【《光伏出力影响因素分析概述》2500字】

光伏出力影响因素研究概述目录TOC\o"1-3"\h\u1684光伏出力影响因素研究概述 1127981.1引言 1147661.2 光伏出力特性 1101851.3 光伏出力影响因素 41.1引言随着各地区加大对光伏出力的开发与研究，其装机容量与发电量逐步上升，现已成为主要的发电方式之一。但太阳能与风能相似，其随机性较强、可控性差，难以像火力、水力等常规发电机组稳定入网。傍晚等用电高峰期，地表太阳辐射较弱，光伏电场几乎不能工作，难以独自满足用户及企业的用电需求。而在正午时刻，太阳辐射较强，用户用电需求较少，光伏出力过剩，造成资源浪费现象。准确的进行光伏出力预测、可以提高电网的稳定性与安全性，使调度人员可以采取火力发电等可靠发电技术及时调节发电功率以满足用户需求，但由于太阳能等具有较强的不确定性、以及受现阶段数据采集技术的限制，导致预测难度增加，本章对光伏特性进行描述，阐述其出力原理以及影响光伏出力的因素，并介绍了本文中用到的几种算法，为光伏出力预测提供理论支持。1.2 光伏出力特性光伏发电是利用光伏电池的特性将太阳能直接转化为电能的新型发电形式［14］。作为光伏机组的核心，光伏电池主要由N、P型半导体以及P-N结等结构组成。当光伏电池受到太阳辐射时，半导体结构中会产生许多正、负电荷分别流向N、P区，从而产生内建电场，连入电路之后便可产生电流，如图所示：图1.1.1电池工作原理根据图1.1.1所示为光伏电池的原理、构建其等效电路如图1.1.2所示：图1.1.2电池等效电路图根据图1.1.2，可以得到输出节点电流表达式如下：（1.1）其中为光伏发电短路电流，其大小取决于光照强度、光伏阵列面积、安装角度等因素，代表二极管支路电流，二极管作用为模拟PN结电场。与分别代表旁路电阻及流过该支路的电流，为串联电阻，、用来表示内建电场的分流电阻和电池内部的损耗，、分别代表光伏电站所接负载的电压及电流。、计算方法如下：（1.2）（1.3）其中,为光伏电池反向饱和电流，为单位电荷量，为玻尔兹曼常数,为热力学环境温度，光伏电池的出力值可表示为电流与电压的乘积，公式为：（1.4）图1.1.3、1.1.4、1.1.5、1.1.6分别为在不同仿真条件下的光伏电池输出特性曲线。图1.1.3、1.1.4为不同太阳辐射下的光伏电池特性曲线（温度：25℃）图1.1.3功率与电压关系图图1.1.4电流与电压关系图1.1.5、1.1.6不同温度下光伏电池特性曲线(太阳辐射强度：1000W/m2)图1.1.5功率与电压关系图图1.1.6电流与电压关系图由前两个图可知，在相同温度条件下，随着太阳辐射强度增加，其开路电压与短路电流均有所增加，且光伏出力与太阳辐射强度成正相关。由后两个图可知，开路电压与温度成负相关，而短路电流与温度成正相关，且随着温度上升，光伏出力最大值有所下降。综上可知，光伏电池的出力特性与太阳辐射强度、温度有关，其出力大小与温度成负相关，与太阳辐射强度成正相关。光伏电站是由多个光伏电池构成的光伏阵列集合，其出力特性与光伏电池的出力特性具有一致性。1.3 光伏出力影响因素光伏出力主要取决于太阳辐射、温度、云量等因素［15］，受地球自转影响，太阳辐射在一定的周期范围内呈现规律性变化，超过一定周期，随着地球公转，太阳辐射会发生季节性变化，温度在较短的时间周期内变化幅度较平稳，而不同天气下的云量呈现出较大的不确定性，因而导致了地表受到的太阳辐射受到了不同程度的削弱，是造成光伏出力波动性与随机性的直接原因。受地球自传影响，太阳辐射呈现出较强的日间规律性，在天气情况相似的条件下光伏出力曲线相似度较高，随着地球公转，不同地区相对于太阳角度发生变化，又会导致光伏出力的季节性差异。大气中的各种因素会对太阳辐射进行遮挡，导致地表所受太阳辐射量降低，其中云层对太阳辐射的影响最大，不同天气情况下云层覆盖率一般不同，对太阳辐射的遮挡情况也不尽相同，图1.3.1为国内某光伏电站各天气下的光伏出力情况。图1.3.1国内某光伏电站各天气下的光伏出力情况由图1.3.1可以看出晴天下光伏出力数值最大，多云次之，而阴、雨天气下光伏出力数值较低。这是因为晴天天气下云层覆盖率较低，多云天气下云层覆盖率有所增高，但是多为高云，且云层较薄，可以透过阳光，而阴雨天气下低云覆盖较高、呈灰黑色、云层较厚、几乎不能透过阳光，综上所述，晴、多云、阴雨天气的云层覆盖率逐渐增高，削弱了地表太阳辐射强度，且光伏出力与云层覆盖率的变化趋势相反。除了太阳辐射强度与天气类型（云层覆盖率），温度也是影响光伏出力的主要因素之一，目前大部分光伏电池的原材料都是晶体硅，当温度升高，其性能随之下降，导致光电转化效率的改变，进而改变光伏电池的发电性能，由上文中图1.1.5可知，在相同的太阳辐射强度下，光伏电池表明温度升高，其最大出力值将会下降。此外，太阳辐射强度会影响温度变化，大气温度与光伏阵列表面温度具有较高的相似性，太阳辐射首先影响了大气温度，进而大气温度的改变影响了光伏阵列表面温度，从而间接对光伏出力造成影响，图1.3.2为国内陕西某光伏电站一日内光伏出力与温度变化关系图。由图1.3.2可知，光伏出力与环境温度仍成正相关，温度与光伏出力的相关性主要表现为两方面：一方面为光伏电池输出性能会随温度升高而下降，另一方面为温度可作为衡量太阳辐射强度的重要指标，温度升高侧面体现了太阳辐射强的增加，间接影响了光伏出力，而光伏出力与环境温度成正相关，表明了太阳辐射强度增加导致的光伏出力数值增加量多于因其造成的温度变化对于光伏电池输出性能的削弱量。图1.3.2陕西某光伏电站一日内光伏出力与温度变化关系图此外，湿度、风速对光伏出力也有一定程度的影响，湿度较大的情况下会导致空气中的水汽增多，在一定程度上削弱了太阳辐射。而风速增加会提高光伏电池表面的空气流动性，从而可以提高组件散热性，有助于提高光伏电池的工作性能［16］，光伏出力还受到电池表面累积灰尘等外部因素影响，这些因素都会影响光伏出力的波动性。综上，利用聚类分析法将历史监测数据进行聚类,将多项气象因素作功率预测模型的输入量，进行功率预测,但用于输入的数据维数偏大,冗余指数比较高。可以结合主成分分析法所得主