【導(dǎo)讀】電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、運(yùn)行調(diào)度等諸多方面都會(huì)有一定影響。算法，進(jìn)行了基于蒙特卡羅仿真的風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電容量可信度評(píng)估，發(fā)電和光伏發(fā)電的最大準(zhǔn)入功率。發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位于饋線上時(shí)，其對(duì)電壓水平的影響。另外兩臺(tái)空調(diào)可能會(huì)在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運(yùn)15分鐘。這時(shí)候的智能電網(wǎng)應(yīng)該是指輸配電過程中的。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)?；謴?fù)供電，消費(fèi)者對(duì)電力使用的管理也可細(xì)化到每個(gè)聯(lián)網(wǎng)的裝置。2021年10月，華東電網(wǎng)正式啟動(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項(xiàng)目，字化電網(wǎng)，2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。動(dòng)標(biāo)志著中國開始進(jìn)入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。在共同開發(fā)清潔能源業(yè)務(wù)，核心是為美國打造國家智能電網(wǎng)。家武建東在《全面推動(dòng)互動(dòng)電網(wǎng)革命拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型》的文章中，明確提出中國電網(wǎng)亟須實(shí)施“互動(dòng)電網(wǎng)”革命性改造。IBM及其合作伙伴將會(huì)把馬耳他2萬個(gè)普通電表替換成。能更有效地進(jìn)行電力分配并檢測(cè)到潛在問題。于谷歌正在成為信息時(shí)代的公用基礎(chǔ)設(shè)施。

　　

【正文】 年的用電負(fù)荷的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行概 率統(tǒng)計(jì)，回歸分析，得到一年中每一小時(shí)的用電負(fù)荷。模擬模型假設(shè)負(fù)荷每小時(shí)的變化是離散的，而且這個(gè)離散的值持續(xù)一個(gè)小時(shí)。 發(fā) 電機(jī)組建模 電系統(tǒng)由很多發(fā)電設(shè)備組成。發(fā)電設(shè)備的數(shù)學(xué)模型將是建立發(fā)電系統(tǒng)容量模型的基礎(chǔ)。一個(gè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)可以用兩狀態(tài)模型來表示，這是一個(gè)簡(jiǎn)化的模型，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，還可能有另外的狀態(tài)，比如必須停運(yùn)狀態(tài)。 假設(shè)發(fā)電機(jī)組存在兩個(gè)狀態(tài)：（ 1）全負(fù)荷運(yùn)行。在全負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)組提供最大的出力輸送給系統(tǒng)。（ 2）停機(jī)檢修。發(fā)電機(jī)組不提供任何的電量給系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組總是處在這兩 個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)，而且在兩個(gè)狀態(tài)之間來回的跳轉(zhuǎn)，可以用時(shí)間離散的馬爾科夫過程來模擬這個(gè)連續(xù)的電力系統(tǒng)運(yùn)行過程 圖 兩狀態(tài)模型 其中， λ 為期望故障率， μ 為期望修復(fù)率， m 為平均無故障工作時(shí)間 =MTTF=1/ λ ， r 為 平 均 維 修 時(shí) 間 =MTTR=1/ μ ， m + r 為 平 均 故 障 間 隔 時(shí) 間 =MTTR=1/ f ， f 為循環(huán)頻率=1/T， T=循環(huán)時(shí)間。發(fā)電機(jī)組或系統(tǒng)在 t 時(shí)刻處于某一種容量狀態(tài)的概率叫做容量狀態(tài)概率模型。它的概率分布是離散 型的。在實(shí)際應(yīng)用中，容量概率模型有兩種表達(dá)形式：一種是可用或有效容量概率模型；另一種是停運(yùn)容量概率模型。例如，一臺(tái)發(fā)電機(jī)組其容量為 c MW，在雙態(tài)模型下（將所有機(jī)組均假設(shè)為雙態(tài)）可用容量概率模型： Pup＝ P（ X=c）， Pdown＝ P（ X＝ 0）；停運(yùn)容量概率模型： Pup＝ P（ X=0） ，Pdown＝ P＝ c）。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電模型修正 將整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)分為三類，包括傳統(tǒng)發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，本文為每種發(fā)電系統(tǒng)的停運(yùn)模型設(shè)計(jì)了遞歸算法。 設(shè) Ci 為矢量 C 的第 i 個(gè)元素，含義為 C 中一個(gè) 可能的容量狀態(tài)。 i = P(C ≥ Ci )P 是矢量 P 的第 i 個(gè)元素， m 為發(fā)電機(jī)組總的狀態(tài)數(shù)。發(fā)電機(jī)組的概率模型由以下矢量表示： CC， PC， CPV，PPV 和 CWIND， PWIND，其中 CC 為常規(guī)發(fā)電子系統(tǒng)的容量矢量， PC 是常規(guī)發(fā)電子系統(tǒng)的概率矢量， CWIND 是風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)的容量矢量， PWIND 是風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)的概率矢量， CPV 是光伏發(fā)電子系統(tǒng)的容量矢量， PPV 是光伏發(fā)電子系統(tǒng)的概率矢量。 POWINDk 為風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)在第 k 個(gè)小時(shí)的出力， POPVk 為光伏發(fā)電子系統(tǒng)在第 k 個(gè)小時(shí)的出力。通過建立兩個(gè) m 維的矢量 MPVk 和 MWINDk，對(duì)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的概率模型進(jìn)行修正。 其中， M WIND k ,i 是 M WIND k 的第 i 個(gè)元素， CWINDi 是 CWIND 的第 i 個(gè)元素， PRWIND 是 C 風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)的額定功率。M PV k ,i 是 M PV k 的第 i 個(gè) 元素， PVi 是 CPV 的第 i 個(gè)元素， PRPV 是光伏發(fā)電子系統(tǒng)的額定功率。 總的光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的出力由修正的光伏發(fā) 電和風(fēng)力發(fā)電容量模型計(jì)算。節(jié)約的燃煤為： 其中， Cs 為節(jié)約的燃煤， nhs 為總的小時(shí)數(shù)， X pv 為由光伏發(fā)電機(jī)組替代的容量， Yi , pv 為第 i 個(gè)小時(shí)光伏發(fā)電機(jī)組額定發(fā)電容量的百分比， X wind 為由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組替代的容量， Yi , wind 為第 i 個(gè)小時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定發(fā)電容量的百分比， η 為常規(guī)能源機(jī)組的效率。 LCV 為常規(guī)機(jī)組燃煤的低位熱值（ KJ/Kg）。 本章小結(jié) 在對(duì)以上環(huán)節(jié)進(jìn)行分析建模的基礎(chǔ)上，本章提出了含風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)發(fā)電容量模型和算法。 闡述了包含風(fēng)力模型、風(fēng)機(jī)模型和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)模型的風(fēng)能生產(chǎn)模型，考慮了不同風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)特性是該模型的一個(gè)特色。利用供電可靠性指標(biāo)，提出了發(fā)電容量可信度的計(jì)算方法。提出了基于蒙特卡羅仿真的風(fēng)力發(fā)電發(fā)電容量可信度的評(píng)估方法。本文設(shè)計(jì)了包含風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的可靠性評(píng)估方法和燃煤節(jié)約狀況的計(jì)算方法，并計(jì)算了接入儲(chǔ)能裝置對(duì)于可靠性指標(biāo)產(chǎn)生的影響。通過不同天氣情況的對(duì)比得出以下結(jié)論：（ 1）無論是從系統(tǒng)的可靠性還是綜合考慮燃煤的節(jié)約情況，同時(shí)接入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電機(jī)組優(yōu)于單獨(dú)接入其中一種機(jī)組；隨著并網(wǎng)機(jī)組容 量的增加， LOLE 也顯著增加，可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性需要得到彌補(bǔ)，如接入電能儲(chǔ)存系統(tǒng)。總之，通過本文提出的方法，可以有效得評(píng)估可再生能源并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，得出的結(jié)論可作為國家在考慮大力發(fā)展可再生能源時(shí)的有效參考。 4 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓分布的技術(shù)研究 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置在饋線以外對(duì)電壓水平的影響 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在配電網(wǎng)絡(luò)中有不同的放置地點(diǎn)，相應(yīng)地對(duì)原有配電網(wǎng)絡(luò)的影響也不同首先討論風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電 放置在不同的設(shè)備處對(duì)電壓的影響。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電放置在配電所 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入配電所有載調(diào)壓變壓器和母線之間，根據(jù)線路壓降補(bǔ)償器 LDC 的調(diào)壓原理，有載調(diào)壓變壓器 LTC 根據(jù)從變壓器副邊檢測(cè)到的電流、電壓相應(yīng)地調(diào)整分接頭。負(fù)荷越高，分接頭調(diào)得越高，以補(bǔ)償更大的線路壓降，使用戶側(cè)電壓分布滿足要求。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入的功率占母線負(fù)荷的百分比達(dá)到 15％～20％時(shí)，將會(huì)發(fā)生如圖 所示的電壓越限的情況。由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的注入功率使得從主變壓器引入的功率減少，而分接頭是根據(jù)不考慮風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電功率引入情況下確定的調(diào)壓策略調(diào)整，分接頭向上調(diào)整不夠，使降壓變壓器的副邊電壓過低，繼而用戶側(cè)的電壓水平越限。 圖 在配電所接入的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電時(shí)電壓的變化 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組接入饋線末端 圖 在饋線末端接入風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組時(shí)電壓的變化 當(dāng)有功注入處于電壓調(diào)整區(qū)域 [59]的線路的末端，線路的電壓水平會(huì)升高，如圖 所示。隨著有功注入的增大，電壓水平將上升，并且很可能電壓越限。 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組接入線路 調(diào) 壓器的 副端 圖 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入線路調(diào)壓器 VR 的負(fù)荷端時(shí)電壓的變化 由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入功率的影響，線路調(diào)壓器 VR（ Voltage Regulator）不能檢測(cè)到實(shí)際負(fù)荷的大小，所以 VR 的調(diào)壓不足，致使用戶電壓水平不能滿足要求。從圖 很明顯地看到了這個(gè)現(xiàn)象。這種情況同風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入到有 LDC 補(bǔ)償?shù)淖儔浩鞲倍说那闆r非常地類似。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電接入用戶側(cè) 由于在用戶側(cè)，功率需求比較小，一個(gè)很小的發(fā)電機(jī) 10kW 都可能引起較大的壓變化，而且功率很可能反向注 入電網(wǎng)。在一個(gè)配電變壓器的副邊，往往連有多個(gè)用戶。這意味著一個(gè)用戶的光伏發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電將影響其他的用戶的電壓水平。從實(shí)際的角度分析，這種情況在技術(shù)上不涉及很多的調(diào)壓措施，最現(xiàn)實(shí)的方法是合理地限制各個(gè)用戶家中的光伏發(fā)電對(duì)于電網(wǎng)的注入功率。但是現(xiàn)在配電網(wǎng)并不允許用戶的反向送電，用戶送電的定價(jià)在現(xiàn)階段配電方還沒有市場(chǎng)化的情況下也將是一個(gè)問題。 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位于饋線上對(duì)電壓水平的影響 當(dāng)將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接在饋線末端和變壓器之間時(shí)，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的接入位置不同，相應(yīng)地對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)的影響也不同 。在考慮準(zhǔn)入容量的前提下，我們通過以下算例來分析。 基 本試驗(yàn) 本文共進(jìn)行 3 次試驗(yàn)：（ 1）風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電有功注入 10MW 到節(jié)點(diǎn) 50 中 Tap=，用潮流程序計(jì)算電壓分布；（ 2）風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電有功注入 43MW 到節(jié)點(diǎn) 50 中， Tap=，用潮流程序計(jì)算電壓分布；（ 3）風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電無功 注 入 10MVar 到節(jié)點(diǎn) 50 中， Tap=，用潮流程序計(jì)算電壓分布。 圖 10MW 接入節(jié)點(diǎn) 50，分接頭位于 時(shí)的電壓分布 圖 MW 接入節(jié)點(diǎn) 50，分接頭位于 時(shí)的電壓分布 圖 MW10MVar 接入節(jié)點(diǎn) 50，分接頭位于 時(shí)的電壓分布 比較圖 、圖 和圖 ，在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入有功功率 10MW 后，饋線一的電壓水平上升，母線的電壓稍稍上升。在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入有功功率 43MW 后，饋線一的電壓水平上升，接近上限。反映出，適當(dāng)?shù)娘L(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電能夠?qū)︷伨€的電壓起支持作用，能夠幫助實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。在不改變風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入位置的情況下，電壓支撐由風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的總出力決定?？偝隽υ蕉?，與負(fù) 荷的比值越高，電壓支撐就越大，整體電壓水平就越高。從圖 看出，無功注入功率對(duì)電壓分布的影響比相近的有功注入的影響要大得多。這個(gè)結(jié)論可以通過 ΔU ≈ ( PR + QX ) / U j 來解釋，線路的 R / X ≈ 1/ 2 ，而且主變壓器的電阻被忽略，電抗為 。所以無功功率對(duì)于線路壓降，特別是主變壓器的壓降有重大的影響。但必須注意風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的總出力是不可以無限制增加的，其增加必然導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓的增大，繼續(xù)的話必然越限。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的總出力也不是就盡量少，我們的目的就是盡量增 加風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的發(fā)電容量 。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置變化試驗(yàn) 通過算例可知風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入的位置對(duì)于配電網(wǎng)的電壓分布有很大的影響。表 為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的功率因數(shù)為 時(shí)，不考慮風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電解列，不考慮線路容量約束，考慮有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)整以后的準(zhǔn)入功率隨著風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入點(diǎn)與主母線之間的距離變化的一個(gè)計(jì)算結(jié)果。表 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在不同節(jié)點(diǎn)時(shí)達(dá)到電壓上限 [.]時(shí)的輸出功率， PF= 表 41 為了說明數(shù)據(jù)的有效性， 有必要取饋線節(jié)點(diǎn) 20 比較其電壓分布圖。由圖 可以看出，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電越接近母線，對(duì)線路電壓分布的影響越小。也就是說風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電越接近母線也就是離變電站的距離越近，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電允許注入饋線的功率就越大。從而驗(yàn)證了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電放置的位置，對(duì)于配電網(wǎng)的電壓分布產(chǎn)生的影響 。 圖 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入節(jié)點(diǎn) 10,20 本章小結(jié) 在大量的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)后，電力網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)放射狀的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€(gè)電源和用戶互聯(lián)的有源網(wǎng)絡(luò)，必然會(huì)引起饋線中傳輸有功無功數(shù)量和方向發(fā)生變 化，進(jìn)而影響穩(wěn)態(tài)電壓分布。本章就如何評(píng)估風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在不同位置并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)電壓分布造成的影響展開全面的討論。分析了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置在饋線以外各種情況對(duì)電壓水平的影響，重點(diǎn)研究了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位于饋線上的不同節(jié)點(diǎn)對(duì)電壓水平的影響。本章通過 112 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)算例進(jìn)行了多次不同的試驗(yàn)，且都用潮流程序計(jì)算出電壓分布。通過該 112 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)本章還進(jìn)行了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置變化試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電放置的位置，對(duì)于配電網(wǎng)電壓分布有很大的影響。該研究結(jié)果可以為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電 并網(wǎng)后的運(yùn)行規(guī)劃提供一定的指導(dǎo)，并為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電準(zhǔn)入功率的計(jì)算奠定了基礎(chǔ) 。 5. 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電準(zhǔn)入功率計(jì)算技術(shù)研究 準(zhǔn)入功率的計(jì)算方法 準(zhǔn)入功率是指允許的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入電網(wǎng)的功率量，前提是必須保證風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入系統(tǒng)以后，系統(tǒng)仍然能安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定地運(yùn)行。準(zhǔn)入功率和很多的運(yùn)行參數(shù)有關(guān)，如短路保護(hù)，穩(wěn)定，可靠性等等。把全部因素綜合起來考慮準(zhǔn)入功率，是一個(gè)不現(xiàn)實(shí)的方法，其得出的結(jié)果也不會(huì)具有普遍性。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組是一類特殊的發(fā)電設(shè)備，從環(huán)境保護(hù) 和可再生能源利用的角度考慮，希望盡可能擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的規(guī)模，而其本身的特點(diǎn)使得它的并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定會(huì)構(gòu)成一定的威脅。隨著風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量的增加，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電對(duì)系統(tǒng)的影響就會(huì)越來越顯著，不僅影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，無論在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段還是在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，確定一個(gè)給定電網(wǎng)最大能夠承受的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入功率都是一個(gè)迫切需要解決的問題。計(jì)算準(zhǔn)入功率有比較多的方法，常見的有試探法、解析法和數(shù)學(xué)優(yōu)化法。提出了考慮電力系 統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)準(zhǔn)入功率計(jì)算，其計(jì)算方法是優(yōu)化法，指出影響電力系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)容量的主要因素是頻率波動(dòng)?？紤]的是電力系統(tǒng)靜態(tài)安全約束前提下求解風(fēng)力發(fā)電準(zhǔn)入功率，提出了一種基于內(nèi)點(diǎn)法求解該問題的新方法，可見其計(jì)算方法也是優(yōu)化法。在計(jì)算準(zhǔn)入功率容量時(shí)考慮的因素比較多，有電壓分布，線路容量和短路電流等，采用的計(jì)算方法有試探法等。揭示了利用 LCT 以及 LDC 來調(diào)節(jié)電壓的傳統(tǒng)方法和風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的輸出功率之間的相互關(guān)系，也提出了在配電網(wǎng)電壓調(diào) 整約束下確定風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電準(zhǔn)入功 率 的一種解析計(jì)算方法 ?？紤]風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電解列是也是計(jì)算其準(zhǔn)