分布式光伏电源并网可靠性研究

分布式光伏电源并网可靠性研究

肖鹏 黎成

浙江交投新能源投资有限公司 浙江杭州 310000

摘要：作为新能源发电方式的一种，光伏(PV)发电具有波动性和间歇性的特征，在直接并网时会影响到电网的稳定性和经济运行。为此光伏发电的发电预测尤为重要。目前光伏发电的预测方法主要有两种，一种是结合地理空间模型，利用统计学方法进行预测;另一种是基于目前大数据和人工智能技术迅速发展的大背景，使用以数据驱动的机器学习方法进行预测。而出于效率、预测精度和实用性的考虑，后者在目前的研究中更为主流。

关键词：分布式;光伏电源;并网;可靠性研究

引言

光伏清洁能源并网发电已逐步规模化和并网化，大规模的集中于分布式光伏电源并网对电网的可靠性、经济性及稳定运行都会产生重要的影响。光伏发电的特点是随机性较强，分布式光伏电源发电可靠性模型的构建可用于并网后对系统供电可靠性影响的评估。针对含分布式光伏电源的电网进行了算例模型仿真，由于光伏发电具有不可控性，且发电量与用电负荷无法精准预测，需通过概率抽样法对其进行预测，同时分析时变电源对时变负荷供电时的供电可靠性，由此形成可靠性计算的重要指导指标，分布式光伏并网系统可靠性研究对电网安全生产及经济运行具有重要意义。因此，此项研究是必要的。

1分布式光伏电源并网可靠性研究的意义

大力发展可再生能源是推动绿色低碳发展、加快生态文明建设的重要支撑，是应对气候变化、履行我国国际承诺的重要举措，我国实现2030年前碳排放达峰和努力争取2060年前碳中和的目标任务艰巨，需要进一步加快发展风电、光伏发电、生物质发电等可再生能源。采取措施缓解可再生能源企业困难，促进可再生能源良性发展，是实现应对气候变化目标，更好履行我国对外庄重承诺的必要举措。各地政府主管部门、有关金融机构要充分认识发展可再生能源的重要意义，合力帮助企业渡过难关，支持风电、光伏发电、生物质发电等行业健康有序发展。

2大型地面光伏电站的分类

大型地面光伏电站主要包括2个部分：光伏场区与升压站(开关站)。光伏场区主要以光伏发电系统为主，电气设备主要为光伏组件、汇流箱、逆变器、箱式变压器、集电线路等。其中，针对地势平坦的大型地面光伏电站，逆变器宜选用集中式逆变器。根据材料及制造工艺进行分类，太阳电池可分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池。目前市场上生产和使用的太阳电池多数采用晶体硅材料制作而成，而相比于多晶硅太阳电池，单晶硅太阳电池的光电转换效率较高，其市场占有率也在逐年上升。

3光伏电源负荷点的可靠性研究

基于集成学习模型融合的光伏发电动态修正预测本文将LightGBM，XGBoost和NGBoost应用到太阳光伏发电功率预测中，并引入对比实验。单独的预测模型往往能力有限，得到的预测结果在预测准确度方面不尽人意，而加权平均法可以根据单个预测模型的误差计算各模型的权值，给误差较小的模型分配较大权值，给误差较大的模型分配较小的权值，放大被融合预测模型的优势并削弱其劣势对预测结果的影响，同时保留了各模型的优点。同时，采用动态预测的方式，在下个月的训练数据中加入上个月的预测结果，同时引入修正系数来减少误差积累对最终预测结果的影响。完成12个月的动态预测后可整合得到最终结果。实验引入多层感知器MLP，高斯核支持向量回归(SVＲ)以及长短期记忆(LSTM)网络达成对比实验的目的。

光伏电源并网并网前后，负荷点的平均停电时间与故障率均相应的减小，且并网点上游的每个负荷点可靠性指标改善成效与并网点间距离成反比，其中，指标计算改善程度较大的是并网点相同线路上的其他负荷点。负荷点可靠性水平能有较大提升。通过计算分布式光伏电源接入电网前后的负荷点可靠性指标，负荷点的故障率和年平均停电时间相应的减小，且光伏电源上游的各个负荷点的可靠性指标改善程度随着它与光伏电源接入点间距离的增大而减小，其中获得改善程度最大的是与光伏电源所接线路段相同的负荷点，使其负荷点可靠性指标获得了较大的改善，从而提高了负荷点的可靠性水平。

考虑到天气数据和光伏发电功率在白天和夜间呈现出两种截然不同的数据分布，且以太阳光的照射强度来判断此地区当前处于白天还是黑夜是最为准确的，以全球水平辐射值GHＲ是否大于等于5W/m2为基准，根据时间(Time_Stamp)将环境风速、摄氏温度、全球水平辐射值、风向和压强分为白天、夜间与全日三部分，并以日为单位对这三种时间段的数据分别求均值、标准差和最大值与最小值的差距。同时，将各个天气特征进行多项式特征组合，生成新的特征来加强模型的泛化能力。因实际光伏阵列设备的物理因素影响，存在数据样本中的部分数据丢失或采集不完全的情况。若丢失的数据在数据集中不呈现为大量连续的数据分布，或是时间点为非日夜交替时期，则使用线性插值法对这部分丢失数据进行插值补充，反之，则删除这些部分数据丢失的样本。

3分布式光伏电源并网可靠性研究策略

3.1日常维护

（1）通过智能电能表对光伏电站进行基本判断。对光伏电站的日常维护，运维人员首先要学会观看智能电能表，并通过智能电能表对光伏电站数据进行统计，以及对运行是否存在故障进行基本判断。主要是通过电能表屏幕显示判断有无市电，通过电能表统计该电站发电能量。（2）通过逆变器对光伏电站进行基本判断。运维人员还要学会观看逆变器显示数据，通过显示数据统计逆变器序列号，统计该电站发电能量及功率，通过故障灯判断电站的运行状态，通过故障代码初步判断故障类型及原因，及时反馈给运维单位，并根据指令做出基本的操作。

3.2用好光伏运维监控系统

用好光伏运维监控系统是提前发现问题的关键。光伏运维监控系统主要有智能电能表采集和监控系统、逆变器数据采集运维管理系统和场区外接监控视频系统等。智能电能表计量数据的准确采集是光伏扶贫电站收益计算的直接保障，同时可通过数据分析对电站进行考核和运维管理。逆变器数据采集运维管理系统，一方面实现国网平台的接入监管，另一方面也是智能运维的重要手段。该系统对光伏电站的各种设备状态、电能质量等进行实时监控，对光伏电站的运维情况进行实时或长期分析，并可通过告警定位、远程运维、专家诊断等功能，实现高效运维、及时消缺，保障电站收益。输出方面，该系统可通过移动终端、PC端、设备端、运维中心大屏展示。

结束语

在对分布式光伏电源并网后的可靠性指标计算、评估以及综合分析的基础上，可以得到以下结论：电网系统的可靠性水平在接入光伏电源后有了较大的改善。在电网线路参数设置和保护不变的情况下，光伏电源并网降低了负荷点处的故障率和平均停电时间，延长了系统对负荷点处用户的可靠供电时间，负荷点处的可靠性指标与系统可靠性指标均得到不同程度的改善，从而提高了电网系统的可靠性水平。

参考文献

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