CN105305415A - 一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，计算所在地区的光伏电站的斜面上年平均峰值日照小时数和所述光伏电站的装机容量，得到光伏电站的理论发电量；由于光伏电站上的器件对获取的电量产生效率损耗，从而损失部分的理论发电量；根据光伏电站的效率损耗值，计算求到所述光伏电站的实际发电量；通过光伏电站的蓄电池的库伦效率和光伏电站的实际发电量，计算在不同天气情况下，所述光伏电站负荷的可用电量。本发明通过考虑光伏电站中蓄电池的影响，实现了对光伏发电站负荷可用电量准确的预测和评估。

Description

一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法

技术领域

本发明涉及一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，属于光伏电站技术领域。

背景技术

太阳能具有清洁、环保、取之不尽、用之不竭等优点，而光伏发电利用太阳能作为发电能源，在太阳能领域中受到广泛青睐，并在世界各地迅猛发展。目前，我国也在诸多方面对光伏电站的建设给予大力支持和政策优惠，尤其是在对离网发电的应用上，利用光伏发电站为一些重要场所提供持续的电能，不仅有利于环境保护，也为用户安全、可靠的用电提供了保障。但是，很多光伏电站的工作人员还缺乏对光伏发电站运行特性的深入了解，尤其是对于光伏电站负荷用电量的预测不够准确，往往仅根据经验，不能掌握光伏发电站实际可用的电量，从而不能指导负荷合理用电，这主要是由于工作人员对影响光伏电站负荷用电量的因素考虑不全面造成的，从而导致很难准确的预测和评估光伏电站负荷的可用电量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，用于解决无法准确预测光伏电站负荷可用电量的问题。

本发明是通过如下方案予以实现的：

一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，步骤如下：

步骤1，计算所在地区的光伏电站的斜面上年平均峰值日照小时数和所述光伏电站的装机容量，根据所述的光伏电站的斜面上年平均峰值日照小时数和所述光伏电站的装机容量计算得到光伏电站的理论发电量；

步骤2，理论发电量通过所述光伏发电站上的各个环节时会产生损耗，根据光伏电站在各个环节的效率损耗值，计算求得所述光伏电站的实际发电量；

步骤3，通过光伏电站的蓄电池的库伦效率和光伏电站的实际发电量，计算在不同天气情况下，所述光伏电站负荷的可用电量。

进一步的，所述的理论发电量w_pv(t)(kWh)表达式为：

$w_{pv}\left(t\right)=\frac{H_t\left(t\right)}{1000H_0}{p}_{pv}^0{F}_t\left(t\right)F_s{F}_{\mathrm{\μ}}{F}_0$

其中，F_t(t)＝1-(t_t-25)×0.5％；t_t是光伏发电站在t时刻的温度修正因子；F_s为光伏发电站上的积尘因子；F_μ为光伏电站系统的性能失配因子；F₀为光伏电站由于其他原因引起的输出功率下降因子；H_t(t)为光伏电站在t时刻的太阳能辐射强度(W/m²)；H₀为1000W/m²，欧洲委员会定义的101标准的辐照强度；为斜面上的峰值小时数；为光伏电站的装机容量。

进一步的，步骤2所属的效率损耗包括：所述光伏电站的光伏阵列、汇流箱、逆变器以及交直流线路产生的效率损耗。

进一步的，步骤2所述的实际发电量W_s的表达式如下：

W_s＝w_pt×η₁×η₂×η₃

其中，w_pt为光伏发电站的理论发电量；η₁到η₃依次为光伏发电站的光伏阵列、汇流箱和直流线路产生的效率损耗。

进一步的，所述步骤3中，天气情况为晴天时，负荷的可用电量表达式为：

W_f1＝W_s×η_逆×η₄

其中，W_s为光伏发电站的实际发电量；η_逆为逆变器效率；η₄为交流线损，

进一步的，所述步骤3中，天气情况为晴天时，光伏电站持续为负荷供电；天气情况为阴天时，光伏电站不进行发电，蓄电池为负荷供电，负荷的可用电量表达式为：

其中，W_c为蓄电池的容量；soc为放电深度；η_逆为逆变器效率；d₁为阴雨天数。

本发明和现有技术相比的有益效果是：

以往对于光伏电站负荷的可用电量的预测考虑的不够全面，尤其是没有考虑到光伏电站中蓄电池的容量对可用电量的影响，从而无法准确的评估离网光伏电站负荷的可用电量，从而不能为用户提供安全可靠的用电。本发明提出了一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，充分考虑到光伏发电站中蓄电池的容量对光伏电站可用电量的影响，通过仔细分析蓄电电池充电和放电的能力，对所在地区的光伏发电站负荷的可用电量进行准确的预测和评估，这不仅可以保证光伏发电站可以长期稳定的运行，保证蓄电池的使用寿命，还使用户更为准确的预测和掌握实际负荷的可用电量，从而合理安排不同负荷的用电需求。

本发明充分考虑到光伏电站对天气情况具有较大的依赖性，根据晴天和阴天不同的天气状况，对所在地区的光伏发电站负荷的可用电量都进行了详细的分析，表明本发明可以针对不同的天气状况和不同地区都可以实现对光伏电站负荷用电的准确预测。

附图说明

图1是本发明实施例的离网光伏电站负荷可用电量预测方法的流程图；

图2是本发明实施例的离网光伏电站的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明，本实施例中采用的光伏发电站为150kW离网光伏发电站：

(一)、方法如下：

步骤1，计算所在地区的光伏电站的斜面上年平均峰值日照小时数和所述光伏电站的装机容量，根据所述的年平均峰值日照小时数和所述光伏电站的装机容量计算得到光伏电站的理论发电量。

步骤2，由于光伏电站在运行的过程中，各个环节会对获取的理论发电量造成损耗。通过光伏电站产生的效率损耗值，根据获取的理论发电量，计算得到光伏电站的实际发电量。

步骤3，通过光伏电站的蓄电池的库伦效率和光伏电站的实际发电量，计算在不同天气情况下，所述光伏电站负荷的可用电量。

(二)、下面对各个步骤进行具体的解释说明：

步骤1中光伏电站的理论发电量w_pv(t)的表达式为：

$w_{pv}\left(t\right)=\frac{H_t\left(t\right)}{1000H_0}{p}_{pv}^0{F}_t\left(t\right)F_s{F}_{\mathrm{\μ}}{F}_0---\left(1\right)$

其中，F_t(t)＝1-(t_t-25)×0.5％；t_t是光伏发电站在t时刻的温度修正因子；F_s为光伏发电站上的积尘因子；F_μ为光伏电站系统的性能失配因子；F₀为光伏电站由于其他原因引起的输出功率下降因子；H_t(t)为光伏电站在t时刻的太阳能辐射强度(W/m²)；H₀为1000W/m²，欧洲委员会定义的101标准的辐照强度；为斜面上的峰值小时数；为光伏电站的装机容量。

所述光伏发电站接受的太阳能辐射总量H_t由直接太阳射辐射量H_bt、天空散射辐射量H_dt和地面反射辐射量H_rt组成。

直接太阳射辐射量H_bt的表达式为：

$H_{bt}=\frac{cos(L-s){\mathrm{cos\δsinh}}_s^{\′}+\left(\frac{\mathrm{\π}}{180}\right)h_s^{\′}sin(L-s)sin\mathrm{\δ}}{{\mathrm{cosLcos\δsinh}}_s+\left(\frac{\mathrm{\π}}{180}\right)h_s\sin Lsin\mathrm{\δ}}{H}_0---\left(2\right)$

其中，s为太阳电池组件倾角；δ为太阳赤纬；h_s为水平面上日落时角；h_s'为倾斜面上日落时角；L是光伏供电系统的当地纬度；H₀为1000W/m²，欧洲委员会定义的101标准的辐照强度。

天空散射辐射量H_dt的表达式为：

$H_{dt}=H_d\[\frac{Hb}{H_0}{R}_b+0.5(1-\frac{Hb}{H_0})(1+cos(s))\]---\left(3\right)$

其中，H_b和H_d分别为水平面上直接和散射辐射量；H_o为大气层外水平面上太阳辐射量；s为太阳电池组件倾角。

地面反射辐射量H_rt的表达式为：

H_rt＝0.5ρH₀(1－cos(s))(4)

$H_o=\frac{24}{\mathrm{\π}}{I}_{SC}\[1+0.033cos\left(\frac{360n}{365}\right)\]\×\[{\mathrm{cos\φcos\δcos\ω}}_S+\left(\frac{2{\mathrm{\π\ω}}_S}{360}\right)\sin \mathrm{\φ}sin\mathrm{\δ}\]---\left(5\right)$

其中，I_SC为太阳常数；可以取I_SC＝1367瓦/米²；n为一年中的日序号；ω_S为水平面的日落时角；φ为当地的地理纬度；δ为太阳赤纬角。

本实施例中的150kW离网光伏发电站的理论发电量如表1所示：

表1：150kW离网光伏发电站的理论发电量

步骤2中在光伏电站上对理论发电量造成损耗的环节包括：光伏发电站的光伏阵列、汇流箱、逆变器以及直流交流线路。

光伏阵列的效率损耗：光伏阵列在τ时间段内的效率损耗η₁，表达式如下：

η_Amean＝E_A/(A×H_T)(6)

其中，E_A是在τ时段内PV方阵的输出能量(kW·h)；A是PV方阵的有效面积(m²)；H_t是在τ时段内PV方阵倾斜面辐射量(kW·h/m²)。

汇流箱的效率损耗：汇流箱损耗主要是防反二极管通态损耗，即正向导通损耗η₂，表达式如下：

η₂＝N_b×I_c×V(7)

其中，N_b是光伏组串数；I_c是光伏组串的输出电流；V_f是二极管通态压降。

直流线路的效率损耗：直流线路的效率损耗通过电缆的功率损失获得，电缆的功率损失计算公式为：

${\mathrm{\ξ}}_p=\frac{\mathrm{\Δ}U\×I}{P}=\frac{2\mathrm{\ρ}L\×I^2}{A\×P}---\left(8\right)$

其中，△U＝2R×I为电缆压降；R为电缆电阻；ρ为电缆电阻率；A为电缆截面积；I为电缆电；P为功率；直流电缆的损耗包括正负电缆损耗。

则直流线路的损耗效率η₃的表达式为：

η₃＝1-ζ_p(9)

综上，光伏发电站的实际发电量为W_s：

W_s＝w_pt×η₁×η₂×η₃(10)

步骤3中本实施例中分别针对不同的天气情况进行计算，当天气为晴天时：计算负荷的可用电量的表达式为：

W_f1＝W_s×η_逆×η₄(11)

其中，W_s为光伏电站的实际发电量；η_逆为逆变器的效率损耗；η₄为交流线路的效率损耗。

则交流线路的效率损耗η₄的表达式如下：

${\mathrm{\ξ}}_{p2}=\underset{k=1}{\overset{k}{\Σ}}{\left(\frac{P_{kt}}{\sqrt{3}\×V_N}\right)}^2\×R_{3xk}---\left(12\right)$

η₄＝1-ξ_p2(13)

其中，k是逆变器台数；P_kt是第k台逆变器输出功率；V_N是输出线电压有效值，R_3xk为交流电缆阻抗。

当天气为连续阴天时，计算负荷的可用电量的表达式为：

其中，W_c为蓄电池的容量，当天气情况为阴雨天时，光伏电站不发电，蓄电池向负荷供电；soc为放电深度；η_逆为逆变器效率；d₁为阴雨天数。

当天气情况转为晴天时，光伏电站不仅要向负荷供电，同时需要为蓄电池充电，蓄电池暂时不为负荷供电。

当蓄电池放电后，光伏发电站在连续晴天时蓄电池需要充电的天数为：

其中，W_c为蓄电池的容量；soc为放电深度；η_逆为逆变器效率；W_f2为天气为连续阴天时，负荷的可用电量；η_c为蓄电池的库伦效率；W_l为光伏电站理论发电量。

本实施例中分别选取天气为晴天、2天阴天时负荷的实际可用电量。其中，光伏电站的蓄电池的放电深度为0.4，蓄电池在天气状况为3天晴天时，可以充满电量。光伏电站负荷的可用电量如表2所示：

表2：光伏发电站负荷的可用电量

本实施例中仅以150kW离网光伏发电站进行说明，其中选取的蓄电池的放电深度为0.4。针对其他实施方式，本发明可以应用于不同机组容量不同蓄电池型号的光伏电站。

本实施例中仅考虑的光伏发电站中的光伏阵列、汇流箱、逆变器以及交直流线路会对理论发电量造成损耗。作为其他实施方式，光伏发电站的其他环节也可能对理论发电量造成损耗，可以根据光伏电站的实际运行情况，计算其他环节对理论发电量的损耗。

本实施例以各个月份晴天、2天阴天不同的天气状况对负荷可用电量进行说明。作为其他实施方式，本发明可以针对不同的实际情况，选取不同的天气及日期进行预测。

在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1，计算所在地区的光伏电站的斜面上年平均峰值日照小时数和所述光伏电站的装机容量，根据所述的光伏电站的斜面上年平均峰值日照小时数和所述光伏电站的装机容量计算得到光伏电站的理论发电量；

步骤2，理论发电量通过所述光伏发电站上的各个环节时会产生损耗，根据光伏电站在各个环节的效率损耗值，计算求得所述光伏电站的实际发电量；

步骤3，通过光伏电站的蓄电池的库伦效率和光伏电站的实际发电量，计算在不同天气情况下，所述光伏电站负荷的可用电量。

2.根据权利要求1所述的一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，其特征在于，所述的理论发电量w_pv(t)(kWh)表达式为：

$w_{pv}\left(t\right)=\frac{H_t\left(t\right)}{1000H_0}{p}_{pv}^0{F}_t\left(t\right)F_s{F}_{\mathrm{\μ}}{F}_0$

其中，F_t(t)＝1-(t_t-25)×0.5％；t_t是光伏发电站在t时刻的温度修正因子；F_s为光伏发电站上的积尘因子；F_μ为光伏电站系统的性能失配因子；F₀为光伏电站由于其他原因引起的输出功率下降因子；H_t(t)为光伏电站在t时刻的太阳能辐射强度(W/m²)；H₀为1000W/m²，欧洲委员会定义的101标准的辐照强度；为斜面上的峰值小时数；为光伏电站的装机容量。

3.根据权利要求1所述的一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，其特征在于，步骤2所属的效率损耗包括：所述光伏电站的光伏阵列、汇流箱、逆变器以及交直流线路产生的效率损耗。

4.根据权利要求3所述的一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，其特征在于，步骤2所述的实际发电量W_s的表达式如下：

W_s＝w_pt×η₁×η₂×η₃

其中，w_pt为光伏发电站的理论发电量；η₁到η₃依次为光伏发电站的光伏阵列、汇流箱和直流线路产生的效率损耗。

5.根据权利要求1所述的一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，其特征在于，所述步骤3中，天气情况为晴天时，负荷的可用电量表达式为：

W_f1＝W_s×η_逆×η₄

其中，W_s为光伏发电站的实际发电量；η_逆为逆变器效率；η₄为交流线损。

6.根据权利要求1所述的一种离网光伏电站负荷可用电量的预测方法，其特征在于，所述步骤3中，天气情况为晴天时，光伏电站持续为负荷供电；天气情况为阴天时，光伏电站不进行发电，蓄电池为负荷供电，负荷的可用电量表达式为：

其中，W_c为蓄电池的容量；soc为放电深度；η_逆为逆变器效率；d₁为阴雨天数。