基于物理模型的光伏电站输出功率预测

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光伏 电池 内部等效反向二极管饱和电流 ；
Ａ — — 二极管 理想参数 。 取值在 １ ～ ２之间变化 ；
ｑ — — 单 位 电荷 ， 大 小等 于 １ ． ６ ｘ １ ０ Ｃ； 绝 对温 度 ， 单 位 为 Ｋ； ｋ —— 波尔兹曼常数 。 其值通常取 ０ ． ８ ６ ｘ ｌ Ｃ ｒ ４ ｅ Ｖ ／ Ｋ 。
给 出了用光伏电池组件模 型和光电转换效率模型预测 光伏 输 出功率 ， 得到光伏 电站 输 出功率的预测结 果， 可 为光伏 电站光 功率预测管理及科 学调 度提供依 据。 关键词 ： 光伏 电站 ； 输 出功率 ； 预 测分析 中图分 类号 ： Ｔ Ｍ６ １ ５ ＂ ． ２ ； Ｔ Ｍ９ ３ ３ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ － ０ ０ ４ ６ — ０ ４
第５ １ 卷 第 １期
２ ０ １ ５年 １ 月
甘 肃 水 利 水 电 技 术
ＧＡＮ Ｓ Ｕ ＷＡＴ Ｅ Ｒ Ｒ Ｅ Ｓ ＯＵ ＲＣ Ｅ Ｓ Ａ ＮＤ ｉ ｔ ＹＤ Ｒｏ 】 Ｉ Ⅵ７ ＥＲ Ｔ Ｅ Ｃ删 ０Ｉ ． ｏＧＹ
Ｖｏ １ ． ５１ ， Ｎｏ ． １
Ｊ ａ ｎ ． ， ２ ０ １ ５
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４ ６ ・
第 １ 期
张俊 蔚 ： 基 于 物 理模 型 的 光伏 电站 输 出功 率 预 测
第５ ｌ 卷
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Ｎ ｏＭ】
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（ 一 ）
（ ４ ）
通过 对光 伏 电池 的建模 分析 ，了解 了光伏 电池 如何 进行 光 电转换 。为 后续 建立 光 电转换 效率 经验 公式 打下 基础 。 １ ． ２ 光 电转换效 率模 型 当根 据光伏 发 电 的原 理 进行 功率 预测 时 ．主要 根据 是 光伏 电池 原 理 模 型 和光 电转换 效 率模 型 ． 光 电转换 效 率 同时也 是整个 光 伏发 电技 术 的关 键解 决 问题之 一 。为 了预 报输 出功 率 。需 要建 立影 响光 伏 发 电转换 效 率 的经 验 公式 并 合 理 的确 定 经 验参 数 。
一
ｔ
≥
Ｊ ｒ
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风
在通常情况下 ， 项远远小于 ， ， 往往忽略不计 ，
整 理后见 式 （ ２ ） ：
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（ ２ ）
图１ 光伏电池的简化等效电路
在 实际 应用 中 。 单 个光伏 电池输 出的 电源很 小 。 为 了获 得大 功率输 出 ， 由多个 光伏 电池 板 串 、 并联 后
・
设计与研究 ・
基于物 理模 型 的光伏 电站输 出功率预测
张俊 蔚
（ 中电投集团黄河水 电公 司 甘肃中电投新 能源发电有限责任公司， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
摘要 ： 随着光伏装机容量 的不 断扩 大， 光伏发屯输 出功 率的精确预测有助 于光伏 电站运行 管理及 电力调 度部 门统筹 安排调度计 划 ， 对保 障电网安全 、 降低电 网运营成本有着重要 意 义。本文针 对如 何进 行光伏电站输 出功率预测 问题 ，
１ ＿ １ 光伏 电池 组件 模型 根据 光伏 发 电的物 理原理 和 光 电转 换效 率 的定 义来 确 定光 伏 电站输 出功率 ， 称 为原 理 预报 法 。 以 建立 光伏 电池 模 型和 光 电转 换效 率经 验公 式来 获得
输 出功 率 的预测值 。光伏 电池 能直接 将光 能转换 成
电能 ， 每片 光伏 电池 的输 出电压 只有 ０ ． ５ Ｖ左 右 ， 为
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式 中： ，
厶
了获得 足够 大 的功率 ． 一般 将很 多光伏 电池经过 串 、 并 联 的方式 组 合成 光伏 阵 列［ １ － ３ ］ 。首 先 。 以多 晶硅 型 光 伏 电池 为例 建 立 光 伏 电池 的 等效 电路 『 ４ ］ 。 等效 电 路如图 １ 所示。
１ 基 于光伏 发 电原理 的数 学模 型
较 大 的 电阻 Ｒ ， 它 的阻值 一 般在 几千 欧 姆 ， 引入 的 目的是 考 虑到 电池边 缘 和电极 在长 期 的工作 后会 出现损 耗 。 出现划 痕导 致漏 电 。 由电路 理论 中基 尔霍夫 电流理论 ，等 效 电路 的 电流 为 ：
。 一
并 联 电阻 电 流 ； 一
电 池 的开 路 电 压 ；
Ｒ ＿一 负载 电阻 。 和 光 照强 度 Ｓ成 正 比 ， 并 受 到 温度 的影 响 。引人 用作 串 联 电阻 ， 它 的阻值 一
般小 于 １ 欧姆 ， 引入 Ｒ 的 目的 是考 虑到 电池 板 自身 的电 阻率 ， ， － 光伏 电池 的输 出 。再引 入一 个 阻值
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ １ — １ ４。
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态， 如式（ ４ ） 所示 ：
（ ３ ）
为 了研 究 在 光 照 强度 Ｓ和 温 度 变 化 时 的状
作者简 介 ： 张俊蔚 （ １ ９ ８ ０ ＂ ） ， 男， 甘肃兰州人 ， 工程 师 ， 硕士研究 生 ， 研究 方 向： 电气工程 ， 主要从事 水 电 、 光电、 风 电项 目的前期 及投产后的运行维护管理 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ２ ８ ９ ２ ９ ７ ０ ２ １ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ ．
组 成光伏 阵 列 。它是 由多个 光伏 电池 板 串并联组 成 的， 设 电池 串联 个 数 为 ｎ 。 ， 并 联 的个 数 为 ， 则 光 伏 阵列 的输 出电流 如式 （ ３ ） 所示 ： ｒ ！ ！ ］
在 图 １的光 伏 电池 简 化 等 效 电路 中 。 ， ｌ 一 电 流源 电流 ； ， 『＿＿光 电池 内部 暗 电流 即二极 管 电流 ；