1.1 课题背景及意义
太阳能和风能是一种无污染、可再生、取之不尽用之不竭的“绿色能源”。风力发电和光伏发电与常规能源发电相比，有很多优点：（1）风能和太阳能储量大。（2）利用风力发电和光伏发电，不会产生废渣、废料、废气、废水，不会污染环境。（3）一年到达地面的太阳能辐射能和风能的总量，要比每年消耗的常规能源的总量大几万倍。风力发电和光伏发电的优势足以说明风力发电和光伏发电有更广阔的发展前景，因此受到国内外的关注。由于常规燃料储量有限和环境问题，可再生能源发电日益成为能源生产的重要部分。特别是风力发电和光伏发电技术的快速发展，促进了风力发电和光伏发电在全球的开发和利用。风能和太阳能作为清洁的可再生能源，其蕴藏量巨大，全球可利用的风能为 2×107兆瓦，我国 10 米高度可开发利用的陆地风能储量为 2.53 亿千瓦，其中内蒙古地区可利用的风能总功率为 1.01 亿千瓦，约占全国风能储量的 40％以上，居全国之首。我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为 50×1018k J，全国各地太阳年辐射总量达 335～837k J/cm2?a。内蒙古太阳能的总辐射量和日照时数位居全国第二，属太阳能资源丰富地区之一[1]。内蒙古的风能和太阳能资源储量很大、分布面广，为建立风/光/储发电系统提供了资源条件。 风力发电和光伏发电既可用于并网发电，也非常适合向内陆边远地区或海岛非并网孤立地区提供电力。由于边远地区地理位置和经济原因，电网不能覆盖这些地区。在早期，这些地区的人们使用柴油机发电，保证其日常的用电需求。后来，随着燃料价格的不断上涨及风力发电技术的日益成熟，人们开始使用风/柴/储发电系统来满足用电需要。随着光伏发电技术的发展及其成本的降低，人们开始采用风/光/柴/储发电系统对边远地区供电。毋庸置疑，在远方孤立地区供电系统中，风/光/柴/储发电系统较之其它能源系统有很大的技术、经济和环保优势。
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1.2 风/光/柴/储联合发电系统简介
风/光/柴/储联合发电系统利用太阳能和风能发电，可以实现昼夜发电。在适宜的气象条件下，风/光/柴/储发电系统可以提高系统供电持续性和稳定性。柴油机在风力发电和光伏发电不能满足负荷需求和可靠性要求的时候投入运行，从而提高了系统的供电可靠性。风/光/柴/储联合发电系统由风力发电机组、柴油发电机组、光伏发电系统、蓄电池组、逆变器和调节控制器等部件组成。下面分别介绍各组成部分。从能量转换角度看，风力发电机包含风力机和发电机两大部分。风力机将风能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。风力发电机组由浆叶，轮毂，齿轮箱和发电机组成。桨叶具有良好的空气动力外形，在气流作用下产生空气动力使风轮旋转，将风能转换成机械能，再通过齿轮箱增速驱动发电机，将机械能转变成电能。
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第二章 序贯蒙特卡罗法
风/光/柴/储发电系统受负荷及元件故障等不确定因素的影响，具有随机性。风力机和光伏电池输出功率分别随着风速和太阳辐射强度的变化而变化。在不同时间内，太阳能辐射强度和风速是不同的，由于风资源和太阳能资源的这一特性，可以说明风/光/柴/储能联合发电系统也具有随机性和时序性，而序贯蒙特卡罗法的时序性这一特点和研究的系统正好吻合。所以，用蒙特卡洛法来评估风/光/柴/储能联合发电系统的可靠性是合适的，同时也可以计算出失负荷频率等用来描述故障频率等可靠性指标。
2.1 蒙特卡洛模拟法简介
蒙特卡洛模拟法是采用不确定数来模拟并统计实验结果的一种随机方法。MCS是通过对可能出现结果的概率分布进行模拟。赌场中轮盘的作用和其类似，由于赌博就是一种概率游戏，所以科学家在二战时 MCS 就是来源于赌城摩纳哥的首都蒙特卡洛，并将其广泛地用于科学研究中[43]。 MCS 可以通过一维积分来更深层的论述。根据下图 2-1 区间变化范围是随意改变的，为了研究方便选用区间变化范围为单位正方形，这样不影响研究结果的准确性。函数 f(x)是在[0，1]区间内变化，图中 2-1 所示的绿色面积是由 x=1，x 轴，y 轴与曲线 y=f(x)组成[44]。可由式 2-1 得到：应用 MCS 法，首先要确定目标变量的数学模型以及模型中各变量的概率分布，然后按照给定的概率分布生成大量的随机数，将它们代入模型，得到大量目标变量的可能结果，通过研究目标变量的统计学特征得到可靠性指标。该方法只有通过很长时间的计算才能获得精度较高的可靠性指标，这表现为计算时间与计算精度的相关性，通过人工方法做如此大量的试验是相当困难的，这使得蒙特卡洛方法的基本思想虽然早已被人们提出，但一直很少使用。二十世纪四十年代以来，人们把巨大数目的随机试验交由计算机完成，蒙特卡洛方法才得以广泛应用。
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2.2 序贯蒙特卡洛模拟法的基本原理
序贯蒙特卡洛法(Sequential Monte Carlo Simulation，简称 SMCS)又称为状态持续时间抽样法。在物理、数学、生产管理以及工程技术等方面，当某个随机变量或某种随机事件出现的概率，是所求问题的期望值时，根据物理现象本身的统计规律，根据待求随机问题的变化规律，在计算机上模拟系统实际运行情况，用随机数表示每个元件的概率参数，建立一个随机过程或概率模型，使其参数为问题所求的解。通过对此过程或模型的观察和抽样试验，计算所求参数的统计特征，得到解的近似值。发电系统可靠性评估，只考虑电源容量是否能满足负荷需求，属充裕度问题。假定输电系统完全可靠，线路不存在容量限制，不会出现过负荷、过电压等输电“瓶颈”。即发电系统可靠性评估模型只包括发电系统模型和负荷模型，中间的输、配电系统都合理的理想化。其运行特性不影响发电系统的发电能力和负荷的接受能力，不影响发电系统总体可靠性[5]，全部发电出力可按预订计划传输和分配到预订地点。但任一发电元件故障或检修安排不当，都可能引起发电系统出现功率缺额，造成用户停电。
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第三章 风/光/柴/储发电系统可靠性评估模型 ..... 11
3.1 发电系统可靠性评估模型 .... 11
3.2 风/光/柴/储发电系统可靠性评估模型及基本信息 ..... 12
3.3 风/光/柴/储能联合发电系统可靠性评估指标 ..... 19
第四章 含新能源发电系统可靠性评估 ........ 21
4.1 含新能源不同发电系统评估模型基本信息及评估结果 .... 21
4.2 柴油发电系统不同运行策略下对风/光/柴/储发电可靠性的影响 ..... 22
4.3 本章小节 ........ 39
第五章 结论与展望 ........ 41
5.1 结论 ........ 41
5.2 展望 ........ 41
第四章 含新能源发电系统可靠性评估
含新能源发电系统有风/柴/储能发电系统、光/柴/储能发电系统和风/光/柴/储发电系统。而这些含新能源发电系统的可靠性受到储能容量、最大充放电容量、最大峰值负荷、柴油机的额定容量、柴油机强迫停运率、光伏的额定容量、风力发电机的额定容量、风力发电机的强迫停运率等参数变化的影响，通过对可靠性指标 LOLE 计算，分析了不同参数对含新能源发电系统可靠性的影响。
4.1 含新能源不同发电系统评估模型基本信息及评估结果
含新能源不同发电系统分别是指风/柴/储能发电系统、光/柴/储能发电系统和风/光/柴/储发电系统。表 4-1 为含新能源不同发电系统在有储能和无储能情况下基本配置及参数。表4-2数据表明含新能源不同的发电系统加装储能的可靠性比不加装储能可靠性要高。在相同的装机容量下，光/柴/储系统的可靠性要比风/光/柴/储和风/柴/储系统的可靠性要高。这是由于风速的不确定性和随机性，使得含有风力发电系统的可靠性比不含风力发电系统的可靠性要低。含风力发电系统中，风/光/柴/储发电系统的可靠性要比风/柴/储发电系统可靠性要高。风速的不确定性和随机性使得风/柴/储发电系统可靠性低。在不同光照强度下光伏发电系统的发电量是不一样的，光伏发电系统受季节影响变化比较大。与风力发电相比光伏发电相对稳定。所以，含有光伏发电的风/光/柴/储系统的可靠性要比不含有光伏发电的风/柴/储发电系统的可靠性要高。光/柴/储发电系统的可靠性最高，但是夜晚没有光照的情况下基本上都由柴油机来发电，消耗的柴油比较多，成本较高，所以，不作为研究对象。从经济和环保及光伏和风力发电之间可以互补的因素考虑，最终以风/光/柴/储系统的可靠性作为研究对象。
结论
根据在内蒙古边远地区测得风资源和太阳能资源的历史数据，考虑储能容量、最大充（放）电容量、年峰值负荷、柴油机强迫停运率、风力发电机强迫停运率、风力发电机额定容量和太阳能辐射强度等因素，利用 SMCS 来评估风/光/柴/储发电系统、光/柴/储发电系统和风/柴/储发电系统的可靠性。然后考虑柴油发电系统两种运行策略下利用 SMCS 来评估风/光/柴/储发电系统可靠性。得出结论如下：
1、 光/柴/储发电系统的可靠性是三种发电系统可靠性中最高。由于风速的随机性和波动性，风/柴/储发电系统的可靠性是三种发电系统中可靠性最差的。风/光/柴/储发电系统的可靠性是居于两种之间
