一種光伏功率因子表預測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏功率因子表預測方法，包括以下步驟：選取至少兩組晴朗天氣條件下正常發(fā)電數(shù)據(jù)作為樣本，樣本中包括日期、時間、輻照度和發(fā)電功率；利用運行容量歸一化處理樣本中的發(fā)電功率；樣本中不同日期數(shù)據(jù)按照日出日落時間差進行平移；利用至少兩組樣本數(shù)據(jù)計算得到功率因子表；利用氣象觀測子站實際輻照度修正預測日的預報輻照度；根據(jù)預測日的預報輻照度查找功率因子表預測出發(fā)電功率。本發(fā)明過程簡單清晰、在光伏電站并網(wǎng)前后均可準確預報光伏電站功率變化，為電網(wǎng)調(diào)度提供參考科學依據(jù)，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和安全性。
【專利說明】
-種光伏功率因子表預測方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種光伏功率因子表預測方法，屬于光伏發(fā)電功率預測技術領域。
【背景技術】
[0002] 光伏發(fā)電作為一種清潔能源發(fā)電技術，當前得到迅速發(fā)展和廣泛工程應用。光伏 發(fā)電特點是出力（發(fā)電量)隨天氣狀況波動，有明顯的間歇性和規(guī)律性，大規(guī)模集中式光伏 電站并網(wǎng)后對于電網(wǎng)沖擊大，標準規(guī)集中式光伏電站定必須配備功率預測功能軟件。提前 預測光伏發(fā)電出力，則便于電網(wǎng)調(diào)度，合理安排制定發(fā)電計劃，調(diào)節(jié)出力分布、經(jīng)濟調(diào)度、安 全運行等，因此準確預報光伏發(fā)電功率意義重大。
[0003] 光功率預測方法分為數(shù)理模型法、統(tǒng)計模型法、智能模型法等。一般算法依賴于先 驗數(shù)據(jù)和訓練樣本，并且受其好壞而影響計算結果，面臨的是需要解決光伏電站在投運初 期缺乏運行數(shù)據(jù)的問題。光伏發(fā)電受到環(huán)境影響大，在春、夏、秋、冬四季不同的季節(jié)環(huán)境， 晴、陰、霧、雨、雪等不同氣象條件下發(fā)電出力情況差異明顯，據(jù)此有研究提出多種模型的人 工神經(jīng)網(wǎng)絡方法，適應復雜氣象條件是光功率預測需要解決的另一問題，解決過程一般比 較復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種光伏功率因子表預測方 法，解決了現(xiàn)有技術中因天氣類型變化而引起的預測精度降低和并網(wǎng)投運初期缺乏運行數(shù) 據(jù)的技術問題。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種光伏功率因子表預測方法，其特征是，包 括W下步驟：
[0006] 步驟一，選取至少兩組晴朗天氣條件下光伏電站正常發(fā)電數(shù)據(jù)作為樣本，樣本中 包括日期、時間、福照度和發(fā)電功率參數(shù)；
[0007] 步驟二，利用運行容量歸一化處理樣本中的發(fā)電功率，運行容量指光伏電站實際 并網(wǎng)運行的容量；
[000引步驟=，樣本中不同日期數(shù)據(jù)按福照度最高點為中屯、進行平移；
[0009] 步驟四，利用樣本數(shù)據(jù)計算得到功率因子表；
[0010] 步驟五，利用氣象觀測子站實際福照度修正預測日的預報福照度；
[0011] 步驟六，根據(jù)預測日修正后的福照度查找功率因子表預測出發(fā)電功率。
[0012] 進一步的，所述步驟=中，樣本平移具體過程為，選取日出日落時刻的平均時間點 作為中點，中點即為一天中福照度最高的時刻，將樣本平移至中點對齊。
[0013] 進一步的，所述步驟四中，利用樣本數(shù)據(jù)計算得到功率因子表的具體過程為，已知 歸一化的發(fā)電功率P對福照度的函數(shù)f(x)可W通過泰勒公式展開，
[0014]
[001引其中，fW(曰)為發(fā)電功率的n階導數(shù)在福照度為曰時的值，Rn(X)為(x-a)n的高階無 窮?。?br>[0016] 保留其中一次項和常數(shù)項，對于樣本Ll和樣本L2,在對齊的同一列（即樣本Ll中福 照度為XI，樣本L2中福照度為x2)的發(fā)電功率P可W表示如下
[0017]
[001 引
[0019] 根據(jù)W上公式可W得出一次系數(shù)為
在分段近似條件 下，重復上述過程，計算發(fā)電功率與福照度之間的分段線性數(shù)學關系，組成功率因子表。
[0020] 進一步的，所述步驟五中，福照度修正采用W下滑動平均法計算公式：
[0021]
[0022] 其中與+1為修正后實際福照度值，XW為初始預報的福照度值，Xt為前一時刻初始 預報的福照度值，4為前一時刻實際福照度值，a為系數(shù)，數(shù)值范圍為0~1，〇系數(shù)的計算過 程可W采用現(xiàn)有技術中最小二乘法來計算，通常在福照度數(shù)據(jù)變化大時，a取值較小，在福 照度數(shù)據(jù)變化小時，a取值較大，本申請中a選取經(jīng)驗值0.5。
[0023] 進一步的，所述步驟六中，已知預測日修正后的福照度xn，查找功率因子表，則歸 一化后的發(fā)電功率計算公式為:f (xn)=f (xl)+f/ (x0)(xn-xl)，將計算出的值乘W運行容 量即為預測日的發(fā)電功率。
[0024] 在光伏電站并網(wǎng)前無相關歷史數(shù)據(jù)時，選取地理位置接近的站點歷史數(shù)據(jù)按照W 上方法計算出功率因子表，根據(jù)此功率因子表來預測此光伏電站的發(fā)電功率;在光伏電站 并網(wǎng)后，首先利用并網(wǎng)實際運行的晴天條件數(shù)據(jù)按照W上方法計算出此光伏電站的功率因 子表，然后進行發(fā)電功率預測。
[0025] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所達到的有益效果是：
[0026] 1)本發(fā)明采用晴天條件下的歷史數(shù)據(jù)作為樣本，并對樣本數(shù)據(jù)進行歸一化、平移 和修正處理，使地理位置接近的站點數(shù)據(jù)具有相似性，在光伏電站并網(wǎng)前無相關歷史數(shù)據(jù) 時，可W選取地理位置接近的站點歷史數(shù)據(jù)按照W上方法計算出功率因子表，根據(jù)此功率 因子表來預測此光伏電站的發(fā)電功率，使光伏電站在并網(wǎng)前就具備功率預測功能；
[0027] 2)本發(fā)明計算方法需要的晴天條件下的歷史樣本少，在光伏電站并網(wǎng)運行一段時 間，利用并網(wǎng)實際運行的兩組晴天條件數(shù)據(jù)樣本，按照W上方法計算出此光伏電站的功率 因子表，然后即可進行發(fā)電功率預測，解決了光伏電站并網(wǎng)初期缺乏有效發(fā)電數(shù)據(jù)樣本的 問題；
[0028] 3)本發(fā)明過程簡單清晰、準確預報光伏電站功率變化，為電網(wǎng)調(diào)度提供參考科學 依據(jù)，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和安全性。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的光伏功率因子表預測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。W下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術方案，而不能W此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0031] 如圖1所示，一種光伏功率因子表預測方法，其特征是，包括W下步驟：
[0032] 步驟一，選取至少兩組晴朗天氣條件下光伏電站正常發(fā)電數(shù)據(jù)作為樣本，樣本中 包括日期、時間、福照度和發(fā)電功率參數(shù)；
[0033] 選取至少兩組晴朗天氣條件下光伏電站正常發(fā)電數(shù)據(jù)作為樣本，擬棄雨雪、陰天 和云層影響的天氣下發(fā)電數(shù)據(jù)，去除限電、檢修、數(shù)據(jù)質(zhì)量非正常(操作員閉鎖、測試(檢修） 取代、不精確、不一致、舊數(shù)據(jù)(不刷新)故障、抖動、壞基準值、超值域、溢出、無效、可疑)等 情況下的發(fā)電數(shù)據(jù);樣本數(shù)據(jù)采集頻率為15分鐘，每天采集的樣本中包括96個采集點，選取 晴朗條件下的發(fā)電功率數(shù)據(jù)應該為平滑曲線形態(tài)；
[0034] 步驟二，利用運行容量歸一化處理樣本中的發(fā)電功率，運行容量為光伏電站實際 并網(wǎng)運行的容量；
[0035] 運行容量是指光伏電站并網(wǎng)后，可向電網(wǎng)供電的容量，即光伏電站實際并網(wǎng)運行 的容量，一般小于安裝容量。運行容量對有功功率輸出有直接影響，不同運行容量對應的有 功功率輸出不同，不同光伏電站的運行容量也不同，同一電站運行容量也會隨限電或檢修 等因素變化;使用歷史數(shù)據(jù)時須考慮有功功率與運行容量對應，計算時用有功功率對運行 容量歸一化后的相對值，歸一化處理即是功率除W運行容量，在得出預測結果后再乘W運 行容量得出預測功率的絕對值；
[0036] 步驟=，樣本中不同日期數(shù)據(jù)按福照度最高點為中屯、進行平移；
[0037] 日出日落時間隨季節(jié)變化、經(jīng)締度不同等改變，如我國同一地點的日出時間在一 年內(nèi)可能差距幾個小時；并且一年內(nèi)白晝所處的時間段也不同。不同日期的同一時刻發(fā)電 輸出和發(fā)電特性也有差異，而同一太陽軌跡位置發(fā)電特性較接近。觀察一天中日出、正午、 日落過程，不同的太陽軌跡位置對應光伏陣列發(fā)電出力不同，相似日之間同樣的太陽軌跡 位置對應的發(fā)電出力相近。而樣本采集是W15分鐘為間隔，福照度最高點不容易精確選取， 因此采用日出日落時間差異來確定福照度最高點，具體過程為，計算福照度對應的日出日 落時刻的平均時間點作為中點，中點近似為一天中福照度最高的時刻，將樣本平移至中點 對齊;多組數(shù)據(jù)對齊后，同一列位置的數(shù)據(jù)對應太陽高度角相同。因此采用日出日落時間中 點對齊方式，即太陽軌跡位置對齊方式，平移后能更加準確反映發(fā)電出力與福照度之間的 關系；
[0038] 步驟四，利用樣本數(shù)據(jù)計算得到功率因子表；
[0039] 利用樣本數(shù)據(jù)計算得到功率因子表的具體過程為，已知歸一化的發(fā)電功率P對福 照度的函數(shù)f (X)可W通過素勒公式展開，
[0040]
[0041] 其中，X為福照度，f (X)為發(fā)電功率函數(shù)，fW(a)為發(fā)電功率的n階導數(shù)在福照度為 a時的值，Rn(X)為(x-a)n的高階無窮??；
[0042] 保留其中一次項和常數(shù)項，按照每15分鐘1次的采樣頻率，1天有96點數(shù)據(jù)，對于樣 本1^:(1，2...，96)和樣本1^2:(1，2...，96)，在對齊的同一列（福照度即樣本1^中福照度為 Xl，樣本L2中福照度為x2)的功率P可W表示如下
[0043]
[0044]
[0045] 根據(jù)W上公式可W得出一次系數(shù)為
，在分段近似條件 下，重復上述過程，計算發(fā)電功率與福照度之間的分段線性數(shù)學關系，組成功率因子表；
[0046] 步驟五，利用氣象觀測子站實際福照度修正預測日的預報福照度；
[0047] 在國內(nèi)數(shù)值天氣預報一般提前一天獲取，晴天情況下較準確，雨雪多云等變化天 氣時有部分誤差;基于光伏電站現(xiàn)場氣象觀測子站氣象數(shù)據(jù)的實際福照度修正，能明顯提 高數(shù)值天氣預報福照度的準確度;福照度修正采用W下計算公式：
[004引
[0049] 其中衣+1為修正后實際福照度值，XW為初始預報的福照度值，Xt為前一時刻初始 預報的福照度值，馬為前一時刻實際福照度值，a為系數(shù)，數(shù)值范圍為0~1，〇系數(shù)的計算過 程可W采用現(xiàn)有技術中最小二乘法來計算，通常在福照度數(shù)據(jù)變化大時，a取值較小，在福 照度數(shù)據(jù)變化小時，a取值較大，本申請中a選取經(jīng)驗值0.5;
[0050] 步驟六，根據(jù)預測日修正后的福照度查找功率因子表預測出發(fā)電功率；
[0051 ]預測日的同一列發(fā)電功率計算公式為:f (xn)=f (xl)+f / (x0)(xn-xl)，其中xn為 預測日修正后的福照度;上述過程為歸一化的值計算，輸出結果乘W運行容量記為預測的 發(fā)電功率。
[0052] 本發(fā)明采用晴天條件下的歷史數(shù)據(jù)作為樣本，并對樣本數(shù)據(jù)進行歸一化、平移和 修正處理，使地理位置接近的站點數(shù)據(jù)具有相似性，在光伏電站并網(wǎng)前無相關歷史數(shù)據(jù)時， 可W選取地理位置接近的站點歷史數(shù)據(jù)按照W上方法計算出功率因子表，根據(jù)此功率因子 表來預測此光伏電站的發(fā)電功率，使光伏電站在并網(wǎng)前就具備功率預測功能;在光伏電站 并網(wǎng)后，在光伏電站并網(wǎng)運行一段時間，利用并網(wǎng)實際運行的兩組晴天條件數(shù)據(jù)樣本，按照 W上方法計算出此光伏電站的功率因子表，然后即可進行發(fā)電功率預測。
[0053] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可W做出若干改進和變型，運些改進和變型 也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種光伏功率因子表預測方法，其特征是，包括以下步驟： 步驟一，選取至少兩組晴朗天氣條件下光伏電站正常發(fā)電數(shù)據(jù)作為樣本，樣本中包括 日期、時間、輻照度和發(fā)電功率參數(shù)； 步驟二，利用運行容量歸一化處理樣本中的發(fā)電功率，運行容量指光伏電站實際并網(wǎng) 運行的容量； 步驟三，樣本中不同日期數(shù)據(jù)按輻照度最高點為中心進行平移； 步驟四，利用樣本數(shù)據(jù)計算得到功率因子表； 步驟五，利用氣象觀測子站測量的輻照度修正預測日的預報輻照度； 步驟六，根據(jù)預測日修正后的輻照度查找功率因子表預測出發(fā)電功率。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種光伏功率因子表預測方法，其特征是，所述步驟三中，樣 本平移具體過程為，選取日出日落時刻的平均時間點作為中點，中點即為一天中輻照度最 高的時刻，將樣本平移至中點對齊。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種光伏功率因子表預測方法，其特征是，所述步驟四中，利 用樣本數(shù)據(jù)計算得到功率因子表的具體過程為，已知歸一化的發(fā)電功率P對輻照度的函數(shù)f (X)可以通過泰勒公式展開，其中，f(n)(a)為發(fā)電功率的η階導數(shù)在輻照度為a時的值，Rn(x)為(x_a) n的高階無窮??； 保留其中一次項和常數(shù)項，對于樣本L1和樣本L2,在對齊的同一列（即樣本L1中輻照度 為xl，樣本L2中輻照度為x2)的發(fā)電功率P可以表示如下 U ： 1 :根據(jù)以上公式可以得出一次系數(shù)戈，在分段近似條件下，重 復上述過程，計算發(fā)電功率與輻照度之間的分段線性數(shù)學關系，組成功率因子表。4. 根據(jù)權利要求3所述的一種光伏功率因子表預測方法，其特征是，所述步驟五中，輻 照度修正采用以下滑動平均法計算公式： = Χ?+1 + ?(Λ - 其中矣+1為修正后實際輻照度值，xt+1為初始預報的輻照度值，xt為前一時刻初始預報的 輻照度值，毛為前一時刻實際輻照度值，α為系數(shù)，數(shù)值范圍為0~1，α選取0.5。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種光伏功率因子表預測方法，其特征是，已知預測日修正后 的福照度xn，則歸一化后的發(fā)電功率計算公式為:f (xn) = f (X1) +f' (xO) (χη-χ 1)，將計算出 的值乘以運行容量即為預測日的發(fā)電功率。
【文檔編號】G06Q10/04GK105956685SQ201610247301
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】吳世偉, 李靖霞, 檀庭方, 劉文彪, 紀陵
【申請人】南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司