光伏發(fā)電功率波動性及其自動發(fā)電控制備用需求計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自回歸模型的光伏發(fā)電功 率波動性及其自動發(fā)電控制備用需求計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當今傳統(tǒng)化石能源短缺的現(xiàn)狀和發(fā)展低碳經(jīng)濟的大背景下，太陽能光伏發(fā)電以 其清潔、可再生、蘊藏量極大的特點，成為發(fā)展前景最被看好的可再生能源產(chǎn)業(yè)之一。在當 今能源短缺的現(xiàn)狀下，各國都加緊了發(fā)展光伏的步伐，日本提出了在2020年達到28GW的光 伏發(fā)電總量，歐洲光伏協(xié)會提出了"setfor2020"規(guī)劃，規(guī)劃在2020年讓光伏發(fā)電做到商 業(yè)化競爭。在我國，截至2013年底，全國累計并網(wǎng)運行光伏發(fā)電裝機容量1942萬千瓦。預(yù) 計到2015年，我國的光伏電站裝機容量將達到10GW。
[0003] 然而，太陽能光伏發(fā)電受太陽輻射強度、天氣、環(huán)境溫度等因素影響，其出力具有 很強的波動性，將對電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行帶來不利的影響。研究太陽能光伏發(fā)電功率波 動特性并合理確定AGC(自動發(fā)電控制）備用容量，對促進間歇性新能源消納，保證電網(wǎng)的 安全運行都有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了精確分析光伏發(fā)電功率波動性，提高電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，本發(fā)明提 出了一種基于自回歸模型的光伏發(fā)電功率波動性及其自動發(fā)電控制備用需求計算方法，包 括：
[0005] 步驟1、通過采集氣象數(shù)據(jù)來計算光伏面板的總輻照度；
[0006] 步驟2、根據(jù)光伏面板的總輻照度計算光伏發(fā)電功率；
[0007] 步驟3、根據(jù)氣象數(shù)據(jù)分析得到不同時間尺度下光伏發(fā)電波動量的累積分布函 數(shù)；
[0008] 步驟4、分析光伏陣列不同位置的光伏發(fā)電波動量數(shù)據(jù)，獲得不同時間尺度下和不 同空間尺度下光伏發(fā)電波動量的累積分布函數(shù)；
[0009] 步驟5、采用自回歸模型對光伏發(fā)電功率序列進行頻譜分析，找出序列中主要的周 期分量；
[0010] 步驟6、采用滾動平均法對關(guān)鍵時間尺度下的波動分量進行分離，得到與負荷幅值 采樣和存儲周期相對應(yīng)的各個時刻的調(diào)節(jié)負荷分量；
[0011] 步驟7、采用概率密度分布函數(shù)，確定大規(guī)模光伏電站接入電網(wǎng)引起的自動發(fā)電控 制備用容量需求；
[0012] 步驟8、針對時間尺度為秒級的功率波動由一次調(diào)頻來平衡，針對秒級以上時間尺 度的功率波動則通過調(diào)節(jié)機組出力進行調(diào)節(jié)。
[0013] 所述步驟1中光伏面板的總輻照度的計算公式為：
[0014] G=GbcosΘ+Gd (1+cosβ) /2+pGh (1-cosβ) /2
[0015] 式中：G表示光伏面板的總輻照度，單位W/m2;G 水平面上的總輻照度，單位W/ m2;Gb、Gd分別為直接輻照度和散射輻照度，單位W/m2;P為地面反射率，β為光伏面板的安 裝傾角；其中，Gh= Gb cos Θz+Gd，θ、Θ2分別為太陽光入射到光伏面板和水平面的入射角。
[0016] 所述步驟2中光伏發(fā)電功率的計算公式為：
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 式中，P_、U_以及I_分別為光伏面板輸出的最大功率點功率、最大功率點電壓 和最大功率點電流，a、b、rs、v。。為計算定義的中間變量；U。。、Is。分別為在當前輻照度和工 作溫度下的光伏面板的開路電壓和短路電流。
[0021] 所述步驟6中滾動平均法通過對光伏出力曲線P上每一個數(shù)據(jù)的前、后一段數(shù)值 滾動求平均，由此獲得一條平滑的光伏出力曲線匕，計算原始出力曲線P和得到的平滑的出 力曲線h的差值，即可得到相對時間尺度的波動分量，計算公式為：
[0022]
[0023] 式中，Pr為經(jīng)過滾動平均法平滑出力后得到的時刻t的出力值；Pt為原始出力曲 線上時刻t的出力值；2M為作滾動平均的出力數(shù)據(jù)的個數(shù)，取決于滾動平均的時段長度。
[0024] 所述步驟7中概率密度分布函數(shù)為tlocation-scale分布函數(shù)。
[0025] 本發(fā)明的有益效果在于：使用氣象數(shù)據(jù)進行仿真得到光伏陣列的出力，并利用光 伏陣列出力數(shù)據(jù)對不同時間尺度和不同空間尺度的光伏發(fā)電波動特性進行研究；提出使用 自回歸模型對光伏發(fā)電出力數(shù)據(jù)進行頻譜分析，得到光伏發(fā)電出力波動的關(guān)鍵時間尺度； 利用滾動平均法對關(guān)鍵時間尺度的分量進行分離，驗證了采用t分布擬合其概率分布效果 良好，并計算得到示例的AGC容量需求，為定量分析光伏發(fā)電波動性提供了具體操作方法， 對促進間歇性新能源消納，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的研究具有一定的參考意義。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明提出的基于自回歸模型的光伏發(fā)電功率波動性及其自動發(fā)電控制 備用需求計算方法流程圖；
[0027] 圖2為總輻照度曲線；
[0028] 圖3為光伏發(fā)電功率曲線；
[0029] 圖4為lmin及5min時間尺度下光伏發(fā)電波動量的累計分布函數(shù)；
[0030] 圖5為不同天氣條件的光伏陣列出力；
[0031] 圖6為lmin及5min時間尺度下總輻照度、光伏發(fā)電波動量的累計分布函數(shù)；
[0032] 圖7為lmin尺度下不同地點光伏發(fā)電波動量的累計分布函數(shù)；
[0033] 圖8為5min尺度下不同地點光伏發(fā)電波動量的累計分布函數(shù)；
[0034] 圖9為光伏出力的頻譜分析；
[0035] 圖10為光伏出力的5min波動分量；
[0036] 圖11為5min波動分量的概率分布函數(shù)；
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖，對實施例作詳細說明。
[0038] 本發(fā)明提出了一種基于自回歸模型的光伏發(fā)電功率波動性及其自動發(fā)電控制備 用需求計算方法，如圖1所示，包括：
[0039] 步驟1、通過采集氣象數(shù)據(jù)來計算光伏面板的總輻照度；
[0040] 步驟2、根據(jù)光伏面板的總輻照度計算光伏發(fā)電功率；
[0041] 步驟3、根據(jù)氣象數(shù)據(jù)分析得到不同時間尺度下光伏發(fā)電波動量的累積分布函 數(shù)；
[0042] 步驟4、分析光伏陣列不同位置的光伏發(fā)電波動量數(shù)據(jù)，獲得不同時間尺度下和不 同空間尺度下光伏發(fā)電波動量的累積分布函數(shù)；
[0043] 步驟5、采用自回歸模型對光伏發(fā)電功率序列進行頻譜分析，找出序列中主要的周 期分量；
[0044] 步驟6、采用滾動平均法對時間尺度下的波動分量進行分離，得到與負荷幅值采樣 和存儲周期相對應(yīng)的各個時刻的調(diào)節(jié)負荷分量；
[0045] 步驟7、采用概率密度分布函數(shù)，確定大規(guī)模光伏電站接入電網(wǎng)引起的自動發(fā)電控 制備用容量需求；
[0046] 步驟8、針對時間尺度為秒級的功率波動由一次調(diào)頻來平衡，針對秒級以上時間尺 度的功率波動則通過調(diào)節(jié)機組出力進行調(diào)節(jié)。
[0047] 針對步驟1，本實施例利用美國亞利山那州0ASIS(來源于NREL實驗室）分辨率為 lmin的實際氣象數(shù)據(jù)，通過Rabl模型得到光伏陣列上每分鐘的總輻照度大小，并依據(jù)光伏 陣列所接收的總輻照度和光伏陣列出力的關(guān)系，模擬得到光伏陣列的輸出功率曲線。
[0048] 由氣象數(shù)據(jù)得到光伏面板上的總輻照度G的公式如下：
[0049] G=GbcosΘ+Gd (1+cosβ) /2+pGh (1-cosβ) /2 (1)
[0050] 式中：G表示光伏面板的總輻照度（W/m2)仏為水平面上的總輻照度（W/m2) ;Gb、Gd 分別為直接輻照度和散射輻照度（W/m2) ;P為地面反射率（％ )，β為光伏面板的安裝傾 角（° )。其中，參數(shù)Gb、Gd來自O(shè)ASIS的氣象數(shù)據(jù)庫，Gh可以通過式⑵進行計算：
[0051] Gh=GbcosΘz+Gd (2)
[0052]θ、Θ為太陽光入射到光伏面板和水平面的入射角（° )，這兩項參數(shù)和太陽與地 球的相對運動有關(guān)。
[0053] 針對步驟2,光伏陣列出力計算
[0054] 光伏面板的總輻照度可以由上述計算得到。假設(shè)光伏陣列中，所有光伏面板都工 作于最大功率點，根據(jù)得到的光伏面板的總輻照度G計算得到的光伏面板的最大功率P_ 的公式如下：
[0055]
[0056]
[0057]
[0058] 式中，P_、U_以及I_分別為光伏面板輸出的最大功率點功率、最大功率點電壓 和最大功率點電流，a、b、rs、v。。為計算定義的中間變量；U。。、Is。分別為當前輻照度和工作 溫度下，光伏面板的開路電壓和短路電流，該參數(shù)大小與G有關(guān)。a、b、rs、VcK、l^、IJ^K 項參數(shù)的具體計算方法參考Lorenz