含光伏和风电的电力系统随机生产模拟

含光伏和风电的电力系统随机生产模拟

王勇

（国网铁岭供电公司辽宁省铁岭市112000）

摘要：为了解决电网中不断增加的间歇式能源给电力系统的规划和运行带来的困难，本文研究了光伏和风电同时并入电力系统后的随机生产模拟计算模型。基于随机生产模拟方法以及其中多状态机组的处理方法，建立了光伏的多状态计算模型。同时，结合该模型和风电等效多状态模型分析处理了光伏和风电两种间歇式能源同时并入电力系统后的随机生产模拟情况。光伏多状态计算模型可以考虑到太阳能的间歇性和不确定性。比较计算结果与实际情况表明，在随机生产模拟中，采用这两个处理间歇式能源的计算模型，得到的光伏发电量和风电场出力接近于实际情况，为恰当安排电能生产提供依据。

关键词：间歇式能源；随机生产模拟；光伏多状态模型；风力发电

引言

1大规模光伏发电系统的基本建模

1.1光伏电池及其阵列模型

这种模型主要是建立在单二极管模型的基础上，根据基尔霍夫原理建立起了相应的光伏等效电路。同时在这个基础上还简化了相应的理论公式，从而获得了符合工程计算的数学表达公式。光伏阵列模型就是按照光伏电池的基本模型以及相互之间的串并联关系而得到的，建立模型的目的是为了能够计算出光伏阵列的具体光伏组件差异所造成的P-V特性的多峰值，这对光伏阵列的集群建模具有重要意义。

1.2换流器及内环控制模型

当前大部分光伏发电系统中的换流器都拥有内外环式的双环控制结构，其中外环主要是为了控制电压输入，同时将其转化成内环所能控制的参考电流，从而决定相应的并网策略及对外特性；内环主要是依照与外环控制所生成的电流参考值作为电流输入的，并能够通过控制环节中的控制及与换流器的转换来保障电流能够顺利输入电网之中。

1.3建立光伏发电动态模型

在组建光伏发电的动态模型之时，需要用方程组的形式来建立起发电系统中各个部位的具体状态方程，同时还要用逆变器及MPPT的控制转化成相应的状态方程，从而将两个方程并列在一起，组建起合适的方程组，进而建立起相应的光伏发电动态模型。

1.4研发光伏发电系统模型

上述一些原理及技术为研发仿真型的电力系统奠定了理论基石，直到现在，我国已经研制出的平台有PSASP及PSD-BPA这两大类，这两类平台之中集合了光伏发电的动态及稳定模型，同时将大规模的光伏发电技术应用到了其中，而且在一些商业性较强的平台软件上面，已经出现了能够灵活定义的功能模块，这些平台的研发能够为我国的光伏发电系统建模提供相应的建设基础。

2.大规模光伏发电对电力系统的影响

2.1影响了系统有功频率特性

光伏发电拥有的特性包括了精致的电源、低电压穿越期间的不同特征、外处理的速记波动性、脱网现象较为频繁及环路器并网过程中的无转动惯性等等，这些特性的存在使得大规模光伏发电在介入时会破坏系统的稳定性，使得一些状态特性发生相应的变化，从而影响了整个电力系统的的规划与运行。除此之外，在实施光伏发电时，会产生较为频繁的随机被动，从而冲击了系统的平衡性，影响了对系统的一、二次调频，对电力系统的有功经济调度等一些运行特性会产生重大影响。与此同时，因为大规模光伏发电的介入，使得电力系统需要根据实际情况进行相应的调整。而且，由于电源是静止的原件，因此会随着所接入光伏发电的规模增大而增大，使得电源在实际运行时略显不足，则需要及时更换电源来满足光伏发电的需求。严重时还会导致电力系统崩溃，进而增加了所需维护的实际工作量。

2.2影响了无功电压的特性

目前来讲，需要应用大规模光伏发电的电力系统一般是位于荒漠戈壁地区，这些地区的电力系统的实际负荷量较低，而且具体的电网容量也较小。因此，当大规模光伏发电接入时，会影响到当地电网的无功平衡性，使得当地的母线沿线电压出现大幅度的波动。与此同时，由于荒漠戈壁实际自然条件的限制，所以导致当地的实际并网电压的支撑能力比较弱，容易在具体输电的过程中发生电压不稳定的现象。大规模光伏发电的接入，不仅改变了当地电网的原有辐射网状架构，还会改变当地电网系统的电源结构，从而影响了配电网电压的实际质量。

2.3影响系统运行的可靠性

当前的光伏电池在实际使用过程中，虽然不存在电磁量及机械不平衡的动力学难题，但却存在电气运行不稳定的现象，从而使得大规模光伏发电的接入极大地影响了电网运行的稳定性，也无法正常发挥出系统功能的作用。光伏发电的接入改变了系统的实际功率，从而使系统内部出现了运行不稳定的现象，这种不稳定的现象主要出现在电力系统内部的最大功率点附近。因为系统中的不平衡功率可以被电力系统中的直流侧电所吸收，因此也相对减弱了电容的存储能力，影响了电力系统实际运行的可靠性。

2.4影响了攻角稳定性

由于光伏发电的电源是相对静止的原件，因此它本身不会参与到攻角的震荡中去，当然也不会存在需要稳定攻角的问题。但是，当大规模的光伏发电接入到电力系统之中后，就会直接影响到系统的随机波动性及无转动的惯性，让电力系统中的等效惯量不得不变小，进而影响了系统攻角的稳定性。除此之外，在电力系统中接入大规模的光伏发电还有可能会引发脱网现象，特别是在规模化与集中化之后，脱网会给电力系统产生巨大的冲击，从而破坏了电力系统运行的稳定性，进而影响了电网供电的可靠性。

3大规模光伏发电入网的建模

光伏发电相对于其他发电方式来说，有很大的优势，但因为光伏电池存在的诸多缺点，其在进入电网后，会影响电网内部的电压稳定，所以，就需要科学、客观的分析其对电力系统造成的影响。下面就对光伏发电入网的建模逐一介绍：

3.1光伏电池及陈列模型。该模型创建时，是以单二模型为主要参考，再利用基尔霍夫原则，形成电路，让理论公式简便化，最后把数学表达式作为该模型的表达公式，这个公式可以解决计算工程常见的问题。

3.2换流器及内环控制模型。换流器在分散电流时，会用内环和外环两种方式对电流进行控制，外环负责输入电压，让内环根据外环的电压决定最终使用的并网方式；内环根据外环形成的电压确定输入，再通过控制技术与环流器的使用，让电流顺利进入电力网络。

3.3光伏发电动态模型。通常情况下，想要建立一个动态模型，必须把多个状态方程变换成组，与逆变器以及MPPT的方程联立，从而创建系统模型。第四种是光伏发电系统模型。它是以动态模式的理论为基础，创建的平台，它采用了很多仿真手段，对电流的入网进行控制。

4结论

在随机生产模拟中采用光伏多状态模型处理光伏发电，计算结果较接近实际情况。

模型的计算结果能够准确地反映出风电、光伏发电的出力以及常规能源的出力，便于电能生产安排，合理利用间歇式能源发电。光伏发电属于清洁能源的一种，从某个角度来说，它可以节约能源的使用，在一定程度上缓解我国能源不足的问题。但就目前的情况来看，大规模的光伏发电虽然给生活带来了便利，但也对电力系统造成了不同程度的影响，为此，我国电力人员必须客观分析这些影响，给出相应的对策，从而让电力事业快速发展。

参考文献

[1]阳水财.浅析大规模光伏发电对电力系统的影响[J].科技与创新，2015（14）：83+88.