【光伏发电功率预测】方法综述学习笔记2《光伏发电功率超短期预测方法综述》

本文参考《光伏发电功率超短期预测方法综述》:https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjQwNzA0Eg5nZHlqczIwMjMwNzAyNBoIeHp4NW40YmU%3D

文章目录

      • 摘要:
      • 引言
      • 1. 光伏发电功率的影响因素分析
        • 1.1传递过程中的影响因素
          • 1.1.1太阳位置
          • 1.1.2 云
          • 1.1.3 地表辐照强度
          • 1.1.4 大气质量

摘要:

大规模光伏并网时电网的安全问题日益突出,精确的功率预测能够为电网安全稳定运行提供可靠的数据支撑。目前国内外对光伏发电功率超短期预测展开了大量研究,但是在预测精度上还是有待进一步提高。文章主要从四个方面展开:影响因素、研究方法、预测难点、未来趋势

引言

光伏能源特点:

光伏能源属间歇性能源,其特点为波动性大随机性强,当城市中并网的光伏容量达到一定规模时,气象特征的微小变化也将给光伏电站带来巨大的影响。

云团对光伏发电功率影响:

研究表明,当装机容量在系统中所占比例超过15%时,即使云团对光伏电站只形成长约5s的遮挡,光伏电站的输出功率就有可能下降70%,从而引起电网电压的波动和闪变,严重时可能还会引起大面积停电或系统瘫痪。

国际上常用的预测软件:
目前国际上常用软件有十几种,主要集中在德国、瑞士、加拿大等光伏产业比较发达的国家。

  1. 德国Gerhard Valentin博士开发的PV*SOL系统
  2. 瑞士日内瓦大学能源组课题组开发的PV System
  3. 加拿大政府开发的免费清洁能源软件RET Screen
  4. 国网电科院研发的电网光伏发电预测系统
  5. 国内日新开发的SPSF-3000
  6. 尚特杰电力与东南大学研发的SNE8500型新能源功率预测系统
  7. 国电南瑞科技有限股份公司研发的NSF3200预测系统
  8. 山东大学开发的“天工”系列功率预测系统
  9. 中国电力科学研究院研发的功率预测与调度监控一体的D5000系统

1. 光伏发电功率的影响因素分析

从物理过程分析可分为两类:

  1. 能量传递过程中的影响因素(自然因素、环境因素、地理因素)
  2. 能量转换过程中的影响因素(效率因素、电站设计、人为因素)

理论上在功率预测时,这些因素都要考虑,但超短期功率预测的时间尺度小,地理因素、电站设计因素固定不变,人为因素的变化短时间也可以忽略不计。

自然因素:太阳位置、云、地表辐射强度
环境因素:大气质量、空气湿度
地理因素:海拔、地理位置

效率因素:环境温度、组件温度、积尘
电站设计因素:组件方向、组件倾角、组件材料
人为因素:设备维护频率、弃光

1.1传递过程中的影响因素
1.1.1太阳位置

太阳是光伏发电能量源头,通常用方位角和高度角表示其所处位置。辐照强度大小与太阳位置密切相关,并且光伏电站的输出功率与辐照强度的大小成正比。任意时刻的地外辐射强度可以根据太阳位置及精确的天文学方程计算得出:
在这里插入图片描述
对于不同的光伏电站,同一时刻下的太阳高度角、方位角是唯一且确定的。对同一光伏电站,不同时刻下的太阳高度角和方位角各不相同。由于太阳东升西落,太阳高度角会先增大后减小,太阳光到达光伏板的路程也会随之变化。
正午太阳高度角最大,太阳光直射地面,光伏面板接受到的能量最大。当太阳高度角小于最大值时,光线斜射地面,到达光伏面板的路程与太阳高度角成反比。太阳高度角越小,太阳光达到光伏面板的距离也就越长,同时发生折射、散射和衰减的程度也就越大,达到光伏面板的能量也就越少,进而影响光伏发电功率大小。

1.1.2 云

云是地表辐射强度产生随机波动的重要影响因素:
(1)云团中水滴和冰晶会使太阳光发生散射和反射,阻碍太阳能传递
(2)云团由于自身需求会吸收部分太阳光能量,从而削弱到达地面的太阳能
(3)更重要的是,云团会在短时间内频繁做无规则运动,地外辐射强度将随云团移动而发生随机、不规则衰减,从而引起光伏电站输出功率在多云天气下的随机波动。在太阳光传输过程中,突然飘过一片云,几秒钟内天空就可能由亮变暗,地表辐射强度和光伏电站的输出功率也会立即发生60%~70%的衰减。
(4)云层高度与云层对光伏电站形成的遮挡范围有密切关系,不同云层高度不同时刻的投影范围:
在这里插入图片描述
同一时刻随着云层高度增加,目标云团所形成的阴影范围越大,对光伏输出功率的影响也就越大。同一高度的云团,在不同时刻对光伏电站形成的遮挡也不同。早晨的云团对光伏电站的影响范围最大,随时间的推移影响范围逐渐减小,直至正午达到最小,随后又逐渐增大。

总结:
不同类型的云团对阳光的折射、散射和吸收均不同,而且在超短期的预测时间尺度内,云团的类型、厚薄、高度及移动速度一直处于变化中,从而增加了地表辐射强度的不确定性。这些因素可以相互耦合,增大光伏出力发生的可能性。

1.1.3 地表辐照强度

辐照强度越大,光伏出力也就越大,不同辐照强度下光伏组件的伏安特性曲线:
在这里插入图片描述
随着辐照强度的增大,光伏组件的短路电流成正比增加,光伏输出功率基本与太阳辐照强度成正比。太阳位置、云以及大气质量等因素也都是通过影响地表辐照强度的大小来影响光伏输出功率的。

1.1.4 大气质量

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