基於四分位法的含儲能光伏電站可靠性置信區間計算方法

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中國儲能網訊：華北電力大學控制與計算機工程學院、中國電力科學研究院的研究人員楊錫運、劉玉奇、李建林，在2017年第15期《電工技術學報》上撰文，為提高光伏電站接入系統能力,採用光儲聯合運行方式,研究加入儲能前後光伏電站發電特性變化。為評估光儲系統接入對電網可靠性的貢獻,提出一種可靠性置信區間計算方法。

首先對青海省格爾木某光伏電站歷史數據做模糊C均值聚類,將其分為晴天、少雲、多雲、陰雨4種天氣類型,利用四分位法對歷史數據做統計分析,排除異常值。在此基礎上提出一種光儲系統功率帶提取方法,搭建IEEE-RTS79可靠性測試系統,利用序貫蒙特卡羅法計算光儲發電系統功率帶對應的可靠性指標,從而得到含儲能光伏電站可靠性置信區間。

該可靠性區間計算結果為評價光儲系統接入電網的可靠性貢獻提供理論依據,對發電調度具有一定指導意義。

光伏發電近年來發展迅速，在電力系統中的佔比不斷提高。2016年一季度全國新增光伏裝機容量714萬kW，全國累計光伏發電裝機容量達到5031萬kW，同比增加52%; 一季度光伏發電量118億 kW·h，同比增加48%。

隨著光伏電站大規模接入電網，光伏發電的出力不確定性對電力系統運行可靠性的影響日益增加。有效、準確地分析光伏電站接入系統後對發電可靠性影響及評估光伏電站置信容量為光伏發電的高效利用提供了理論基礎，是光伏領域的熱點研究問題。

現有研究中，主要從以下幾個方面分析光伏電站接入系統後對發電可靠性的影響:

①以光伏發電建模為重點，建立準確的太陽輻照度模型和光伏電站出力模型: 文獻［3］在分析太陽輻照度波動模型的基礎上，建立了考慮狀態抽樣轉移的光伏電站多狀態可靠性模型，有效提升了發電系統可靠性指標的計算準確性; 文獻［4］建立了考慮天氣變化、設備故障等隨機因素的光伏發電出力模型，並分析了不同模型計算光伏電站置信容量的差異; 文獻［5］建立了考慮光伏出力與電網負荷及光伏電站之間相關性的隨機模型，並計算得到光伏出力的置信容量。

②將光伏發電和儲能系統相結合，利用儲能系統的靈活充放電功能提高光伏電站的併網發電可靠性: 文獻［6］評估了儲能容量配比與光伏裝機容量大小對發電系統置信容量的影響; 文獻［7］研究了儲能平抑光伏發電波動柔性併網的容量需求，提高光伏併網的可信容量; 文獻［8］基於粒子群優化方法分析了等可信容量下，以總投資成本最小為目標的風光儲不同配比最優組合，提高併網可信度的同時兼顧其經濟型。

③以提高置信容量計算準確性為重點，研究並改進可靠性評估中的置信容量計算方法: 文獻［9］採用修正係數對等時間間隔採樣方法進行修正，提升序貫蒙特卡羅法計算電力系統置信容量的執行效率; 文獻［10］改進了偽時序狀態轉移抽樣這一可靠性評估方法，使其在儲能接入系統的情況下快速準確地計算可靠性指標; 文獻［11］利用含衰老和競爭機制的粒子群演算法ACM-PSO作為系統狀態掃描和分類工具分析含光伏的發電系統可靠性問題。

上述研究充分考慮光伏電站的實際運行特性，從不同角度評估光伏發電置信容量及其在電力系統規劃等方面的顯著作用，但是對光伏電站本身的可靠性評價主要以計算光伏發電容量置信度為主，只能得到一個確定的指標用來評價光伏電站的可信度。

因此，在現有研究基礎上，本文提出光伏發電可信度區間的概念，不再局限於一個固定的可信度指標，著重分析其置信容量概率區間，這對評價光伏電站接入電網可靠性貢獻程度、制訂電站接入方案和確定電站日前出力計劃等方面都具有一定價值。

綜上，本文以青海格爾木某50MW光伏電站為對象，應用數理統計中的四分位法排除電站功率數據異常值，重點分析電站在不同天氣類型下的發電特性。相比基於假設檢驗的經典異常值識別方法(如基於正態分布的3σ法)，四分位法無需假定數據的分布形式，不受數據均值和標準差的影響，具有更高的耐抗性，更適用於光伏電站功率數據隨機波動較高的數據處理應用場景。

根據文獻［12］的研究結果可知，儲能能夠改善電網電能質量、平滑光伏出力波動、提高可再生能源發電接入能力。因此，本文研究在光伏電站中接入儲能裝置後的光儲聯合發電系統的發電特性。提出一種光儲聯合系統功率帶提取方法，在對發電數據按天氣特徵進行模糊 C均值聚類的基礎上提取不同天氣工況下的功率帶。搭建IEEE-ＲTS79可靠性測試系統，應用序貫蒙特卡羅模擬法(Sequential Monte Carlo Methods) 評估光儲發電系統接入對電網可靠性指標的貢獻。

最後，以所提取的光儲系統功率帶為基礎，提出一種含儲能光伏電站的可靠性置信區間計算方法，為調度人員制定計划出力、電力調度提供理論依據。

圖1 四分位法示意圖