探究光伏發(fā)電對(duì)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(gè)光伏用戶在不同時(shí)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(fù)荷．反之即為呈用電特性的負(fù)荷。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電源或上級(jí)饋線發(fā)生故障．呈發(fā)電特性的負(fù)荷可琳脫離主配電網(wǎng)運(yùn)行，并將多余的電力提供給周圍呈J嗣電特性的負(fù)荷或未安裝光伏電源的普通負(fù)荷．維持一定范圍孤島系統(tǒng)的運(yùn)行。呈發(fā)電特性的負(fù)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(jì)劃地對(duì)島內(nèi)負(fù)荷供電．保證小系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。傳統(tǒng)DG遵循調(diào)度．可以對(duì)容量范圍內(nèi)的所有負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定地供電。光伏電源能量輸出具有隨機(jī)性與間歇性．不能簡單地以孤島內(nèi)DG容量和負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)荷組合遍歷

以某個(gè)呈發(fā)電特性的負(fù)荷點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)．其他負(fù)荷點(diǎn)為分支節(jié)點(diǎn)，以斷路器為界．根據(jù)節(jié)點(diǎn)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(fù)荷點(diǎn)．LP為普通負(fù)荷點(diǎn)，配電網(wǎng)有根樹的每棵有根子樹均代表一種負(fù)荷組合．即孤島劃分方式。電網(wǎng)有根樹為例說明遍歷負(fù)荷組合的方法。Si代表含i個(gè)節(jié)點(diǎn)的有根子樹構(gòu)成的集合，從根節(jié)點(diǎn)出發(fā)，對(duì)|s。中所有有根子樹添加1個(gè)節(jié)點(diǎn)．把擴(kuò)張后得到的含i+1個(gè)節(jié)點(diǎn)的子樹信息存放到S中。包含1個(gè)節(jié)點(diǎn)的有根子樹只有(PVLP6)一棵，所以．s。為{(PVLP6)}。添加1個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)子樹(PVLP6)進(jìn)行擴(kuò)張，可以得到3棵含2個(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)S，中的所有子樹添加1個(gè)節(jié)點(diǎn)．把得到的含3個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)建立的有根樹，即可找到所有可行的負(fù)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(chǔ)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(fù)荷，同時(shí)計(jì)及負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)效益和用戶等級(jí)．優(yōu)先向重要負(fù)荷供電。表示無論孤島在何時(shí)形成，DG和儲(chǔ)能電池都能支撐島內(nèi)負(fù)荷用電t．小時(shí)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(fù)荷在t時(shí)刻的歷史統(tǒng)計(jì)平均值。在孤島實(shí)際運(yùn)行中．受天氣及負(fù)荷隨機(jī)波動(dòng)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(píng)估孤島系統(tǒng)可靠性．并在分析配電網(wǎng)可靠性時(shí)計(jì)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(fù)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(fù)荷曲線均會(huì)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(jìn)行孤島仿真運(yùn)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(yùn)行中，負(fù)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(yùn)行了3小時(shí)26分鐘7秒后儲(chǔ)能電池容量耗盡．孤島續(xù)航失敗，島內(nèi)負(fù)荷再度故障。重復(fù)進(jìn)行10000次模擬運(yùn)行，系統(tǒng)共出現(xiàn)故障1196次．其中儲(chǔ)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(gè)時(shí)段：08：00—10：00和19：00--22：00，2個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)段內(nèi)．負(fù)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(chǔ)能電池容量研究其對(duì)孤島續(xù)航能力的影響．孤島運(yùn)行3．5h不發(fā)生停電的概率隨著儲(chǔ)能電池容量的增加而不斷降低。當(dāng)儲(chǔ)能電池容量和額定功率提高1倍時(shí)，孤島不停電概率提高至99．3％，當(dāng)提高2倍時(shí)，在不考慮元件故障率的情況下，孤島可以達(dá)到100％可靠運(yùn)行。儲(chǔ)能電池價(jià)格昂貴，在確定實(shí)際安裝容量時(shí)需綜合考慮其提高系統(tǒng)可靠性帶來的經(jīng)濟(jì)效益與安裝成本之間的關(guān)系。由于本文不涉及經(jīng)濟(jì)性分析，所以不作討論。，在相同的孤島劃分方式下，光伏DG對(duì)島內(nèi)負(fù)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(qiáng)度較夏季有所下降，影響了DG的功率輸出，但負(fù)荷率也達(dá)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(qiáng)度降低，負(fù)荷率升高，孤島續(xù)航能力達(dá)到全年最低，島內(nèi)負(fù)荷的故障率明顯增大。

4結(jié)語

在光照充足的夏季及負(fù)荷率較低的春、秋季在孤島中劃入較多負(fù)荷，而在光照強(qiáng)度低、負(fù)荷率高的冬季減少孤島負(fù)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)