【正文】 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 。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。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。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。 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。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。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?？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。 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。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)。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。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。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)。 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。 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。 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。 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。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。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)。 發(fā) 電機(jī)組建模 電系統(tǒng)由很多發(fā)電設(shè)備組成。負(fù)荷周期的選擇，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況和計(jì)算要求來確定，可以是一周、 10 天、一月或一年（ 365 天）。 （ 2）確切負(fù)荷概率分布。圖 給出了上面所描述的數(shù)學(xué)思想。因此在任何時(shí)刻衡量系統(tǒng)正常運(yùn)行的判據(jù)，只是系統(tǒng)可用發(fā)電容量的充裕性，即只要有充分的發(fā)電容量滿足負(fù)荷的需要， 則認(rèn)為系統(tǒng)正常， 否則即為系統(tǒng)故障。 5）發(fā)電容量可信度，又稱為有效容量，是電源可被信用的容量，它可以通過對(duì)比不同性質(zhì)的電源對(duì)供電可靠性的影響來評(píng)估 [52]。 2）系統(tǒng)承載負(fù)荷的能力（ PLCC），若系統(tǒng)的 LOLE 給定，相對(duì)應(yīng)的最大負(fù)荷則定義為系統(tǒng)承載負(fù)荷的能力（ PLCC） 一定容量的發(fā)電機(jī)組加入系統(tǒng)后， PLCC 將會(huì)有一定程度的提高。目前認(rèn)較好的指標(biāo)是電力不足期望值（ LOLE），系統(tǒng)承載負(fù)荷的能力（ PLCC），電力不足期望（ EENS）和失負(fù)荷持續(xù)時(shí)間（ DLOL）。如果計(jì)算一年總的最大輸出功率，傾斜角即為所在位置的緯度實(shí)際光伏發(fā)電的輸出和風(fēng)力發(fā)電類似，隨著天氣而變化。 圖 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 示意圖 圖 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的 組成結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由光伏電池模擬器、MPPT 充 電控制器、超級(jí)電容、蓄電池組、正弦波逆變器和系統(tǒng)監(jiān)控部分等組成，其工作原理是：光伏陣列首先將接收來的太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載，并將多余能量經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在蓄電池中，在日照不足時(shí)，儲(chǔ)存在蓄電池中的能量經(jīng)過全橋逆變器后變成 SPWM 波，然后再經(jīng)過濾波和工頻變壓器升壓后變成交流 220V/50Hz 的正弦電壓供給交流負(fù)載使用，此時(shí)，逆變器工作在有源逆變狀態(tài) ，為電壓控制型電流源逆變器，相當(dāng)于一個(gè)受控電流源。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本模型 光伏發(fā)電是指利用光伏電池板將太陽光輻射能量轉(zhuǎn)換為電能的直接發(fā)電方式，光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池板、控制器、電能存儲(chǔ)和變換等環(huán)節(jié)構(gòu)成的發(fā)電與電能變換系統(tǒng)。 k ?1 k? v? ? (v ) = ? ? c? c? ?? v ? k ? exp ?? ? ? ?? c ? ??? （ 31） 其中 v 是平均風(fēng)速， c 是尺度系數(shù)，它反映的是該地區(qū)平均風(fēng)速的大小；另一個(gè)形狀系數(shù) k ，它能夠反映風(fēng)速分布的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著威布爾分布密度函數(shù)的形狀，取值范圍一般在 到 之間。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，不僅改善了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行性能，而且大大降低了變頻器的容量，將會(huì)成為今后大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的主要選擇。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也將進(jìn)一步成熟。雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)包括繞線式異步發(fā)電機(jī)、變頻器和控制環(huán)節(jié)，其定子繞組直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子采用三相對(duì)稱繞組，經(jīng)背靠背的雙向電壓源變頻器與電網(wǎng)相連，給發(fā)電機(jī)提供交流勵(lì)磁，勵(lì)磁頻率即為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中會(huì)從電網(wǎng)中吸收無功電流建立磁場(chǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)功率因數(shù)變差，因此，一般在風(fēng)機(jī)出口處裝設(shè)可投切的并聯(lián)電容器組提供非連續(xù)可變的無 功補(bǔ)償，采用可控硅軟并網(wǎng)技術(shù)將起動(dòng)電流限制在額定電流的 ～ 2 倍之內(nèi)以防止并網(wǎng)失敗。 并 網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分類 就目前應(yīng)用范圍來講，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般按調(diào)節(jié)方式和運(yùn)行方式可以分 恒速恒頻、變速恒頻兩種類型。影響光伏發(fā)電功率輸出的因素包括：電池元件的模型、功率轉(zhuǎn)化率以及元件的溫度等。對(duì)于比較重要的或供電穩(wěn)定性要求較高的負(fù)載，需要考慮采用由包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等組成的混合供電系統(tǒng)，或者并網(wǎng)運(yùn)行。 3. 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)基本模型和可靠性技術(shù)研究 概述 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電都受自然條件、天氣限制，帶有一定的局限性，但它們之間存在一定的互補(bǔ)性。電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，配電網(wǎng)的故障 80%～ 90%的部分是瞬時(shí)性的。若調(diào)減速斷保護(hù)整定值，則可能造成速斷、過流保護(hù)和其他風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在相鄰線路故障時(shí)引起所在線路保護(hù)誤動(dòng)作圖 數(shù)值同上，若相鄰線路在距離母線 x′ 處發(fā)生三相短路故障時(shí)，計(jì) ′ 算保護(hù) K 檢測(cè)到的故障電流值 I k 。在 x 取不同值時(shí)，線路末端發(fā)生兩相短路故障時(shí)，計(jì)算保護(hù) K 檢測(cè)到的故障電流值 I k 。 配電網(wǎng)故障問題 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)線路保護(hù)靈敏度和保護(hù)范圍的影響如果一個(gè)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接在距線路末端 x 處，當(dāng)線路末端發(fā)生短路故障后，它將向故障點(diǎn)送出短路電流，減小了線路保護(hù) K 檢測(cè)到的故障電流值 I k ，從而降低了保護(hù) K 的靈敏度。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電影響系統(tǒng)的潮流分布，因?yàn)殡娋W(wǎng)的損耗主要取決于系統(tǒng)的潮流，因此風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的接入必然影響電網(wǎng)的損耗。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的最大接入容量的確定受到諸多因素的制約，要確定風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的合理的建設(shè)規(guī)模和最大容量，應(yīng)該采用系統(tǒng)的、結(jié)合具體系統(tǒng)實(shí)際的計(jì)算分析方法，其數(shù)值的大小不僅取決于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的運(yùn)行特性和系統(tǒng)中其它發(fā)電設(shè)備的調(diào)節(jié)能力，還與風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入的系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等諸多因素密切相關(guān)。 準(zhǔn)入功率計(jì)算問題 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)電注入功率成為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段迫切需要解決的問題。 綜上，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的一個(gè)主要威脅是風(fēng)速 波動(dòng)性和隨機(jī)性引起風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)出力變化過頻，以及光照強(qiáng)度隨日照、天氣、季節(jié)、溫度等自然因素變化引起的光伏發(fā)電輸出功率不穩(wěn)定。（ 3）在故障和操作后未發(fā)生失穩(wěn)的情況下，部分風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組由于自身的保護(hù)而停機(jī)，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電有功輸出相應(yīng)減少。 。有利情況為：（ 1）風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電可部分消除輸配電網(wǎng)的過負(fù)荷和堵塞，增加輸配電網(wǎng)的輸電裕度。常見的有源檢測(cè)方法包括有源頻率偏移、滑模頻率偏移和輸出功率擾動(dòng)三種。 (4)當(dāng)電力公司供電恢復(fù)時(shí)所造成的相位不同步問題。一般來說，孤島效應(yīng)可能對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)設(shè)備及用戶端的設(shè)備造成不利的影響： (1)對(duì)電力公司輸電線路維修人員產(chǎn)生安全危害。 孤島效應(yīng) 孤島效應(yīng)是指當(dāng)電力公司的供電因故障事故或停電維修而中斷時(shí)，各個(gè)用戶端的風(fēng)力發(fā)電 和光伏發(fā)電系統(tǒng)未能及時(shí)檢測(cè)出停電狀態(tài)而將自身切離市電網(wǎng)路，從而形成由風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負(fù)載構(gòu)成的一個(gè)電力公司無法掌握的自給供電孤島。國(guó)際電工委員會(huì)為研究風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，成立了與之相關(guān)的工作組，并發(fā)表了一系列的報(bào)告和標(biāo)準(zhǔn)。這樣擁有大容量風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)需要較高的發(fā)電備用容量，以及輸電網(wǎng)絡(luò)備用容量。 表 中國(guó)太陽能年輻射的地區(qū)分布 我國(guó)《 19962021 年新能源和可再生能源發(fā)展綱要》中明確指出 [23]，要按社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的要求，加快新能源和可再生能源的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的建設(shè)，要求采取措施調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源在能源消費(fèi)中所占比重，要求通過技術(shù)進(jìn) 步來推動(dòng)可 再 生能源事業(yè)的發(fā)展。根據(jù) 中國(guó)電力科學(xué)院的預(yù)測(cè)，到 2050 年中國(guó)可再生能源發(fā)電將占到全國(guó)總電力裝機(jī)的 25%，其中光伏發(fā)電將占 5%。 表 歐洲、日本和美國(guó)制定的光伏發(fā)電發(fā)展計(jì)劃 （ GW） 國(guó)際光伏應(yīng)用中并網(wǎng)發(fā)電和光伏建筑集成（ BIPV）發(fā)展迅速，已成為光 伏市場(chǎng)的最大份額。 2021 年 5 月，歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)表的報(bào)告 “ 工業(yè)需要及路線圖 ” 預(yù)計(jì)： 2021 年前光伏發(fā)電市場(chǎng)平均年增長(zhǎng)率為 27%， 2021 年～ 2020 年間增長(zhǎng)率為 34%， 2020 年～ 2040 年間增長(zhǎng)率為 15%。其中德國(guó)安裝了 838MW，比前一年增長(zhǎng)了 53%，占世界安裝量的 57%。 光伏 發(fā)電的發(fā)展和現(xiàn)狀 目前世界太陽電池生產(chǎn)量日本第一，推廣應(yīng)用光伏發(fā)電系統(tǒng)卻是德國(guó)領(lǐng)先全球太陽能電池年產(chǎn)量正在迅速增長(zhǎng)， 2021 年的增長(zhǎng)率超過 60%， 2021 年的增長(zhǎng)率為 44%，太陽電池年產(chǎn)量達(dá)到 1656MW。 (5)標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，可由組件的串并聯(lián)滿足不同用電的需要，通用性強(qiáng)。不產(chǎn)生任何的固體，液體和氣體有害廢棄物，無環(huán)境污染和公害問題。光伏發(fā)電很少用到運(yùn)動(dòng)部件， 目前已有數(shù)千套光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。無窮大的公共電網(wǎng)在這里可以視為扮演著儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的角色。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是與電力系統(tǒng)連接在一起的光伏發(fā)電系統(tǒng)，像其他類型發(fā)電站一樣，可為電力系統(tǒng)提供有功和無功電能。一般而言，系統(tǒng)在白天把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過蓄電池將電能儲(chǔ)存起來，晚上再通過放電器把儲(chǔ)存在蓄電池里的電能釋放出來適當(dāng)使用。圖 是一個(gè)典型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖。到 2021 年末，我國(guó)已經(jīng)建成 44 座風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，累計(jì)風(fēng)力 發(fā)電 機(jī)組 1291 臺(tái)， 裝 機(jī)容量 764MW與 2021 年累計(jì)裝機(jī) 567MW 相比， 2021 年累計(jì)裝機(jī)增長(zhǎng)率為 %?！吨腥A人民共和國(guó)可再生能源法》 [規(guī) 定了風(fēng)力發(fā)電的三項(xiàng)原則：（ 1）對(duì)風(fēng)力發(fā)電要實(shí)行保護(hù)性固定電價(jià)，在成本上，保證有合理的利潤(rùn)；（ 2）電網(wǎng)無條件收購風(fēng)力發(fā)電，價(jià)差由所 在電網(wǎng)分?jǐn)?；?3）國(guó)家財(cái)政設(shè)立專項(xiàng)資金，支持可再生能源發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)較多的國(guó)家為：德國(guó) 12021MW、西班牙 4830MW、美國(guó) 4685MW、丹麥 2880MW 和印度 1702MW、中國(guó) 468MW。歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)制定的風(fēng)能發(fā)展計(jì)劃 中預(yù)計(jì)到 2020 年風(fēng)力發(fā)電占到全球發(fā)電總量的 %。 利用風(fēng)能發(fā)電始于 19 世紀(jì)末，到上世紀(jì) 80 年代通過建立大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)來大規(guī)模利用風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行技術(shù)及并網(wǎng)研究也得到較大發(fā)展。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率也具有隨機(jī)性的特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電以自然風(fēng)常規(guī)能源發(fā)電一樣根據(jù)負(fù)荷要求來改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力。風(fēng)力資源充足的地方往往是荒灘或山地等土地利用率低的地方。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備具有模塊化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和安裝