光伏功率預測基本技術原理及關鍵問題

劉華勇

（1.鎮江高等職業技術學校，江蘇 鎮江 212016；2.江蘇科技大學，江蘇 鎮江 212016）

光伏功率預測基本技術原理及關鍵問題

劉華勇1，2

（1.鎮江高等職業技術學校，江蘇 鎮江 212016；2.江蘇科技大學，江蘇 鎮江 212016）

光伏功率預測是保障高比率光伏發電安全穩定運行的基礎性技術，其具體的預測手段以提高電站控制、調控性能為主。國內光伏功率預測技術研究和工程應用尚處在起步階段，理清其技術脈絡和關進問題尤為迫切。文章從兩個方面出發，結合中國光伏功率預測的現狀，進行探討。

光伏功率；預測技術；關鍵問題

1 光伏功率預測基本技術原理

（1）預測技術的方法。光伏功率預測方案的分類方式很多，根據預測過程的不同，可以分為直接預測法和間接預測法；根據建模方式的不同，可分為物理預測法和統計預測法；根據預測時間和尺度不同，可分為超短期預測法、短期預測法和中長期預測法；根據預測的空間范圍大小不同，可分為單場預測法和區域預測法。文章主要從預測事件和尺度的角度出發，針對光伏功率預測基本技術進行探討。

（2）預測技術的圖譜。光伏功率預測的關鍵在于確定不同時空尺度下影響光伏功率的主要因素，并選擇恰當的算法建立預測模型。常見的預測技術方法如圖1所示。圖1的預測方法基本沿著兩個思路展開：①研究輻照度、光伏功率的關鍵影響因素；②學習輻照度、光伏功率歷史規律。

圖1 光伏功率預測技術圖譜

（3）超短期的預測。適用于光伏功率超短期預測的方法有基礎預測法、給予云圖的預測方案以及基于數據驅動的預測方法。目前NWP時空分辨率普遍較低，暫時不適用于超短期預測,只能夠借助持續預測方法來假設預測時刻氣象、輻照等條件進行預測，并輔助數據外推的方法預測輻照和光伏功率。這是最簡單的預測方法之一，但是精確度也比較低。通常情況下，超過1h持續預測的結果并不十分精準。因此，這種持續預測的方法僅作為基準預測方法而非實際應用的工程算法。
（4）短期的預測。短期預測一般需要運用NWP預測技術。NWP在預測中可以提供影響光伏功率的氣象因素及輻照度，因此在短期預測中，NWP預測結果比較精準。NWP模型通常根據物理規律建立、用預測大氣狀態的微分方程組組成，最大預測事件尺度為10d，還能夠給光伏功率預測提供所需要的氣象、輻照度信息。根據預測時空分辨率不同，NWP可分為全球NWP和中尺度NWP。中尺度NWP是根據全球天氣預報的輸出結果和地區特點進行預報，相比于全球的NWP具有更高的時空分辨率。中尺度NWP模型還可根據地域特點，利用數據后處理技術對結果進行修正。現階段很多國家提供了NWP公共服務，但是中國的NWP精度比較低。

（5）中長期預測法。中長期光伏功率預測主要是根據地區歷史光資源數據等估計未來較長時間段的光伏功率。這種方法的預測在現實中并不常見，也不常用。

2 光伏功率預測基本技術的關鍵問題

太陽能光伏發電產業是20世紀80年代以來世界上增長最快的高新技術產業之一。目前國際上對太陽能資源已經十分重視。20世紀70年代以來，鑒于常規能源供給的有限性和環保壓力，世界上許多國家掀起了開發利用太陽能和可再生能源的熱潮。利用太陽能發電的光伏發電技術被用于許多需要電源的場合，上至航天器，下至兒童玩具，光伏電源無處不在。

世界光伏產業發展迅速，最近10年太陽電池組件生產的年平均增長率達到33%，最近5年的年平均增長率達到43%。從總體上來講，中國的光伏發電產業與國外發達國家相比還有很大差距。其存在的主要問題是：①生產規模小；②技術水平較低；③平衡設備薄弱落后；④專用材料的國產化程度不高；⑤成本價格高。

光伏發電具有波動性和間歇性，大規模光伏電站并網運行會影響電力系統的安全穩定經濟運行。對光伏電站的輸出功率進行預測有助于電網調度部門統籌安排常規電源和光伏發電工作，在發現問題的時候能夠及時地調整調度計劃,重新安排電網運行方式。一方面能夠有效地減輕光伏接入對電網的不利，維護電力系統運行的安全性和穩定性，另一方面還可以降低電力系統的旋轉備用容量和運行成本，充分利用太陽能資源，獲得更大的經濟效益和社會效益。

3 結語

中國已實現了基本的光伏功率預測手段，建立了多個完善的光伏功率預測模型。但是在光伏功率與氣象等因素作用復雜多變的情況下，還是存在著對其規律性挖掘不夠充分的問題。NWP的預測時間尺度和精度尚未達到高精度光伏功率預測的要求，同時又受到光伏數據積累量和限電等原因的影響，導致的數據質量問題存在著問題，致使我國預測精度與國際先進水平仍有一定的差距。參考文獻

[1]李雨軒.淺析光伏功率預測技術相關問題[J].工業，2016（12）.

[2]程名.基于改進神經網絡的光伏發電短期功率預測[D].沈陽：沈陽農業大學，2016.

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