探究光伏發(fā)電對船的續(xù)航能力

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1孤島劃分算法

安裝在不同用戶上的光伏DG容量不同．加之光伏發(fā)電量具有不確定性．因此各個光伏用戶在不同時段表現(xiàn)出的發(fā)電與用電特性也不盡相同。定義日平均發(fā)電量大于日平均用電量的用戶為呈發(fā)電特性的負荷．反之即為呈用電特性的負荷。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電源或上級饋線發(fā)生故障．呈發(fā)電特性的負荷可琳脫離主配電網(wǎng)運行，并將多余的電力提供給周圍呈J嗣電特性的負荷或未安裝光伏電源的普通負荷．維持一定范圍孤島系統(tǒng)的運行。呈發(fā)電特性的負荷的數(shù)量與供電量均有限．需在故障發(fā)生前事先確定孤島范圍．在其與主系統(tǒng)斷開后有計劃地對島內(nèi)負荷供電．保證小系統(tǒng)穩(wěn)定運行。傳統(tǒng)DG遵循調(diào)度．可以對容量范圍內(nèi)的所有負荷持續(xù)穩(wěn)定地供電。光伏電源能量輸出具有隨機性與間歇性．不能簡單地以孤島內(nèi)DG容量和負荷量的匹配關(guān)系作為孤島劃分的原則[14j．必須在遍歷所有可行負荷組合的基礎(chǔ)上．通過分析比較不同孤島劃分方案下島內(nèi)負荷日分布特性與DG日發(fā)電規(guī)律的匹配關(guān)系．確定最合理的孤島劃分方案。

1.1配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)樹模型及負荷組合遍歷

以某個呈發(fā)電特性的負荷點為根節(jié)點．其他負荷點為分支節(jié)點，以斷路器為界．根據(jù)節(jié)點關(guān)聯(lián)信息建立配電網(wǎng)有根樹．PVLP為安裝了光伏電源的光伏負荷點．LP為普通負荷點，配電網(wǎng)有根樹的每棵有根子樹均代表一種負荷組合．即孤島劃分方式。電網(wǎng)有根樹為例說明遍歷負荷組合的方法。Si代表含i個節(jié)點的有根子樹構(gòu)成的集合，從根節(jié)點出發(fā)，對|s。中所有有根子樹添加1個節(jié)點．把擴張后得到的含i+1個節(jié)點的子樹信息存放到S中。包含1個節(jié)點的有根子樹只有(PVLP6)一棵，所以．s。為{(PVLP6)}。添加1個節(jié)點對子樹(PVLP6)進行擴張，可以得到3棵含2個節(jié)點的有根子樹。把它們的信息存人5：中得Js：為{(PVLP6，LP3)．(PVLP6，PVLP5)，(PVLP6，LP7)}。再依次對S，中的所有子樹添加1個節(jié)點．把得到的含3個節(jié)點的子樹信息存入5，中，S，即為{(PVLP6，LP3，LP2)，(PVLP6．LP3，PVLP5)，(PVLP6，LP3，LP7)，(PVLP6，PVLP5，LP4)，(PVLP6，PVLP5，LP7)}。依此類推，可以遍歷該有根子樹。再以此方法遍歷以PVLP5為根節(jié)點建立的有根樹，即可找到所有可行的負荷組合。

1.2孤島劃分?jǐn)?shù)學(xué)模型

為了充分發(fā)揮DG和儲能電池效能．縮小停電范圍，降低主網(wǎng)故障造成的損失．在保證一定供電可靠性的基礎(chǔ)上．孤島范圍內(nèi)應(yīng)包含盡可能多的負荷，同時計及負荷的經(jīng)濟效益和用戶等級．優(yōu)先向重要負荷供電。表示無論孤島在何時形成，DG和儲能電池都能支撐島內(nèi)負荷用電t．小時以上。式(5)是功率差額約束。需要說明的是，只(￡)和厶(￡)分別代表的是DG輸出功率與負荷在t時刻的歷史統(tǒng)計平均值。在孤島實際運行中．受天氣及負荷隨機波動的影響，并不能總是滿足約束條件．所以必須通過第1節(jié)所述的方法評估孤島系統(tǒng)可靠性．并在分析配電網(wǎng)可靠性時計及孤島續(xù)航失敗發(fā)生二次故障的概率。

2孤島劃分方案

由設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)得孤島續(xù)航3．5h方能避免負荷發(fā)生二次故障，基于此，孤島劃分模型中的ta取為3．5h。由于不同季節(jié)條件下典型光伏DG輸出曲線與負荷曲線均會發(fā)生變化，所以不同季節(jié)的最優(yōu)孤島方案也不相同，如表5所示。春、秋季與夏季的孤島劃分方案一致，同記為夏季方案。

3孤島供電可靠性分析

采用第1節(jié)建立的模型進行孤島仿真運行。在夏季方案下，孤島1中安裝在各用戶處的光伏電源容量總和為0．5MW。忽略各蓄電池出力不均問題，它們共同提供的最大輸出功率為100kW，容量之和為300kW．h。圖6示出了在某2次運行中，負荷值L、孤島續(xù)航成功。而圖6(b)中，受陰天影響，DG輸出功率明顯下降，雖然功率差值沒有發(fā)生越限，但在孤島運行了3小時26分鐘7秒后儲能電池容量耗盡．孤島續(xù)航失敗，島內(nèi)負荷再度故障。重復(fù)進行10000次模擬運行，系統(tǒng)共出現(xiàn)故障1196次．其中儲能電池電量耗盡故障67次，功率越限故障1129次，故障前平均續(xù)航0寸I盲-i為1．0942h。故障主要集中發(fā)生在2個時段：08：00—10：00和19：00--22：00，2個時段的故障次數(shù)分別為421次及483次。造成故障集聚效應(yīng)的原因是這2個時段內(nèi)．負荷率急劇升高而DG功率輸出水平較低，甚至沒有輸出。改變儲能電池容量研究其對孤島續(xù)航能力的影響．孤島運行3．5h不發(fā)生停電的概率隨著儲能電池容量的增加而不斷降低。當(dāng)儲能電池容量和額定功率提高1倍時，孤島不停電概率提高至99．3％，當(dāng)提高2倍時，在不考慮元件故障率的情況下，孤島可以達到100％可靠運行。儲能電池價格昂貴，在確定實際安裝容量時需綜合考慮其提高系統(tǒng)可靠性帶來的經(jīng)濟效益與安裝成本之間的關(guān)系。由于本文不涉及經(jīng)濟性分析，所以不作討論。，在相同的孤島劃分方式下，光伏DG對島內(nèi)負荷的支撐能力隨氣候具有季節(jié)性變化。雖然春、秋2季光照強度較夏季有所下降，影響了DG的功率輸出，但負荷率也達到一年中的谷值，故春、秋季與夏季條件下孤島的可靠性指標(biāo)接近。而由于冬季光照強度降低，負荷率升高，孤島續(xù)航能力達到全年最低，島內(nèi)負荷的故障率明顯增大。

4結(jié)語

在光照充足的夏季及負荷率較低的春、秋季在孤島中劃入較多負荷，而在光照強度低、負荷率高的冬季減少孤島負荷。仿真結(jié)果表明該方案能夠最大限度地發(fā)揮DG效能，提高配電網(wǎng)可靠性。

作者：伍言 單位：四川大學(xué)