分布式光伏發(fā)電的特性分析與預(yù)測方法綜述

張浩　李樹金

摘 要：隨著近些年科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度也越來越快，應(yīng)用分布式光伏發(fā)電也得到了更多的關(guān)注。配電網(wǎng)連接了大量的間歇性較強的分布式光伏，給配電網(wǎng)帶來了大量的運行問題，影響到了整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行與供電質(zhì)量。為此，必須要對分布式光伏發(fā)電進行更細(xì)致的研究。本文主要對分布式光伏發(fā)電展開了研究，對其特性與預(yù)測方法進行了闡述。希望這篇文章能夠為今后此方面的工作提供參考。

關(guān)鍵詞：分布式光伏;概率分布;出力特征;預(yù)測方式;分析

為了維護地球的生態(tài)平衡與可持續(xù)性發(fā)展，綠色能源被廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域當(dāng)中。太陽能是一種具有分布廣、無污染等優(yōu)點的情節(jié)性能源，是現(xiàn)階段發(fā)電領(lǐng)域主要研究的問題之一。但是隨著其大規(guī)模的發(fā)展，分布式光伏多點無規(guī)則的接入配電網(wǎng)對配電網(wǎng)造成了較大的影響。下面對分布式光伏發(fā)電展開了研究。

1 分布式光伏出力特性的具體分析

光分布式光伏處理具有間歇性強、隨機性強的特點，會受到環(huán)境條件與其他因素的影響，例如：季節(jié)、地理區(qū)域、時間等。還會與相連的臨近光伏形成電力負(fù)荷制約。對其進行建模并準(zhǔn)確的分析特性一直都是一個難點。

1.1 隨機分布的特性

光伏處理的隨機性與間歇性較為明顯。為了降低其波動性對配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，很多研究人員對其特性展開了充分的研究。根據(jù)研究的相關(guān)結(jié)論與數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，光伏出力特征不光會受到光照等環(huán)境條件的影響，還會受到時間、地理區(qū)域等相關(guān)因素的影響[1]。

目前主要使用的兩種光伏出力特性研究有兩種方法，分別是：第一，直接法，這種方法時根據(jù)大量出力功率序列的記載數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)擬合回歸等技術(shù)手段，對光伏處理特性進行具體的分析，具有受其他因素影響小、準(zhǔn)確性較高等特點，但是需要進行大量的信息收集;第二，間接法，這種方法以光伏發(fā)電原理為基礎(chǔ)，根據(jù)光照、氣象等相關(guān)原始數(shù)據(jù)來進行光伏出力的建模，從而間接獲得光伏處理的特性[2]。在建模的過程中，間接法會或略掉一部分的影響因素，例如：光照分布、光伏板安裝位置等，雖然不需要輸入大量的相關(guān)數(shù)據(jù)，但是這種方法的誤差要比直接法更高。

1.2 光伏處理隨機概率新型分布

1.2.1 非參數(shù)核密度概率分布

通過這種方式來研究光伏的分布概率特征，要根據(jù)光伏樣本來進行，并且不需要事先假設(shè)分布參數(shù)，目前這種方法正在被廣泛的應(yīng)用于新能源分布系統(tǒng)當(dāng)中。

1.2.2 相關(guān)性概率分布

光伏出力在光照強度等發(fā)電原理相關(guān)因素的影響之下，會產(chǎn)生隨機性變化。并且，如果低壓配電網(wǎng)的光伏電源滲透率升高，可以發(fā)現(xiàn)此配電網(wǎng)相鄰的區(qū)域中大多數(shù)的外部氣象條件基本一致。將連片分布式光伏與配電網(wǎng)連接時，在此區(qū)域內(nèi)的大量的分布光伏電源、負(fù)荷相互之間都存在一定的關(guān)聯(lián)，會出現(xiàn)光伏處理同時增加或者同時減小的情況出現(xiàn)，這會使光伏處理的隨機性更強，產(chǎn)生的波動也就更大[3]。

隨著不斷的發(fā)展，越來越多的研究人員開始對分布式光伏接入配電網(wǎng)展開的研究。發(fā)現(xiàn)隨著光伏并網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，光伏出力的特性對配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響也會越明顯，維護配電網(wǎng)穩(wěn)定需要控制的因素也就變得更多。近些年只有研究人員使用多變量隨機分布Copula函數(shù)的方法，構(gòu)建出了分布式光伏和風(fēng)機的處理相關(guān)性的模型，并對分布式光伏特性展開的研究。

1.2.3 持續(xù)時間概率分布

上述內(nèi)容中已經(jīng)提到過，光伏出力的時間波動性與間歇性都較強，光伏出力的輸出功率需要通過依靠分布模型才能夠進行更準(zhǔn)確的分析。持續(xù)時間概率分布，是把光伏出力范圍的研究，分為了不同的時間段，通過對每個時間段光伏出力的功率進行統(tǒng)計，來分析光伏出力的特性。

2 分布式光伏發(fā)電的預(yù)測方法分析

光伏出力預(yù)測的準(zhǔn)確性，直接影響到配電網(wǎng)接納分布式光伏的效果，能夠?qū)夥娫磁c配電網(wǎng)得到進一步的優(yōu)化設(shè)計。光伏出力經(jīng)常會受到各種不同因素的影響，因此光伏出力預(yù)測具有一定的難度。

2.1 直接預(yù)測法

這種方法，其原理就是從原有的數(shù)據(jù)角度出發(fā)，通過對這些數(shù)據(jù)的分析與計算，對未來一段不同天氣情況下的光伏出力情況進行預(yù)測，具有較高的預(yù)測精準(zhǔn)度。

2.1.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計預(yù)測法

這種方法也可以稱作是直接預(yù)測法，通常適宜以往的光伏數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，對這些數(shù)據(jù)進行詳細(xì)的研究之后，得出一些規(guī)律，從而得出光伏處理的預(yù)測理論，并以此構(gòu)建光伏處理預(yù)測數(shù)學(xué)模型，可以將其分為[4]：灰色理論預(yù)測法、時間序列預(yù)測法等。

2.1.2 人工智能預(yù)測法

上述的數(shù)據(jù)統(tǒng)計預(yù)測法需要以當(dāng)量的歷史觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，才能夠進行光伏出力特性的預(yù)測。但是由于太陽輻射的面積十分廣泛，在每個地區(qū)的輻射程度又不同，很難準(zhǔn)確的獲取其數(shù)據(jù)，這就使得光伏出力預(yù)測的準(zhǔn)確性會有所下降。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不但發(fā)展，人工智能被應(yīng)用到了各個領(lǐng)域當(dāng)中，在光伏出力預(yù)測當(dāng)中也有了應(yīng)用。例如：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等都有所應(yīng)用。人工智能預(yù)測方法從根本上將，也屬于直接預(yù)測法，這種方法也要進行大量的計算，但是這種方法的準(zhǔn)確性要比數(shù)據(jù)統(tǒng)計預(yù)測法更高。

2.2 間接預(yù)測法

間接預(yù)測法與直接檢測法存在一定的差異，這種方法不需要依靠以前的數(shù)據(jù)就能夠?qū)μ鞖忸A(yù)報數(shù)據(jù)進行檢測，這也是這種方法最為明顯的優(yōu)點。間接預(yù)測法中應(yīng)用的使數(shù)數(shù)值天氣預(yù)報與基地云圖[5]。其可以利用大型計算機超強的數(shù)值運算能力，對天氣的初值與邊界條件進行假設(shè)，并且根據(jù)流體力學(xué)與熱力學(xué)原理對天氣演變過程進行模擬，預(yù)測出在未來一段時間內(nèi)，該地區(qū)大氣處于的運動狀態(tài)與氣候，這樣使得光伏出力預(yù)測的原始輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有了明顯的提升。

2.3 常用的預(yù)測軟件

現(xiàn)階段國內(nèi)外主要使用的光伏電站特性分析預(yù)測軟件主要有以下幾種：加拿大研發(fā)的RETScreen、德國研發(fā)的PVSOL和PVDesigner、國內(nèi)使用的虛擬電站等，這些預(yù)測軟件都能夠很準(zhǔn)確的進行光伏出力預(yù)測與光伏發(fā)電特性分析。

3 未來的發(fā)展方向

隨著時代的不斷發(fā)展，全球范圍內(nèi)都認(rèn)識到了新能源與可再生能源發(fā)展與應(yīng)用的重要性。分布式光伏的廣泛應(yīng)用是必然的發(fā)展趨勢，也是發(fā)展推廣新能源應(yīng)用的主要手段之一。為了保證分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)的影響可以降低到最小，提升配電網(wǎng)的供電質(zhì)量，要對光伏發(fā)電特性進行更加細(xì)致的分析，保證出力預(yù)測的準(zhǔn)確性。雖然近些年大多數(shù)的國內(nèi)外的研究人員一直致力于此方面的研究，但是還是還有更大的領(lǐng)域需要我們?nèi)ヌ剿骱脱芯?。未來主要會在以下幾個方面就那些能夠發(fā)展：首先，需要調(diào)整光伏電源與配電網(wǎng)的適配性，需要對分布式光伏的動態(tài)進行更大規(guī)模、時間更長的特性研究;其次，進一步深入研究不同因素對于光伏發(fā)電特性產(chǎn)生的影響;最后，開發(fā)出更多、更先進的適用于光伏發(fā)電特性分析與預(yù)測的軟件，使不同應(yīng)用場景的光伏發(fā)電預(yù)測準(zhǔn)確性得以提升。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著各個國家對能源安全、生態(tài)系統(tǒng)平衡的關(guān)注，新能源會被越來越廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域當(dāng)中。為了使分布式光伏發(fā)電能夠穩(wěn)定的接入到配電網(wǎng)當(dāng)中，降低其波動對配電網(wǎng)穩(wěn)定的影響，必須要對光伏發(fā)電特性進行分析。

參考文獻：

[1]王洪坤，葛磊蛟，李宏偉，遲福建.分布式光伏發(fā)電的特性分析與預(yù)測方法綜述[J].電力建設(shè)，2017，38（07）：1-9.

[2]任惠，趙杰.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)綜述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015：117-118.

[3]鄭穎春.分布式光伏發(fā)電運行特性及其對配電網(wǎng)的影響[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（23）：183-184.

[4]孫新鑫，劉仁瀚，孫宏錄.分布式光伏發(fā)電的概述與構(gòu)建[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（24）：231.

[5]朱知洋，趙小順，余榮彪.分布式光伏發(fā)電技術(shù)要點分析[J].青年科學(xué)：下半月，2014：163.