劉華勇

（1.鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212016；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

光伏功率預(yù)測(cè)基本技術(shù)原理及關(guān)鍵問(wèn)題

劉華勇1，2

（1.鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212016；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

光伏功率預(yù)測(cè)是保障高比率光伏發(fā)電安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)性技術(shù)，其具體的預(yù)測(cè)手段以提高電站控制、調(diào)控性能為主。國(guó)內(nèi)光伏功率預(yù)測(cè)技術(shù)研究和工程應(yīng)用尚處在起步階段，理清其技術(shù)脈絡(luò)和關(guān)進(jìn)問(wèn)題尤為迫切。文章從兩個(gè)方面出發(fā)，結(jié)合中國(guó)光伏功率預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀，進(jìn)行探討。

光伏功率；預(yù)測(cè)技術(shù)；關(guān)鍵問(wèn)題

1 光伏功率預(yù)測(cè)基本技術(shù)原理

（1）預(yù)測(cè)技術(shù)的方法。光伏功率預(yù)測(cè)方案的分類方式很多，根據(jù)預(yù)測(cè)過(guò)程的不同，可以分為直接預(yù)測(cè)法和間接預(yù)測(cè)法；根據(jù)建模方式的不同，可分為物理預(yù)測(cè)法和統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法；根據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)間和尺度不同，可分為超短期預(yù)測(cè)法、短期預(yù)測(cè)法和中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)法；根據(jù)預(yù)測(cè)的空間范圍大小不同，可分為單場(chǎng)預(yù)測(cè)法和區(qū)域預(yù)測(cè)法。文章主要從預(yù)測(cè)事件和尺度的角度出發(fā)，針對(duì)光伏功率預(yù)測(cè)基本技術(shù)進(jìn)行探討。

（2）預(yù)測(cè)技術(shù)的圖譜。光伏功率預(yù)測(cè)的關(guān)鍵在于確定不同時(shí)空尺度下影響光伏功率的主要因素，并選擇恰當(dāng)?shù)乃惴ń㈩A(yù)測(cè)模型。常見(jiàn)的預(yù)測(cè)技術(shù)方法如圖1所示。圖1的預(yù)測(cè)方法基本沿著兩個(gè)思路展開(kāi)：①研究輻照度、光伏功率的關(guān)鍵影響因素；②學(xué)習(xí)輻照度、光伏功率歷史規(guī)律。

圖1 光伏功率預(yù)測(cè)技術(shù)圖譜

（3）超短期的預(yù)測(cè)。適用于光伏功率超短期預(yù)測(cè)的方法有基礎(chǔ)預(yù)測(cè)法、給予云圖的預(yù)測(cè)方案以及基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)方法。目前NWP時(shí)空分辨率普遍較低，暫時(shí)不適用于超短期預(yù)測(cè),只能夠借助持續(xù)預(yù)測(cè)方法來(lái)假設(shè)預(yù)測(cè)時(shí)刻氣象、輻照等條件進(jìn)行預(yù)測(cè)，并輔助數(shù)據(jù)外推的方法預(yù)測(cè)輻照和光伏功率。這是最簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)方法之一，但是精確度也比較低。通常情況下，超過(guò)1h持續(xù)預(yù)測(cè)的結(jié)果并不十分精準(zhǔn)。因此，這種持續(xù)預(yù)測(cè)的方法僅作為基準(zhǔn)預(yù)測(cè)方法而非實(shí)際應(yīng)用的工程算法。
（4）短期的預(yù)測(cè)。短期預(yù)測(cè)一般需要運(yùn)用NWP預(yù)測(cè)技術(shù)。NWP在預(yù)測(cè)中可以提供影響光伏功率的氣象因素及輻照度，因此在短期預(yù)測(cè)中，NWP預(yù)測(cè)結(jié)果比較精準(zhǔn)。NWP模型通常根據(jù)物理規(guī)律建立、用預(yù)測(cè)大氣狀態(tài)的微分方程組組成，最大預(yù)測(cè)事件尺度為10d，還能夠給光伏功率預(yù)測(cè)提供所需要的氣象、輻照度信息。根據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)空分辨率不同，NWP可分為全球NWP和中尺度NWP。中尺度NWP是根據(jù)全球天氣預(yù)報(bào)的輸出結(jié)果和地區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)報(bào)，相比于全球的NWP具有更高的時(shí)空分辨率。中尺度NWP模型還可根據(jù)地域特點(diǎn)，利用數(shù)據(jù)后處理技術(shù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。現(xiàn)階段很多國(guó)家提供了NWP公共服務(wù)，但是中國(guó)的NWP精度比較低。

（5）中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)法。中長(zhǎng)期光伏功率預(yù)測(cè)主要是根據(jù)地區(qū)歷史光資源數(shù)據(jù)等估計(jì)未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間段的光伏功率。這種方法的預(yù)測(cè)在現(xiàn)實(shí)中并不常見(jiàn)，也不常用。

2 光伏功率預(yù)測(cè)基本技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題

太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)是20世紀(jì)80年代以來(lái)世界上增長(zhǎng)最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。目前國(guó)際上對(duì)太陽(yáng)能資源已經(jīng)十分重視。20世紀(jì)70年代以來(lái)，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力，世界上許多國(guó)家掀起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源的熱潮。利用太陽(yáng)能發(fā)電的光伏發(fā)電技術(shù)被用于許多需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至兒童玩具，光伏電源無(wú)處不在。

世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，最近10年太陽(yáng)電池組件生產(chǎn)的年平均增長(zhǎng)率達(dá)到33%，最近5年的年平均增長(zhǎng)率達(dá)到43%。從總體上來(lái)講，中國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距。其存在的主要問(wèn)題是：①生產(chǎn)規(guī)模??；②技術(shù)水平較低；③平衡設(shè)備薄弱落后；④專用材料的國(guó)產(chǎn)化程度不高；⑤成本價(jià)格高。

光伏發(fā)電具有波動(dòng)性和間歇性，大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對(duì)光伏電站的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)有助于電網(wǎng)調(diào)度部門統(tǒng)籌安排常規(guī)電源和光伏發(fā)電工作，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候能夠及時(shí)地調(diào)整調(diào)度計(jì)劃,重新安排電網(wǎng)運(yùn)行方式。一方面能夠有效地減輕光伏接入對(duì)電網(wǎng)的不利，維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，另一方面還可以降低電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量和運(yùn)行成本，充分利用太陽(yáng)能資源，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)已實(shí)現(xiàn)了基本的光伏功率預(yù)測(cè)手段，建立了多個(gè)完善的光伏功率預(yù)測(cè)模型。但是在光伏功率與氣象等因素作用復(fù)雜多變的情況下，還是存在著對(duì)其規(guī)律性挖掘不夠充分的問(wèn)題。NWP的預(yù)測(cè)時(shí)間尺度和精度尚未達(dá)到高精度光伏功率預(yù)測(cè)的要求，同時(shí)又受到光伏數(shù)據(jù)積累量和限電等原因的影響，導(dǎo)致的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題存在著問(wèn)題，致使我國(guó)預(yù)測(cè)精度與國(guó)際先進(jìn)水平仍有一定的差距。參考文獻(xiàn)

[1]李雨軒.淺析光伏功率預(yù)測(cè)技術(shù)相關(guān)問(wèn)題[J].工業(yè)，2016（12）.

[2]程名.基于改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏發(fā)電短期功率預(yù)測(cè)[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

劉華勇（1982-），男，江蘇興化人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：電子電工方向。