIGuang-min.Photovoltaicpowergenerationoutputforecastingbasedonsupportvectormachineregressiontechnique[J].ElectricPower,2008,41(2):—7478.[20JBillintonR,KumarS,ChowdhuryN,eta1.Areliabilitytestsystemforeducationalpurposes:basicdata[J].IEEE—TransonPowerSystems,l989,4(3):12381244.[21jhttp://cals.arizona.edu/azmet/index.html收稿日期:2012-09-20;修回日期:2012-11-05作者简介:高英(1987.),女,硕士研究生,研究方向为电力系—统规划与可靠性;Email:260014654@qq.com谢开责(1972.),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为电力系统规划与可靠性、电力系统优化运行等方向的研究和教学工作:胡博(1983一),男,博士,讲师,研究方向为电力系统规划与可靠性、电力系统分析计算。E.mail:hboy8361163.com
陌南尘
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档