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【摘 要】目前，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，由于风电场及储能系统在电力系统中得到越来越广泛的应用，对含风储系统的电力系统可靠性评估显得尤为重要。首先对影响系统可靠性的风电场相关因素进行了综述，简单总结了风储系统模型;针对含有风电场及风储系统的电力系统可靠性模型评估过程、方法以及对系统可靠性影响进行了分析;最后以含风储系统的电力系统可靠性评估为切入点，针对现有的不足以及未来研究趋势做出一定的分析与展望。
【关键词】风电场建模;储能系统;风储系统;可靠性;可靠性测试系统
引言
针对于配电网系统可靠性方面的评估工作，早在20世纪60年代起，电力工业的逐步发展就让相关的系统研究工作开始出现，并随着时间的发展逐渐成为一门有效的应用学科。电力系统的可靠性也体现在安全性与充裕度两个方面。我国在1989年由能源部电力可靠管理中心颁布了《供电系统电力客户供电可靠性研究方法》后，也逐渐开始投入相关研究。
1研究背景
智能电网是当今电网发展的趋势，在“互联网+”与电网的融合发展过程中，互联网正逐渐成为电网发展的重要内生力量，不仅可以为电网建设提供资源整合方面的支持，而且为电网的智能化及科学运行提供了重要的保障。然而如何增强电力系统运行的可靠性，是目前我国电力产业发展亟待思考的关键问题，比如CAIFI、CAIDI等指标已经逐渐成为电力系统运行可靠性的支撑指标，在新时期的电力系统发展中发挥着愈加重要的作用。伴随着电力结构调整、“三集五大”的深入发展，对电力系统也提出了越来越高的要求，在电力系统运行中除了应当根据电网运行特征、网络结构，通过智能化的故障分析提供精准的运行决策，减少故障率以外，还需要立足智能配电网发展趋势、发展前景及运行要求，通过科学的研究、探讨、分析，提供一种稳定、安全的可靠性评价方法，提升电网运行的可靠性与安全性。
2风储系统可靠性模型
2.1预测风速方法
预测风速在对含风电场的电力系统可靠性评估时是不可或缺的首要任务。目前，建立预测风速模型的方法有很多，主要包括瑞利分布法、威布尔分布法、卡尔曼滤波法、时间序列法、人工神经网络法、混合算法模拟法、组合模拟法等方法。由于瑞利分布法、威布尔分布法等离散随机模型能简单方便地拟合风速，因此应用较为广泛，但是上述方法不能较好地体现风速变化与时间的关系，预测结果较为粗糙，通常用于长期风速预测。而时间序列法能较好地体现风速变化的时序性，并且只需基于少量的风速数据就能较好地预测出未来风速。目前主要采用属于时间序列法之一的自回归滑动模型来预测风速，其模型的阶数通常采用最小信息准则来确定。基于拟合模型得到预测风速是目前在预测风速方面较为常用的方法，适用于中短期风速预测。
1.2孤岛运行模式
孤岛运行模式是分布式电源在接入配电网之后的运行方式，通过其持续时间的不确定性可以划分为长期孤岛运行和短期孤岛运行。一般情况下，当电网系统出现故障时，为了能在最短时间内恢复正常供电，在结构中会选择三相一次重合闸，不仅可以防止系统出现严重的联络线故障，还能保留系统的进线重合闸功能。当然，如果孤岛中的电源总容量小于负荷，那么孤岛的运行状态可能会受到影响，甚至会在短时间内出现崩溃。防止，如果孤岛电源总容量大于负荷，则孤岛运行可以保持长期的稳定状态。另一方面，孤岛如果突然与系统断开，那么必然导致供电区域的电能质量降低，尤其是对维修人员的安全产生威胁。因此，为了保障电力系统的安全性，在孤岛运行的状态下需事先确定好合理的孤岛区域，并保持内部功率的平衡，平滑地过渡到新的运行状态之下。
1.3风速相关性
受风电场地理位置、周围环境、气象条件等因素的影响，风电场与风电场间会形成一个风电场群，风电群之间的风速会呈现一定的相关性。吴林伟等人[[23引人矩阵变换法模拟同1个风带下风电场间的风速相关性，通过蒙特卡洛法对含多个风电场的电力系统进行可靠性评估，证明风速相关性对系统可靠性确实有不利影响。鄂志君等人（24！則提出了一种全新的建立风速相关性序列模型的方法，该方法采用改进帕克一希恩算法生成符合相关系数矩阵的变量，与传统矩阵法中的Cholesky分解法相比，该方法的精度更高。秦志龙等人[25[则采用Copula函数模型进行风速相关性的模拟，与矩阵变换法相比该方法更贴切实际风速的概率分布，可以提高模拟的精确度。综上所述，在风速相关性的建模中用Copula函数模型优于矩阵变换法，而在矩阵变换法中用智能算法生成相关系数矩阵变量又优于传统矩阵法中的Cholesky分解法。
3含风电场的电力系统可靠性评估方法
与传统的电力系统可靠性评估方法相似，含风电场的电力系统可靠性评估方法有解析法与模拟法[2，39-40[两大类。由于风电机组的发电量与风速的快慢、风机所处位置等因素有关，而模拟法中的蒙特卡洛法具有计算结果更加真实、评估更全面、抽样次数与系统无关等优点，因此在对含风电场的大型电力系统进行可靠性模拟分析时通常采用蒙特卡洛模拟法。蒙特卡洛法通过对元件随机抽样，根据抽样结果产生系统状态，统计系统状态，从而得到可靠性指标，在蒙特卡洛法的基础上考虑系统状态的时序性，又可以将其细分为三大类：准序贯模拟法、非序贯模拟法和序贯模拟法，其中准序贯模拟法就是对一类综合非序贯模拟法和序贯模拟法的总称。此外，还有一些改进蒙特卡洛法的算法被用在电力系统系统的可靠性评估中，比如马尔可夫链蒙特卡洛算法，但该类算法并未被用于含风电场的电力系统可靠性评估中。
4含风储系统的电力系统可靠性评估
近年来，为了解决风电并网的大量弃风等问题，储能技术在含风电场的电力系统中的应用越来越广泛。合理的配置储能系统能平抑风电功率波动，提高系统的可靠性。对比了电池储能系统不同运行策略对系统可靠性的影响，采取序贯蒙特卡洛法进行模拟分析，表明配置一定容量的电池储能系统不仅能提高系统的可靠性，还能提高经济性。基于序贯蒙特卡洛法考虑了风电渗透率、储能容量、储能系统充放电速率等因素对含风储系统的电力系统可靠性的影响，并得出相应的可靠性指标。对含功率型和能量型2类电池储能系统在不同储能控制策略下对风电系统可靠性的影响进行了评估，并对储能系统运行参数对可靠性影响进行了分析。张歧松等人f4aJ}n在考虑储能荷电状态（StateofCharge，SOC）参量的基础上采用模糊控制策略，提出了对SOC优化策略，并将优化前后对风储联合系统的可靠性指标进行对比研究。采用蒙特卡洛法对含风力和储能系统的电力系统进行了基于发电充裕性的可靠性评估，主要讨论了系统在不同风电渗透率下的可靠性问题。提出了考虑风力发电机组与储能系统相结合的电力系统概率可靠性评估模型，并采用蒙特卡洛样本状态持续时间模拟法对其进行评估。目前国内外含风储系统的电力系统可靠性评估方法几乎都采用蒙特卡洛模拟法进行系统的模拟，并且在考虑储能系统对含风电场的电力系统可靠性影响时基本都只考虑了储能容量与储能控制策略对改善可靠性的影响，并未计及储能系统自身等其他因素，评估方法与评估范围较为单一。
结语
伴随着电并网技术及储能技术的不断发展，面对电力系统愈发复杂的趋势，对含新能源及储能系统接人电力系统的可靠性评估显得尤为重要。在风电场中配置一定容量的储能系统可以提高系统的可靠性，减小大规模风电并网对电力系统带来的冲击。
参考文献：
[1]黄海煌，于文娟.考虑风电出力概率分布的电力系统可靠性评估[J].电网技术，2013，37（9）：2585-2591.
[2]祝锦舟，张焰，杨增辉，等一种含风电场的发电系统可靠性解析计算方法[[J].中国电机工程学报，2017，37（16）：4671-4679.
（作者单位：国网高平市供电公司）
【关键词】风电场建模;储能系统;风储系统;可靠性;可靠性测试系统
引言
针对于配电网系统可靠性方面的评估工作，早在20世纪60年代起，电力工业的逐步发展就让相关的系统研究工作开始出现，并随着时间的发展逐渐成为一门有效的应用学科。电力系统的可靠性也体现在安全性与充裕度两个方面。我国在1989年由能源部电力可靠管理中心颁布了《供电系统电力客户供电可靠性研究方法》后，也逐渐开始投入相关研究。
1研究背景
智能电网是当今电网发展的趋势，在“互联网+”与电网的融合发展过程中，互联网正逐渐成为电网发展的重要内生力量，不仅可以为电网建设提供资源整合方面的支持，而且为电网的智能化及科学运行提供了重要的保障。然而如何增强电力系统运行的可靠性，是目前我国电力产业发展亟待思考的关键问题，比如CAIFI、CAIDI等指标已经逐渐成为电力系统运行可靠性的支撑指标，在新时期的电力系统发展中发挥着愈加重要的作用。伴随着电力结构调整、“三集五大”的深入发展，对电力系统也提出了越来越高的要求，在电力系统运行中除了应当根据电网运行特征、网络结构，通过智能化的故障分析提供精准的运行决策，减少故障率以外，还需要立足智能配电网发展趋势、发展前景及运行要求，通过科学的研究、探讨、分析，提供一种稳定、安全的可靠性评价方法，提升电网运行的可靠性与安全性。
2风储系统可靠性模型
2.1预测风速方法
预测风速在对含风电场的电力系统可靠性评估时是不可或缺的首要任务。目前，建立预测风速模型的方法有很多，主要包括瑞利分布法、威布尔分布法、卡尔曼滤波法、时间序列法、人工神经网络法、混合算法模拟法、组合模拟法等方法。由于瑞利分布法、威布尔分布法等离散随机模型能简单方便地拟合风速，因此应用较为广泛，但是上述方法不能较好地体现风速变化与时间的关系，预测结果较为粗糙，通常用于长期风速预测。而时间序列法能较好地体现风速变化的时序性，并且只需基于少量的风速数据就能较好地预测出未来风速。目前主要采用属于时间序列法之一的自回归滑动模型来预测风速，其模型的阶数通常采用最小信息准则来确定。基于拟合模型得到预测风速是目前在预测风速方面较为常用的方法，适用于中短期风速预测。
1.2孤岛运行模式
孤岛运行模式是分布式电源在接入配电网之后的运行方式，通过其持续时间的不确定性可以划分为长期孤岛运行和短期孤岛运行。一般情况下，当电网系统出现故障时，为了能在最短时间内恢复正常供电，在结构中会选择三相一次重合闸，不仅可以防止系统出现严重的联络线故障，还能保留系统的进线重合闸功能。当然，如果孤岛中的电源总容量小于负荷，那么孤岛的运行状态可能会受到影响，甚至会在短时间内出现崩溃。防止，如果孤岛电源总容量大于负荷，则孤岛运行可以保持长期的稳定状态。另一方面，孤岛如果突然与系统断开，那么必然导致供电区域的电能质量降低，尤其是对维修人员的安全产生威胁。因此，为了保障电力系统的安全性，在孤岛运行的状态下需事先确定好合理的孤岛区域，并保持内部功率的平衡，平滑地过渡到新的运行状态之下。
1.3风速相关性
受风电场地理位置、周围环境、气象条件等因素的影响，风电场与风电场间会形成一个风电场群，风电群之间的风速会呈现一定的相关性。吴林伟等人[[23引人矩阵变换法模拟同1个风带下风电场间的风速相关性，通过蒙特卡洛法对含多个风电场的电力系统进行可靠性评估，证明风速相关性对系统可靠性确实有不利影响。鄂志君等人（24！則提出了一种全新的建立风速相关性序列模型的方法，该方法采用改进帕克一希恩算法生成符合相关系数矩阵的变量，与传统矩阵法中的Cholesky分解法相比，该方法的精度更高。秦志龙等人[25[则采用Copula函数模型进行风速相关性的模拟，与矩阵变换法相比该方法更贴切实际风速的概率分布，可以提高模拟的精确度。综上所述，在风速相关性的建模中用Copula函数模型优于矩阵变换法，而在矩阵变换法中用智能算法生成相关系数矩阵变量又优于传统矩阵法中的Cholesky分解法。
3含风电场的电力系统可靠性评估方法
与传统的电力系统可靠性评估方法相似，含风电场的电力系统可靠性评估方法有解析法与模拟法[2，39-40[两大类。由于风电机组的发电量与风速的快慢、风机所处位置等因素有关，而模拟法中的蒙特卡洛法具有计算结果更加真实、评估更全面、抽样次数与系统无关等优点，因此在对含风电场的大型电力系统进行可靠性模拟分析时通常采用蒙特卡洛模拟法。蒙特卡洛法通过对元件随机抽样，根据抽样结果产生系统状态，统计系统状态，从而得到可靠性指标，在蒙特卡洛法的基础上考虑系统状态的时序性，又可以将其细分为三大类：准序贯模拟法、非序贯模拟法和序贯模拟法，其中准序贯模拟法就是对一类综合非序贯模拟法和序贯模拟法的总称。此外，还有一些改进蒙特卡洛法的算法被用在电力系统系统的可靠性评估中，比如马尔可夫链蒙特卡洛算法，但该类算法并未被用于含风电场的电力系统可靠性评估中。
4含风储系统的电力系统可靠性评估
近年来，为了解决风电并网的大量弃风等问题，储能技术在含风电场的电力系统中的应用越来越广泛。合理的配置储能系统能平抑风电功率波动，提高系统的可靠性。对比了电池储能系统不同运行策略对系统可靠性的影响，采取序贯蒙特卡洛法进行模拟分析，表明配置一定容量的电池储能系统不仅能提高系统的可靠性，还能提高经济性。基于序贯蒙特卡洛法考虑了风电渗透率、储能容量、储能系统充放电速率等因素对含风储系统的电力系统可靠性的影响，并得出相应的可靠性指标。对含功率型和能量型2类电池储能系统在不同储能控制策略下对风电系统可靠性的影响进行了评估，并对储能系统运行参数对可靠性影响进行了分析。张歧松等人f4aJ}n在考虑储能荷电状态（StateofCharge，SOC）参量的基础上采用模糊控制策略，提出了对SOC优化策略，并将优化前后对风储联合系统的可靠性指标进行对比研究。采用蒙特卡洛法对含风力和储能系统的电力系统进行了基于发电充裕性的可靠性评估，主要讨论了系统在不同风电渗透率下的可靠性问题。提出了考虑风力发电机组与储能系统相结合的电力系统概率可靠性评估模型，并采用蒙特卡洛样本状态持续时间模拟法对其进行评估。目前国内外含风储系统的电力系统可靠性评估方法几乎都采用蒙特卡洛模拟法进行系统的模拟，并且在考虑储能系统对含风电场的电力系统可靠性影响时基本都只考虑了储能容量与储能控制策略对改善可靠性的影响，并未计及储能系统自身等其他因素，评估方法与评估范围较为单一。
结语
伴随着电并网技术及储能技术的不断发展，面对电力系统愈发复杂的趋势，对含新能源及储能系统接人电力系统的可靠性评估显得尤为重要。在风电场中配置一定容量的储能系统可以提高系统的可靠性，减小大规模风电并网对电力系统带来的冲击。
参考文献：
[1]黄海煌，于文娟.考虑风电出力概率分布的电力系统可靠性评估[J].电网技术，2013，37（9）：2585-2591.
[2]祝锦舟，张焰，杨增辉，等一种含风电场的发电系统可靠性解析计算方法[[J].中国电机工程学报，2017，37（16）：4671-4679.
（作者单位：国网高平市供电公司）