引言

光伏发电作为一种新能源发电方式，由于具有清洁、低碳和可再生的特性，在全球范围内得到了快速发展。但是由于光伏发电具有间歇性和波动性，给电力系统带来了一定的影响，如增加系统功率波动的可能性、降低电压质量、增加电能损耗等。为了保证电力系统的稳定运行，需要在电力平衡情况下对光伏发电进行分析和计算。

在传统的电力平衡分析中，只考虑了光伏发电系统，没有将常规电源和储能电站考虑进去，而这两种电源对系统的运行影响是非常大的。因此，本文提出了一种将光伏发电、常规电源和储能电站联合起来考虑的计算方法，并通过算例验证了所提方法的正确性。

一、光伏发电系统模型

光伏发电系统是将太阳电池产生的直流电转换为交流电的一种发电装置。光伏发电系统一般由光伏阵列、控制器、逆变器和逆变器等组成。光伏阵列是一种光伏器件，是光伏发电系统的基本单元，是实现发电量最大化的基础。目前常用的光伏阵列有3种，即直列式、并列式和垂直叠层式。由于直列式阵列不能最大程度地利用太阳辐射，因此通常将直列式阵列与倾斜板相结合，构成并列式光伏阵列。在水平排列时，将每排的上下两个电池串联成组，左右两个电池并联形成并联结构。

在并联型光伏发电系统中，由于受到天气的影响，太阳能电池输出功率会随着时间推移而变化。对于并联型光伏发电系统，其输出功率是不确定的。为了满足电力系统对出力的要求，需要对其输出功率进行预测。在此以某地区实际电站为例，对光伏发电系统的输出功率进行预测。

光伏发电系统中主要部件有：太阳能电池、控制器、逆变器、蓄电池和交流负载等。其中太阳能电池是主要部件之一，它通过将太阳辐射能转换为电能存储起来。逆变器是将直流电转换为交流电的装置，可以将输入交流信号转换为直流信号。

控制器是光伏发电系统的控制中心，它可以控制光伏发电系统的工作状态。蓄电池用于存储太阳能电池输出的能量，当系统中发生负载变化时，蓄电池会消耗掉储存的能量。

光伏发电系统的数学模型如下：

其中P为光伏发电系统总输出功率，s为光伏阵列最大输出功率，T为光照强度。蓄电池用来存储太阳能电池产生的能量，当系统需要使用电能时，通过逆变器将直流电转换成交流电供负载使用。当蓄电池剩余电量不足时，蓄电池就会对太阳能电池进行充电，当充电完成后，将多余的电量存储到蓄电池中。交流负载由交流电动机提供电流电压信号给控制器来控制。

二、储能电站模型

储能电站可以看成一个大容量的蓄电池，其能量来源于用户侧的负荷。在电力系统中，储能电站可以平抑负荷，改善电网运行的经济性。此外，储能电站还可以提供备用容量，保证系统安全运行。

储能电站一般分为三类：固定型、变流器型和电池型。其中，电池型储能电站主要是对蓄电池进行充放电控制。其工作原理如下：在负荷高峰时段，将蓄电池储存的能量释放出来供给负荷；在负荷低谷时段，将蓄电池储存的能量释放出来储存起来。

由蓄电池组提供能量、变流器提供功率、双向逆变器提供控制信号，通过变流器将直流电转换为交流电后送入交流电网。通过变流器和双向逆变器的配合使用，可以使蓄电池在不同的工作状态之间转换，从而实现不同的功能。变流器型储能电站只提供直流电能，不能存储能量，因此其能量来源主要是用户侧的负荷。将用户侧的负荷也作为储能电站的能量来源之一考虑进来。

在负荷低谷时段，将用户侧的负荷削减至一定程度，然后释放到电网中。储能电站的能量来源还有很多，例如：蓄电池可以用来平抑负荷波动；蓄电池也可以用来储存电能；还可以在系统中断时，将蓄电池的能量释放出来，供电力系统继续运行。例如，在系统发生故障时，为确保电网能够继续运行，可以采用蓄电池提供备用容量。可见，在电力系统中引入储能电站之后，其能量来源就变得多种多样了。从经济的角度考虑，储能电站的引入降低了电网对常规电源的需求；从安全角度考虑，储能电站能够为电网提供备用容量；从经济角度考虑，储能电站的引入能降低用户的用电成本。

三、模型求解算法

由于光伏发电系统的出力具有随机性，而常规电源、储能电站和用户的出力也具有随机性，因此不能直接将光伏发电系统和这些电源联合起来考虑，即不能用以上三种电源来进行可信容量分析。因此，我们需要在这三种电源中选择一种进行可信容量分析。而在这三种电源中，储能电站的可信容量是最大的。

因此，可以考虑将光伏发电系统的可信容量和储能电站的可信容量共同作为光伏发电系统在电力平衡下的可信容量。下面就采用本文所提模型计算光伏发电系统在电力平衡下的可信容量，并采用遗传算法进行求解。

选择光伏发电系统作为可信容量计算模型的初始种群，即以光伏发电系统为初始种群，常规电源为初始种群，储能电站为初始种群。

四、算例分析

本文以某实际光伏电站为例，该电站是一个容量为30 MW的光伏电站，主要由电池组件、逆变器、升压变压器等设备组成。该站总装机容量为60 MW，其中光伏电站的装机容量为30 MW，由10台光伏电池组件和1台升压变压器组成。光伏电站的装机容量是按照30 MW设计的，当电池组件和升压变压器容量不满足要求时，需要对现有容量进行扩容。首先在最大负荷点布置一台10 MW的储能电站，作为备用电源；然后将10 MW的电池组件安装在升压变压器上，并接入储能电站；最后再将储能电站接入光伏电站。

取电池组件和升压变压器额定容量为30 MW和1台10 MW的情况，采用本文提出的方法进行仿真分析。为了验证所提方法的有效性，采用常规电源和储能电站参与电力平衡计算，并与该实际电站在实际运行中的数据进行对比。可以看出，光伏发电参与电力平衡后，各电源可信容量与其参与前相比都有所提升。说明该方法能够比较准确地计算出光伏发电参与电力平衡后各电源的可信容量。

结语

本文在传统的光伏发电可信容量计算方法基础上，进一步考虑了光伏发电系统的输出功率、常规电源、储能电站和用户等电源，提出了一种光伏发电参与电力平衡的可信容量计算方法。该方法不仅能够比较准确地计算出光伏发电系统的可信容量，还能比较准确地计算出各种电源的可信容量，并给出了系统中各类电源的可信容量和可靠度。本文以一个实际电站为例，采用该方法对该电站进行了可信容量和可靠度分析，得出了各电源的可信容量和可靠度。同时该方法也为光伏发电参与电力平衡提供了一个实用的参考模型。

参考文献

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