基于高低频分量的区域光伏功率估计方法与流程

本发明涉及光伏发电，特别是基于高低频分量的区域光伏功率估计方法。

背景技术：

1、在当今社会，随着能源需求的不断增长和对可再生能源的关注加强，光伏发电已逐渐成为全球能源结构的重要组成部分。准确估算区域内的光伏发电量不仅关乎项目投资的回报率，还关系到电网的稳定运行与管理。传统的区域光伏发电量估算技术主要依赖于地面气象观测数据和固定的模型预测，但由于气象条件的多变性、设备性能的退化以及地理和环境因素的影响，这些方法往往无法满足高精度估算的需求。此外，随着光伏技术的不断创新和气候条件的变迁，需要一种更为灵活、准确和高效的估算方法来适应这些变化。因此，开发一个新的、适应性强的区域光伏发电量估算技术已成为当前行业的迫切需求。

2、目前用于区域光伏发电量估算的方法主要有：回波状态网络、细胞计算网络、空间kriging、时空kriging和云运动等方法来估计面积辐照度；这些方法的估计具有很高的准确性，大多数情况下误差在1-5％之内，然而，辐照度估算的一个问题是在将辐照度转换为光伏功率时存在转换误差；另一方面，如果直接估算光伏功率，则不会产生换算误差。为估算面积光伏发电功率，采用了输入潮流有功和无功的独立分量分析(ica)、输入辐照度和潮流的独立分量分析、时空衰减模型、频率分类模型等方法，这些方法的估计误差在4-13％之间；然而，在负荷与光伏功率相互依赖的情况下，ica方法缺乏准确性；时空衰减模型局限于较小的区域；频率分类模型需要光伏系统实际产生的功率作为训练数据；还有一种不需要辐照度信息就能准确估算pv面功率的方法，但当负载功率因数突然变化时，这种方法会变得不准确。

技术实现思路

1、针对上述问题，提出一种基于高低频分量的区域光伏功率估计方法，该方法分别估计了面积光伏功率的低频和高频分量，并考虑了面积光伏功率与面积负荷的相关性，比以往提出的方法具有更高的精度；此外，该方法不需要任何面积光伏功率的训练数据；因此，该方法可以很容易地应用于实际系统。

2、基于高低频分量的区域光伏功率估计方法，包括如下步骤：

3、获取气象数据、潮流数据和光伏阵列板的倾斜角；

4、根据辐照度波动公式提取低光伏板阵列倾斜角aoi及低辐照度波动的有效数据，根据有效数据构造观测信号，从而形成对待估计量有效光伏容量的有效表达式；确定有效光伏容量和光伏负荷相关系数的初始值，作为循环迭代步骤的输入，通过梯度下降法循环迭代更新有效光伏容量和相关系数的值，直到满足阈值要求，获得最终的有效光伏容量；

5、获取光照辐射度-光伏发电功率的转换系数，从而获得光伏发电功率的低频分量；

6、通过计算高压线路潮流的高频分量来获得光伏发电功率的高频分量，并与低频分量求和获得最终的光伏发电功率的估算值。

7、进一步的，所述的根据辐照度波动公式提取低光伏板阵列倾斜角aoi及低辐照度波动的有效数据，根据有效数据构造观测信号，从而形成对待估计量有效光伏容量的有效表达式的方法为：

8、筛选满足低光伏板阵列倾斜角aoi和低辐照度波动的数据，根据所筛选数据，获取阵列平面辐照度低频分量ipoa_lf及其选定区域净负荷功率信号低频分量ulf，创建观测信号x，对有效光伏容量ceff进行估算：

9、创建观测信号x：

10、

11、式中，除有效光伏容量ceff外，其余变量为1×n数组；llf表示单位面积负荷的低频分量，pvlf表示光伏单位面积发电功率。

12、进一步的，确定有效光伏容量的方法为：

13、获取不考虑负载和光伏相关性的有效光伏容量初始值ceff_0：

14、

15、

16、式中，d为x的特征值组成的对角矩阵，e为x的特征向量组成的矩阵。

17、进一步的，获取单位面积负荷的低频分量llf与光伏单位面积发电功率pvlf间的相关系数初始值rl,pv的方法为：

18、当没有智能电表数据时，相关系数初始值rl,pv可以由如下公式表示：

19、rl,pv＝(0.0778·tamb_avg-1.4910)·ri,t-0.1939           (7)

20、式中，tamb_avg为规定时间窗口环境的平均温度，ri,t为辐照数据与环境温度的相关系数；

21、当有智能电表数据时，相关系数初始值rl,pv由以下公式计算：

22、

23、式中，ppmcc为皮尔森相关系数计算公式，t为所选时间窗口，pload为实测负荷时间窗口下的积分值。

24、进一步的，通过梯度下降法循环迭代更新有效光伏容量和相关系数的值，直到满足阈值要求，获得最终的有效光伏容量的方法为：

25、s1、设置r0＝0，i＝0，δri＝rl,pv-ri；

26、s2、将δri与设置的阈值进行比较，满足阈值要求则进入步骤s5，否则进入步骤s3；

27、s3、计算下一次有效容量ceff_i+1；首先，赋予公式(4)索引：

28、

29、然后进行变量替换：

30、

31、

32、

33、然后，通过梯度来更新有效光伏容量：

34、

35、

36、然后，计算第i+1次有效光伏容量和相关系数的迭代值：

37、

38、

39、s4、i＝i+1，δri＝rl,pv-ri，计算新的δri，并返回步骤s2；

40、s5、完成收敛计算，返回ceff_i。

41、进一步的，获取光照辐射度-光伏发电功率的转换系数，从而获得光伏发电功率的低频分量的方法为：

42、(1)计算光照辐射度-光伏发电功率的转换系数α，根据光伏阵列倾斜角不同可以确定不同的转换系数：

43、

44、(2)计算光伏发电功率的低频分量pvlf：

45、pvlf(t)＝α(t)·ipoa_lf(t)(18)。

46、进一步的，通过计算高压线路潮流的高频分量来获得光伏发电功率的高频分量的方法为：

47、pvhf(t)＝-uhf(t)(19)。

48、进一步的，所述的低光伏板阵列倾斜角aoi为小于或等于60度；所述低辐照度波动是指从30分钟前到30分钟后辐照度波动不超过0.3kw/m2；其中，

49、t时刻的全局光照辐射强度ghi波动ivar(t)计算为：

50、

51、式中，w为窗口宽度，设置为31分钟；i的作用是筛选满足条件的数据。

52、进一步的，所述阵列平面辐照度ipoa的获取方法为：

53、ipoa＝ghi·cosθ                     (1)

54、式中，ghi为全局光照辐射强度，θ为有效光伏阵列的倾角。

55、进一步的，所述阵列温度tpa的获取方法为：

56、

57、其中，tamb为环境温度，v为年平均风速，a和b为评估系数。

58、本发明的优点和积极效果是：

59、本发明提出了实时估算面积光伏输出功率的方法，该方法分别估计了面积光伏功率的低频和高频分量，低频分量估计使用天气数据、潮流数据以及(如果可用)智能电表数据作为输入，低频分量估计也可以在没有智能电表数据的情况下进行；另一方面，高频分量只使用功率流作为输入，最终实现光伏功率和容量的精确实时估算，并具备实地应用潜力。