考慮光伏時空分布的配電網(wǎng)負荷備用容量計算

張濤　李先棟　王琳　許強　賈軒　冀傳留　李芳

摘? ?要：大量的光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)系統(tǒng)，其出力不確定性為電力系統(tǒng)運行的安全性提出更高要求。為了盡可能減少棄光現(xiàn)象的發(fā)生，在提高光伏消納的基礎(chǔ)上需要對光伏接入的配電網(wǎng)系統(tǒng)負荷備用容量計算方法進行研究。首先分析了光伏出力的時空分布規(guī)律，進而分析了基于時空分布規(guī)律的光伏出力預(yù)測誤差以及提出采用高斯混合模型的出力預(yù)測誤差計算方法;然后在此基礎(chǔ)上提出一種考慮光伏發(fā)電時空分布規(guī)律的接入配電網(wǎng)系統(tǒng)負荷備用容量的計算方法。研究結(jié)果表明該方法能夠較為準確地確定接入光伏的配電網(wǎng)系統(tǒng)負荷備用容量，通過山東省某地區(qū)電網(wǎng)實際數(shù)據(jù)驗證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;預(yù)測誤差;高斯混合模型;等效負荷;備用容量

中圖分類號：TM 732? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： As the massive PV system is integrated into the distribution network，its uncertainty of output requests higher security for the power system operation. For the sake of decreasing the abandonment of PV generation，the research for reserve capacity of distribution network is essential to improve the consumption of PV supply. In the basis of the analysis what the PV power output obeys temporal and spatial distribution，the prediction error of PV output obeying temporal and spatial distribution is analysed. And an algorithm for estimating the prediction error of PV output is proposed by building a Gaussian mixture model （GMM），which consummates the method of computing the spinning reserve capacity of distribution network considering PV injection. The feasibility and effectiveness of the proposed method are validated via the real operation data from a State Grid company of Shandong province.

Key words： PV power;forecast error;GMM;equivalent load;spinning reserve capacity

近年來，山東省高度重視新能源、新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后出臺了一系列針對性的發(fā)展規(guī)劃和地方性政策法規(guī)，以保證形成完善的政策體系推動新能源、新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著新能源接入配電網(wǎng)政策的實施和新能源發(fā)電技術(shù)的日趨完善，可以預(yù)見越來越多的新能源接入必然會對配電網(wǎng)的運行產(chǎn)生影響。光伏發(fā)電出力與時間周期性、氣象條件、地理位置等因素密切相關(guān)，故其輸出功率具有較強的不確定性。在光伏接入配電網(wǎng)運行后，這種不可預(yù)測的出力特性會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)源-荷不平衡問題，為此通過研究光伏出力預(yù)測誤差的概率分布反映其不確定性的邊界條件，從而維護配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

文獻[1]利用中尺度模式數(shù)值模擬我國太陽能資源的時空分布特征并進行比較。其研究結(jié)果顯示，直線距離2000 km以內(nèi)的區(qū)域范圍內(nèi)光伏發(fā)電出力受天氣條件影響較小。文獻[2]透過光資源分析光伏發(fā)電的間歇、波動和規(guī)律方面的特性，發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電呈現(xiàn)以季節(jié)為周期的服從當(dāng)?shù)毓赓Y源分布規(guī)律的概率分布特征。文獻[3]以光伏出力的隨機特性為基礎(chǔ)，結(jié)合聚類理論，建立了基于時間狀態(tài)的光伏出力隨機預(yù)測模型。文獻將光伏發(fā)電出力分解為確定性部分和不確定性部分，分別分析各部分的出力特征，提出了光伏出力遮擋因子來描述影響光伏出力的隨機性，研究發(fā)現(xiàn)光伏出力遮擋因子具有明顯的日、季周期性和隨距離衰減的空間相關(guān)性。文獻[4]提出統(tǒng)計小時級的基于貝葉斯模型的天氣指數(shù)預(yù)測值，建立其概率分布描述模型，再采用蒙特卡洛方法對預(yù)測的天氣指數(shù)隨機采樣，代入至以天氣指數(shù)為變量的光伏發(fā)電模型中計算并統(tǒng)計光伏出力的概率分布。文獻[5]針對光伏發(fā)電和負荷的不確定性，建立了考慮光荷預(yù)測誤差的經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度模型，通過建立合適的預(yù)測誤差概率分布模型描述隨機的光伏出力，計算處能夠保證系統(tǒng)安全運行的旋轉(zhuǎn)備用容量。系統(tǒng)負荷備用的研究更多聚焦于風(fēng)電領(lǐng)域。文獻[6]利用Copula理論對序列運算理論進行了拓展，以風(fēng)電為例建立了能夠處理非獨立隨機變量的相依概率性序列運算理論。文獻[7-9]提出等效負荷（負荷減去風(fēng)電出力），認為預(yù)測誤差概率分布服從正態(tài)分布，且備用容量采取3倍的等效負荷誤差標(biāo)準差。然而以上文獻評估系統(tǒng)備用需求時只能針對特定統(tǒng)計周期內(nèi)的預(yù)測誤差數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，未考慮不同統(tǒng)計周期的差別對統(tǒng)計規(guī)律的影響，并且沒有在計算負荷備用容量時將光伏出力確定性部分和隨機部分分別處理。

基于山東省某地區(qū)電網(wǎng)實際運行數(shù)據(jù)，分析了光伏出力的時空分布規(guī)律，并就此提出光伏出力的預(yù)測誤差估計方法，以及考慮光伏出力預(yù)測誤差的配電網(wǎng)系統(tǒng)的負荷備用容量計算方式，通過實際算例分析驗證了所提出方法的可行性。

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