分析光伏发电系统的置信容量研究现状及展望

作者/陈新，国网河北省电力公司顺平县供电分公司

分析光伏发电系统的置信容量研究现状及展望

作者/陈新，国网河北省电力公司顺平县供电分公司

近些年来，我国越来越重视光伏发电系统，由于光伏发电系统存在明显间歇性与波动性，因此被人们认为是一种具备电量价值而不具备容量价值的电源。但经过实践表明，光伏发电系统与其电网负荷的相关性对资源的利用有着重要的影响，如果对其相对性进行忽视，就必然会造成严重的资源浪费。因此，光伏发电系统的置信容量评估已经成为了重点研究课题。本文通过对光伏发电系统置信容量的研究现状进行分析，明确了光伏发电系统置信容量评估指标及评估方法的不足之处，并提出了光伏发电系统置信容量的改进措施，对光伏发电系统的置信容量的发展前景做出了展望。

光伏发电系统；置信容量；互补发电；研究现状；储能装置

近些年来，环境污染与能源危机问题的不断加重，使我国越来越重视绿色环保能源的开发与利用，太阳能为我国能源的使用提供了新的思路，通过利用光伏发电系统能够实现对太阳能的高效利用，这也使光伏发电技术进入了人们的视野。光伏发电具备间歇性、波动大、周期性及随机性的特点，当前，我国在光伏发电技术水平相对较低，光伏发电系统还不能参与到用电电网的电力平衡当中，因此只能由传统的机组来满足电网峰荷需求。而随着光伏发电技术的不断成熟以及高穿透功率接入电网的应用，使我国逐渐认识到光伏发电系统中置信容量的重要作用，我国也因此迫切需要对光伏发电系统的置信容量进行深入的研究。

1.光伏发电系统的置信容量的研究现状

■1.1 光伏发电系统的置信容量评估指标研究

一直以来，我国在光伏发电技术方面与其他发达国家相比仍旧存在较大差距，在光伏发电技术的应用上也仅仅局限于通讯领域，并网发电比例非常小。近些年来，我国越来越重视光伏发电系统的发展，开发出了利用高穿透功率来接入电网的新形式，并且取得了良好的应用效果。由于目前我国在电力平衡方面仍旧没有将光伏发电的容量价值考虑进去，因此我国在光伏发电系统的置信容量方面的研究成果还尚未形成，关于置信容量问题也只是在风电场方面做出了一些积极的探讨。自上世纪80年代以来，外国其他国家就已经对光伏发电系统的置信容量进行了研究，并在风电置信容量上取得了良好的进展，但在衡量标准上仍旧没有统一。

当前，世界上已经研究出的关于光伏发电系统置信容量的定量评估指标大约有10余种，这些种类的定量评估指标按照性质来区分共可分为4类，其一是对置信等效容量进行评估的指标；其二是对特定时段置信容量系数进行评估的指标；其三是是对置信容量附加措施进行评估的指标；其四是对置信容量中ELCC进行评估的指标。

这四类评估指标中，以最后一种评估指标为最佳，这是因为ELCC评估指标能够对电源发电效用进行直接描述，并且评估结果不会出现较大差异，计算量适中，具有可靠的理论依据，能够有效弥补其他三种评估指标的不足，因此在对光伏发电系统的置信容量进行评估时，通常都是优先采用ELCC评估指标来进行评估工作的。

■1.2 光伏发电系统的置信容量评估方法研究

对光伏发电系统的置信容量评估方法主要有两种：

其一是利用净负荷方式来对初始负荷进行修正，净负荷是通过用电网负荷减去光伏发电出力获得的。

其二是利用多状态机组来对光伏发电出力进行处理，使其成为已知量，然后将光伏发电出力进行逐渐累计，将其并入到可用发电容量当中去，随后对总累计量进行求解。但由于这种方法需要进行大量的仿真计算与推导，因此计算效率较低，整个工作过程也极其复杂。为此，许多研究人员对这种方法的计算效率进行了提升，并初步取得了一定的成果。

当前，置信容量评估方面的模型与算法在光伏发电系统的不确定性与波动性方面仍旧体现不足，因此对评估模型与评估算法的研究仍旧有待深入研究。此外，电网负荷的不稳定性也会给评估结果带来一定的影响，但由于其结果偏差相对较小，因此并没有得到相应的重视。总而言之，上述两种置信容量的评估方法效果并不理想，因此需要研究出能对光伏发电系统的相关性及不确定性进行双向兼顾的评估模型，以此研发出更加高效的评估算法，从而使光伏发电系统的置信容量评估结果更加可靠客观。并且，还要探索出更加有效的方法来对光伏发电系统的置信容量进行提高，并采用灵活的调控方法来确保置信容量的作用能够最大程度的发挥，而这也正是未来的重要研究方向。

2.光伏发电系统置信容量的改进策略

■2.1 加强电网负荷与光伏发电系统之间的相关性

用电电网负荷与光伏发电系统的相关性会对置信容量产生重要影响，为此，美国一家实验室曾经尝试通过调整用电电网的固定式光伏阵列的朝向来对这两者的相关性进行改善，实验结果表明，通过对用电电网中的固定式光伏阵列朝向进行调整，能够对用电电网负荷与光伏发电出力之间的相关性产生一定的改善作用，但这种调整方法却并没有对其依据进行详细说明，更没有对这项方法的有效性进行定量的评估与分析。当前，针对用电电网负荷与光伏发电系统相关性的研究成果还相对较少，对其相关性给置信容量带来的影响程度仍旧处于模糊认识阶段，不过，相关性对置信容量的重要影响是毋庸置疑的，因此只有加强电网负荷与光伏发电系统之间的相关性，强化两者间的协调能力，才能使置信容量的作用得以最大程度的发挥。

■2.2 强化多个光伏电站的协调能力

由于光伏电站是呈分散性布置的，因此各个光伏电站的地理位置也有所不同。通过加强多个光伏电站的协调能力，能够有效加强电网负荷与光伏发电系统之间的相关性，从而达到提高置信容量的目的。对多个光伏电站协调能力的加强，可以通过对阵列倾角及朝向、站址的合理选择来进行。当前，我国在光伏电站数量上相对较少，进而还没有对多个光伏电站协调能力的加强措施进行深入研究，不过通过借鉴矩阵变换技术及联合概率分布技术，能够为多个光伏电站协调能力的加强带来一定的参考参考，并且也能为光伏电站间出力的相关性创造有利条件。

■2.3 储能设备与光伏发电系统的改进策略

当前，在我国光伏发电系统中，拥有许多不同类型的储能设备，按照种类进行区分可分为两类，一种是物理储能设备，主要包括压缩空气储能设备、抽水蓄能设备及飞轮储能设备等。第二种是化学储能设备，主要包括各种可再生燃料的电池或蓄电池等。

储能设备在光伏发电系统中有着非常重要的作用，其作用主要体现在三个方面：

其一是能够参与到调频当中去，以此实现平滑功率输出。

其二是能够对负荷变化进行快速跟踪来降低旋转备用。其三是能够使光伏发电系统的电力电量趋于平衡。

但由于其受到经济及技术等因素的限制，致使储能设备的作用不能得到充分的发挥，因此需要探索出更加有效的措施来提高储能设备的作用。

■2.4 强化波动性电源与光伏发电系统的协调能力

除了光伏发电系统具备波动性特点以外，其他波动性电源还包括风力发电系统、水力发电系统等其他形式的电源，在这些波动性电源中，以风力发电技术最为成熟，并且太阳能发电与风力发电系统在一定程度上存在互补性，这也使许多科研人员开始对风能与光能的互补发电方面进行了大量的研究，并已经研发出了小型独立发电系统，这种小型独立发电系统能够在电量平衡的提前下，利用经济性原则来对置信容量进行设计，因此在发电领域中得到了广泛的应用。不过，在大型互联电网中，风能发电与光伏发电的置信容量设计仍旧是以电量最大化原则来进行设计的，对于置信容量及波动性电源与光伏发电系统的协调规划上仍旧没有得到应有的关注。因此，要想确保光伏发电系统置信容量设计的最优，就必须强化波动性电源与光伏发电系统的协调能力。

3.光伏发电系统置信容量的前景展望

当前，我国在光伏发电技术的发展尚处于初始阶段，有许多理论与分析体系尚未形成，特别是在光伏发电系统置信容量的研究上还存在许多空白，这就需要我国高度重视对光伏发电系统置信容量的深入研究，并不断研发更加高效的方法来加强电网负荷与光伏发电系统之间的相关性，强化各光伏电站间的协调能力，加强储能设备在光伏发电系统中的作用，并进一步强化波动性电源与光伏发电系统的协调能力，研发出更加高效的置信容量评估指标与评估方法，以此促进光伏发电系统在我国的发展。在未来，相信我国会开发出更加高效的置信容量评估指标与评估方法，能对置信容量进行更加客观准确的评估，并通过采取各种手段来提高光伏发电系统的置信容量，从而实现光伏发电系统对电网的大规模接入。

总而言之，通过对光伏发电系统置信容量的提高，能够显著提高光伏发电系统的运行性能，并大幅度降低资源的浪费现象，从而为光伏发电的大规模接入电网创造良好条件，这对促进我国光伏发电技术发展有着十分重要的意义。当前，我国对光伏发电系统的置信容量研究仍旧不够深入，在许多方面还存在空白，这就需要我国高度重视光伏发电系统置信容量的重要影响，不断研究出更加高效的置信容量评估指标与评估方法，并采取多种措施来提高光伏发电的置信容量，以此实现光伏发电的大规模发展。

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