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封面太阳能光伏发电功率短期预报方法Shorttermforecastingmethodofsolarphotovoltaicpower目次前言本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由全国气候与气候变化标准化技术委员会风能太阳能气候资源分技术委员会（SAC/TC540/SC2）提出并归口。本标准起草单位：×××××××××××××××××××××××××××××××××。本标准主要起草人：×××××××××××××××××××××××××××××××××。太阳能光伏发电功率短期预报方法1范围本标准规定了太阳能光伏阵列、光伏发电站发电功率短期预报方法。本标准适用于光伏发电站发电功率的短期预报服务，也适用于短期太阳辐照度的简易预报服务。2术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2.1短期预报shorttermforecasting对未来72h内发电功率或太阳辐照度的预报。2.2数值天气预报numericalweatherprediction基于大气运动的初始状态，通过数值求解描述大气运动规律的动力、热力学方程组，计算未来一定时段内不同时刻的大气状态的一种客观定量的天气预报方法。注：改写GB/T21984—2008,定义2.212.3模式预报订正modeloutputstatistics；MOS根据数值天气预报模式输出的物理量与同期实测气象要素的统计关系对模式预报结果进行的有效订正预报。2.4太阳辐射solarradiation太阳以电磁波或粒子形式发射的能量。[GB/T12936—2007，定义3.12]2.5辐[射]照度irradiance物体在单位时间、单位面积上接收到的辐射能。2.6[水平面]总辐射辐照度horizontalglobalsolarirradiance水平面从上方2π立体角范围内接收到的直接辐射辐照度和散射辐射辐照度之和。2.7倾斜面总辐射辐照度inclinedtotalsolarirradiance倾斜面接收到的直接辐射辐照度、散射辐射辐照度和反射辐射辐照度之和。2.8大气透明度transparencyofatmosphere地表水平面上的太阳总辐照度与地外太阳辐照度之比，取值范围为[0,1)。2.9直射比directirradiationratio直接辐射辐照度在总辐射辐照度中所占的比例。2.10直散分离directandscatteredradiationseparation估算总辐射辐照度中直接辐射辐照度和散射辐射辐照度的量值。2.11光伏电池solarcell将太阳辐射能直接转换成电能的一种电子器件。[GB2297—1989，定义2.2]2.12光伏阵列photovoltaicarray由若干个光伏电池组件或电池板在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。地基、太阳跟踪器、温度控制器等类似的部件不包括在阵列中。注：改写GB2297—1989，定义4.102.13光伏阵列光电转换效率photo—electricconversionefficiencyofphotovoltaicarray单位面积光伏阵列输出直流功率与到达光伏阵列的倾斜面总辐射辐照度的比值。2.14逆变器转换效率grid—connectedinverterefficiency规定的测量时段内，逆变器在交流端口输出的能量与直流端口输入的能量之比。2.15光伏发电站grid—connectedphotovoltaic(PV)powerstation将太阳辐射能直接转换成电能并接入到电网的发电系统，一般包含光伏阵列、逆变器、变压器、相关的系统平衡部件等。3预报方法总则根据光伏发电站历史资料和预报因子资料条件，选择采用原理预报法、动力—统计预报法、时间序列预报法和相似预报法4种方法之一，预报出光伏发电站逐个光伏阵列光伏发电功率序列。在此基础上，进行光伏发电站发电功率短期预报。实时观测数据和历史数据完整的情况下，可对数值天气预报模式输出的向下短波辐射通量进行模式预报订正（MOS），提高预报准确率；当缺乏历史数据时，也可直接采用模式输出向下短波辐射，然后采用原理预报法预报。动力—统计预报法适用于发电功率历史数据完整但辐射观测和历史数据缺乏的情况。当日数值预报结果因故未到时，可采用时间序列预报法或相似预报法。4光伏阵列发电功率短期预报方法4.1原理预报法原理预报法流程图参见附录A的图A.1。计算步骤如下：a）计算光伏阵列直流发电功率，公式如下：/1000(1)式中：——光伏阵列的直流发电功率，单位为兆瓦（MW）；——光伏阵列的光电转换效率，计算方法见附录B.1；——光伏阵列斜面总辐照度，单位为千瓦每平方米(kW/m2)，计算方法见附录C；——光伏阵列有效面积，单位为平方米（m2）；——直流回路线路损失系数，无量纲，可取值为0.95。b)计算光伏阵列交流发电功率，公式如下：(2)式中：——光伏阵列的交流发电功率，单位为兆瓦（MW）；——逆变器效率，无量纲，计算方法见附录B.2；——交流回路线路损失系数，无量纲，可取值为0.95。4.2动力—统计预报法动力—统计法流程图参见附录A的图A.2。计算步骤如下：a）基于数值天气预报模式输出量或气象观测资料、同期光伏阵列发电功率资料，建立光伏发电功率预报统计模型。统计学方法可采用多元线性回归、神经网络方法。可采用的建模预报方案见附录E。b）以数值天气预报模式预报量，驱动光伏发电功率预报统计模型，得到光伏阵列发电功率短期预报值。4.3时间序列预报法通过光伏阵列发电功率数据序列间自回归模型、滑动平均模型、自回归——滑动平均模型等相关统计模型，得到发电功率短期预报值。4.4相似预报法以近期与预报日天气类似的某一日的的实际发电功率数据序列作为下一日的发电功率预报值。5光伏发电站发电功率短期预报方法光伏发电站发电功率采用以下公式预报：(3)式中：——光伏发电站的交流发电功率，单位为兆瓦（MW）；——光伏发电站第i个光伏阵列单元交流发电功率，单位为兆瓦（MW）。——光伏发电站光伏阵列单元数量。附录A（资料性附录）光伏发电功率预报流程图A.1原理预报法流程图A.1原理预报法流程图A.2动力——统计预报法流程图A.2动力——统计预报法流程图BB附录B（规范性附录）光伏发电功率效率计算方法B.1光伏阵列光电转换效率计算(B.1)(B.2)(B.3)式中：——光伏阵列的光电转换效率；——光伏组件标准测试条件下（入射光辐照度为1kW/m2、气温为25℃、大气质量为1.5）的光电转换效率；——光伏组件温度系数，与太阳能电池材料有关，单位为℃—1，对于晶体硅材料，取值范围为0.003℃—1—0.005℃—1；——阵列板温，单位为摄氏度（℃）；——光伏阵列老化损失系数，无量纲，每年按照一定比例递减；——光伏阵列失配损失系数，无量纲，取值范围为0.95～0.98；——尘埃遮挡损失系数，无量纲，取值范围为0.9～0.95；——气温，单位为℃；——光伏阵列斜面总辐照度，单位为千瓦每平方米(kW/m2)；——光伏电池额定工作温度，单位为摄氏度（℃）；——不同太阳能电池材料年衰减率，宜按年衰减率0.8％计算；——光伏发电站投入使用的年数。B.2逆变器效率计算逆变器转换效率，表示逆变器输出的交流发电功率与光伏阵列最大直流发电功率的比值，数学表达式如下：(B.4)式中：——逆变器效率，无量纲；——逆变器输出的交流发电功率，单位为兆瓦（MW）；——逆变器输入的直流发电功率，单位为兆瓦（MW）。可采用指数曲线分月建立逆变器转换效率的非线性回归模型，公式如下：(B.4)(B.5)式中：——逆变器效率，无量纲；——回归方程系数；——自然对数；——光伏阵列输入直流功率相对值，无量纲；——逆变器输入的直流发电功率，单位为兆瓦（MW）；——光伏阵列发电单元对应的逆变器额定装机容量。CC附录C（规范性附录）光伏阵列斜面总辐照度预报方法C.1水平总辐照度预报方法预报某一地点水平面总辐照度（）可采用如下方法之一:a)模式直接输出法：直接采用数值天气预报模式输出的向下短波辐射通量作为水平面总辐照度的预报值；b)模式输出统计法：对数值天气预报模式输出的向下短波辐射通量进行模式预报订正（MOS）订正，得到水平面总辐照度预报值；c)天气型分类订正法：先计算某一地点的水平面上地外太阳辐照度()，见附录D.3；再乘以该点天气类型（晴到少云、多云、阴、雨等）参考订正系数，见表C.1，得到水平面总辐照度预报值。d)自相关统计法：通过实测辐射数据序列间的自相关统计模型，得到水平面总辐照度预报值。表C.1天气类型参考订正系数天空状态订正系数天空状态订正系数晴0.8~0.9多云间阴0.4~0.5晴到少云0.7~0.8多云到阴0.3~0.4少云0.6~0.7阴0.2~0.3多云0.5~0.6阴雨0.1~0.2C.2固定光伏阵列斜面总辐照度预报方法在水平面总辐照度预报值的基础上，对到达固定倾角和方位角的光伏阵列斜面总辐照度（）进行预报。步骤如下：a)将水平面太阳辐照度进行直散分离：先计算大气透明度系数()，见附录D.4；再推算出直射比（），见附录D.5；然后分别计算出水平面直接辐照度()和散射辐照度()；b)通过地面反射率（见附录D表D.2）计算出斜面反射辐照度()；c)根据斜面总辐照度计算（见附录D.6），计算光伏阵列斜面总辐照度（）。注：如已经给出了水平面总辐照度（）、直接辐照度和散射辐照度，在可以省略本节a)步骤。C.3跟踪式光伏阵列斜面总辐照度预报方法在水平面总辐照度、直接辐照度和散射辐照度预报值的基础上，对到达跟踪式布置的光伏阵列倾斜面总辐照度（）进行预报，按跟踪方式不同分为方位角跟踪和全跟踪，预报步骤分别如下：a)方位角跟踪光伏阵列，计算步骤：1)针对每个预报时刻计算太阳方位角()，见附录D.2；2)其他预报步骤同C.2中项a）、b）；3)以太阳方位角()代替公式D.11中的光伏阵列方位角(），利用公式D.10计算每个预报时刻光伏阵列斜面总辐照度()。b)全跟踪光伏阵列，计算步骤：1)针对每个预报时刻分别计算太阳高度角()和太阳方位角()，见附录D.2；2)其他预报步骤同C.2中项a）、b）；3)根据斜面总辐照度计算（见附录D.6），以计算得到的太阳高度角()代替公式D.11中的光伏阵列倾角()，以太阳方位角()代替公式D.11中的光伏阵列方位角(）；利用式D.11计算每个预报时刻光伏阵列倾斜面总辐照度()。DD附录D（规范性附录）太阳辐射预报简化计算公式D.1概述D.2～D.5为太阳辐射预报简化计算公式，可对太阳位置和天文辐射近似计算)。D.2太阳高度角和方位角计算(D.1)(D.2)(D.3)式中：——太阳高度角，单位为度(°）；——太阳方位角，单位为度(°）；——地理纬度，单位为度(°）；——赤纬角，单位为度(°）；——时角，单位为度(°）；——预报时刻距离地方平太阳时12：00的小时数，时角上午为负，下午为正。D.3水平面上地外辐照度计算(D.4)(D.5)(D.6)(D.7)式中：——预报间隔时间内平均地外辐照度，单位为千瓦每平方米()；——预报开始时刻预报的时间分辨率；——预报开始时刻；——瞬时地外辐照度，单位为千瓦每平方米()；——日地距离订正系数，无量纲；——太阳常数为1.367，单位为千瓦每平方米()；——年中的日序数（1月1日，=1，1月2日，=2，……，余类推）；——赤纬角，单位为度(°）。D.4大气透明度系数(D.8)式中：——预报间隔时间内平均大气透明度系数，无量纲；——预报间隔时间内平均水平面太阳总辐照度，单位为千瓦每平方米()；——预报间隔时间内平均地外辐照度，单位为千瓦每平方米()；D.5直射比拟合(D.9)式中：——直射比(直接辐照度与总辐照度的比值），无量纲；——预报间隔时间内平均大气透明度系数，无量纲；a0、a1——回归方程的拟合系数，无量纲；b0、b1——分段拟合的划分区间系数，无量纲；c0～c4——回归方程的拟合系数，无量纲。D.6斜面总辐射度计算(D.10)(D.11)(D.12)