基于组合模型的光伏发电功率短期预测技术研究

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1、基于组合模型的光伏发电功率短期预测技术研究1.绪论1.1课题研究的背景随着人类社会的不断进步，科技的迅猛发展，进入21世纪的人类生活水平也随之得到了很大的改善。当然，这些都离不开经济的发展，而经济的发展势必造成在巨大的能源消耗。目前，世界各大国的能源主要依赖于石油、天然气和煤炭等常规能源，经济的快速发展必将导致常规能源的日益枯竭，而煤、石油、天然气这些常规能源大量消耗之后大使得大气中的二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）浓度急剧升高，温室效应、酸雨便接踵而至，自20世纪中期，美国首次降下酸雨一来，酸雨大面积蔓延，几乎所有国家都受酸雨危害[1]，这将会使自然环境遭到的一定程度的损

2、坏，随着常规能源的减少环境问题将会日益突出。中国是世界上最大的发展中国家，据统计，其煤炭消费量占世界总量的27%，是全球少有的以煤资源为主要的国家，二氧化碳的排放量居于全球第二。长期以来，在我国的能源消费结构中煤炭资源一直占有非常大的比重，始终保持在70%左右。从图1-1中便可清晰的看到。2013年中国的能源消耗结构图中显示出了其能源消费的主体就是煤炭，占有能源消耗结构的近三分之二，可见中国的能源消耗对煤炭的依懒性很高，石油占有17.7%，天然气占有4.7%，而可再生清洁能源、水利发电和核能总共占有9.1%；由此我们可以看出我国新能源的比重只是占有很有限的空间，直到最近几年，我国

3、的风能、太阳能等新能源的利用才得到发展，但是在整个能源结构所占的比例还是非常低的。随着太阳能发电产业技术水平持续的升高，生产规模的持续扩大；太阳能发电产业得到了非常迅速的发展，2000-2010年这10年间的年平均增长率已经达到54.4%。甚至在2010年世界太阳能发电市场出现了年增长率超过100%的异常增长。2010年底。(见图1.2).........1.2课题研究的意义虽然在地球上太阳能无处不在，而且可以随时就地取用而不用运输，有着其他可再生能源所没有的优点；但是，太阳能发电受地区、光照强度、季节、温度等诸多因素影响，致使太阳能光伏发电的出力非常不稳定、具有很大的随机性。众

4、所周知，电能是不能存储的，对于独立太阳能光伏发电系统，所发电量与负载所消耗的电量要时刻相匹配才能保证用电的可靠性；对于并网的太阳能光伏发电系统，它的这种不稳定性和随机波动性势必给大电网运行的安全性、稳定性、经济性等造成很大的负面影响，不能保证供电电能质量满足负载要求，也不利于电力调度部门做出实时的调度安排和控制。如果可以提前对光伏发电功率进行预测，那么电力部门就可以根据电网所需调度值和预报值及时对电力系统进行控制，降低光伏发电系统接入大电网时带给大电网冲击[6]；所以只有对太阳能发电系统的输出功率值做出合理的预测才能够有效地减轻或解决上述问题。由此可见，对太阳能发电系统输出功率预

5、测技术进行研究是一件意义非常的课题，对充分利用太阳能资源和发挥太阳能发电的社会效益和经济效益都具有很大的实用价值。本文以河南省教育厅科学技术研究重点项目基于组合预测模型的光伏发电功率短期预测技术研究为支撑，对已有的光伏发电系统出力预测技术进行探讨和研究，包括太阳辐射强度预测方法的探讨和研究，总结前人研究的预测方法，取其优点避其缺点，对其进行改进；通过分析太阳能发电系统输出功率的影响因素，提出组合模型对太阳能发电系统的输出功率的进行预测，包括指数平滑与灰色预测模型的结合和马尔可夫链模型与灰色模型的结合，并实现了此两种模型对光伏发电功率的预测。............2.光伏发电系统

6、基础知识2.1概述光伏发电系统顾名思义是将太阳能转化成电能的装置组成的发电系统，利用的是光生伏特效应，根据应用场合的不同，太阳能发电系统我们可以将其划分为混合型光伏发电系统、并网型光伏发电系统和独立光伏发电系统三类。典型的光伏发电系统其主要有光伏电池阵列、储能系统、逆变器、直流控制系统四个主要部分组成。光伏发电系统具有可靠无污染并且使用寿命比较长的优点，因此得到了广泛的应用，发展前景相对于其他清洁能源比较广阔。在进行光伏发电功率预测研究之前，非常有必要对光伏发电系统的相关基础知识做以简单了解。下面就光伏发电系统的工作原理、光伏发电系统的组成以及分类、影响光伏发电功率输出的因素做以

7、分析介绍，并对太阳能电池的输出特性做以分析。.........2.2光伏发电系统原理光伏发电系统的主要发电部件就是光伏电池板，它是整个光伏发电系统的核心心结构；光伏电池板是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件，而光伏电池板之所以能发电的核心部件却是半导体中的PN结[23]。当太阳能电池板的表面受到阳光照射时，那么光照能量大于或等于半导体的禁带宽度的光子就会使电子挣脱掉原子核的束缚，进而在半导体中就会产生大量的电子-空穴对，而这些电子-空穴对在PN结电场的作用下会被分离，带负电的