作者/陳新，國(guó)網(wǎng)河北省電力公司順平縣供電分公司

分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量研究現(xiàn)狀及展望

作者/陳新，國(guó)網(wǎng)河北省電力公司順平縣供電分公司

近些年來(lái)，我國(guó)越來(lái)越重視光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)存在明顯間歇性與波動(dòng)性，因此被人們認(rèn)為是一種具備電量?jī)r(jià)值而不具備容量?jī)r(jià)值的電源。但經(jīng)過實(shí)踐表明，光伏發(fā)電系統(tǒng)與其電網(wǎng)負(fù)荷的相關(guān)性對(duì)資源的利用有著重要的影響，如果對(duì)其相對(duì)性進(jìn)行忽視，就必然會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評(píng)估已經(jīng)成為了重點(diǎn)研究課題。本文通過對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，明確了光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量評(píng)估指標(biāo)及評(píng)估方法的不足之處，并提出了光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的改進(jìn)措施，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量的發(fā)展前景做出了展望。

光伏發(fā)電系統(tǒng)；置信容量；互補(bǔ)發(fā)電；研究現(xiàn)狀；儲(chǔ)能裝置

近些年來(lái)，環(huán)境污染與能源危機(jī)問題的不斷加重，使我國(guó)越來(lái)越重視綠色環(huán)保能源的開發(fā)與利用，太陽(yáng)能為我國(guó)能源的使用提供了新的思路，通過利用光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的高效利用，這也使光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)入了人們的視野。光伏發(fā)電具備間歇性、波動(dòng)大、周期性及隨機(jī)性的特點(diǎn)，當(dāng)前，我國(guó)在光伏發(fā)電技術(shù)水平相對(duì)較低，光伏發(fā)電系統(tǒng)還不能參與到用電電網(wǎng)的電力平衡當(dāng)中，因此只能由傳統(tǒng)的機(jī)組來(lái)滿足電網(wǎng)峰荷需求。而隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷成熟以及高穿透功率接入電網(wǎng)的應(yīng)用，使我國(guó)逐漸認(rèn)識(shí)到光伏發(fā)電系統(tǒng)中置信容量的重要作用，我國(guó)也因此迫切需要對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量進(jìn)行深入的研究。

1.光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量的研究現(xiàn)狀

■1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評(píng)估指標(biāo)研究

一直以來(lái)，我國(guó)在光伏發(fā)電技術(shù)方面與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍舊存在較大差距，在光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用上也僅僅局限于通訊領(lǐng)域，并網(wǎng)發(fā)電比例非常小。近些年來(lái)，我國(guó)越來(lái)越重視光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，開發(fā)出了利用高穿透功率來(lái)接入電網(wǎng)的新形式，并且取得了良好的應(yīng)用效果。由于目前我國(guó)在電力平衡方面仍舊沒有將光伏發(fā)電的容量?jī)r(jià)值考慮進(jìn)去，因此我國(guó)在光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量方面的研究成果還尚未形成，關(guān)于置信容量問題也只是在風(fēng)電場(chǎng)方面做出了一些積極的探討。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，外國(guó)其他國(guó)家就已經(jīng)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量進(jìn)行了研究，并在風(fēng)電置信容量上取得了良好的進(jìn)展，但在衡量標(biāo)準(zhǔn)上仍舊沒有統(tǒng)一。

當(dāng)前，世界上已經(jīng)研究出的關(guān)于光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的定量評(píng)估指標(biāo)大約有10余種，這些種類的定量評(píng)估指標(biāo)按照性質(zhì)來(lái)區(qū)分共可分為4類，其一是對(duì)置信等效容量進(jìn)行評(píng)估的指標(biāo)；其二是對(duì)特定時(shí)段置信容量系數(shù)進(jìn)行評(píng)估的指標(biāo)；其三是是對(duì)置信容量附加措施進(jìn)行評(píng)估的指標(biāo)；其四是對(duì)置信容量中ELCC進(jìn)行評(píng)估的指標(biāo)。

這四類評(píng)估指標(biāo)中，以最后一種評(píng)估指標(biāo)為最佳，這是因?yàn)镋LCC評(píng)估指標(biāo)能夠?qū)﹄娫窗l(fā)電效用進(jìn)行直接描述，并且評(píng)估結(jié)果不會(huì)出現(xiàn)較大差異，計(jì)算量適中，具有可靠的理論依據(jù)，能夠有效彌補(bǔ)其他三種評(píng)估指標(biāo)的不足，因此在對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量進(jìn)行評(píng)估時(shí)，通常都是優(yōu)先采用ELCC評(píng)估指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)估工作的。

■1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評(píng)估方法研究

對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評(píng)估方法主要有兩種：

其一是利用凈負(fù)荷方式來(lái)對(duì)初始負(fù)荷進(jìn)行修正，凈負(fù)荷是通過用電網(wǎng)負(fù)荷減去光伏發(fā)電出力獲得的。

其二是利用多狀態(tài)機(jī)組來(lái)對(duì)光伏發(fā)電出力進(jìn)行處理，使其成為已知量，然后將光伏發(fā)電出力進(jìn)行逐漸累計(jì)，將其并入到可用發(fā)電容量當(dāng)中去，隨后對(duì)總累計(jì)量進(jìn)行求解。但由于這種方法需要進(jìn)行大量的仿真計(jì)算與推導(dǎo)，因此計(jì)算效率較低，整個(gè)工作過程也極其復(fù)雜。為此，許多研究人員對(duì)這種方法的計(jì)算效率進(jìn)行了提升，并初步取得了一定的成果。

當(dāng)前，置信容量評(píng)估方面的模型與算法在光伏發(fā)電系統(tǒng)的不確定性與波動(dòng)性方面仍舊體現(xiàn)不足，因此對(duì)評(píng)估模型與評(píng)估算法的研究仍舊有待深入研究。此外，電網(wǎng)負(fù)荷的不穩(wěn)定性也會(huì)給評(píng)估結(jié)果帶來(lái)一定的影響，但由于其結(jié)果偏差相對(duì)較小，因此并沒有得到相應(yīng)的重視?？偠灾?，上述兩種置信容量的評(píng)估方法效果并不理想，因此需要研究出能對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)性及不確定性進(jìn)行雙向兼顧的評(píng)估模型，以此研發(fā)出更加高效的評(píng)估算法，從而使光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量評(píng)估結(jié)果更加可靠客觀。并且，還要探索出更加有效的方法來(lái)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量進(jìn)行提高，并采用靈活的調(diào)控方法來(lái)確保置信容量的作用能夠最大程度的發(fā)揮，而這也正是未來(lái)的重要研究方向。

2.光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的改進(jìn)策略

■2.1 加強(qiáng)電網(wǎng)負(fù)荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的相關(guān)性

用電電網(wǎng)負(fù)荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)性會(huì)對(duì)置信容量產(chǎn)生重要影響，為此，美國(guó)一家實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)嘗試通過調(diào)整用電電網(wǎng)的固定式光伏陣列的朝向來(lái)對(duì)這兩者的相關(guān)性進(jìn)行改善，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過對(duì)用電電網(wǎng)中的固定式光伏陣列朝向進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)τ秒婋娋W(wǎng)負(fù)荷與光伏發(fā)電出力之間的相關(guān)性產(chǎn)生一定的改善作用，但這種調(diào)整方法卻并沒有對(duì)其依據(jù)進(jìn)行詳細(xì)說明，更沒有對(duì)這項(xiàng)方法的有效性進(jìn)行定量的評(píng)估與分析。當(dāng)前，針對(duì)用電電網(wǎng)負(fù)荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)性的研究成果還相對(duì)較少，對(duì)其相關(guān)性給置信容量帶來(lái)的影響程度仍舊處于模糊認(rèn)識(shí)階段，不過，相關(guān)性對(duì)置信容量的重要影響是毋庸置疑的，因此只有加強(qiáng)電網(wǎng)負(fù)荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的相關(guān)性，強(qiáng)化兩者間的協(xié)調(diào)能力，才能使置信容量的作用得以最大程度的發(fā)揮。

■2.2 強(qiáng)化多個(gè)光伏電站的協(xié)調(diào)能力

由于光伏電站是呈分散性布置的，因此各個(gè)光伏電站的地理位置也有所不同。通過加強(qiáng)多個(gè)光伏電站的協(xié)調(diào)能力，能夠有效加強(qiáng)電網(wǎng)負(fù)荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的相關(guān)性，從而達(dá)到提高置信容量的目的。對(duì)多個(gè)光伏電站協(xié)調(diào)能力的加強(qiáng)，可以通過對(duì)陣列傾角及朝向、站址的合理選擇來(lái)進(jìn)行。當(dāng)前，我國(guó)在光伏電站數(shù)量上相對(duì)較少，進(jìn)而還沒有對(duì)多個(gè)光伏電站協(xié)調(diào)能力的加強(qiáng)措施進(jìn)行深入研究，不過通過借鑒矩陣變換技術(shù)及聯(lián)合概率分布技術(shù)，能夠?yàn)槎鄠€(gè)光伏電站協(xié)調(diào)能力的加強(qiáng)帶來(lái)一定的參考參考，并且也能為光伏電站間出力的相關(guān)性創(chuàng)造有利條件。

■2.3 儲(chǔ)能設(shè)備與光伏發(fā)電系統(tǒng)的改進(jìn)策略

當(dāng)前，在我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，擁有許多不同類型的儲(chǔ)能設(shè)備，按照種類進(jìn)行區(qū)分可分為兩類，一種是物理儲(chǔ)能設(shè)備，主要包括壓縮空氣儲(chǔ)能設(shè)備、抽水蓄能設(shè)備及飛輪儲(chǔ)能設(shè)備等。第二種是化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備，主要包括各種可再生燃料的電池或蓄電池等。

儲(chǔ)能設(shè)備在光伏發(fā)電系統(tǒng)中有著非常重要的作用，其作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

其一是能夠參與到調(diào)頻當(dāng)中去，以此實(shí)現(xiàn)平滑功率輸出。

其二是能夠?qū)ω?fù)荷變化進(jìn)行快速跟蹤來(lái)降低旋轉(zhuǎn)備用。其三是能夠使光伏發(fā)電系統(tǒng)的電力電量趨于平衡。

但由于其受到經(jīng)濟(jì)及技術(shù)等因素的限制，致使儲(chǔ)能設(shè)備的作用不能得到充分的發(fā)揮，因此需要探索出更加有效的措施來(lái)提高儲(chǔ)能設(shè)備的作用。

■2.4 強(qiáng)化波動(dòng)性電源與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力

除了光伏發(fā)電系統(tǒng)具備波動(dòng)性特點(diǎn)以外，其他波動(dòng)性電源還包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、水力發(fā)電系統(tǒng)等其他形式的電源，在這些波動(dòng)性電源中，以風(fēng)力發(fā)電技術(shù)最為成熟，并且太陽(yáng)能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在一定程度上存在互補(bǔ)性，這也使許多科研人員開始對(duì)風(fēng)能與光能的互補(bǔ)發(fā)電方面進(jìn)行了大量的研究，并已經(jīng)研發(fā)出了小型獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，這種小型獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)能夠在電量平衡的提前下，利用經(jīng)濟(jì)性原則來(lái)對(duì)置信容量進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此在發(fā)電領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。不過，在大型互聯(lián)電網(wǎng)中，風(fēng)能發(fā)電與光伏發(fā)電的置信容量設(shè)計(jì)仍舊是以電量最大化原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，對(duì)于置信容量及波動(dòng)性電源與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃上仍舊沒有得到應(yīng)有的關(guān)注。因此，要想確保光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量設(shè)計(jì)的最優(yōu)，就必須強(qiáng)化波動(dòng)性電源與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力。

3.光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的前景展望

當(dāng)前，我國(guó)在光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)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(fā)電系統(tǒng)置信容量的研究上還存在許多空白，這就需要我國(guó)高度重視對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的深入研究，并不斷研發(fā)更加高效的方法來(lái)加強(qiáng)電網(wǎng)負(fù)荷與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的相關(guān)性，強(qiáng)化各光伏電站間的協(xié)調(diào)能力，加強(qiáng)儲(chǔ)能設(shè)備在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用，并進(jìn)一步強(qiáng)化波動(dòng)性電源與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力，研發(fā)出更加高效的置信容量評(píng)估指標(biāo)與評(píng)估方法，以此促進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展。在未來(lái)，相信我國(guó)會(huì)開發(fā)出更加高效的置信容量評(píng)估指標(biāo)與評(píng)估方法，能對(duì)置信容量進(jìn)行更加客觀準(zhǔn)確的評(píng)估，并通過采取各種手段來(lái)提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的置信容量，從而實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的大規(guī)模接入。

總而言之，通過對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的提高，能夠顯著提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行性能，并大幅度降低資源的浪費(fèi)現(xiàn)象，從而為光伏發(fā)電的大規(guī)模接入電網(wǎng)創(chuàng)造良好條件，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展有著十分重要的意義。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)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(guó)高度重視光伏發(fā)電系統(tǒng)置信容量的重要影響，不斷研究出更加高效的置信容量評(píng)估指標(biāo)與評(píng)估方法，并采取多種措施來(lái)提高光伏發(fā)電的置信容量，以此實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展。

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