大型太陽能光伏發電基地集群出力特性分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及大型太陽能光伏發電基地發電技術與并網技術應用領域，具體涉及大 型太陽能光伏發電基地集群出力特性分析方法；在此基礎上提供光伏發電基地發電量、最 大發電功率的計算方法及電網調度與調峰策略分析方法。
【背景技術】
[0002] -、問題的提出
[0003]目前我國太陽能發電的發展方式是以建設大規模光伏發電基地為主，以實現規模 化效益、充分利用優勢太陽能資源。不同于傳統火電或水電，太陽能是一種間歇性能源，光 伏發電出力特性具有隨機性和波動性，這些不利的特性給電力系統電源規劃、電網運行方 式安排均產生較大影響。對光伏基地出力特性進行分析，得出較為精確的出力特性曲線， 是大型光伏發電基地上網電量計算、電網電力電量平衡計算與電網調峰容量確定的重要依 據。
[0004] 二、光伏發電量的傳統計算方法
[0005] 發電量計算的準確性是確定光伏發電項目收益能力的基礎數據、是光伏發電基地 安排裝機規模、確定光伏電量消納范圍的前提。目前大多數的光伏電站工程設計中普遍采 用了光電峰值小時數的方法推算光伏電站月平均發電量。峰值日照小時數的概念是：將太 陽電池組件所在平面上某段時間中能接收到的太陽輻射量轉換為l〇〇〇W/m2條件下的等效 小時數稱峰值日照小時數。若太陽能電池組件在lh中接收到的太陽輻射量為lMJ/m2,由以 上峰值日照小時數的定義，可得：lMJ/m2 ?h= 1000000J/m2 ? 3600s= (1000W/m2)/3. 6 ;故 若太陽能電池組件在lh中接收到的太陽輻射量為lMJ/m2,則其在1000W/m2條件下的等效 小時數為1/3. 6h。由于太陽能電池組件的峰值功率均在1000W/m2條件下標定，因此采用峰 值日照小時數乘以光伏電站的裝機容量即為光伏電站的理論發電量（最大發電量）。
[0006] 傳統計算方法存在的問題：傳統計算方法雖然提供了便捷的光伏發電量計算方 法，但是太陽能電池組件的峰值功率是基于實驗室標準環境標定，因此忽略了光伏電站所 處外部環境對發電功率的影響，以及光電轉換效率在不同出力條件下的不同，故而降低了 年發電量以及年利用小時數計算的精度，所得計算結果偏理論化，實際應用價值不高。并 且，傳統計算方法一般多用于預測電量，不能實時預測光伏電站的出力特性，不能為電網調 度部門提供調度運行依據，不可避免因為光伏發電出力波動增加電網調度運行難度。
[0007] 三、光伏發電功率預測
[0008] 光伏電站短期、中期及長期發電功率的預測可以為電網調度提供更為準確的預測 信息，幫助調度安排好電網的經濟運行方式及電網調峰容量計劃。
[0009] 由于影響光伏陣列發電功率的因素很多，目前光伏電站發電出力還沒有準確的預 測方法和手段。電網調度部門通常根據以往運行經驗，假定一個最大出力系數，光伏裝機容 量乘以最大出力系數即可得到光伏電站最大發電功率，并以此數值作為夜間光伏停發狀態 需要電網提供的調峰備用容量。
[0010] 上述方法適用于粗略估計光伏最大發電功率，不能實現基于實時發電功率合理安 排運行方式，不利于充分發揮電網調峰調頻能力。
[0011] 針對目前電網調度部門無法準確可靠預測光伏發電功率的現實問題，本發明試圖 給電源企業和電網公司提供一種光伏發電功率預測方法，用于大型光伏發電基地發電功率 預測、調度運行和調峰需求計算，試圖解決目前大型光伏發電基地在電網調度中的預知性 問題，同時優化光伏電站本體部分設計、提出全新的發電量計算方法。
【發明內容】
[0012] 本發明要解決的技術問題在于提供一種大型太陽能光伏發電基地集群出力特性 分析方法；該方法能夠直觀反映大型光伏基地出力特性，能為電網公司提供調度運行依據， 有利于合理安排電網經濟運行方式及電網調峰容量計劃，提高電網接納光伏容量的能力。
[0013] 本發明解決所述技術問題采取的技術方案如下：一種大型太陽能光伏發電基地集 群出力特性分析方法；其特征在于包括下述步驟：
[0014] 第一步，通過光照資源數據擬合光伏基地各月份典型日逐時光照強度曲線；
[0015] 利用氣象站多年光照資源觀測數據，推算光伏基地代表年逐月典型日逐時光照資 源參數，針對一年的12個月份，通過METE0INF0等光資源分析軟件模擬得到12條典型日光 照強度逐時曲線，得到各月份典型日光照強度逐時擬合曲線；
[0016] 第二步，光伏基地發電出力特性曲線和發電出力特性分析；利用各月份典型日光 照強度逐時擬合曲線，推算光伏基地各月典型日逐時發電出力特性曲線；
[0017] 利用式（1)對各月份典型日逐時光照強度曲線進行微分，微分后得到12條典型日 逐時發電出力特性曲線，即為光伏基地各月份典型日逐時發電出力特性曲線；
[0018]
【主權項】
1. 一種大型太陽能光伏發電基地集群出力特性分析方法；其特征在于包括下述步驟： 第一步，通過光照資源數據擬合光伏基地各月份典型日逐時光照強度曲線； 利用氣象站多年光照資源觀測數據，推算光伏基地代表年逐月典型日逐時光照資源參 數，針對一年的12個月份，通過METEOINFO等光資源分析軟件模擬得到12條典型日光照強 度逐時曲線，得到各月份典型日光照強度逐時擬合曲線； 第二步，光伏基地發電出力特性曲線和發電出力特性分析；利用各月份典型日光照強 度逐時擬合曲線，推算光伏基地各月典型日逐時發電出力特性曲線； 利用式（1)對各月份典型日逐時光照強度曲線進行微分，微分后得到光伏基地各月份 典型日逐時發電出力特性曲線；
式（1)中：X為典型日逐時光照強度，P為典型日逐時發電出力，η為光電效率，t為光 照時間；當dt無限趨近于O時，得到發電出力P實時平滑的特性曲線； 利用式（2)各月份典型日逐時發電出力特性曲線縱坐標P的最大值Pmx與光伏基地裝 機容量Sn的比值，得到光伏基地最大出力系數K pv;
式（2)中：Pmx為光伏基地發電出力的最大值，SnS光伏基地裝機容量； 第三步，預測計算光伏基地典型日發電量、月累計發電量、全年累計發電量；光伏基地 等效年利用小時數； 利用式（3)求取某月份典型日逐時發電出力特性曲線對日有效發電時間t的積分，得 到該月份典型日發電量；同理可求取一年中各月份典型日發電量；
式（3)中：Qdi為某月份典型日發電量，Pi為某月份典型日逐時發電出力特性曲線，t為 日有效發電時間； 利用式（4)各月份典型日發電量Qdi乘以各月份有效發電天數Cli,得到各月份累計發電 量Qi; Qi= Q ^di...............................................................(4) 式（4)中：Qdi為各月份典型日發電量，Qi為各月份累計發電量，Cli為各月份有效發電 天數； 利用式（5)對各月份累計發電量進行求和，得到全年累計發電量；
式（5)中：QiS各月份累計發電量，Qttrtal為全年累計發電量； 利用式（6)求取全年累計發電量與光伏基地裝機容量的比值，得到光伏基地等效年利 用小時數；
式(6)中Aotal為全年累計發電量；S1^j光伏基地裝機容量；H為等效年利用小時數； 第四步，計算光伏基地典型日白天等效平均出力和全天等效平均出力； 利用式（7)和式（8)求得光伏基地某月份典型日白天等效平均出力Pm和全天等效平 均出力PAV2;
式⑵和式⑶中：1\為日出至日落時間；T2為全天時間；Qdi為某月份典型日發電量； 第五步，通過光伏基地集群出力特性分析，合理安排電網經濟調度運行曲線，優化系統 調峰容量安排； 基于上述步驟對光伏基地各月典型日發電出力特性曲線、發電量，以及月發電量和年 發電量的預知，作為電網安排經濟調度運行曲線的依據；基于光伏基地最大出力系數Kpv和 電網可為光伏提供調峰容量P pv，利用式（9)推算電網可接納光伏容量Spv;通過增加調峰電 源容量提高電網可為光伏提供調峰容量P pv，可以提高電網接納光伏的能力；
式（9)中：Spv為電網可接納光伏容量；Ppv為電網可為光伏提供調峰容量；Kpv為光伏基 地最大出力系數。
【專利摘要】本發明涉及大型太陽能光伏發電基地發電技術與并網技術應用領域，具體涉及大型太陽能光伏發電基地集群出力特性分析方法；包括步驟：1、通過光照資源數據擬合光伏基地各月份典型日逐時光照強度曲線；2、利用各月份典型日光照強度逐時擬合曲線，推算光伏基地各月典型日逐時發電出力特性曲線；3、預測計算光伏基地典型日發電量、月累計發電量、全年累計發電量；光伏基地等效年利用小時數；4、計算光伏基地典型日白天等效平均出力和全天等效平均出力；5、通過光伏基地集群出力特性分析，合理安排電網經濟調度運行曲線，優化系統調峰容量安排。本發明預測方法更準確、更全面，直觀反映大型光伏基地出力特性，為電網公司提供調度運行依據。
【IPC分類】H02J3-46
【公開號】CN104868505
【申請號】CN201510299393
【發明人】王利平, 姚天亮, 鄭昕, 鄭海濤, 吳興全, 李秋鵬, 吳麗, 朱轉軍, 楊德州, 張軍
【申請人】中國能源建設集團甘肅省電力設計院有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月3日