淺談光伏發(fā)電預(yù)測(cè)方法

章小慶

摘要：伴隨光伏（PV）電站設(shè)備容量的快速擴(kuò)大，大范圍光伏發(fā)電網(wǎng)取得了普遍使用，但是，光伏發(fā)電網(wǎng)的輸出功率存在不確定性，因此光伏發(fā)電預(yù)計(jì)對(duì)于電力局的科學(xué)規(guī)劃與調(diào)度具有顯著作用。本文介紹了近幾年光伏發(fā)電預(yù)計(jì)辦法，首先介紹了光伏發(fā)電預(yù)計(jì)辦法的工作原理，然后分析了光伏傳輸功率的作用，最后闡述了光伏發(fā)電預(yù)計(jì)的統(tǒng)計(jì)法和物理法。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;傳輸功率;預(yù)計(jì)方法;統(tǒng)計(jì)法;物理法

伴隨全球氣候改變、能源耗損、化石燃料供給的不確定性要素與生態(tài)污染等情況的產(chǎn)生，綠色能源獲得了人們的認(rèn)可，光伏能是最原始的能源，特別是受到人類的喜歡。研究顯示，在不同國(guó)家，資源效率與節(jié)約的意義、人口增加與化石能源儲(chǔ)量的快速枯竭，使得項(xiàng)目、水文、天氣、經(jīng)濟(jì)與工業(yè)方面的研究者追求開發(fā)與使用光伏能等干凈能源。使用清潔能源發(fā)電并邁向電力市場(chǎng)屬于大勢(shì)所趨，但是有些清潔能源也有一些問題，其中，PV發(fā)電系統(tǒng)的輸出是無法調(diào)節(jié)的，由于這取決于氣候的改變，不能預(yù)測(cè)與控制。

一、光伏發(fā)電預(yù)計(jì)辦法的工作原理

當(dāng)前，PV發(fā)電預(yù)測(cè)辦法均是基于一樣的方法：先依據(jù)數(shù)學(xué)與物理學(xué)知識(shí)和相關(guān)信息創(chuàng)建預(yù)測(cè)公式與模型，然后基于預(yù)測(cè)公式和模型預(yù)測(cè)PV電站發(fā)電量（如圖1所示）。根據(jù)所采用的數(shù)學(xué)物理知識(shí)以及預(yù)計(jì)輸出量，PV發(fā)電預(yù)測(cè)辦法能分成兩種：

（1）直接預(yù)計(jì)光電網(wǎng)輸出功率的統(tǒng)計(jì)法（直接預(yù)測(cè)法）。

（2）先預(yù)計(jì)太陽輻射，然后按照光電轉(zhuǎn)變效率獲得光電傳輸功率的物理法（間接預(yù)測(cè)法）。

? ? ? ?統(tǒng)計(jì)法是按照數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)知識(shí)和方法，包含概率、時(shí)間序列、AI等辦法。優(yōu)點(diǎn)在于程序簡(jiǎn)明，對(duì)PV電站部位和電力轉(zhuǎn)變參數(shù)無要求;缺點(diǎn)在于為了確保預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要許多PV電站原始運(yùn)行信息。根據(jù)預(yù)測(cè)所采取的具體統(tǒng)計(jì)辦法，這類方法又能分成時(shí)間序列法、時(shí)間方向外推法、點(diǎn)預(yù)計(jì)法、概率預(yù)計(jì)法以及智能預(yù)計(jì)法等五種。物理法重點(diǎn)以PV發(fā)電網(wǎng)物理發(fā)電原理為前提，優(yōu)點(diǎn)在于無需原始運(yùn)行信息，PV電站建完以后就能夠直接預(yù)計(jì);缺點(diǎn)在于要求光伏電站清楚地形圖、發(fā)電站地標(biāo)、PV電站功率曲線與各項(xiàng)光電轉(zhuǎn)變參數(shù)等信息。

二、光伏傳輸功率分析方法

（一）光伏傳輸功率預(yù)測(cè)的類型

PV發(fā)電存在隨機(jī)性與不確定性，由此給PV出力預(yù)計(jì)帶來了大量精準(zhǔn)性方面的問題，在PV出力預(yù)測(cè)方面根據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)間的不同，能分成長(zhǎng)久預(yù)計(jì)、中期預(yù)計(jì)、短期預(yù)計(jì)、超短期預(yù)計(jì)。按照其預(yù)計(jì)模型的創(chuàng)建能分成直接預(yù)測(cè)與間接預(yù)測(cè)兩個(gè)模塊，又由于PV出力受到氣候環(huán)境、輻照度、溫濕度以及地理?xiàng)l件的影響，每個(gè)辦法的精準(zhǔn)性均不一樣，因此選擇時(shí)需因地適宜。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外通過長(zhǎng)時(shí)間的探究，已對(duì)PV發(fā)電功率的預(yù)測(cè)展開了多種辦法與算法的探究。一種是統(tǒng)計(jì)法，另一種是物理法。

（二）統(tǒng)計(jì)法

直接根據(jù)光伏傳輸功率的原始數(shù)據(jù)，無需預(yù)計(jì)周邊環(huán)境的參數(shù)。通過創(chuàng)建多種模型，如ANNs、馬爾可夫鏈模型、時(shí)間序列分析系統(tǒng)以及灰色模型等。

（1）時(shí)間序列分析系統(tǒng)。時(shí)間序列分析系統(tǒng)在1968年由美國(guó)專家George Box與英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)者Gwilym Jenkins提出，隨后為了把這種預(yù)測(cè)方法稱作Box-Jenkins。其是將研究的時(shí)間序列視為一個(gè)隨機(jī)環(huán)節(jié)然后按照現(xiàn)有時(shí)間序列創(chuàng)建一個(gè)模型，基于現(xiàn)有時(shí)間序列在原來和現(xiàn)在的觀察值，計(jì)算時(shí)間序列今后的預(yù)測(cè)值?；诖擞之a(chǎn)生了：AR、MA、ARMA以及ARIMA集中模型。

（2）馬爾科夫系統(tǒng)。馬爾科夫法是將時(shí)間分析序列視為一個(gè)隨機(jī)環(huán)節(jié)，經(jīng)過預(yù)計(jì)不同事物的原始概率與狀態(tài)移動(dòng)概率來預(yù)計(jì)今后狀態(tài)，進(jìn)而預(yù)計(jì)今后狀態(tài)。

本文基于HMC的PV發(fā)電功率概率布局函數(shù)預(yù)測(cè)辦法，把環(huán)境溫度與太陽輻照度，視為光伏網(wǎng)不同運(yùn)轉(zhuǎn)條件的關(guān)鍵特點(diǎn)進(jìn)行劃分。使用依靠HMC模型參量定義的值，對(duì)光伏傳輸功率提前15分鐘展開預(yù)測(cè)，依靠實(shí)際信息展開的數(shù)值測(cè)試顯示，在不同天氣環(huán)境下，預(yù)測(cè)結(jié)論滿足光伏發(fā)電的準(zhǔn)確概率布局。

（三）物理法

物理法依靠輸出功率和輻照度、風(fēng)速以及氣溫等各項(xiàng)因素間的關(guān)聯(lián)，預(yù)測(cè)有關(guān)因素的參數(shù)，獲得輸出功率。

本文采取最小二乘法創(chuàng)建了前一天與前一天的外界輻照度和表層輻照度的聯(lián)系。計(jì)算環(huán)節(jié)相較于其它較為單調(diào)，但地面氣候類型的改變對(duì)預(yù)測(cè)精度影響很大。選擇RNNs展開預(yù)測(cè)，其精度伴隨操作時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。

三、結(jié)論及討論

上文對(duì)PV的輸出功率預(yù)計(jì)歸類成：直接預(yù)測(cè)與間接預(yù)測(cè)，這兩種方法均有一定的優(yōu)越性。

（1）直接預(yù)計(jì)。要有PV輸出功率的初始值，無需預(yù)測(cè)周邊環(huán)境的值，該種預(yù)測(cè)辦法容錯(cuò)率很高，但對(duì)所創(chuàng)建的模型要求較低。盡管以初始信息為基于展開預(yù)測(cè)，但其預(yù)計(jì)結(jié)論比較落后。

（2）間接預(yù)測(cè)。其針對(duì)初始信息的依賴很低，但對(duì)創(chuàng)模要求很高，要求對(duì)本地的地理環(huán)境信息較為了解和對(duì)輻射度的干擾。一般在預(yù)測(cè)過程均將影響其傳輸功率的氣候因素與輻照度視為變量開始創(chuàng)模，其預(yù)測(cè)精確性也非常好。

四、展望

今后光伏傳出預(yù)計(jì)辦法展望：在創(chuàng)模時(shí)能夠多引進(jìn)大量影響因子，不得僅局限在一般的影響因子，其應(yīng)當(dāng)因地制宜;統(tǒng)計(jì)法盡管有大量的初始信息作為基礎(chǔ)，但在預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上不能把兩種方法展開組合預(yù)測(cè)，如此會(huì)大幅度提高預(yù)測(cè)精度;在早晨開始過程與晚上的時(shí)候，因?yàn)檩椪斩鹊淖兓艽?，所獲得的預(yù)測(cè)辦法預(yù)測(cè)結(jié)論通常隨機(jī)性也會(huì)變大，要求后續(xù)學(xué)者持續(xù)完善，希望通過上文的具體探究，能夠?yàn)槲覈?guó)光伏發(fā)電行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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