2020光伏发电系统运行特性.docx

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1、光伏发电系统运行特性光伏发电系统一般由光伏电池板、汇流箱、光伏逆变器及变压器构成，为追求光伏系统出力的最大化通常会按当地经纬度来选择适当安装角，或者配置相应的跟踪系统。最大功率跟踪（MPPT）是光伏的关键技术之一由于光伏系统的发电量主要取决于日照度、温度等气象因素，因此其输出特性呈典型的间歇波动性。储能技术在光伏发电规模化应用中的作用更加重要，相对于风力发电而言光伏功率输出的瞬间波动更为显著，具有同期性和互异性正常工作时间更短并要满足其在并网应用分布式发电、智能电网中的技术需求但离不开大规模储能技术的辅助1概述我国太阳能资源较为丰富根据用以衡量太阳能光照资源丰富程度的地区分类指数，可以划分为五

2、类，其中五类地区全年日照时数约100O1400h辐射量在33504190MJ/m2相当于115140kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括四川、贵州两省此类区是我国太阳能资源最少的地区，四类地区，全年日照时数为14002200h，辐射量在41905020MJ/m2，相当于140170kg标准煤燃烧所发出的热量，主要是长江中下游福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源丰富三类地区，全年日照时数为2200-3000h辐射量在50205860MJ/m2相当于170200kg标准煤燃烧所发出的热量主要包括山东，河南河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部甘肃东南部、广

3、东南部、福建南部江苏北部和安徽北部等地，其中云南太阳能辐射资源十分丰富每年接收的太阳能相当于731亿吨标准煤，全省大部分地区的年日照时数为21002500h且全省石漠化土地面积约为288.14万hn如果将1.5%的石漠化荒地用于太阳能电站的建设云南光伏发电的规模容量可达到1800万kW以上，相当于一个三峡水电站的装机规模一、二*三类地区，年日照时数大于2200h是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2/3以上具有利用太阳能的良好条件。四，五类地区虽然太阳能资源条件较差但仍有一定的利用价值此外我国已规划装机容量位列亚洲第一的昆明石林太阳能光伏并网实验示范电站建设总规模为1

4、66MW，总投资为90亿元将于2015年全部建成，届时年发电量将达1.88亿kW-h年减排二氧化碳为17.54万吨，昆明石林太阳能光伏并网实验示范项目是在石笋、石芽大面积外露的喀斯特地貌特征的丘陵地区建设起的太阳能电站，有效利用石漠化土地5445亩S，是云南在石漠化荒地上探索利用太阳能发电的一次重大举措该电站在发电的同时还承担着一系列太阳能科研项目2光伏系统出力特性光伏发电系统的输出受到太阳辐照强度和天气因素的影响，其发电量的变化是一个非平稳的随机过程，光伏发电系统相对于大电网将是一个不可控源其发电随机性会对大电网造成冲击以2011年1月至2011年12月某地屋顶光伏电站发电数据和同期的气象数

5、据为基础从影响光伏发电量的机理出发针对气象因子对历史发电量进行分析并结合太阳辐射强度、大气温度、季节和一些其他因素来分析了光伏系统出力曲线规律2.1光伏系统输出特性以我国某光伏电站为例，该电站采用230Wp的多晶硅电池组件438块SMC系列逆变器12台总功率为100kWp根据2011年1月至2011年12月期间该光伏电站所处地区的历史气象数据（数据信息主要包括日最高/最低气温天气现象如阴晴云雾、降水等，该地基本气候情况见表3-1）显示该地区有春、秋季短，夏、冬季长的特点虽然四季长短不同，但季节特征明显春季温暖湿润-夏季炎热多雨秋季凉爽干燥冬季寒冷少雨；年平均气温为17-18;冬夏气温变幅大盛夏

6、极端最高气温可达40。C以上隆冬极端最低气温则为-IO;平均年降雨量在160Omm左右但年内降水分布不均匀，汛期46月雨量约占全年降水量的一半，发电量将以该地区屋顶光伏电站2011年1月至2011年12月间统计的每日发电数据和每小时发电数据为依据1亩=666.6行后同表3-1算例光伏电站地区基本气象情况参数某地基本气象情况1月2月3月4月5月6月了月8月9月10月11月12月平均温度/S.36.910.917.322.325.729228.824.619.413.37.8平均最高温度/8.610.414421.126.329.433.433.028.723.717.612.0极端最高温度/25

7、,327.932.532.635.237.740.139.338.035.43L224.8平均最低温度/2.6448.114319.2?.725.825.621.616.310.14,7极端最低温度/-6.9-93-0.83.810.414.819.019.514.23,5-0,8-9.7平均降水量/mm74.0100.7175.6223.8243.8306.7144.0128.968.759756.84L5降水天数/日13.013.218.017.716.615.510.810.37.78.S797.8平均风速/(m/s)2.62.62.62.4Z22.12.22,22.7Z72.62.6在

8、理想光照情况下，算例光伏系统输出特性曲线如图3-1所示实际情况下由于天气及季节变换以及一天当中的天气变化均会导致光伏系统输出呈现随机波动特性，k一 L _ r I r-L-L-I-L-I-J-L.1 I II时M图3-1理想光照情况下光伏系统出力曲线要研究光伏发电系统的输出特性，可基于统计学方法针对光伏电站历史运行数据从不同时间尺度或者空间角度进行统计与分析本节将以时间尺度的变化为例.分别以小时级日、月季为统计区间，进行光伏输出特性的分析研究1.小时级输出功率波动图3-2为2011年1月13日算例屋顶光伏电站实时功率图从图中可以看出当天光伏电站实时输出功率波动很大，其中一处比较明显的是发电功率

9、由1100的17kW陡增到1200的44.85kW另一处是发电功率由1300的54.64kW跌至14:00的14.92kW参考当日天气情况在小雨的天气条件下太阳辐射强度变化会很明显，当地天气情况统计见表3-2光伏电站实时输出功率的明显变化表明一天之中的太阳辐射强度变化对光伏系统影响很大图3-22011年1月13日光伏电站实时功率图表3-22011年1月13日算例天气情况日期最高气温最低气温天气风向风力2011年1月13日62小雨北风微风2.日发电量波动同样，天气变化导致的太阳辐射强度变化也会影响光伏电站的日发电量图3-3选取的是同一月中相邻但天气情况不同的两天2月21日和2月22日的天气情况见

10、表3-3，2月21日的日发电量为478.8kW-h而2月22日的日发电量为161.36kW-h明显少于2月21日的发电量，两天的温度情况相近日发电量的差别来源于天气变化导致的太阳辐射强度变化时间图3-32011年2月21日至22日光伏电站出力情况表3-32011年2月21日和22日某地天气情况三期最高气温最低气温天气风同风力2011年2月21日167C晴北风微风2011年2月22日ITC8多云南风微风图3-4所示是某地屋顶光伏电站2011年12月份每天的发电量从图中可以直观地看出，不同天的日发电量不尽相同且波动范围较大日发电量最多的是12月9日发电量是485.99kW-h;日发电量最少的是12

11、月29日，发电量是39.27kW-h结合表34的2011年12月某地天气情况，可以明显看出月内日发电量波动与天气变化的对应关系时间图3-42011年12月光伏电站日发电Si情况表3-42011年12月天气情况及对应日发电量曰期最高气温最低气温天气日发电量1kw-h2011/12/173f阴154.512011/12/2IOoC4。C睛291572011/12/313C5晴436.462011/12/4157T晴多云416.972011/12/514oC9t多云132.822011/12/616oCIl0C阴小雨208.252011/12/7117小雨52,122011/12/8104阴多云14

12、4.42011/12/9IOoC2弋晴485.992011/12/1082晴273.442011/12/11IOeC3qC晴449.012011/12/1212IT晴434.772011/12/1313因晴多云304.272011/12/14IFC6阵雨88.562011/12/15IlaC5小雨102.992011/12/169七2T晴35632011/12/179。C4晴一多云305.62011/12/1893多云晴121.742011/12/19IleC4aC晴352.38（续）曰期最高气温最低气温天气日发电量1kWh2011/12/2013C7多云-阴229.222011/12/211

13、15T阴68.182011/12/228。C3弋阵雨阴66332011/12/2310I0C晴345.262011/12/24IlaC2qC晴394.312011/12/2512。C2T哨364.742011/12/26IO9C6弋多云128,722011/12/27IlX7阴多云138.952011/12/28IleC7阴100.132011/12/299。C6T小雨阴39272011/12/3010因阴94.682011/12/315阴多云91.51对屋顶电站2011年全年的日发电量统计的结果如图3-5所示全年最大日发电量为616.94kW-h最小日发电量为OkW-Iv日发电量波动在全年的时间尺度内皆有体现，说明日发电量波动是光伏电站的普遍输出特性，图3-5屋顶电站2011年全年日发电量3.月输出功率波动图3-6所示是某地屋顶电站2011年月发电量统计，2011年发电量最高月份为7月份发电量为12093.94kW-h;发电量最低月份为2月份发电量为4230.19kW-h其他月份发电量见表3-5，表3-52011年每月发电量月份1月2月3月4月5月6月发电ALkW-