張節(jié)潭，李春來，郭樹鋒，楊立濱，尹 旭

（1.國網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，西寧 810000；2.國網(wǎng)青海省電力公司清潔能源發(fā)展研究院，西寧 810000；3.深圳合縱能源技術(shù)有限公司，深圳 511458）

0 引言

光伏全稱太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以利用導(dǎo)體材料光伏效應(yīng)，存儲太陽能電池中的積蓄能量，并將陽光輻射帶來的分散電力分子，直接轉(zhuǎn)換成可利用電能資源。太陽能是具備快速生成能力的二次資源形式，在過去幾十年的時間里取得了長足的發(fā)展進步。根據(jù)現(xiàn)階段太陽能系統(tǒng)的總體裝機容量來計算，每年由太陽能系統(tǒng)生成的資源總量接近10000MW，其中直接可利用資源占比率達到48.2%[1,2]。相比于其他資源制備手段，太陽能光伏不需其它機械運轉(zhuǎn)部件的干涉，除最基本的日照條件外，可減少由燃料使用帶來的物理與化學(xué)污染量。無論是處于直射還是斜射的太陽光照耀條件下，光伏系統(tǒng)都可保持正常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，且選址條件也相對靈活，城市樓頂、開闊場地都可作為理想化應(yīng)用場地。然而隨著太陽能資源主體所處位置的改變，整個光伏網(wǎng)絡(luò)的輸出功率逐漸陷入波動狀態(tài)。為避免上述情況的發(fā)生，在光伏功率預(yù)測模型的支持下，設(shè)計一種新型的太陽能資源自動化評估模塊，并在后續(xù)開發(fā)檢測過程中，突出說明該模塊結(jié)構(gòu)的實用性價值。

1 光伏功率預(yù)測模型影響下太陽能資源特性分析

光伏功率預(yù)測模型影響下的太陽能資源特性分析，由資源性數(shù)據(jù)殘缺修復(fù)、特性預(yù)測參數(shù)尋優(yōu)兩個環(huán)節(jié)組成，其具體操作方法可按如下步驟進行。

1.1 資源性數(shù)據(jù)的殘缺修復(fù)

太陽能資源性數(shù)據(jù)存在明顯的殘缺行為，因此某一時刻的資源性樣本可能長時間保持過量負荷狀態(tài)，即在光伏功率預(yù)測模型的支持下，該時刻的太陽能資源功率采樣結(jié)果為空值[3]。所謂太陽能資源性數(shù)據(jù)殘缺修復(fù)，則是根據(jù)光伏預(yù)測功率不變原理，將暫時保持為空的功率節(jié)點，按照生成先后時間排序，進而生成特定數(shù)據(jù)集合的處理過程。設(shè)e代表太陽能資源性數(shù)據(jù)殘缺修復(fù)集合中的預(yù)測功率參量，i代表光伏預(yù)測周期，利用e、i可將太陽能資源性數(shù)據(jù)的殘缺修復(fù)集合表示為：

其中，y1、y2代表兩個不同的太陽能資源評估節(jié)點系數(shù)，ε代表光伏功率預(yù)測模型的自動化評估冪次項。

1.2 特性預(yù)測參數(shù)尋優(yōu)

太陽能資源特性參數(shù)尋優(yōu)是光伏功率預(yù)測模型搭建的重要應(yīng)用處理流程，可按照殘缺修復(fù)集合內(nèi)數(shù)據(jù)信息節(jié)點的排列形式，確定自動化評估模塊執(zhí)行所需遵照的數(shù)值條件[4]。特性預(yù)測參數(shù)尋優(yōu)需以指標向量λ作為處理參考系數(shù)，通過協(xié)調(diào)μ1、μ2兩個基礎(chǔ)光伏功率參量的方式，確定太陽能資源特性預(yù)測參數(shù)的標準化尋優(yōu)范圍，具體計算過程如下。

其中，r代表光伏功率預(yù)測行為的平均應(yīng)用指標，t代表太陽能資源的消耗均值常量。

2 太陽能資源自動化評估模塊設(shè)計

按照光伏功率預(yù)測模型影響下太陽能資源的特性條件，遵照評估框架搭建、自動化評估組織分布、太陽能資源主體布置的處理流程，完成新型太陽能資源自動化評估模塊設(shè)計。

2.1 評估框架搭建

太陽能資源自動化評估模塊的主體框架由光伏功率導(dǎo)航、預(yù)測數(shù)據(jù)管理、太陽能資源評估、微觀模塊選擇四個主體結(jié)構(gòu)組成。其中，預(yù)測數(shù)據(jù)管理可按照太陽能資源信息的入庫現(xiàn)狀，對暫存的光伏功率預(yù)測參量進行初步預(yù)處理，再根據(jù)自動化節(jié)點的分布狀態(tài)，計算太陽能資源的基礎(chǔ)密度分布條件[5]。太陽能資源評估則由光伏量預(yù)測、光照參數(shù)計算、資源主體密度差值評估三部分組成，可妥善處置太陽能資源自動化評估模塊中的功率預(yù)測信息。微觀模塊選擇可根據(jù)太陽能資源主體所處位置條件，確定與光伏功率預(yù)測組織匹配的參量信息，進而使自動化評估模塊的執(zhí)行結(jié)果具備更高可行性。下圖反應(yīng)了太陽能資源自動化評估模塊框架的主體結(jié)構(gòu)形式。

圖1 太陽能資源自動化評估模塊框架結(jié)構(gòu)圖

2.2 自動化評估組織分布

自動化評估組織分布可按照主體框架的連接形式，規(guī)劃太陽能資源主體可至的最遠物理位置。從數(shù)量成級的角度來看，自動化評估資源分布處理包含光伏節(jié)點構(gòu)成、功率預(yù)測邊界確定、應(yīng)用節(jié)點連接等多個實際操作項目[6,7]。其中，太陽能資源光伏節(jié)點至少應(yīng)滿足47列、53行的分布標準，全局評估結(jié)構(gòu)共由2491個點狀組織構(gòu)成。而太陽能資源主體的功率預(yù)測邊界則應(yīng)處于3～9km之間，為保證自動化評估模塊的運行穩(wěn)定性，邊界條件需盡量趨近數(shù)值區(qū)間的中部。詳細的自動化評估組織分布處置原理如表1所示。

表1 自動化評估組織分布處置原理

2.3 太陽能資源主體布置

太陽能資源主體布置是新型自動化評估模塊搭建的末尾處理流程，可根據(jù)光伏功率預(yù)測模型的約束條件，確定這些主體結(jié)構(gòu)所處的具體位置（如圖2所示）[8]。

圖2 太陽能資源主體布置原理

圖2中的星型圖標代表太陽能資源主體所處位置，且主要分布在自動化評估環(huán)境的中心區(qū)域。因相鄰兩個資源主體間的物理間距較小，故而能夠?qū)崿F(xiàn)光伏功率預(yù)測數(shù)據(jù)的快速傳輸。至此，完成所有數(shù)據(jù)準備及硬件結(jié)構(gòu)搭建，完成光伏功率預(yù)測模型影響下的太陽能資源自動化評估模塊設(shè)計。

3 模塊開發(fā)與應(yīng)用檢測

為突出說明太陽能資源自動化評估模塊的實效性，設(shè)計如下對比實驗。在光伏功率預(yù)測平臺的支持下，配置關(guān)聯(lián)性主機檢測設(shè)備，其中實驗組主機設(shè)備搭載太陽能資源自動化評估模塊，對照組主機設(shè)備搭載原生型評估模塊。通過人工閉合的方式，改變接入檢測平臺的評估模塊類型，記錄多組實測數(shù)據(jù)，用以進行后續(xù)的實驗參量比對。

3.1 開發(fā)檢測環(huán)境搭建

圈定等大的太陽能資源空間作為實驗對象，其中實驗組資源空間與實驗組檢測平臺相連，對照組資源空間與對照組檢測平臺相連（如圖3、圖4所示）。在固定檢測時間內(nèi)，多次截取同一太陽能資源主體內(nèi)，相鄰節(jié)點的間距數(shù)值結(jié)果。

圖3 太陽能資源主體結(jié)構(gòu)

圖4 模塊開發(fā)檢測平臺

3.2 太陽能資源主體節(jié)點間距對比

以70min作為檢測時間，分別記錄在該段時間內(nèi)，實驗組、對照組太陽能資源主體節(jié)點間距的變化情況，檢測詳情如圖5所示。

圖5 太陽能資源主體節(jié)點間距對比圖

分析圖5可知，隨著檢測時間的增加，實驗組太陽能資源主體節(jié)點間距保持上升、穩(wěn)定、下降的變化趨勢，全局最大值水平達到8.9mm，平均值結(jié)果為8.2 mm；對照組太陽能資源主體節(jié)點間距是指保持上升、下降交替出現(xiàn)的變化趨勢，全局最大值僅為4.7mm，平均值結(jié)果為3.7mm，遠低于實驗組。綜上可知，隨著太陽能資源自動化評估模塊的應(yīng)用，太陽能資源主體節(jié)點間距出現(xiàn)明顯的增大趨勢，可達到穩(wěn)定光伏網(wǎng)絡(luò)輸出功率的目的。

4 結(jié)語

在光伏功率預(yù)測模型的支持下，太陽能資源自動化評估模塊修復(fù)了資源性數(shù)據(jù)存在的殘缺行為，并實現(xiàn)了特性參數(shù)的尋優(yōu)處理。隨著評估框架結(jié)構(gòu)的逐漸完善，自動化評估組織得到平均分布，進而使得太陽能資源主體得到妥善布置。從實用性角度來看，太陽能資源主體節(jié)點間距出現(xiàn)明顯上升趨勢，原始預(yù)留的光伏網(wǎng)絡(luò)輸出功率波動問題得到有效解決。