光伏發電有功功率預測及其在電網頻率控制中的應用分析

摘要：為緩解能源緊缺的世界性問題，可再生新能源的開發模式在近年來受到了廣泛的應用，光伏發電作為其中較為成熟的一種發電手段，雖然有著可再生、無污染等多重優勢，但也存在著間歇性、隨機波動性等弊端，給光伏發電系統的穩定運行帶來了很大的影響。本文從光伏發電的有功功率入手，對光伏發電有功功率預測方法及其在電網頻率控制中的實際應用進行了分析，希望能夠促進光伏發電的發展。

關鍵詞：光伏發電；電網頻率控制；有功功率預測；逆變器

引言：

控制電網頻率是提高電網電能質量，保證居民與企業日常電力需求的重要途徑，，而對光伏發電有功功率的預測技術則正是目前控制電網頻率的主要難題之一，因此對光伏發電有功功率預測及其應用策略進行研究是十分必要的。

一、光伏發電的有功功率預測

（一）影響光伏發電有功功率的因素

光伏發電是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型的發電形式。相比于火力發電等常規發電形式，光伏發電雖然更加綠色、環保，但同時也存在發電功率不穩定的特點，這一問題在實際的發電過程中主要受兩方面因素影響。其一，是逆變器整機效率影響，逆變器具有將直流電轉為交流電的功能，是光伏發電系統中非常重要的一部分，但其在運行過程中會產生不同程度的自身損耗，因此逆變器效率的高低對太陽能光伏發電系統的有效發電量有著重要影響。其二，是太陽能輻射強度的影響，太陽能輻射的強度主要受自然條件的影響，如地理緯度、海拔高度等，一般在低緯度地區的太陽高度角較大，輻射強度會比較高，而天氣晴朗或海拔較高的地區大氣透明度較高，太陽輻射強度也更高[1]。此外，日照時間較長的地區能夠獲得的太陽輻射量同樣會比較高。

（二）光伏功率的小波神經網絡預測

小波神經網絡是指用非線性小波基取代通常的神經元非線性激勵函數的一種神經網絡模式，這種模式實現了對小波變換與神經網絡的有機結合，在利用這種方法進行光伏功率測試時，需要將隱含層的傳遞函數設置為小波函數，以X1-Xn的形式對信號進行輸入，并將小波基函數的實際平移系數、伸縮因子以及隱含層實際節點作為已知系數套入到公式中，最終得出結果，實現光伏發電功率的預測。

（三）馬爾科夫修正

馬爾科夫狀態轉移矩陣法是指是對客觀事物由一種狀態轉向另一種狀態概率的計算，在光伏功率預測中使用馬爾科夫法能夠對小波神經網絡預測起到及時修正調整的作用。在修正過程中，需要對小波神經網絡預測進行狀態劃分，并以此為依據建立狀態轉移矩陣，同時還要設立維向量，將行向量作為小波神經網絡狀態的標志位。之后還要設定小波神經網絡在的各狀態下修正值，并以維向量中的列向量表示，最后設定好小波神經網絡模型的預測值，完成對光伏功率預測的修正。

（四）時間序列預測法

除小波神經網絡預測法外，時間序列預測法也是應用較早、應用較為廣泛的一種光伏發電有功功率預測方法。在實際的預測過程中，時間序列預測法會根據相關數據的周期性變化進行劃分，按照小時、周、季度、年等不同的周期來建立一個時間序列。之后，會對光伏發電的歷史資料進行分析，并通過建立數學模型的方式將電力負荷隨機變量變化過程的規律性展現出來，最后，會以數學模型為基礎進行分析，確定用于電力負荷預測的數學表達式，對未來光伏發電有功功率進行預測。

二、光伏發電有功功率預測在電網頻率控制中的應用

（一）控制光伏發電有功功率的原則

想要對光伏發電的有功功率進行預測，不僅需要控制好光伏電網系統的變動幅度，還要根據不同的預測方法，設定好預測計算所需的各項參數。而在預測的過程中，則需要遵循以下幾點原則，第一，要對各周期內光伏發電系統的發電量進行統一分配，保證電網能夠正常運行。第二，要遵照電網的電力調度指令，對光伏發電系統的有功功率處理制進行分配。第三，要根據發電機組的具體情況，對功率值能進行分配。

（二）控制光伏發電有功功率的策略

在電網調度和計劃下，光伏發電有功功率的控制模式主要可分為限制模式、調整模式、斜率控制、差值模式四種，不同模式模式在光伏發電系統中的參考功率設定有著很大的不同，其中斜率控制模式需要在光伏發電系統有功功率控制的運行過程中需要保證持續的運行[2]。另外，控制光伏發電有功功率還需要進行功率分配，在實際控制過程中，應對光伏系統中逆變器的運行狀態進行觀察，并結合逆變器功率的可調節能力，將電網設定功率分配給各個光伏逆變器。

（三）光伏發電有功功率預測在電網頻率中控制的應用流程

在進行電網頻率控制時，需根據光伏發電功率的預測方法建立模型，并對光伏發電系統的實際運行情況進行觀察和記錄，之后根據記錄對不同時間周期內的發電功率、負荷需求，進而獲取處于負荷擾動情況下的頻率偏差仿真波形。這樣就可以根據模型試驗的結果進行分析，并針對發現的問題對光伏發電系統進行超前調節。

結束語：

總的來說，自然條件與逆變器對光伏發電功率有著直接的影響，在進行功率預測時應對此進行充分的考慮。同時，也要根據預測的具體效果，對光伏發電系統進行超前調節，以提高光伏發電系統運行的穩定性。

參考文獻：

[1]杜宜領.光伏發電有功功率預測及電網頻率控制中的應用分析[J].江西建材，2017，（11）：201-202.

[2]畢銳.光伏電站有功功率控制相關關鍵技術研究[D].合肥工業大學，2016.

作者簡介：

劉睿（1988年-），男，陜西渭南，漢族，現職稱：工程師，學歷：在職研究生，研究方向：新能源.endprint