分布式光伏发电系统的可靠性分析

罗峤

[摘 要]本文主要通过对电力系统可靠性评估方法与指标，对分布式光伏发电系统的结构以及出力特点进行分析，分析其各个方面的缺点与应用范围，并进行比较与分析，提出相应的解决办法与措施。

[关键词]光伏发电；可靠性分析；发电系统

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）19-0077-01

1 分布式光伏发电系统的特色分析

1.1 系统处理特点分析

1.1.1 时间季节的影响

光伏发电系统的工作状态主要随着日出力的变化而变化，当太阳辐射逐渐增大时，光伏发电系统的电能也会逐渐增大，中午时达到最大峰值；当太阳下沉时，光伏发电系统的电能也逐渐降低，峰值最大时电能储蓄能力可达（60～90）%。

1.1.2 不同天气的影响

光伏发电系统变化明显，比如阴雨、多云或沙尘暴等恶劣性天气条件下，光伏发电发电系统的电能储蓄则会下降。因此，光伏发电系统具有较大的不确定性。当处于晴朗天气下，其峰值处于最大状态，阴雨时峰值曲线最小。因此我们不难看出，光线强弱变化对光伏发电影响是极其明显的。

1.2 系统结构特点分析

分布式光伏发电系统的典型结构如下：光伏发电系统主要有光伏阵列和并网逆变器组成。当n快光伏电池板与m串光伏发电并联式，共出现k台逆变器并联入电网。根据以上特点，光伏电池板的好坏对逆变器的影响较为直接；而按照不同的故障情况系统的大致可以分为全额运行、减额运行和故障运行3种状态。

2 系统的状态分析与可靠性模型建立

2.1 可用性状态划分

本研究在综合老驴了各种因素的情况下，对光伏发电系统的状态进行了简单的划分。

2.1.1 可用状态

可用狀态主要分为（1）当光伏发电系统处于运行状态时，运行状态会根据系统的出力比例，进行运行，其主要表现为全额和减额运行两种状态。（2）当系统处于备用状态时，系统可以分为全部出力和部分出力两种情况。

2.1.2 不可用状态

不可用主要分为资源和设备两种状态：（1）资源不可用主要划分为夜间状态或系统不可用两种；（2）设备不可用主要包括系统部件发生强迫性停运或计划停运。

2.2 可靠性状态划分

在光伏发电系统的可靠性划分中，其主要包括三方面的运行状态：资源限制、故障和资源故障三种减额运行。其中，全额运行包括全额运行和故障减额运行；资源限制减额包括资源限制减额和资源限制下故障减额运行；夜间停运包括夜间停运和故障停运。

2.2.1 资源限制减额运行状态：因为受天气影响的原因，当太阳辐射降低，且出力水平低于60%时，系统的装机容量则为资源限制减额运行。

2.2.2 故障减额运行状态：由于部分设备故障单独退出运行状态而导致部分出力设备单独退出运行系统，这时系统不会出现资源限制的情况，则为故障减额运行。

2.2.3 资源限制下的故障减额运行状态：就是系统在正常运行的状态下，同时受到资源限制和设备限制而导致的系统部分出力故障。

2.3 可靠性模型

通常情况下，光伏发电系统的可靠性状态可以分为6种，即全额运行、故障减额运行、故障运行、资源限制减额运行、资源限制下故障减额运行和夜间停运等。

3 可靠性指标体系

本文主要从时间、出力、可靠性等方面对光伏发电系统的可靠性指标进行研究，并建立起相应的对应关系，其主要内容包括状态特征，综合特性等。

3.1 时间指标

根据光伏发电系统的时间指标体系的基本划分方法，将系统运行分为全额、减额指标，而参照该划分标准，本文主要将时间指标划分为：

全额运行时间：即系统处于全额运行状态下的基本累积时间；

资源限制减额运行时间：即由于系统处于资源限制条件下的减额运行状态的累积时间；

故障减额运行时间：即系统发生故障时所累积的时间；

资源限制条件下的故障减额运行时间：即资源限制和故障同时发生时导致的累积时间；

故障停运时间：故障发生时系统出现的停运累积时间；

夜晚营运时间：系统夜间停运累积时间。

3.2 处理状态指标

全额等效出力：即全额运行状态下的等效出力状态；

故障减额等效出力：即故障减额条件下的等效出力；

资源限制条件下的故障减额等效出力：即资源限制条件下的等效出力；

等效减额出力：减额运行状态下的等效出力；

等效出力：系统统计范围内的恒定出力；

等效出力指数：实际发电与而定发电状态下的出力比值；

最大出力：系统实际发电中的最大出力状态；

最大出力指数：实际发电最大出力与而定出力的比值。

4 算例

本文主主要采用常规光伏发电系统作为可靠性模型与指标体系参数标准。算例系统的相关部件与故障数据采用统计数据，实际出力曲线主要根据本实验相关研究标准（2016年11月～2017年11月）期间，研究得出：光伏电池板（故障率：0.289次/a-1，故障修复时间：0.287a/次-1，故障概率：0.0083）；逆变器（故障率：2.978次/a-1，故障修复时间：0.0274a/次-1，故障概率：0.0815）。根据实际出力数据状态进行分类统计和计算分析可以看出，起时间、出力和系统指标，详见表（1～3）所示：

从表1可以看出，其夜晚时间停运时间最长，故障时间最小；而当运行时间稍稍大于停运时间时，其减额运行占比就处于相对较大的位置；由资源引起的故障也相对降低。

从表2可以看出，全额等效占比是装机容量的70%左右，而其他的占比相对较低。由此可见，资源的限制对系统的出力影响较大。

而表3结果证明，系统停运的故障停运率高达99.7%左右，能源的利用率却只有20.1%，这反映了输入能源的限制对系统的影响极大，同时也可以看出光伏发电系统的能源转换率偏低。而如果想要获得更大的能源利用，就必须进行能源转换。

5 总结

综上所述，分布式光伏发电系统对资源与能源的依赖性较强。但作为一种新型的，具有广阔前景的能源综合体，它不但具有就近发电、并网和转换，还具有就近使用的功能，这不仅提升了光伏发电站的发电量，对解决电力升压与长途损耗也具有良好的借鉴意义。

参考文献

[1] 李乔木，傅质馨，袁越等.基于可靠性分析的光伏发电系统监控网络拓扑结构设计[J].可再生能源，2014，32（9）：1255-1262.