基于蒙特卡洛模拟的分布式风光蓄发电系统可靠性评估(2)

蓄电池的充电策略会对系统的可靠性水平产生较大的影响。本文的评估方法涉及以下3 种充电策略。

策略 1：当分布式电源出力大于当前负荷时，由分布式电源的过剩功率为蓄电池充电，外部系统不为其充电。

策略 2：与策略1 类似，区别是在充电时，外部系统和分布式电源同时以蓄电池能够接受的最大功率为其充电，其中分布式电源优先充电，外部系统的充电量为蓄电池最大可接受充电功率与分布式电源过剩功率的差值。

策略 3：当分布式电源出力过剩时，由过剩功率为蓄电池充电，外部系统不为其充电;当分布式电源出力不足时，如果蓄电池的最大可释放功率与分布式电源的出力之和仍小于当前负荷，外部系统将首先为剩余负荷供电，其次为蓄电池充电。

3 种充电策略各有特点：策略1 下蓄电池只起到平滑风机和光伏出力的作用，当风机和光伏出力高于负荷需要时，蓄电池可储存一部分过剩电量，在风机和光伏出力不足的情况下放出;策略2 在策略1 的基础上，由外部系统辅助充电，尽可能地使蓄电池电量充足，以提高系统的可靠性水平;策略3 是从充分释放蓄电池内剩余电量的角度出发，当蓄电池的荷电状态接近Socmin且分布式电源出力不足，负荷面临失电风险时，才启动外部系统供应负荷并为蓄电池充电。

2.2 外部系统容量限制的考虑

外部系统对分布式发电系统进行支撑，相当于利用外部系统作为分布式系统的备用，能够提高系统的可靠性水平。但是，出于对经济性等因素的考虑，实际情况中外部系统的容量是有限的。当外部系统无法完全供应系统内过剩负荷时，就需要削减部分负荷，从而导致系统可靠性的降低。此外，外部系统的容量限制也会影响蓄电池的充放电模拟过程。假设某一模拟间隔t 内外部系统所能提供的最大有功功率为Ps，负荷与分布式电源出力的差值为Pe，对于本文涉及的3 种充电策略，外部系统对蓄电池充放电过程模拟和系统可靠性的影响可分别用式(13)—(15)表示，其中Ens 为缺供电量，kW·h。

3 分布式发电系统模拟法可靠性评估

采用序贯蒙特卡洛模拟法对分布式发电系统的可靠性进行评估，取模拟间隔t 为1h，模拟总时长为T 年，模拟步骤如下：

1)在模拟总时长T 范围内，生成风机、光伏和负荷的时序变化序列。其中，风机每小时出力序列的产生采用文献[12]的模型，光伏实时出力采用文献[6]的模型，实时负荷采用文献[13]的模型计算。

2)对于图1 中除负荷外的四类元件，在模拟总时长T 范围内，序贯抽样各元件的运行–停运循环状态序列。状态转移循环过程的获取采用状态持续时间抽样法[14]。只考虑每类元件的正常运行和故障停运两种状态，模拟初始时刻所有元件均处于正常运行状态。

3)对步骤1)和2)中的元件时序值和时序运行状态进行组合，得到计及运行状态的各元件实时值序列。

4)根据步骤3)得到的元件实时值序列，按照时序反复应用式(13)—(15)，记录系统的停电情况，进而计算相应的可靠性指标。

4 算例分析

4.1 系统结构与参数

基本测试算例系统结构如图1 所示，包括1 台额定容量670kW 的风机，总容量1000kW 的光伏装置，总容量12000kW·h 的蓄电池。系统负荷峰值为700kW，外部系统最大有功功率600kW。认为系统的实时有功损耗为实时负荷的5%。

风 机 的 切 入 风 速为2.5m/s ， 额定风速为12.5m/s，切出风速为25m/s，出力模型参数A、B、C 分别为39.58、6.37、2.02;平均风速为19.56m/s，风速分布标准差为10.06 m/s;风速序列的自回归滑动平均模型(auto-regressive and moving averagemodel，ARMA)参数同文献[7]。光伏模型的参数Rc和Gstd 分别为0.15 kW/m2 和1kW/m2，光强序列由HOMER 软件产生]。每块蓄电池额定容量3000Ah，额定电压2V(6kW·h);参数c =0.317，α=1，k =1.22;ηc=ηd = 0.927;Imax 为610A，Socmax为0.95，Socmin为0.25。各元件的故障参数如表1所示，均服从指数分布。

取模拟总时长T 为1 万年，在3 种蓄电池充电策略下，计算基本测试算例的LOLE 和LOEE 这2项可靠性指标如表2 所示。由于外部系统可以为蓄电池充电，因而策略2 和策略3 下系统的可靠性水平明显高于策略1。

4.2 外部系统容量的影响

基本测试算例其它参数不变，仅改变外部系统最大有功功率，计算可靠性指标LOLE 和LOEE 的变化情况如表3 所示。

当外部系统最大功率为0，即没有外部系统支撑情况下，3 种充电策略下分布式发电系统的可靠性水平相同(具体指标值有偏差是由于蒙特卡洛模拟法本身存在误差)。随着外部系统够提供最大功率的增加，系统可靠性水平也不断提高，且外部系统容量越充足， 可靠性水平相对提升幅度越大[16-21]。当外部系统的最大功率增加到超过系统峰荷后，可靠性达到饱和。此时，3 种充电策略下可靠性指标的绝对差距也较小。