含光伏电站的电力系统运行风险评估

陈雄

【摘  要】我国新能源发电资源的开发与利用前景十分广阔。其中，光伏发电具有很强的随机性和波动性，并且随着其规模的不断扩大，对电力系统来说，产生了相应的运行风险。并且，传统电源、线路等电力设备的随机停运依旧存在。这些因素严重影响了电能质量甚至电力系统的稳定运行。因此，研究光伏电站并网后对电力系统的影响，继而对含光伏电站的电力系统运行风险进行评估，对于提高光伏电站并网的安全性具有重要的科学意义与参考价值。基于此，本文主要对含光伏电站的电力系统运行风险评估进行分析探讨。

【关键词】含光伏电站;电力系统;运行风险;评估分析

1、前言

光伏电站在带来良好的经济效益和环境效益的同时，由于其出力的随机性和稳定性等问题，对电力系统产生了相应的运行风险.电力系统在正常状态下运行时不会出现切负荷等问题，但是在受到诸如光伏电站并网后出力的波动性和不稳定性等扰动时，往往会出现功率失衡、电压越限和电力不足等问题.随着光伏电站规模的不断扩大，这些问题愈发明显，严重影响电能质量甚至电力系统的稳定运行.因此，如何定量地评估光伏电站出力的随机性及系统中元件故障所引发的系统安全稳定风险，根据风险值采取对应的措施降低风险是亟须解决的问题.

2、含光伏电站的电力系统的风险指标与评估流程

2.1风险理论

电网运行风险评估主要针对扰动事件发生的可能性和后果两方面对系统问题的暴露程度进行分析，

2.2风险指标

风险定量评估的目的是应对不同的要求，建立表示系统不同风险的风险指标.风险指标可以存在一个或者多个.在大多数情况下风险指标就是随机变量的期望值，但是在某些情况下风险指标的概率分布也是可以被计算出来的.此外，期望值是所研究现象的长期平均数字特征，并非是确定性的参数数据.

2.3含光伏电站的电力系统风险评估流程

含光伏电站的电力系统风险评估流程大致分为三部分：

（1）使用非序贯蒙特卡罗模拟法进行随机抽样，判断太阳光的辐照度区间，求出此时光伏电站的出力.

（2）对于电力系统的所有状态进行非序贯蒙

特卡罗随机抽样，判断系统的状态，从而进行系统的交直流潮流计算.

（3）计算电网风险发生的概率和后果，根据之前设定的风险指标计算电网运行风险指标，从而分析光伏电站并网所造成的影响.

3、算例分析

采用IEEE-RTS24节点系统为例进行仿真分析.该系统共有24个节点，32台发电机，38条支路，5台变压器.总装机容量3405MW，总负荷2850MW.

3.1分析方案设计

IEEE-RTS24节点系统中没有光伏电站，为了对于本模型进行仿真分析，假使一台最大出力400MW的光伏电站，并入节点21，采用非序贯蒙特卡罗模拟，设置仿真次数为10000，计算传统风险指标如电力不足期望值EDNS、电压严重重度VSk和综合风险指标.

依据文献确定的太阳光辐照度的概率密度函数，得出各辐照度区间和各区间的概率.根据评估流程计算，得到各辐照度区间的电力不足期望值指标值如表1所示.

从表1中可以看出，各节点的电力不足EDNS风险值在太阳光辐照度区间（500，750）对比其他区间最大，而在区间（950，1000）对比其他区间最小.这说明，太阳光辐照度处于（500，750）区间内对于系统的可靠性影响最大，而处于（950，1000）区间内对系统反而最小.同时，将各辐照度区间各节点EDNS风险指标值按照一定的权重进行合并，可得各节点电力不足期望值EDNS风险指标，节点5的电力不足EDNS风险值最大，而节点7的EDNS风险值最小.这说明，在电力不足EDNS方面、节点7的可靠性程度较大，而节点5的可靠性程度则较小.因此，在太阳光辐照度区间处于（500，750）时，应格外关注节点5.相反，在太阳光辐照度区间处于（950，1000），可以大致忽略节点7的影响.若考虑系统负荷波动，使用非序贯蒙特卡罗模拟法按照评估流程进行计算，得到各节点电压越限风险指标PLSV.节点6的电压越限風险值最大，而节点12的电压越限风险值最小.这说明，光伏电站并入后，若在负荷波动较大或电力系统突发故障情况下，节点6的可靠性程度较小，而节点12的可靠性程度较大.若采用层次分析法进行计算，得到各节点综合风险指标值，节点21、节点22和节点23的风险值为0，这说明在环境的恶化或是突发故障状况下对其几乎没有影响.而节点6的风险值为最大，这说明恶劣环境或突发故障对其影响最大，因此需要格外关注.

3.2考虑光伏电站不同接入容量运行风险对比

分别选择容量为50MW、100MW、150MW、200MW、250MW、300MW、350MW、400MW并入节点21，按照前面的流程计算系统的电力不足EDNS风险指标，电压越限PLSV风险指标和综合风险指标.

光伏电站在接入容量不同时，其系统的风险指标也会发生变化.随着光伏电站容量不断增加，电力不足、电压越限以及综合风险指标都呈现上升的趋势.这说明在突发故障或恶劣环境情况下，容量越大的光伏电站所受的威胁越大，需要格外关注.

4、结语

本文所提出的算法可以综合考虑各种诸如元件故障、太阳光辐照度和负荷等随机因素，快速准确地计算含光伏电站的电力系统各风险指标，从而便于电力系统运行规划的人员提前准备相应的措施降低风险，维护电力系统的稳定，满足新形式下光伏电站并网的需求.

参考文献：

[1]张理.含风电场的发输电系统运行风险评估[D].浙江：浙江大学，2013.

（作者单位：五家渠京能新能源有限责任公司超）