光伏功率預(yù)測基本技術(shù)原理及關(guān)鍵問題

劉華勇

（1.鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212016；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

光伏功率預(yù)測基本技術(shù)原理及關(guān)鍵問題

劉華勇1，2

（1.鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212016；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

光伏功率預(yù)測是保障高比率光伏發(fā)電安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)性技術(shù)，其具體的預(yù)測手段以提高電站控制、調(diào)控性能為主。國內(nèi)光伏功率預(yù)測技術(shù)研究和工程應(yīng)用尚處在起步階段，理清其技術(shù)脈絡(luò)和關(guān)進問題尤為迫切。文章從兩個方面出發(fā)，結(jié)合中國光伏功率預(yù)測的現(xiàn)狀，進行探討。

光伏功率；預(yù)測技術(shù)；關(guān)鍵問題

1 光伏功率預(yù)測基本技術(shù)原理

（1）預(yù)測技術(shù)的方法。光伏功率預(yù)測方案的分類方式很多，根據(jù)預(yù)測過程的不同，可以分為直接預(yù)測法和間接預(yù)測法；根據(jù)建模方式的不同，可分為物理預(yù)測法和統(tǒng)計預(yù)測法；根據(jù)預(yù)測時間和尺度不同，可分為超短期預(yù)測法、短期預(yù)測法和中長期預(yù)測法；根據(jù)預(yù)測的空間范圍大小不同，可分為單場預(yù)測法和區(qū)域預(yù)測法。文章主要從預(yù)測事件和尺度的角度出發(fā)，針對光伏功率預(yù)測基本技術(shù)進行探討。

（2）預(yù)測技術(shù)的圖譜。光伏功率預(yù)測的關(guān)鍵在于確定不同時空尺度下影響光伏功率的主要因素，并選擇恰當(dāng)?shù)乃惴ń㈩A(yù)測模型。常見的預(yù)測技術(shù)方法如圖1所示。圖1的預(yù)測方法基本沿著兩個思路展開：①研究輻照度、光伏功率的關(guān)鍵影響因素；②學(xué)習(xí)輻照度、光伏功率歷史規(guī)律。

圖1 光伏功率預(yù)測技術(shù)圖譜

（3）超短期的預(yù)測。適用于光伏功率超短期預(yù)測的方法有基礎(chǔ)預(yù)測法、給予云圖的預(yù)測方案以及基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測方法。目前NWP時空分辨率普遍較低，暫時不適用于超短期預(yù)測,只能夠借助持續(xù)預(yù)測方法來假設(shè)預(yù)測時刻氣象、輻照等條件進行預(yù)測，并輔助數(shù)據(jù)外推的方法預(yù)測輻照和光伏功率。這是最簡單的預(yù)測方法之一，但是精確度也比較低。通常情況下，超過1h持續(xù)預(yù)測的結(jié)果并不十分精準(zhǔn)。因此，這種持續(xù)預(yù)測的方法僅作為基準(zhǔn)預(yù)測方法而非實際應(yīng)用的工程算法。
（4）短期的預(yù)測。短期預(yù)測一般需要運用NWP預(yù)測技術(shù)。NWP在預(yù)測中可以提供影響光伏功率的氣象因素及輻照度，因此在短期預(yù)測中，NWP預(yù)測結(jié)果比較精準(zhǔn)。NWP模型通常根據(jù)物理規(guī)律建立、用預(yù)測大氣狀態(tài)的微分方程組組成，最大預(yù)測事件尺度為10d，還能夠給光伏功率預(yù)測提供所需要的氣象、輻照度信息。根據(jù)預(yù)測時空分辨率不同，NWP可分為全球NWP和中尺度NWP。中尺度NWP是根據(jù)全球天氣預(yù)報的輸出結(jié)果和地區(qū)特點進行預(yù)報，相比于全球的NWP具有更高的時空分辨率。中尺度NWP模型還可根據(jù)地域特點，利用數(shù)據(jù)后處理技術(shù)對結(jié)果進行修正?，F(xiàn)階段很多國家提供了NWP公共服務(wù)，但是中國的NWP精度比較低。

（5）中長期預(yù)測法。中長期光伏功率預(yù)測主要是根據(jù)地區(qū)歷史光資源數(shù)據(jù)等估計未來較長時間段的光伏功率。這種方法的預(yù)測在現(xiàn)實中并不常見，也不常用。

2 光伏功率預(yù)測基本技術(shù)的關(guān)鍵問題

太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)是20世紀(jì)80年代以來世界上增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。目前國際上對太陽能資源已經(jīng)十分重視。20世紀(jì)70年代以來，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能和可再生能源的熱潮。利用太陽能發(fā)電的光伏發(fā)電技術(shù)被用于許多需要電源的場合，上至航天器，下至兒童玩具，光伏電源無處不在。

世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，最近10年太陽電池組件生產(chǎn)的年平均增長率達到33%，最近5年的年平均增長率達到43%。從總體上來講，中國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)與國外發(fā)達國家相比還有很大差距。其存在的主要問題是：①生產(chǎn)規(guī)模??；②技術(shù)水平較低；③平衡設(shè)備薄弱落后；④專用材料的國產(chǎn)化程度不高；⑤成本價格高。

光伏發(fā)電具有波動性和間歇性，大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)運行會影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。對光伏電站的輸出功率進行預(yù)測有助于電網(wǎng)調(diào)度部門統(tǒng)籌安排常規(guī)電源和光伏發(fā)電工作，在發(fā)現(xiàn)問題的時候能夠及時地調(diào)整調(diào)度計劃,重新安排電網(wǎng)運行方式。一方面能夠有效地減輕光伏接入對電網(wǎng)的不利，維護電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，另一方面還可以降低電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量和運行成本，充分利用太陽能資源，獲得更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 結(jié)語

中國已實現(xiàn)了基本的光伏功率預(yù)測手段，建立了多個完善的光伏功率預(yù)測模型。但是在光伏功率與氣象等因素作用復(fù)雜多變的情況下，還是存在著對其規(guī)律性挖掘不夠充分的問題。NWP的預(yù)測時間尺度和精度尚未達到高精度光伏功率預(yù)測的要求，同時又受到光伏數(shù)據(jù)積累量和限電等原因的影響，導(dǎo)致的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題存在著問題，致使我國預(yù)測精度與國際先進水平仍有一定的差距。參考文獻

[1]李雨軒.淺析光伏功率預(yù)測技術(shù)相關(guān)問題[J].工業(yè)，2016（12）.

[2]程名.基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏發(fā)電短期功率預(yù)測[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

劉華勇（1982-），男，江蘇興化人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：電子電工方向。