光伏发电有功功率预测及其在电网频率控制中的应用分析

摘要：为缓解能源紧缺的世界性问题，可再生新能源的开发模式在近年来受到了广泛的应用，光伏发电作为其中较为成熟的一种发电手段，虽然有着可再生、无污染等多重优势，但也存在着间歇性、随机波动性等弊端，给光伏发电系统的稳定运行带来了很大的影响。本文从光伏发电的有功功率入手，对光伏发电有功功率预测方法及其在电网频率控制中的实际应用进行了分析，希望能够促进光伏发电的发展。

关键词：光伏发电；电网频率控制；有功功率预测；逆变器

引言：

控制电网频率是提高电网电能质量，保证居民与企业日常电力需求的重要途径，，而对光伏发电有功功率的预测技术则正是目前控制电网频率的主要难题之一，因此对光伏发电有功功率预测及其应用策略进行研究是十分必要的。

一、光伏发电的有功功率预测

（一）影响光伏发电有功功率的因素

光伏发电是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型的发电形式。相比于火力发电等常规发电形式，光伏发电虽然更加绿色、环保，但同时也存在发电功率不稳定的特点，这一问题在实际的发电过程中主要受两方面因素影响。其一，是逆变器整机效率影响，逆变器具有将直流电转为交流电的功能，是光伏发电系统中非常重要的一部分，但其在运行过程中会产生不同程度的自身损耗，因此逆变器效率的高低对太阳能光伏发电系统的有效发电量有着重要影响。其二，是太阳能辐射强度的影响，太阳能辐射的强度主要受自然条件的影响，如地理纬度、海拔高度等，一般在低纬度地区的太阳高度角较大，辐射强度会比较高，而天气晴朗或海拔较高的地区大气透明度较高，太阳辐射强度也更高[1]。此外，日照时间较长的地区能够获得的太阳辐射量同样会比较高。

（二）光伏功率的小波神经网络预测

小波神经网络是指用非线性小波基取代通常的神经元非线性激励函数的一种神经网络模式，这种模式实现了对小波变换与神经网络的有机结合，在利用这种方法进行光伏功率测试时，需要将隐含层的传递函数设置为小波函数，以X1-Xn的形式对信号进行输入，并将小波基函数的实际平移系数、伸缩因子以及隐含层实际节点作为已知系数套入到公式中，最终得出结果，实现光伏发电功率的预测。

（三）马尔科夫修正

马尔科夫状态转移矩阵法是指是对客观事物由一种状态转向另一种状态概率的计算，在光伏功率预测中使用马尔科夫法能够对小波神经网络预测起到及时修正调整的作用。在修正过程中，需要对小波神经网络预测进行状态划分，并以此为依据建立状态转移矩阵，同时还要设立维向量，将行向量作为小波神经网络状态的标志位。之后还要设定小波神经网络在的各状态下修正值，并以维向量中的列向量表示，最后设定好小波神经网络模型的预测值，完成对光伏功率预测的修正。

（四）时间序列预测法

除小波神经网络预测法外，时间序列预测法也是应用较早、应用较为广泛的一种光伏发电有功功率预测方法。在实际的预测过程中，时间序列预测法会根据相关数据的周期性变化进行划分，按照小时、周、季度、年等不同的周期来建立一个时间序列。之后，会对光伏发电的历史资料进行分析，并通过建立数学模型的方式将电力负荷随机变量变化过程的规律性展现出来，最后，会以数学模型为基础进行分析，确定用于电力负荷预测的数学表达式，对未来光伏发电有功功率进行预测。

二、光伏发电有功功率预测在电网频率控制中的应用

（一）控制光伏发电有功功率的原则

想要对光伏发电的有功功率进行预测，不仅需要控制好光伏电网系统的变动幅度，还要根据不同的预测方法，设定好预测计算所需的各项参数。而在预测的过程中，则需要遵循以下几点原则，第一，要对各周期内光伏发电系统的发电量进行统一分配，保证电网能够正常运行。第二，要遵照电网的电力调度指令，对光伏发电系统的有功功率处理制进行分配。第三，要根据发电机组的具体情况，对功率值能进行分配。

（二）控制光伏发电有功功率的策略

在电网调度和计划下，光伏发电有功功率的控制模式主要可分为限制模式、调整模式、斜率控制、差值模式四种，不同模式模式在光伏发电系统中的参考功率设定有着很大的不同，其中斜率控制模式需要在光伏发电系统有功功率控制的运行过程中需要保证持续的运行[2]。另外，控制光伏发电有功功率还需要进行功率分配，在实际控制过程中，应对光伏系统中逆变器的运行状态进行观察，并结合逆变器功率的可调节能力，将电网设定功率分配给各个光伏逆变器。

（三）光伏发电有功功率预测在电网频率中控制的应用流程

在进行电网频率控制时，需根据光伏发电功率的预测方法建立模型，并对光伏发电系统的实际运行情况进行观察和记录，之后根据记录对不同时间周期内的发电功率、负荷需求，进而获取处于负荷扰动情况下的频率偏差仿真波形。这样就可以根据模型试验的结果进行分析，并针对发现的问题对光伏发电系统进行超前调节。

结束语：

总的来说，自然条件与逆变器对光伏发电功率有着直接的影响，在进行功率预测时应对此进行充分的考虑。同时，也要根据预测的具体效果，对光伏发电系统进行超前调节，以提高光伏发电系统运行的稳定性。

参考文献：

[1]杜宜领.光伏發电有功功率预测及电网频率控制中的应用分析[J].江西建材，2017，（11）：201-202.

[2]毕锐.光伏电站有功功率控制相关关键技术研究[D].合肥工业大学，2016.

作者简介：

刘睿（1988年-），男，陕西渭南，汉族，现职称：工程师，学历：在职研究生，研究方向：新能源.endprint