一种预测供电量的方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种预测供电量的方法。

背景技术：

由于光伏发电受太阳辐射强度、电池组件温度、天气云层和一些随机因素的影响，系统运行过程是一个非平衡的随机过程，导致发电量和输出功率随机性强、波动大，不可以精准地控制。国内光伏装机自2013年出现“井喷式”发展，原始数据积累周期较短、且数据的积累及运用上未引入大数据平台的支持，使得预测供电量缺乏数据支撑，导致预测准确率较低，这种发电方式在接入电网后必定会对电网的安全和管理带来一系列的弊端问题。

对光伏电站的输出功率进行预测，有助于电网调度部门统筹安排常规电源和光伏发电的协调配合，适时地调整调度计划，合理安排电网的运行方式。一方面有效地减轻光伏接入对电网的不利影响，保证电力系统的安全性和稳定性，另一方面降低电力系统的旋转备用容量和运行成本，以充分利用太阳能资源，获得更大的经济效益和社会效益。现有的常规光伏电站还存在不能及时预测检修，发生故障时导致停电造成大量的能量损失。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种预测供电量的方法，可以预测光伏组件发电量和输出功率、提高电力系统运行的安全性和稳定性。

本发明公开了一种预测供电量的方法，包括以下步骤，步骤a：根据历史数据获得直接预测累计辐射量，根据地理信息获得间接预测累计辐射量；步骤b：根据所述直接预测累计辐射量和所述间接预测累计辐射量获得预测时间段的预测累计辐射量；步骤c：根据组件系统效率的衰减量和修正因子获得电站的系统效率；步骤d：通过上述获得的所述预测累计辐射量和所述电站的系统效率，获得预测时间段内的预测供电量。

进一步地，所述步骤a中根据历史数据获得直接预测累计辐射量，具体包括以下步骤，步骤a1：取历史上n年与所述预测时间段相同时间段的实际累计辐射量；n≥1且为整数；步骤a2：计算保留的所述实际累计辐射量的平均值作为所述直接预测累计辐射量。

进一步地，在所述步骤a1和a2之间，还包括以下步骤，步骤a11：计算各年所述实际累计辐射量的平均值，对获得的所述实际累计辐射量的平均值与每年所述实际累计辐射量作差并取差值的绝对值；步骤a12：判断步骤a11中两者的差值的绝对值是否超出第一预设值，若超出，则去除该年的所述实际累计辐射量，若未超出，则保留该年所述的实际累计辐射量。

进一步地，在所述步骤a1和a2之间，还包括以下步骤，步骤a11：根据各年所述实际累计辐射量计算系统效率；步骤a12：计算各年所述系统效率的平均值，对获得的所述系统效率的平均值与每年所述系统效率作差并取差值的绝对值；步骤a13：判断步骤a12中两者的差值的绝对值是否超出第二预设值，若超出，则去除该年的所述系统效率，若未超出，则保留该年所述的实际累计辐射量。

进一步地，所述第二预设值为所述系统效率平均值的8％。

进一步地，所述间接预测累计辐射量包括光伏组件接收的散射辐射量、直接辐射量和地面反射量，所述散射辐射量、直接辐射量和地面反射量的三者之和即为所述间接预测累计辐射量。

进一步地，所述步骤b中获得预测时间段的预测累计辐射量，具体包括以下步骤，步骤b1：对获得的所述直接预测累计辐射量和所述间接预测累计辐射量作差并取差值的绝对值；步骤b2：判断步骤b1中两者的差值的绝对值是否超出第三预设值，若超出，则输出所述直接预测累计辐射量作为所述预测累计辐射量；反之，则输出所述直接预测累计辐射量和所述间接预测累计辐射量的平均值作为所述预测累计辐射量。

进一步地，所述第三预测值为所述直接预测累计辐射量的30％。

进一步地，所述组件系统效率的衰减量首年在2.3-2.7％之间，次年起，每年的所述组件系统效率的衰减量在0.75-0.85％之间。

进一步地，所述修正因子包括所述光伏组件表面灰尘挡光量、电站停电检修以及限电损失。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：通过提供的上述的一种预测供电量的方法，可以预测光伏组件发电量和输出功率、提高电力系统运行的安全性和稳定性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的步骤流程图；

图2是本发明的直接预测累计辐射量的流程框图；

图3是本发明的预测供电量的整体流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1。本发明公开了一种预测供电量的方法，包括以下步骤，a：根据历史数据获得直接预测累计辐射量，根据地理信息获得间接预测累计辐射量；步骤b：根据所述直接预测累计辐射量和所述间接预测累计辐射量获得预测时间段的预测累计辐射量；步骤c：根据组件系统效率的衰减量和修正因子获得电站的系统效率；步骤d：通过上述获得的所述预测累计辐射量和所述电站的系统效率，获得预测时间段内的预测供电量。

步骤a中所述直接预测累计辐射量的获得具体包括以下步骤，步骤a1：取历史上n年与所述预测时间段相同时间段的实际累计辐射量；n≥1且为整数；步骤a2：计算保留的所述实际累计辐射量的平均值作为所述直接预测累计辐射量。在步骤a1和步骤a2之间，还包括以下步骤：

第一种实施方式为：步骤a11：计算各年所述实际累计辐射量的平均值，对获得的所述实际累计辐射量的平均值与每年所述实际累计辐射量作差并取差值的绝对值；步骤a12：判断步骤a11中两者的差值的绝对值是否超出第一预设值，若超出，则去除该年的所述实际累计辐射量，若未超出，则保留该年所述的实际累计辐射量。

第二种实施方式为：结合图1所示，步骤a11：根据各年所述实际累计辐射量计算系统效率；步骤a12：计算各年所述系统效率的平均值，对获得的所述系统效率的平均值与每年所述系统效率作差并取差值的绝对值；步骤a13：判断步骤a12中两者的差值的绝对值是否超出第二预设值，所述第二预设值为所述系统效率平均值得8％，若超出，则去除该年的所述系统效率，若未超出，则保留该年所述的实际累计辐射量。

步骤a中所述间接预测累计辐射量的获得具体包括光伏组件接收的散射辐射量、直接辐射量和地面反射量，所述散射辐射量、直接辐射量和地面反射量的三者之和即为所述间接预测累计辐射量。

根据太阳的辐射原理，水平面接收的辐射量包含直接辐射和散射辐射，即hp＝sp+dp，上述公式中hp为水平面接收的总辐射量(kwh/m²)；sp为水平面接收的直接辐射量(kwh/m²)；dp为水平面接收的散射辐射量(kwh/m²)。一般对于光伏电站来说，不同地理位置的光伏组件均有一个最佳的发电倾角。对于具有倾角的光伏组件，我们通常采用klein算法进行计算，即hi＝si+di+ri，上述公式中hi为倾斜面接收的总辐射量(kwh/m²)；si为水平面接收的直接辐射量(kwh/m²)；di为水平面接收的散射辐射量(kwh/m²)；ri为倾斜面接收的地面反射量(kwh/m²)。

根据天文学理论引入以下物理量：

太阳赤纬角δ：是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角。它与所在地区无关，仅由日期决定。公式为：n为一年中的日期序号。

太阳时角ω：指日面中心的时角，即从观测点天球子午圈沿天赤道量至太阳所在时圈的角距离。根据每小时地球自转的角度为15°，因此可采用一天中地球自转的角度来表示时间。用来表示时间的地球自转的角度称为时角，并规定正午时角为零，上午时间取负，下午时角为正。

太阳高度角h：是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。公式为：为当地纬度，单位为°；δ为赤纬角，单位为°；ω为太阳时角，单位为°。

太阳方位角α：即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地经线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。规定：偏东为负，偏西为正。公式为当采用上式计算出的sinα大于1时，太阳方位角α改用下式计算：

太阳入射角i：太阳直射光线和壁面法线之间的夹角。公式为：cosi＝cosθsinh+sinθcoshcos(α-γ)，θ为斜面倾角，单位为°；α为太阳方位角，单位为°；γ为斜面方位角，单位为°；h为太阳高度角。对于面向正南的倾斜面，γ＝0，则：

结合以上物理量，根据太阳光线入射角度等关系，可得出：

本发明中，在计算某一天倾斜面接收的总辐射量时，以中午12点的太阳时角进行计算，计算某月倾斜面接收的总辐射量时，则用端月每天计算得出的辐射量之和。

步骤b中根据所述直接预测累计辐射量和所述间接预测累计辐射量获得预测时间段的预测累计辐射量，具体包括以下步骤：步骤b1：对获得的所述直接预测累计辐射量和所述间接预测累计辐射量作差并取差值的绝对值；步骤b2：判断步骤b1中两者的差值的绝对值是否超出第三预设值，所述第三预设值为所述直接预测累计辐射量的30％，若超出，则输出所述直接预测累计辐射量作为所述预测累计辐射量；反之，则输出所述直接预测累计辐射量和所述间接预测累计辐射量的平均值作为所述预测累计辐射量。根据步骤2可总结出以下公式：公式中hi为预测累计辐射量；ht为直接预测累计辐射量；hd为间接预测累计辐射量。

本申请主要侧重于对未来某时间段的供电量进行预测，因此在预测时，电站系统效率主要考虑步骤c中的因素，步骤c中根据组件系统效率的衰减量和修正因子获得电站的系统效率。对于组件系统效率的衰减量，由于光伏组件一般采用晶硅组件，所述晶硅组件系统效率的衰减量首年在2.3-2.7％之间，次年起，每年的所述组件系统效率的衰减量在0.75-0.85％之间。综合上述所述，所述组件系统效率的衰减量的表示公式为

公式中：pr1为第一年的系统效率；n为电站并网运营的年数。根据光伏组件现场收集的气象数据和系统运营数据进行系统发电性能分析以获得首年系统效率pr1，pr1＝(eout/p0)/(h1/gi,ref)，公式中：eout为光伏系统输出电量(交流)，kwh；p0:光伏电站装机量，kwp；h1为阵列面接收到的辐照量，kwh/m2；gi,ref标准测试条件(stc)辐照度，1000w/m2。

综合考虑的修整因子包括光伏组件表面灰尘挡光量、电站停电检修以及限电损失等。其中对于光伏组件表面灰尘挡光量，因在进行供电量预测时，需要用到历史数据，因此需要考虑光伏组件，表面灰尘等挡光情况与历史同期的对比，根据遮挡的严重程度，结合现场组件i-v测试情况，对系统效率的影响综合考虑在-2％～+2％之间。

通过上述获得的所述预测累计辐射量和所述电站的系统效率，根据公式ep＝pm*hi*pr/giref，获得预测时间段内的预测供电量。其中：ep为理论发电量kwh；pm为装机容量，kw；hi为累计辐射量，kwh/m²；pr为电站系统效率；giref为标准测试条件下(stc)的辐照度，1000w/m²。

具体实施例1

以宁夏某30mw沙漠电站为例，装机规模：31.03mw，纬度为37.56°，组件倾角θ为37°，黄沙太阳反射率ρ＝0.35，预测2016年6月15日的供电量。

(1)计算倾斜面理论总辐射量

根据公式

sinh＝sin37.56sin23.35+cos37.35cos0cos23.35＝0.9694；

cosi＝cos(37.56-37)cos23.35cos0+sin(37.56-37)sin23.35＝0.9219

在计算得到以上信息之后，查询当地水平面接收的总辐射量、水平面接收的直接辐射、水平面接收的散射辐射等信息(可通过nasa或者meteonorm获得)。通过查询，得到以下信息：

hp＝6.18kwh/m²；sp＝5.70kwh/m²；dp＝2.40kwh/m²。

根据公式分别获得：si＝5.415kwh/m²；di＝2.158kwh/m²；ri＝0.218kwh/m²，经计算得出hi＝7.791kwh/m²。

(2)结合历史数据预测倾斜面总辐射量

通过生产管理实时平台，调取电站历史同期数据，得出平均总辐射量为7.101kwh/m²。

(3)确定电站系统效率

此电站自2014年8月并网，截止到2016年6月份，已累计运行1年10个月。组件衰减按照首年2.5％，以后每年0.8％计算，可得截止到2016年6月份，组件衰减在3.1％左右。电站2014年全年考虑设备故障等损失电量，全年系统效率为80％；2015年全年考虑设备故障及限电等电量损失，全年系统效率为79％。故根据历史数据，预测2016年6月份系统效率为78.4％左右。

(4)计算预测供电量

根据公式：

ep＝pm*hi*pr/giref＝31.03×10⁶×(7.791+7.101)/2×78.4％/1000＝181.14mwh

具体实施例二：

以江苏扬州某渔光互补电站为例，装机规模：33.23mw，纬度为33.32°，组件倾角θ为28°，水的太阳反射率ρ＝0.3，预测2016年8月的供电量。

(1)计算倾斜面理论总辐射量

计算8月份理论总辐射量，我们以8月15日的日辐射量推算整月值，

根据公式：

sinh＝sin33.32sin13.45+cos33.32cos0cos13.45＝0.9403

cosi＝cos(33.32-28)cos13.45cos0+sin(33.32-28)sin13.45＝0.9899

在计算得到以上信息之后，查询当地水平面接收的总辐射量、水平面接收的直接辐射、水平面接收的散射辐射等信息(可通过nasa或者meteonorm获得)。通过查询，得到以下信息

hp＝141.67kwh/m²；sp＝110.05kwh/m²；dp＝69.44kwh/m²。

根据公式获得si＝115.85kwh/m2；di＝65.37kwh/m2；ri＝2.49kwh/m2。

所以经计算得出hi＝183.71kwh/m²

(2)结合历史数据预测倾斜面总辐射量

通过生产管理实时平台，调取电站历史同期数据，得出平均总辐射量为170.04kwh/m²。

(3)确定电站系统效率

此电站自2013年12月并网，截止到2016年8月份，已累计运行2年8个月。2014年全年考虑设备故障等电量损失，全年系统效率为82％。结合组件衰减及设备老化等因素，根据历史数据，预测2016年6月份系统效率为78.7％左右。

(4)计算预测供电量

根据公式

ep＝pm*hi*pr/giref＝33.23×10⁶×(170.04+183.71)/2×78.7％/1000＝4625.64mwh

具体实施例三：

以内蒙某沙漠电站为例，装机规模：50.15mw，纬度为38.15°，组件倾角θ为37°，砂石太阳反射率ρ＝0.15，预测2016年5月15日的供电量。

(1)计算倾斜面理论总辐射量

根据公式：

sinh＝sin38.15sin19.03+cos38.15cos0cos19.03＝0.9448

cosi＝cos(38.15-37)cos19.03cos0+sin(38.15-37)sin19.03＝0.9515

在计算得到以上信息之后，查询当地水平面接收的总辐射量、水平面接收的直接辐射、水平面接收的散射辐射等信息(可通过nasa或者meteonorm获得)。通过查询，得到以下信息

hp＝6.03kwh/m²；sp＝5.65kwh/m²；dp＝2.34kwh/m²。

根据公式获得si＝5.691kwh/m2；di＝2.103kwh/m2；ri＝0.091kwh/m2。

所以经计算得出hi＝7.885kwh/m²

(2)结合历史数据预测倾斜面总辐射量

通过生产管理实时平台，调取电站历史同期数据，得出平均总辐射量为7.21kwh/m²。

(3)确定电站系统效率

此电站自2014年5月并网，截止到2016年5月份，已累计运行2年。2014年全年考虑设备故障等电量损失，全年系统效率为83％。结合组件衰减及设备老化等因素，根据历史数据，预测2016年5月份系统效率为80％左右。

(4)计算预测供电量

根据公式ep＝pm*hi*pr/giref＝50.15×10⁶×(7.885+7.21)/2×80％/1000＝301mwh

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。