探究光伏发电对船的续航能力

1孤岛划分算法

安装在不同用户上的光伏DG容量不同．加之光伏发电量具有不确定性．因此各个光伏用户在不同时段表现出的发电与用电特性也不尽相同。定义日平均发电量大于日平均用电量的用户为呈发电特性的负荷．反之即为呈用电特性的负荷。当系统侧电源或上级馈线发生故障．呈发电特性的负荷可琳脱离主配电网运行，并将多余的电力提供给周围呈J嗣电特性的负荷或未安装光伏电源的普通负荷．维持一定范围孤岛系统的运行。呈发电特性的负荷的数量与供电量均有限．需在故障发生前事先确定孤岛范围．在其与主系统断开后有计划地对岛内负荷供电．保证小系统稳定运行。传统DG遵循调度．可以对容量范围内的所有负荷持续稳定地供电。光伏电源能量输出具有随机性与间歇性．不能简单地以孤岛内DG容量和负荷量的匹配关系作为孤岛划分的原则[14j．必须在遍历所有可行负荷组合的基础上．通过分析比较不同孤岛划分方案下岛内负荷日分布特性与DG日发电规律的匹配关系．确定最合理的孤岛划分方案。

1.1配电网网络树模型及负荷组合遍历

以某个呈发电特性的负荷点为根节点．其他负荷点为分支节点，以断路器为界．根据节点关联信息建立配电网有根树．PVLP为安装了光伏电源的光伏负荷点．LP为普通负荷点，配电网有根树的每棵有根子树均代表一种负荷组合．即孤岛划分方式。电网有根树为例说明遍历负荷组合的方法。Si代表含i个节点的有根子树构成的集合，从根节点出发，对|s。中所有有根子树添加1个节点．把扩张后得到的含i+1个节点的子树信息存放到S中。包含1个节点的有根子树只有(PVLP6)一棵，所以．s。为{(PVLP6)}。添加1个节点对子树(PVLP6)进行扩张，可以得到3棵含2个节点的有根子树。把它们的信息存人5：中得Js：为{(PVLP6，LP3)．(PVLP6，PVLP5)，(PVLP6，LP7)}。再依次对S，中的所有子树添加1个节点．把得到的含3个节点的子树信息存入5，中，S，即为{(PVLP6，LP3，LP2)，(PVLP6．LP3，PVLP5)，(PVLP6，LP3，LP7)，(PVLP6，PVLP5，LP4)，(PVLP6，PVLP5，LP7)}。依此类推，可以遍历该有根子树。再以此方法遍历以PVLP5为根节点建立的有根树，即可找到所有可行的负荷组合。

1.2孤岛划分数学模型

为了充分发挥DG和储能电池效能．缩小停电范围，降低主网故障造成的损失．在保证一定供电可靠性的基础上．孤岛范围内应包含尽可能多的负荷，同时计及负荷的经济效益和用户等级．优先向重要负荷供电。表示无论孤岛在何时形成，DG和储能电池都能支撑岛内负荷用电t．小时以上。式(5)是功率差额约束。需要说明的是，只(￡)和厶(￡)分别代表的是DG输出功率与负荷在t时刻的历史统计平均值。在孤岛实际运行中．受天气及负荷随机波动的影响，并不能总是满足约束条件．所以必须通过第1节所述的方法评估孤岛系统可靠性．并在分析配电网可靠性时计及孤岛续航失败发生二次故障的概率。

2孤岛划分方案

由设备可靠性数据得孤岛续航3．5h方能避免负荷发生二次故障，基于此，孤岛划分模型中的ta取为3．5h。由于不同季节条件下典型光伏DG输出曲线与负荷曲线均会发生变化，所以不同季节的最优孤岛方案也不相同，如表5所示。春、秋季与夏季的孤岛划分方案一致，同记为夏季方案。

3孤岛供电可靠性分析

采用第1节建立的模型进行孤岛仿真运行。在夏季方案下，孤岛1中安装在各用户处的光伏电源容量总和为0．5MW。忽略各蓄电池出力不均问题，它们共同提供的最大输出功率为100kW，容量之和为300kW．h。图6示出了在某2次运行中，负荷值L、孤岛续航成功。而图6(b)中，受阴天影响，DG输出功率明显下降，虽然功率差值没有发生越限，但在孤岛运行了3小时26分钟7秒后储能电池容量耗尽．孤岛续航失败，岛内负荷再度故障。重复进行10000次模拟运行，系统共出现故障1196次．其中储能电池电量耗尽故障67次，功率越限故障1129次，故障前平均续航0寸I盲-i为1．0942h。故障主要集中发生在2个时段：08：00—10：00和19：00--22：00，2个时段的故障次数分别为421次及483次。造成故障集聚效应的原因是这2个时段内．负荷率急剧升高而DG功率输出水平较低，甚至没有输出。改变储能电池容量研究其对孤岛续航能力的影响．孤岛运行3．5h不发生停电的概率随着储能电池容量的增加而不断降低。当储能电池容量和额定功率提高1倍时，孤岛不停电概率提高至99．3％，当提高2倍时，在不考虑元件故障率的情况下，孤岛可以达到100％可靠运行。储能电池价格昂贵，在确定实际安装容量时需综合考虑其提高系统可靠性带来的经济效益与安装成本之间的关系。由于本文不涉及经济性分析，所以不作讨论。，在相同的孤岛划分方式下，光伏DG对岛内负荷的支撑能力随气候具有季节性变化。虽然春、秋2季光照强度较夏季有所下降，影响了DG的功率输出，但负荷率也达到一年中的谷值，故春、秋季与夏季条件下孤岛的可靠性指标接近。而由于冬季光照强度降低，负荷率升高，孤岛续航能力达到全年最低，岛内负荷的故障率明显增大。

4结语

在光照充足的夏季及负荷率较低的春、秋季在孤岛中划入较多负荷，而在光照强度低、负荷率高的冬季减少孤岛负荷。仿真结果表明该方案能够最大限度地发挥DG效能，提高配电网可靠性。

作者：伍言 单位：四川大学