基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛方法的光伏電站可靠性評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光伏電站可靠性評(píng)估方法，尤其是一種基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛 方法的光伏電站可靠性評(píng)估方法，屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展，并網(wǎng)光伏發(fā)電的裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng)。 2013年，全球太陽(yáng)能光伏新增容量第一次超過(guò)了風(fēng)電新增容量，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)累計(jì) 光伏發(fā)電裝機(jī)容量將突破20GW。然而，由于國(guó)內(nèi)光伏項(xiàng)目長(zhǎng)期存在搶裝現(xiàn)象，故障多效率低 已經(jīng)成為不可忽視的問(wèn)題，同時(shí)電站整體的長(zhǎng)期可靠性也令人擔(dān)憂(yōu)，因此針對(duì)不同規(guī)模的 光伏電站的可靠性評(píng)估變得尤為重要。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)研究較多， 對(duì)于從工程可靠性角度出發(fā)的研究較少。對(duì)于光伏電站可靠性的評(píng)估有很多問(wèn)題需要解 決，其中選取合適且高效的評(píng)估方法是主要問(wèn)題。
[0003] 典型的集中式光伏電站由N(N > 0)個(gè)發(fā)電單元組成，每個(gè)發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，包括以下五部件：1)光伏陣列。光伏陣列光伏組件通過(guò)串并聯(lián)組成；2)直流匯流箱。 減少了太陽(yáng)能光伏陣列與光伏逆變器之間的連接線(xiàn)；3)光伏逆變器?？赏瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)逆變、單 位功率因數(shù)控制和最大功率跟蹤控制等功能；4)變壓器。光伏電站一般采用雙分裂式變壓 器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，可以保證兩低壓繞組所接入的逆變器電流獨(dú)立匯入電網(wǎng)且互不影響； 5)交流 電網(wǎng)。
[0004] 目前在光伏發(fā)電系統(tǒng)常用的可靠性評(píng)估方法有主要有解析法和模擬法。解析法， 如條件概率方法將故障發(fā)生的情況以概率的方式表達(dá)出來(lái)，這種方法的不足是不能夠描述 光伏電站的時(shí)序特性，從而使結(jié)果產(chǎn)生比較大的偏差。并且隨著所評(píng)估系統(tǒng)的規(guī)模增長(zhǎng)，解 析法很難處理故障狀態(tài)的大量隨機(jī)因素組合，容易出現(xiàn)具有"維數(shù)災(zāi)"的狀態(tài)數(shù)目。模擬法 主要是序貫蒙特卡洛法，這種方法既能描述光伏發(fā)電的時(shí)序出力，又能求解頻率和持續(xù)時(shí) 間等可靠性指標(biāo)。其不足表現(xiàn)在計(jì)算效率低，維數(shù)高，并且具有靜態(tài)特性，難以從高維的概 率分布函數(shù)中抽樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛方法的光伏電站 可靠性評(píng)估方法。
[0006] 本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0007] -種基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛方法的光伏電站可靠性評(píng)估方法，用于由N個(gè)發(fā)電 單元組成的集中式光伏電站，所述各發(fā)電單元包括以下部件：光伏陣列、直流匯流箱、光伏 逆變器、變壓器；其特征在于：
[0008] 包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :建立各元件馬爾科夫鏈模型：篩選與光伏電站可靠性相關(guān)的元件為光伏 陣列、直流匯流箱、光伏逆變器、變壓器；所述直流匯流箱、光伏逆變器和變壓器采用第一類(lèi) 馬爾科夫鏈模型；所述光伏組件采用第二類(lèi)馬爾科夫鏈模型；
[0010] 隨機(jī)變量的序列{X(0)，X(1)，…，x(t)}表示元件在時(shí)刻0至?xí)r刻t的狀 態(tài)，下一時(shí)刻狀態(tài)x(t+l)由當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)X(t)的條件分布P(X(t+l)|X(t))決定，與 {X(0)，X(1)，…，x(t-l)}無(wú)關(guān)；
[0011] 所述第一類(lèi)馬爾科夫鏈模型為：
[0012] 所述直流匯流箱、光伏逆變器和變壓器均有兩個(gè)相互獨(dú)立的狀態(tài)：故障停運(yùn)和正 常運(yùn)行；所述直流匯流箱、光伏逆變器和變壓器的狀態(tài)相互獨(dú)立；t時(shí)刻狀態(tài)x(t)為：
[0014] 第一類(lèi)馬爾科夫鏈模型中元件的一步轉(zhuǎn)移矩陣Al為：
[0016] 其中，λ為元件的故障率，μ為元件的修復(fù)率；
[0017] 所述第一類(lèi)馬爾科夫鏈模型的穩(wěn)態(tài)概率分布Pi為：
[0019] 所述第二類(lèi)馬爾科夫鏈模型為：
[0020] 當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)X⑴為：
[0024] λ 4, λ 3, λ 2, A1分別為狀態(tài)間的轉(zhuǎn)化率，μ為元件的修復(fù)率；
[0025] 所述第二類(lèi)馬爾科夫鏈的穩(wěn)態(tài)分布概率為：
[0027] 步驟2 :狀態(tài)抽樣：一個(gè)包含了 1個(gè)元件的系統(tǒng)，其狀態(tài)可用向量S = (S1, S2，… ，S1)來(lái)表示：
[0028] 對(duì)于采用第一類(lèi)馬爾科夫鏈模型的元件，其狀態(tài)確定方法為：
[0030] 其中，u為一個(gè)均勾分布在[0, 1]區(qū)間的隨機(jī)數(shù)，p。和p身別為故障狀態(tài)和正常 狀態(tài)下第i個(gè)元件下次抽樣狀態(tài)改變概率，由所述馬爾科夫鏈模型確定。
[0031] 對(duì)于采用第二類(lèi)馬爾科夫鏈模型的元件，其狀態(tài)確定方法為：
[0033] 其中，u為一個(gè)均勾分布在[0, 1]區(qū)間的隨機(jī)數(shù)，p。、p2、口3和p 4分別為故障狀 態(tài)和正常狀態(tài)下第i個(gè)元件下次抽樣狀態(tài)改變概率，由所述馬爾科夫鏈模型確定；
[0034] 步驟3 :利用步驟1中的馬爾科夫鏈作為光伏電站的元件狀態(tài)樣本，重復(fù)步驟2的 狀態(tài)抽樣過(guò)程，進(jìn)行光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而統(tǒng)計(jì)出所需數(shù)據(jù)，進(jìn)行大型光伏電站的 可靠性指標(biāo)評(píng)估與分析；
[0035] 步驟4 :判斷樣本是否足夠，如果是，輸出可靠性評(píng)估指標(biāo)，否則，轉(zhuǎn)向步驟2 ;
[0036] 所述判斷樣本是否足夠的判據(jù)為：
[0038] 其中，f為所求的可靠性評(píng)估指標(biāo)，V(f)表示其估計(jì)值，左(/)為E(f)的估計(jì)值， E(f)為可靠性評(píng)估指標(biāo)的期望，β為方差系數(shù)，其表達(dá)是為：
[0040] 其中F(左(/))為左(/)的估計(jì)值。
[0041] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：
[0042] 1、本發(fā)明采用馬爾科夫鏈建立了元件狀態(tài)的先驗(yàn)分布，從而大大減小了評(píng)估時(shí) 間，降低了運(yùn)算的維數(shù)。
[0043] 2、本發(fā)明對(duì)光伏陣列建立多狀態(tài)劃分模型，使得評(píng)估結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0044] 3、本發(fā)明建立了評(píng)估過(guò)程中產(chǎn)生的隨機(jī)序列元素之間的聯(lián)系，使評(píng)估更符合現(xiàn)實(shí) 光伏電站運(yùn)行情況。
[0045] 4、本發(fā)明可以適應(yīng)元件故障數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可靠性進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 圖1是本發(fā)明中光伏電站發(fā)電單元的原理框圖；
[0047] 圖2是本發(fā)明的流程圖；
[0048] 圖3是本發(fā)明中第一類(lèi)馬爾科夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；
[0049] 圖4是本發(fā)明中第二類(lèi)馬爾科夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0051] 典型的集中式光伏電站由N個(gè)發(fā)電單元組成，每個(gè)發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包 括以下五個(gè)部件：光伏陣列、直流匯流箱、光伏逆變器、變壓器、交流電網(wǎng)。
[0052] 如圖2所示，一種基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛方法的光伏電站可靠性評(píng)估方法，用 于由N個(gè)發(fā)電單元組成的集中式光伏電站，所述各發(fā)電單元包括以下四個(gè)主要部件：光伏 陣列、直流匯流箱、光伏逆變器、變壓器；其特征在于：
[0053] 包括以下步驟：
[0054] 步驟1 :建立各元件馬爾科夫鏈模型：篩選與光伏電站可靠性相關(guān)的元件為光伏 陣列、直流匯流箱、光伏逆變器、變壓器；所述直流匯流箱、光伏逆變器和變壓器采用第一類(lèi) 馬爾科夫鏈模型；所述光伏組件采用第二類(lèi)馬爾科夫鏈模型；
[0055] 隨機(jī)變量的序列{X(0)，X(1)，…，X(t)}表示元件在時(shí)刻0至?xí)r刻t的狀 態(tài)，下一時(shí)刻狀態(tài)X(t+1)由當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)X(t)的條件分布P(X(t+l)|X(t))決定，與 {X (0)，X (1)，…，X (t-1)}無(wú)關(guān)，所生成的序列即為馬爾科夫鏈。
[0056] 所述第一類(lèi)馬爾科夫鏈模型為：
[0057] 所述直流匯流箱、光伏逆變器和變壓