本發(fā)明涉及新能源及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)的光伏電站理論出力計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

隨著光伏裝機(jī)在電力系統(tǒng)中所占比例的增加，在某些時段，受電網(wǎng)傳輸通道或調(diào)峰容量等因素的影響，電力調(diào)度部門需要對光伏電站的出力進(jìn)行限制。然而，由于出力受限而減少的光伏電站發(fā)電量目前還無法較為精確的統(tǒng)計(jì)，在一定程度上影響了對光伏電站并網(wǎng)情況的準(zhǔn)確評估，進(jìn)而影響太陽能資源開發(fā)的科學(xué)規(guī)劃。

因此，如何設(shè)計(jì)一種能夠?qū)夥娬驹谙揠娖陂g的理論出力進(jìn)行評估的方法,是本領(lǐng)域的技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供的基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)的光伏電站理論出力評估方法，該方法基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)，利用光電轉(zhuǎn)換的物理模型，能夠有效且準(zhǔn)確的評估光伏電站的理論出力，使得光伏電站的實(shí)際運(yùn)行有了準(zhǔn)確且可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)；進(jìn)而保證了光伏電站的高效且可靠的運(yùn)行。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)的光伏電站理論出力評估方法，所述光伏電站內(nèi)包括多個光伏電池矩陣，一個所述光伏電池矩陣為一個光伏組件；所述方法包括如下步驟：

步驟1.將所述光伏電站的實(shí)測氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為所述光伏組件的有效數(shù)據(jù)；

步驟2.根據(jù)所述有效數(shù)據(jù)建立并求解光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型，得到所述光伏電站的理論出力值。

優(yōu)選的，所述步驟1，包括：

1-1.氣象監(jiān)測設(shè)備測量得到實(shí)測氣象數(shù)據(jù)；所述實(shí)測氣象數(shù)據(jù)包括實(shí)測水平輻照強(qiáng)度和環(huán)境溫度；

1-2.將所述實(shí)測水平輻照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度；

1-3.將所述環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為所述光伏組件的有效板面溫度。

優(yōu)選的，所述1-2，包括：

將所述實(shí)測水平輻照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度G_e：

式中：G_e為光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度；G_dn為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的直射輻照強(qiáng)度；G_dif為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的散射輻照強(qiáng)度；G_t為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的總輻照強(qiáng)度；Z'為光伏組件傾角；θ_i為太陽入射角；ρ為地面反射系數(shù)。

優(yōu)選的，所述1-3，包括：

將所述環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為所述光伏組件的有效板面溫度T_m：

T_m＝T_a+K·G_e (2)

式中：T_m光伏組件的板面溫度；T_a為環(huán)境溫度；G_e為光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度；K為溫度修正系數(shù)；其中，K的修正方法為每年均通過采集實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用自回歸的方法對K值進(jìn)行修正。

優(yōu)選的，所述步驟2，包括：

2-1.根據(jù)所述光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度G_e及所述光伏組件的有效板面溫度T_m，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的最佳輸出電流模型和最佳輸出電壓模型；

2-2.根據(jù)所述最佳輸出電流模型和最佳輸出電壓模型的求解結(jié)果，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的所述光伏組件的直流輸出功率模型；

2-3.根據(jù)所述光伏組件的直流輸出功率模型的求解結(jié)果，建立所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的光伏電站的理論輸出功率模型；

2-4.求解所述光伏電站的理論輸出功率模型，得到所述光伏電站的理論出力值。

優(yōu)選的，所述2-1，包括：

a.根據(jù)所述光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度G_e及所述光伏組件的有效板面溫度T_m，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的最佳輸出電流I_MPP的模型；

式中：G_ref為標(biāo)準(zhǔn)太陽輻照強(qiáng)度，其值為1000W/m²；I_mref為光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)工況下的最佳輸出電流；ΔT為實(shí)際組件溫度與標(biāo)準(zhǔn)組件溫度的差，ΔT＝T_m-T_ref；T_ref為標(biāo)準(zhǔn)組件溫度，其值為25℃；e為自然對數(shù)的底數(shù)，其值可取2.71828；a為補(bǔ)償系數(shù)a、b、c中的一個，根據(jù)光伏組件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)定期修正；

b.根據(jù)所述光伏組件的有效板面溫度T_m，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的最佳輸出電壓U_MPP的模型：

U_MPP＝U_mrefln(e+bΔG)(1-cΔT) (4)

式中：U_mref為光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)工況下的最佳輸出電壓；b、c均為補(bǔ)償系數(shù)，根據(jù)光伏組件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)定期修正；ΔG為實(shí)際的輻照強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)輻照強(qiáng)度的差，且ΔG＝G_e-G_ref。

優(yōu)選的，所述2-2，包括：

根據(jù)所述最佳輸出電流模型和最佳輸出電壓模型的求解結(jié)果I_MPP和U_MPP，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的所述光伏組件的直流輸出功率P_dc的模型：

P_dc＝U_MPP×I_MPP (5)。

優(yōu)選的，所述2-3，包括：

根據(jù)所述光伏組件的直流輸出功率模型的求解結(jié)果P_dc，建立所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的光伏電站的理論輸出功率P_ac的模型：

P_ac＝n×P_dc×K₁×K₂×K₃×K₄×η_inv (6)

式中：n為發(fā)電運(yùn)行的光伏組件有效數(shù)量；K₁為光伏組件老化損失系數(shù)、且無量綱，K₁每年按照一定比例遞減，K₁＝1-k×y_a，其中y_a為不同太陽能電池材料年衰減率，k為并網(wǎng)光伏電站投入使用的年數(shù)；K₂為光伏組件失配損失系數(shù)、且無量綱；K₃為塵埃遮擋損失系數(shù)、且無量綱；K₄為線路傳輸及站用電損失系數(shù)、且無量綱；每年通過采集實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用自回歸的方法對K₁、K₂、K₃、K₄值進(jìn)行修正；η_inv為并網(wǎng)逆變器效率、且無量綱，η_inv采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50530進(jìn)行等效。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)的光伏電站理論出力評估方法，其采用物理方法將實(shí)測水平面輻照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光伏組件斜面輻照強(qiáng)度，將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為板面溫度，綜合考慮光伏電站的位置、不同光伏組件的特性及安裝方式等因素，建立光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型，得到光伏電站的理論功率。本發(fā)明提出的方 法基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)，利用光電轉(zhuǎn)換的物理模型，能夠有效且準(zhǔn)確的評估光伏電站的理論出力，使得光伏電站的實(shí)際運(yùn)行有了準(zhǔn)確且可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)；進(jìn)而保證了光伏電站的高效且可靠的運(yùn)行。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，通過采用物理方法將實(shí)測水平面輻照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光伏組件斜面輻照強(qiáng)度，將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為板面溫度，綜合考慮光伏電站的位置、不同光伏組件的特性及安裝方式等因素，建立光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型，得到光伏電站的理論功率。本發(fā)明提出的方法基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)，利用光電轉(zhuǎn)換的物理模型，能夠有效且準(zhǔn)確的評估光伏電站的理論出力，使得光伏電站的實(shí)際運(yùn)行有了準(zhǔn)確且可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)；進(jìn)而保證了光伏電站的高效且可靠的運(yùn)行。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)的光伏電站理論出力評估方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的評估方法的步驟1的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明的評估方法的步驟2的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)的光伏電站理論出力評估方法的應(yīng)用例的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)的光伏電站理論出力評估方法，所述光伏電站內(nèi)包括多個光伏電池矩陣，一個所述光伏電池矩陣為一個光伏組件；所述方法包括如下步驟：

步驟1.將所述光伏電站的實(shí)測氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為所述光伏組件的有效數(shù)據(jù)；

步驟2.根據(jù)所述有效數(shù)據(jù)建立并求解光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型，得到所述光伏電站的理論出力值。

如圖2所示，所述步驟1，包括：

1-1.氣象監(jiān)測設(shè)備測量得到實(shí)測氣象數(shù)據(jù)；所述實(shí)測氣象數(shù)據(jù)包括實(shí)測水平輻照強(qiáng)度和環(huán)境溫度；

1-2.將所述實(shí)測水平輻照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度；

1-3.將所述環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為所述光伏組件的有效板面溫度。

其中，所述1-2，包括：

將所述實(shí)測水平輻照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度G_e：

式中：G_e為光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度；G_dn為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的直射輻照強(qiáng)度；G_dif為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的散射輻照強(qiáng)度；G_t為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的總輻照強(qiáng)度；Z'為光伏組件傾角；θ_i為太陽入射角；ρ為地面反射系數(shù)。

其中，所述1-3，包括：

將所述環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為所述光伏組件的有效板面溫度T_m：

T_m＝T_a+K·G_e (2)

式中：T_m光伏組件的板面溫度；T_a為環(huán)境溫度；G_e為光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度；K為溫度修正系數(shù)；其中，K的修正方法為每年均通過采集實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用自回歸的方法對K值進(jìn)行修正。

如圖3所示，所述步驟2，包括：

2-1.根據(jù)所述光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度G_e及所述光伏組件的有效板面溫度T_m，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的最佳輸出電流模型和最佳輸出電壓模型；

2-2.根據(jù)所述最佳輸出電流模型和最佳輸出電壓模型的求解結(jié)果，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的所述光伏組件的直流輸出功率模型；

2-3.根據(jù)所述光伏組件的直流輸出功率模型的求解結(jié)果，建立所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的光伏電站的理論輸出功率模型；

2-4.求解所述光伏電站的理論輸出功率模型，得到所述光伏電站的理論出力值。

其中，所述2-1，包括：

a.根據(jù)所述光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度G_e及所述光伏組件的有效板面溫度T_m，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的最佳輸出電流I_MPP的模型；

式中：G_ref為標(biāo)準(zhǔn)太陽輻照強(qiáng)度，其值為1000W/m²；I_mref為光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)工況下的最佳輸出電流；ΔT為實(shí)際組件溫度與標(biāo)準(zhǔn)組件溫度的差，ΔT＝T_m-T_ref；T_ref為標(biāo)準(zhǔn)組件溫度，其值為25℃；e為自然對數(shù)的底數(shù)，其值可取2.71828；a為補(bǔ)償系數(shù)a、b、c中的一個，根據(jù)光伏組件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)定期修正；

b.根據(jù)所述光伏組件的有效板面溫度T_m，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的最佳輸出電壓U_MPP的模型：

U_MPP＝U_mrefln(e+bΔG)(1-cΔT) (4)

式中：U_mref為光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)工況下的最佳輸出電壓；b、c均為補(bǔ)償系數(shù)，根據(jù)光伏組件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)定期修正；ΔG為實(shí)際的輻照強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)輻照強(qiáng)度的差，且ΔG＝G_e-G_ref。

其中，所述2-2，包括：

根據(jù)所述最佳輸出電流模型和最佳輸出電壓模型的求解結(jié)果I_MPP和U_MPP，建立并求解所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的所述光伏組件的直流輸出功率P_dc的模型：

P_dc＝U_MPP×I_MPP (5)。

其中，所述2-3，包括：

根據(jù)所述光伏組件的直流輸出功率模型的求解結(jié)果P_dc，建立所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)換模型中的光伏電站的理論輸出功率P_ac的模型：

P_ac＝n×P_dc×K₁×K₂×K₃×K₄×η_inv (6)

式中：n為發(fā)電運(yùn)行的光伏組件有效數(shù)量；K₁為光伏組件老化損失系數(shù)、且無量綱，K₁每年按照一定比例遞減，K₁＝1-k×y_a，其中y_a為不同太陽能電池材料年衰減率，k為并網(wǎng)光伏電站投入使用的年數(shù)；K₂為光伏組件失配損失系數(shù)、且無量綱；K₃為塵埃遮擋損失系數(shù)、且無量綱；K₄為線路傳輸及站用電損失系數(shù)、且無量綱；每年通過采集實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用自回歸的方法對K₁、K₂、K₃、K₄值進(jìn)行修正；η_inv為并網(wǎng)逆變器效率、且無量綱，η_inv采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50530進(jìn)行等效。

如圖4所示，本發(fā)明提供一種基于實(shí)測氣象數(shù)據(jù)的光伏電站理論出力評估方法的應(yīng)用例，包括如下步驟：

1、測量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化

根據(jù)氣象監(jiān)測設(shè)備在計(jì)算時間的實(shí)測水平輻照強(qiáng)度和環(huán)境溫度，利用以下方法將水平輻照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度：

式中：G_e為光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度；G_dn為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的直射輻照強(qiáng)度；G_dif為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的散射輻照強(qiáng)度；G_t為氣象監(jiān)測設(shè)備測量的總輻照強(qiáng)度；Z'為光伏組件傾角；θ_i為太陽入射角；ρ為地面反射系數(shù)。

將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為光伏組件的板面溫度：

T_m＝T_a+K·G_e (2)

式中：T_m光伏組件的板面溫度；T_a為環(huán)境溫度；G_e為光伏組件斜面的有效輻照強(qiáng)度；K為溫度修正系數(shù)，每年通過采集實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用自回歸的方法對K值進(jìn)行修正。

2、光伏組件輸出的直流功率計(jì)算

根據(jù)光伏組件標(biāo)準(zhǔn)工況下的設(shè)備參數(shù)，計(jì)算當(dāng)前氣象條件下組件的最佳輸出電流I_MPP和最佳的輸出電壓U_MPP：

U_MPP＝U_mrefln(e+bΔG)(1-cΔT) (4)

式中：

G_ref—標(biāo)準(zhǔn)太陽輻照強(qiáng)度，值為1000W/m²；

T_ref—標(biāo)準(zhǔn)組件溫度，值為25℃；

I_mref—光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)工況下的最佳輸出電流；

U_mref—光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)工況下的最佳輸出電壓；

ΔG—實(shí)際的輻照強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)輻照強(qiáng)度的差，ΔG＝G_e-G_ref；

ΔT—實(shí)際組件溫度與標(biāo)準(zhǔn)組件溫度的差，ΔT＝T_m-T_ref；

e—自然對數(shù)的底數(shù)，其值可取2.71828；

a、b、c—補(bǔ)償系數(shù)，根據(jù)光伏組件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)定期修正。

計(jì)算光伏組件的直流輸出功率P_dc：

P_dc＝U_MPP×I_MPP (5)

3、光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)的交流功率計(jì)算

綜合考慮光伏組件的有效數(shù)量、光伏組件的老化、光伏組件的失配損失、光伏組件表面的塵埃遮擋、光伏電池板至并網(wǎng)點(diǎn)的線路傳輸及站用電損失、逆變器效率等因素，得到光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)的交流功率P_ac，即光伏電站理論輸出功率：

P_ac＝n×P_dc×K₁×K₂×K₃×K₄×η_inv (6)

式中：

n—發(fā)電運(yùn)行的光伏組件有效數(shù)量；

P_dc—光伏組件的直流輸出功率；

K₁—光伏組件老化損失系數(shù)，無量綱，每年按照一定比例遞減，K₁＝1-k×y_a，其中y_a為不同太陽能電池材料年衰減率，以太陽能電池制造廠家提供的相關(guān)衰減率參數(shù)為依據(jù)，k為并網(wǎng)光伏電站投入使用的年數(shù)；

K₂—光伏組件失配損失系數(shù)，無量綱；

K₃—塵埃遮擋損失系數(shù)，無量綱；

K₄—線路傳輸及站用電損失系數(shù)，無量綱；

每年通過采集實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用自回歸的方法對K₁、K₂、K₃、K₄值進(jìn)行修正；

η_inv—并網(wǎng)逆變器效率，無量綱，采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50530進(jìn)行等效。

其中，太陽入射角θ_i、太陽高度角和方位角的計(jì)算過程為：

(1)太陽入射角θ_i：

cosθ_i＝cosZ'sinα+sinZ'cosαcos(γ-β)

式中：

β—太陽方位角，單位為度(°)；

α—太陽高度角，單位為度(°)；

γ—光伏組件方位角，單位為度(°)；

Z'為光伏組件的傾角，單位為度(°)；

對于固定安裝的方式來說，Z'＝Z，Z為組件與水平面的夾角，γ的值為：如果電池板水平放置為0°，正南為0°，正西為90°，正北180°，正東270°；

對于東西跟蹤的方式來說，Z'＝Z，γ＝β；

對于全跟蹤的方式來說，Z'＝90°-α，γ＝β。

(2)太陽高度角和方位角計(jì)算公式

太陽高度角

太陽方位角

式中：

—地理緯度，單位為度(°)；

δ—赤緯角，單位為度(°)；

ω—時角，單位為度(°),ω＝15°z-7.5°，z為預(yù)報(bào)時間距離地方平太陽時正午(12：00)的小時數(shù)，時角上午為負(fù)，下午為正；

n—年的日序號，1月1日，n＝1，1月2日，n＝2，……，其余類推。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。