【正文】 考慮風力發(fā)電和光伏發(fā)電解列是也是計算其準入。在計算準入功率容量時考慮的因素比較多，有電壓分布，線路容量和短路電流等，采用的計算方法有試探法等。提出了考慮電力系 統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的風力發(fā)電場準入功率計算，其計算方法是優(yōu)化法，指出影響電力系統(tǒng)風力發(fā)電并網(wǎng)容量的主要因素是頻率波動。因此，無論在風力發(fā)電場和光伏發(fā)電系統(tǒng)在規(guī)劃設計階段還是在電力系統(tǒng)的實際運行中，確定一個給定電網(wǎng)最大能夠承受的風力發(fā)電和光伏發(fā)電注入功率都是一個迫切需要解決的問題。風力發(fā)電和光伏發(fā)電機組是一類特殊的發(fā)電設備，從環(huán)境保護 和可再生能源利用的角度考慮，希望盡可能擴大風力發(fā)電和光伏發(fā)電的規(guī)模，而其本身的特點使得它的并網(wǎng)運行對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定會構成一定的威脅。準入功率和很多的運行參數(shù)有關，如短路保護，穩(wěn)定，可靠性等等。該研究結果可以為風力發(fā)電和光伏發(fā)電 并網(wǎng)后的運行規(guī)劃提供一定的指導，并為風力發(fā)電和光伏發(fā)電準入功率的計算奠定了基礎 。本章通過 112 節(jié)點系統(tǒng)算例進行了多次不同的試驗，且都用潮流程序計算出電壓分布。本章就如何評估風力發(fā)電和光伏發(fā)電在不同位置并網(wǎng)對系統(tǒng)電壓分布造成的影響展開全面的討論。從而驗證了風力發(fā)電和光伏發(fā)電放置的位置，對于配電網(wǎng)的電壓分布產(chǎn)生的影響 。由圖 可以看出，風力發(fā)電和光伏發(fā)電越接近母線，對線路電壓分布的影響越小。表 為風力發(fā)電和光伏發(fā)電的功率因數(shù)為 時，不考慮風力發(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)整以后的準入功率隨著風力發(fā)電和光伏發(fā)電接入點與主母線之間的距離變化的一個計算結果。風力發(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 加風力發(fā)電和光伏發(fā)電的發(fā)電容量 。所以無功功率對于線路壓降，特別是主變壓器的壓降有重大的影響。從圖 看出，無功注入功率對電壓分布的影響比相近的有功注入的影響要大得多。在不改變風力發(fā)電和光伏發(fā)電接入位置的情況下，電壓支撐由風力發(fā)電和光伏發(fā)電的總出力決定。在風力發(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。 基 本試驗 本文共進行 3 次試驗：（ 1）風力發(fā)電和光伏發(fā)電有功注入 10MW 到節(jié)點 50 中 Tap=，用潮流程序計算電壓分布；（ 2）風力發(fā)電和光伏發(fā)電有功注入 43MW 到節(jié)點 50 中， Tap=，用潮流程序計算電壓分布；（ 3）風力發(fā)電和光伏發(fā)電無功 注 入 10MVar 到節(jié)點 50 中， Tap=，用潮流程序計算電壓分布。 風力發(fā)電和光伏發(fā)電機組位于饋線上對電壓水平的影響 當將風力發(fā)電和光伏發(fā)電接在饋線末端和變壓器之間時，風力發(fā)電和光伏發(fā)電的接入位置不同，相應地對原有網(wǎng)絡的影響也不同 。從實際的角度分析，這種情況在技術上不涉及很多的調(diào)壓措施，最現(xiàn)實的方法是合理地限制各個用戶家中的光伏發(fā)電對于電網(wǎng)的注入功率。在一個配電變壓器的副邊，往往連有多個用戶。這種情況同風力發(fā)電和光伏發(fā)電接入到有 LDC 補償?shù)淖儔浩鞲倍说那闆r非常地類似。 風力發(fā)電和光伏發(fā)電機組接入線路 調(diào) 壓器的 副端 圖 風力發(fā)電和光伏發(fā)電接入線路調(diào)壓器 VR 的負荷端時電壓的變化 由于風力發(fā)電和光伏發(fā)電注入功率的影響，線路調(diào)壓器 VR（ Voltage Regulator）不能檢測到實際負荷的大小，所以 VR 的調(diào)壓不足，致使用戶電壓水平不能滿足要求。 圖 在配電所接入的風力發(fā)電和光伏發(fā)電時電壓的變化 風 力發(fā)電和光伏發(fā)電機組接入饋線末端 圖 在饋線末端接入風力發(fā)電和光伏發(fā)電機組時電壓的變化 當有功注入處于電壓調(diào)整區(qū)域 [59]的線路的末端，線路的電壓水平會升高，如圖 所示。當風力發(fā)電和光伏發(fā)電注入的功率占母線負荷的百分比達到 15％～20％時，將會發(fā)生如圖 所示的電壓越限的情況。 風 力發(fā)電和光伏發(fā)電放置在配電所 當風力發(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)從變壓器副邊檢測到的電流、電壓相應地調(diào)整分接頭?？傊?，通過本文提出的方法，可以有效得評估可再生能源并網(wǎng)對系統(tǒng)可靠性的影響，得出的結論可作為國家在考慮大力發(fā)展可再生能源時的有效參考。本文設計了包含風力發(fā)電和光伏發(fā)電的可靠性評估方法和燃煤節(jié)約狀況的計算方法，并計算了接入儲能裝置對于可靠性指標產(chǎn)生的影響。利用供電可靠性指標，提出了發(fā)電容量可信度的計算方法。 本章小結 在對以上環(huán)節(jié)進行分析建模的基礎上，本章提出了含風力發(fā)電和光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)發(fā)電容量模型和算法。節(jié)約的燃煤為： 其中， Cs 為節(jié)約的燃煤， nhs 為總的小時數(shù)， X pv 為由光伏發(fā)電機組替代的容量， Yi , pv 為第 i 個小時光伏發(fā)電機組額定發(fā)電容量的百分比， X wind 為由風力發(fā)電機組替代的容量， Yi , wind 為第 i 個小時風力發(fā)電機組額定發(fā)電容量的百分比， η 為常規(guī)能源機組的效率。M PV k ,i 是 M PV k 的第 i 個 元素， PVi 是 CPV 的第 i 個元素， PRPV 是光伏發(fā)電子系統(tǒng)的額定功率。通過建立兩個 m 維的矢量 MPVk 和 MWINDk，對光伏發(fā)電和風力發(fā)電系統(tǒng)的概率模型進行修正。發(fā)電機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 是風力發(fā)電子系統(tǒng)的容量矢量， PWIND 是風力發(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。 設 Ci 為矢量 C 的第 i 個元素，含義為 C 中一個 可能的容量狀態(tài)。例如，一臺發(fā)電機組其容量為 c MW，在雙態(tài)模型下（將所有機組均假設為雙態(tài)）可用容量概率模型： Pup＝ P（ X=c）， Pdown＝ P（ X＝ 0）；停運容量概率模型： Pup＝ P（ X=0） ，Pdown＝ P＝ c）。它的概率分布是離散 型的。發(fā)電機組總是處在這兩 個狀態(tài)中的一個，而且在兩個狀態(tài)之間來回的跳轉(zhuǎn)，可以用時間離散的馬爾科夫過程來模擬這個連續(xù)的電力系統(tǒng)運行過程 圖 兩狀態(tài)模型 其中， λ 為期望故障率， μ 為期望修復率， m 為平均無故障工作時間 =MTTF=1/ λ ， r 為 平 均 維 修 時 間 =MTTR=1/ μ ， m + r 為 平 均 故 障 間 隔 時 間 =MTTR=1/ f ， f 為循環(huán)頻率=1/T， T=循環(huán)時間。（ 2）停機檢修。 假設發(fā)電機組存在兩個狀態(tài)：（ 1）全負荷運行。發(fā)電設備的數(shù)學模型將是建立發(fā)電系統(tǒng)容量模型的基礎。模擬模型假設負荷每小時的變化是離散的，而且這個離散的值持續(xù)一個小時。本文選擇的是一年。在所研究的周期內(nèi)按時間的順序列出日最大負荷。在所研究的周期內(nèi)按日最大負荷的大小順序，列出其出現(xiàn)的概率（近似為頻數(shù)）。根據(jù)系統(tǒng)日最大負荷運行記錄繪制出來的一周、一月、一季或一年最大負荷持續(xù)曲線。 圖 發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估模型 負 荷建模 目前應用的用以計算可靠性指標的三種負荷模型都是以日最大負荷持續(xù)一整天作為基礎的。將這兩種模型結合起來即可得到表明發(fā)電系統(tǒng)充分性的系統(tǒng)綜合模型，根據(jù)綜合模型即可求得發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標。圖 清晰地給出了本文的研究范圍 圖 系統(tǒng)簡化模型 由于系統(tǒng)可用發(fā)電容量是否充分是相對于負荷而言的，因此，各種估計發(fā)電系統(tǒng)可靠性的方法都需要建立兩種數(shù)學模型：（ 1）根據(jù)發(fā)電設備的隨機停運容量而形成系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，通常稱為容量模型。此時，系統(tǒng)其他部分（輸電、配電網(wǎng)絡）在分析中均假定可完全滿足將全部發(fā)電出力傳輸和分配到預定的地點，而不致出現(xiàn)輸電瓶頸、過負荷和電壓偏移問題。當系統(tǒng)的可靠性指標給定時，將風力發(fā)電機組和光伏發(fā)電機組與常規(guī)機組在承載負荷能力方面的比例關系作為衡量發(fā)電容量可信度的指標，定義如下： 式中 PLCCorig ， PLCCwind ， PLCCconv 分別為系統(tǒng)初始，加入一定容量的風力發(fā)電，加入一定容量的常規(guī)發(fā)電機組的系統(tǒng)承載負荷能力。 4）失負荷持續(xù)時間（ DLOL）（小時 /次），定義為在給定時間段內(nèi)，用戶每次停電的平均持續(xù)時間。 3）電力不足期望（ EENS）（ kWh/年），定義為系統(tǒng)在給定時間段內(nèi)因發(fā)電容量短缺，設備隨機停運或電網(wǎng)約束造成負荷損失的期望值。 LOLE = ∑ P Tii∈ S 式中： Pi 為系統(tǒng)處于狀態(tài) i 的概率， S 為給定時間區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)不能滿足負荷需求的系統(tǒng)狀態(tài)全集， T 為給定的時間區(qū)間的小時數(shù)或天數(shù)。本文也采用了這些指標。在實際的模擬計算中可以近似為在平均輸出的正態(tài)分布的基礎上加入一個隨機的擾動 圖 35 不同天氣條件下光伏發(fā)電的輸出功率 可靠性評估指標 發(fā)電可靠性評估指標主要是用來反映負荷是否得到充分的電力供應。 圖 的輸出情況是根據(jù)光伏電池的現(xiàn)場測試結果。這些公式是基于固定的傾斜平面。由上述可知，整個系統(tǒng)的電能變換 裝置包括光伏電池模擬器、具有 MPPT 功能的充電器、超級電容適配器和電流型逆變器，是電力電子技術在光伏發(fā)電的重要應用。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是指將光伏陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同幅值、同頻、同相的交流電，并實現(xiàn)與電網(wǎng)連接的系統(tǒng)。光伏電池板產(chǎn)生的電能經(jīng)過電纜、控制器、儲能等環(huán)節(jié)予以儲存和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為負載所能使用的電能。在有些研究中為了考察暫態(tài)過程中風速的變化情況，也可將風速分解，采用四分量模型 ，即：基本風、陣風、漸變風和隨機風。不同地區(qū)有不同的平均值和形狀系 數(shù)。研究表明，絕大多數(shù)地區(qū)的年平均風速都可以采用威布爾分布函數(shù)來表示。 風 速的數(shù)學模型 由于風力發(fā)電機組出力的隨機性是由風速引起的，因此，掌握和了解風速的變化規(guī)律，對于分析風力發(fā)電機組的運行和發(fā)電情況十分關鍵。風力發(fā)電機的無功功率通常設定為端電壓恒定的控制方式，是靠控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的大 小來實現(xiàn)的，控制過程與頻率控制相似。目前，風力發(fā)電系統(tǒng) 升壓變壓器并聯(lián)于線路系統(tǒng)中。變速恒頻風力發(fā)電機組實現(xiàn)了發(fā)電機轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率的解耦，降低了風力發(fā)電與電網(wǎng)之間的相互影響，但是它結構復雜、成本高、技術難度大。雙饋感應風力發(fā)電機組的特點在于可以最大限度的利用風能或者改善電網(wǎng)功率因數(shù)。若變頻器采用具有自換相能力的電壓源換流器或輕型直流輸電系統(tǒng)（ HVDC Light）與電網(wǎng)相連，還可實現(xiàn)有功和無功功率的綜合控制，進一步改善風力發(fā)電系統(tǒng)的運行性能 圖 風輪機直接驅(qū)動同步發(fā)電機 系統(tǒng) 圖 為雙饋感應風力發(fā)電機組原理圖。 圖 恒速恒頻風力發(fā)電 機 統(tǒng) 圖 為風輪機直接驅(qū)動同步發(fā)電機構成的變速恒頻風力發(fā)電機組。目前國內(nèi)外普遍使用的是水平軸、上風向、定槳距（或變槳距）風力機，其有效風速范圍約為 3~30m/s，額定風速一般設計為 8~15m/s，風力機的額定轉(zhuǎn)速大約為 20~30 轉(zhuǎn) /分鐘。恒速恒頻風力發(fā)電機組在額定轉(zhuǎn)速附近運行，滑 差變化范圍很小，發(fā)電機輸出頻率變化也很小，所以稱為恒速恒頻風力發(fā)電機組。其能量轉(zhuǎn)換過程是：風能 — 機械能 — 電能。 風力發(fā)電系統(tǒng)的基本模型 并 網(wǎng)型風力發(fā)電機組發(fā)電原理 典型的并網(wǎng)型風力發(fā)電機組主要包括起支撐作用的塔架、風能的吸收和轉(zhuǎn)換裝置 —— 風輪機（葉片、輪轂及其控制器），起連接作用的傳 動機構 —— 傳動軸、齒輪箱、輪轂，能量轉(zhuǎn)換裝置 —— 發(fā)電機，以及其他風機運行控制系統(tǒng) —— 偏航系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等。建立數(shù)學模型時，除了針對單臺風力發(fā)電機組建立各環(huán)節(jié)模型，還應根據(jù)研究問題的需要建立風速模型和風能分布模型。為了分析研究風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響，需要建立合理的數(shù)學模型。風力發(fā)電單位裝機容量的建設成本比光伏發(fā)電要低很多，但其發(fā)電運行穩(wěn)定性比光伏發(fā)電要差。例如，中國西部地區(qū)氣候特點經(jīng)常是白天風力小、夜間風力大，而白天只 要天氣晴好，光伏系統(tǒng)就能正常發(fā)電運行，夜間光伏系統(tǒng)停止發(fā)電，因此發(fā)電正好構成一定的互補關系。但當風力發(fā)電和光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)，如果線路因故障跳閘，所形成的孤島保持功率和電壓在額定值附近運行，風力發(fā)電和光伏發(fā)電極有可能在重合閘動作時沒有跳離線路，這將產(chǎn)生兩種潛在的威脅：非同期重合閘和故障點電弧重燃。因此，在由繼電保護動作切除故障之后，電弧將自動熄滅，短路處的絕緣大多可以自動恢復。 圖 24 相鄰線路故障時，風力發(fā)電和光伏發(fā)電對保護的影響 風力發(fā)電和光伏發(fā)電對重合閘的影響自動重合閘是將因故障跳開后的斷路器按需要自動投入的一種自動裝置。假設兩條線路具有相同的長度和單位阻抗，風力發(fā)電和光伏發(fā)電接在距離線路末端 1/4 處。若風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)點位于速斷保護死區(qū)，在不改變保護系統(tǒng)的情況下，只能由后備過流保護動作切除故障，增加了故障對電網(wǎng)的影響。計算結果顯示當風力發(fā)電和光伏發(fā)電接入配電線路后，使得整條線路的靈敏度降低。假設 Z d = α Z s ， Z l = β Z s ，速斷保護整定值 I set1 按