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摘 要

随着世界常规能源的逐渐枯竭，以及使用常规能源所带来的地球环境恶化，各个国家开始将目光投入到新能源发电技术，其中最主要的就是利用太阳能发展光伏发电技术，由于光伏发电既可以供应足够的电量，同时也不会污染地球环境，因此是目前最具前途的新能源发电技术。

但是与传统的发电技术相比，光伏发电具有很强的不确定性，当阳光照射强烈时，发电量巨大，而当阳光照射弱或是没有阳光时，光伏发电量急速下降，这违背了电力系统运行所必须的可靠性原则，因此在进行光伏发电系统建设时，必须对其的可靠性加以分析。本论文运用蒙特卡罗模拟法，并结合序贯仿真，考虑影响光伏发电系统可靠性的各个因素，并考虑了各个因素之间的相互作用，计算得出光伏系统的出力。之后对含光伏发电系统的可靠性进行分析，将其与传统发电系统进行对比，研究光伏发电对电力系统可靠性的影响。

关键词：光伏发电；蒙特卡罗序贯仿真；可靠性分析

ABSTRACT

With the gradual depletion of the world"s conventional energy sources and the deterioration of the global environment caused by the use of conventional energy sources, countries have begun to focus on new energy power generation technologies, the most important of which is the use of solar energy to develop photovoltaic power generation technology. Supplying enough electricity and not polluting the global environment is the most promising new energy generation technology.

However, compared with the traditional power generation technology, photovoltaic power generation has a strong uncertainty. When the sunlight is strong, the power generation is huge. When the sunlight is weak or there is no sunlight, the photovoltaic power generation drops rapidly, which is contrary to the power. The reliability principle necessary for the operation of the system, so the reliability of the photovoltaic power generation system must be analyzed. This paper uses Monte Carlo simulation method, combined with sequential simulation, considers various factors affecting the reliability of photovoltaic power generation system, and considers the interaction between various factors to calculate the output of photovoltaic system. After that, the reliability of the photovoltaic power generation system is analyzed, and compared with the traditional power generation system, the influence of the photovoltaic power generation device on the reliability of the power system is studied.

KEY WORDS：Photovoltaic power generation; Monte Carlo sequential simulation; reliability analysis

目录

第一章 绪论 5

1.1 课题背景 5

1.2 研究意义 5

1.3 研究现状 6

1.4 本文工作简介 7

第二章 光伏发电系统的蒙特卡罗序贯仿真 8

2.1 概述 8

2.2 建立数学模型 8

2.3 分析方法 13

2.4 蒙特卡罗抽样过程 13

2.5 算例分析 15

2.6 总结 16

第三章 含光伏发电系统的可靠性分析 18

3.1 含光伏发电系统结构 18

3.2 算例流程图 19

3.3 算例分析 19

3.4 结论 24

第四章 总结 25

4.1 论文总结 25

4.2展望 25

致谢 26

参考文献 27

附录 29

第一章 绪论

• 1. 课题背景

目前，世界的能源资源储量比例如图1.1所示。

图1.1 世界能源资源储量比例

从图1.1可以看出，目前世界主要使用的常规能源，如煤炭，天然气和石油等占世界能源总量的61%。但是，目前世界的煤炭储量已证实有14000亿吨，如果按照全球的平均煤炭使用速度来计算可用时长，日前的煤炭储量还可以使用将近500年，另外还有一种估算的方法，也即，目前世界的煤炭储量实际有10万亿吨，但是其中能够被人类开采利用的仅仅有7000亿吨，如果按照全球的平均煤炭使用速度来计算可用时长，仅够使用200年；目前世界的石油总储量有2700亿吨~6500亿吨，其中能够被人类开采利用的仅有1750亿吨，如果按照全球的平均石油使用速度来计算可用时长，目前的石油储量仅够使用130年；目前世界的天然气总储量大概约1800亿吨~4000亿吨，如果按照全球目前的天然气使用速度来计算可用时长，仅够使用仅170年。常规能源不仅面临着储量紧缺的现状，在使用的时候，还会产生二氧化碳、二氧化硫、氢氧化物等酸性污染物质，会造成酸雨以及加重温室效应。由于使用常规能源所面临的各种问题，目前全世界各个国家都在大力发展新能源发电技术，例如使用太阳能、风能和海洋能发电等，一方面能够实现可持续发展，另一方面能够保护地球环境，人类对于常规能源的依赖也逐步向以太阳能为首的新能源转移^[1]-[4]。

• 1. 研究意义

通过利用半导体的光生伏特效应，光伏发电实现了将太阳能转变为电能。由于太阳能是一种取之不尽用之不竭的可再生能源，同时其具有充分的安全性、广泛性以及清洁性，因此与传统的发电方式相比，光伏发电具有无限的发展潜力，具有以下优点^[5]-[7]：

1. 储量巨大，不存在使用枯竭的问题；
2. 使用光伏发电不会产生任何的污染以及噪声，因此不会对地球环境造成任何破坏；
3. 由于光伏分布的广泛性，因此光伏发电不会受到地域的限制，能够在任何的复杂地形地区实现光伏发电；
4. 光伏发电的利用方式十分灵活，既可以搭建独立的光伏发电系统进行供电，也可以将光伏发电系统并入电网中供电；
5. 由于光伏发电系统搭建的灵活性，可以将光伏发电系统建设在靠近负荷的区域，从而能够有效地缩短配电线路的长度，减少配电线路中的能量损耗，延长配电线路的维修周期。

尽管和常规能源相比，光伏发电具有很多的优点，其也有许多独特的缺点：

1. 太阳能资源的能量分布密度小，因此在实现光伏发电时，需要占用巨大的地理面积进行装置搭建；
2. 太阳能能量大小受到季节、天气以及昼夜的影响，因此光伏发电的供电量不稳定；
3. 目前，光伏发电技术设备的制造水平还不够高，光伏板等器件的制作成本偏高。

由于太阳能能量受到季节等因素的影响，因此光伏发电系统的供电量具有很强的不确定性，同时系统负荷的实时变化更使得光伏发电系统的可靠性下降，所以在建设光伏发电系统之前，需要对光伏发电系统的可靠性进行分析，对影响光伏系统可靠性的各个因素进行分别分析，得出其影响系统可靠性的规律，从而提出相应的改进措施，这对于建设光伏发电系统具有重要的意义。

1.3 研究现状

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