光伏發(fā)電有功功率預(yù)測及其在電網(wǎng)頻率控制中的應(yīng)用分析

摘要：為緩解能源緊缺的世界性問題，可再生新能源的開發(fā)模式在近年來受到了廣泛的應(yīng)用，光伏發(fā)電作為其中較為成熟的一種發(fā)電手段，雖然有著可再生、無污染等多重優(yōu)勢，但也存在著間歇性、隨機(jī)波動(dòng)性等弊端，給光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了很大的影響。本文從光伏發(fā)電的有功功率入手，對光伏發(fā)電有功功率預(yù)測方法及其在電網(wǎng)頻率控制中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望能夠促進(jìn)光伏發(fā)電的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；電網(wǎng)頻率控制；有功功率預(yù)測；逆變器

引言：

控制電網(wǎng)頻率是提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，保證居民與企業(yè)日常電力需求的重要途徑，，而對光伏發(fā)電有功功率的預(yù)測技術(shù)則正是目前控制電網(wǎng)頻率的主要難題之一，因此對光伏發(fā)電有功功率預(yù)測及其應(yīng)用策略進(jìn)行研究是十分必要的。

一、光伏發(fā)電的有功功率預(yù)測

（一）影響光伏發(fā)電有功功率的因素

光伏發(fā)電是利用太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型的發(fā)電形式。相比于火力發(fā)電等常規(guī)發(fā)電形式，光伏發(fā)電雖然更加綠色、環(huán)保，但同時(shí)也存在發(fā)電功率不穩(wěn)定的特點(diǎn)，這一問題在實(shí)際的發(fā)電過程中主要受兩方面因素影響。其一，是逆變器整機(jī)效率影響，逆變器具有將直流電轉(zhuǎn)為交流電的功能，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中非常重要的一部分，但其在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生不同程度的自身損耗，因此逆變器效率的高低對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效發(fā)電量有著重要影響。其二，是太陽能輻射強(qiáng)度的影響，太陽能輻射的強(qiáng)度主要受自然條件的影響，如地理緯度、海拔高度等，一般在低緯度地區(qū)的太陽高度角較大，輻射強(qiáng)度會(huì)比較高，而天氣晴朗或海拔較高的地區(qū)大氣透明度較高，太陽輻射強(qiáng)度也更高[1]。此外，日照時(shí)間較長的地區(qū)能夠獲得的太陽輻射量同樣會(huì)比較高。

（二）光伏功率的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指用非線性小波基取代通常的神經(jīng)元非線性激勵(lì)函數(shù)的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，這種模式實(shí)現(xiàn)了對小波變換與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)結(jié)合，在利用這種方法進(jìn)行光伏功率測試時(shí)，需要將隱含層的傳遞函數(shù)設(shè)置為小波函數(shù)，以X1-Xn的形式對信號進(jìn)行輸入，并將小波基函數(shù)的實(shí)際平移系數(shù)、伸縮因子以及隱含層實(shí)際節(jié)點(diǎn)作為已知系數(shù)套入到公式中，最終得出結(jié)果，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電功率的預(yù)測。

（三）馬爾科夫修正

馬爾科夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣法是指是對客觀事物由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一種狀態(tài)概率的計(jì)算，在光伏功率預(yù)測中使用馬爾科夫法能夠?qū)π〔ㄉ窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測起到及時(shí)修正調(diào)整的作用。在修正過程中，需要對小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測進(jìn)行狀態(tài)劃分，并以此為依據(jù)建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，同時(shí)還要設(shè)立維向量，將行向量作為小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的標(biāo)志位。之后還要設(shè)定小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在的各狀態(tài)下修正值，并以維向量中的列向量表示，最后設(shè)定好小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測值，完成對光伏功率預(yù)測的修正。

（四）時(shí)間序列預(yù)測法

除小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法外，時(shí)間序列預(yù)測法也是應(yīng)用較早、應(yīng)用較為廣泛的一種光伏發(fā)電有功功率預(yù)測方法。在實(shí)際的預(yù)測過程中，時(shí)間序列預(yù)測法會(huì)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的周期性變化進(jìn)行劃分，按照小時(shí)、周、季度、年等不同的周期來建立一個(gè)時(shí)間序列。之后，會(huì)對光伏發(fā)電的歷史資料進(jìn)行分析，并通過建立數(shù)學(xué)模型的方式將電力負(fù)荷隨機(jī)變量變化過程的規(guī)律性展現(xiàn)出來，最后，會(huì)以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，確定用于電力負(fù)荷預(yù)測的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對未來光伏發(fā)電有功功率進(jìn)行預(yù)測。

二、光伏發(fā)電有功功率預(yù)測在電網(wǎng)頻率控制中的應(yīng)用

（一）控制光伏發(fā)電有功功率的原則

想要對光伏發(fā)電的有功功率進(jìn)行預(yù)測，不僅需要控制好光伏電網(wǎng)系統(tǒng)的變動(dòng)幅度，還要根據(jù)不同的預(yù)測方法，設(shè)定好預(yù)測計(jì)算所需的各項(xiàng)參數(shù)。而在預(yù)測的過程中，則需要遵循以下幾點(diǎn)原則，第一，要對各周期內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行統(tǒng)一分配，保證電網(wǎng)能夠正常運(yùn)行。第二，要遵照電網(wǎng)的電力調(diào)度指令，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的有功功率處理制進(jìn)行分配。第三，要根據(jù)發(fā)電機(jī)組的具體情況，對功率值能進(jìn)行分配。

（二）控制光伏發(fā)電有功功率的策略

在電網(wǎng)調(diào)度和計(jì)劃下，光伏發(fā)電有功功率的控制模式主要可分為限制模式、調(diào)整模式、斜率控制、差值模式四種，不同模式模式在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的參考功率設(shè)定有著很大的不同，其中斜率控制模式需要在光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率控制的運(yùn)行過程中需要保證持續(xù)的運(yùn)行[2]。另外，控制光伏發(fā)電有功功率還需要進(jìn)行功率分配，在實(shí)際控制過程中，應(yīng)對光伏系統(tǒng)中逆變器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察，并結(jié)合逆變器功率的可調(diào)節(jié)能力，將電網(wǎng)設(shè)定功率分配給各個(gè)光伏逆變器。

（三）光伏發(fā)電有功功率預(yù)測在電網(wǎng)頻率中控制的應(yīng)用流程

在進(jìn)行電網(wǎng)頻率控制時(shí)，需根據(jù)光伏發(fā)電功率的預(yù)測方法建立模型，并對光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行觀察和記錄，之后根據(jù)記錄對不同時(shí)間周期內(nèi)的發(fā)電功率、負(fù)荷需求，進(jìn)而獲取處于負(fù)荷擾動(dòng)情況下的頻率偏差仿真波形。這樣就可以根據(jù)模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，并針對發(fā)現(xiàn)的問題對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行超前調(diào)節(jié)。

結(jié)束語：

總的來說，自然條件與逆變器對光伏發(fā)電功率有著直接的影響，在進(jìn)行功率預(yù)測時(shí)應(yīng)對此進(jìn)行充分的考慮。同時(shí)，也要根據(jù)預(yù)測的具體效果，對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行超前調(diào)節(jié)，以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜宜領(lǐng).光伏發(fā)電有功功率預(yù)測及電網(wǎng)頻率控制中的應(yīng)用分析[J].江西建材，2017，（11）：201-202.

[2]畢銳.光伏電站有功功率控制相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2016.

作者簡介：

劉睿（1988年-），男，陜西渭南，漢族，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：在職研究生，研究方向：新能源.endprint