摘要：掌握光伏发电的随机特性对于含光伏发电的电力系统规划及运行具有重要意义。提出了一种光伏电站出力随机特性的分析方法，将光伏发电出力的确定性因素与不确定因素相分离，首先采用全球太阳辐射强度模型对光伏发电出力的确定性成分建模，同时引入光伏出力遮挡因子的概念对光伏发电出力的不确定性成分建模，从而形成光伏发电出力的完整模型描述。采用实证分析的方法，从概率分布、波动特性等方面研究了光伏出力遮挡因子的随机特性，并分析了光伏出力的空间相关性。
关键词：光伏发电；太阳辐射；随机特性分析；遮挡因子；空间相关性
一、太阳能光伏发电的概述
1.1太阳能光伏发电的基础性分析
目前，科学技术发展速度越来越快，各种各样的智能产品出现在现代人的实际生活当中，其在为人们带来更多方便的同时，也增加了对用电的需求量，这些智能产品都需要借助电源才能够正常使用。在用电量需求逐渐增大的背景下，太阳能光伏发电技术诞生了。太阳能因为自身属于可再生资源，而且非常干净，没有污染，自此技术一出现便成功吸引住了大众的注意力，引起了大众的高度重视，太阳能光伏发电技术拥有着其他种类发电技术都难以企及的广阔发展前景。关于太阳能光伏发电技术，其是将太阳能转化成为电能的一种发电形式。此发电形式有着非常广泛的应用范围，其只要在有日照的地方就可以使用太阳能来进行发电，而且太阳能的可再生性与无污染绕让太阳能光伏发电技术成为了现阶段最理想化的替代能源。
1.2太阳能光伏发电技术
首先，太阳能电池技术。在整个太阳能光伏发电系统当中，光伏电池是最重要的组成部件，也是最核心的技术。关于太阳能电池技术其在具体的规模以及应用过程中，会遇到两个比较大的难题：其一，如何降低整个生产过程中的成本。其二，如何提高光能向电能转化的速度和效率。在太阳能发电的实际过程当中，通常情况下，整个发电工作的基础是硅片，这也是最开始的光能电池，但是，伴随着此项技术的发展与成熟，发现使用这样技术的成本非常高，即使用尽各种办法都还是没有办法将成本降下来，因此，专家人士又开始研制出了新一代的光伏电池，也就是当前使用频率非常之高的超薄广电能材料，又被叫做薄膜技术。这项技术的研发成功，有效降低了光伏发电使用过程中的实际成本，实现了太阳能向电能的高效转化。其次，光伏阵列的最大功率跟踪技术。众所周知，经过太阳能的光伏发电，其整个输出功率会呈现出非线性的整体性特点。之所以会出现这样的特点，其原因就在于在实际发电过程当中，各种与之相关的设备都会受到太阳辐射或者温度变化等因素的影响，整个电脑的荷载情况是处于不断变化的状态当中的。这就需要在整体工作当中对光伏电池的列阵做好控制，获得最大功率的输出。
二、光伏出力的空间相关性
2.1光伏出力空间相关性概述
实际观测数据表明，地理位置相近的光伏发电出力具有很高的相似性，其出力的相似程度可以用出力空间相关性来描述。光伏发电的空间相关性是指不同地区光伏发电出力序列的相似程度。对于不同的地区而言，太阳辐射强度不同，天气变化、云层遮挡等随机因素也有所差异，而这些差异都会随着两地距离的增加而变大。在纬度方向上，随着纬度的增加，太阳辐射强度会逐渐变小；在经度方向上，随着时差的增加，两地光伏出力序列的相位差会逐渐增大，这些因素都会影响到光伏出力的空间相关性。
从风电随机性的研究中发现，风电场出力的相关性对于风电总出力的随机特性有着很大的影响，相关性越弱，总出力的平滑效应越强，进而降低了系统的备用需求、爬坡速率需求以及输电通道容量需求，对于系统运行的安全性与经济性有重要影响口。光伏发电出力与风电出力在随机特性上有着相似的特点，因此研究不同地区光伏电站的空间相关性对于研究光伏发电的整体随机特性至关重要。
光伏发电出力由辐射强度决定，因此其出力相关性受到地理位置、天气变化、云层遮挡等多种因素的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本文将从确定性因素和随机因素2个方面出发研究光伏出力的相关性及其影响机理。
2.2光伏电站确定性出力的空间相关性
对于光伏出力的确定性部分，空间相关性主要的影响因素应该是经纬度，其中经度影响光伏出力序列的时差，而纬度影响光伏出力外包络线的高低，即出力的大小。以观测点1的位置为基准，在其经度和纬度方向上各增加1200km的区域内(经度上大约增加15。，即1个时区；纬度上大约增加11。)，均匀地选择15×l5个点(包括观测点1的位置)，利用光伏电站确定性出力模型计算其他各点的年出力序列与观测点1的年出力序列的相关系数。
随着经度和纬度方向上距离的增加，两地光伏年出力序列的相关系数逐渐减小，并且相关系数在经度变化时减小的速度大于在纬度变化时减小的速度，这表明时差(主要受经度影响)对于光伏出力空间相关性的影响作用要大于太阳辐射强度(主要受纬度影响)对光伏出力空间相关性的影响作用。
2.3光伏出力遮挡因子的空间相关性
对于光伏出力遮挡因子，经纬度的影响没有明显的规律，因为出力遮挡因子主要描述的是云层遮挡等气象因素，而这些气象因素应该与不同地点的距离直接关。
当观测点之间的距离比较近时，其光伏出力遮挡因子的相关性很大，但这种相关性随着距离的增加迅速衰减。距离为4km时，相关系数为0．9267；当距离增加到79km时，相关系数衰减到0．4323；其中有2个观测点相距69km(观测点7和8)，但相关系数仅为0．3027，这可能是由于海拔高度的差距造成的影响(2个观测点相差lkm)；当距离增加到200km以上时，相关系数都在O．2以下。对于随机变量而言，当相关系数小于0．2时，对其按独立的随机变量进行建模并不会产生太大误差。因此，当2个光伏电站的距离在200km以上时，其天气因素可考虑为相互独立。
2.4光伏电站出力的实际空间相关性
上文分别从光伏发电确定性因素及随机性因素入手对光伏发电出力的空间相关性进行了分析，当两地距离超过80km时，光伏出力遮挡因子(主要代表天气因素)的相关系数就已经很小了；即便在经度或纬度方向上相差1200km，光伏确定性出力(主要代表太阳辐射昼夜更替变化)的相关系数仍能达到0．92以上。那么，其综合的效果如何呢?
可以看出：①各观测点之间的年出力序列的相关系数都比较大(均在0．85以上)，由前面的分析可以推知实际光伏电站出力的空间相关性主要受到其确定性出力的影响，而出力遮挡因子的影响作用相对较小；②在距离较小的范围内，出力的相关系数与距离之间具有较好的线性关系，这是由于在这一范围内，光伏电站的确定性出力与光伏出力遮挡因子都具有较好的线性关系，二者叠加，仍保持较好的线性关系；而在较大范围内，由于光伏出力遮挡因子的相关系数很小，并且变化的随机性较大，因此在这一范围内，光伏出力空间相关性的线性度变得相对较差。
结束语：
综上所述，掌握光伏发电的随机特性对于更深入地认知与了解含光伏发电的电力系统规划以及运行有着非常大的帮助作用，纵观我国当前发电厂的实际运行现状，太阳能发电技术必然会成为未来最核心的发电技术之一，因此，必须要对当前太阳能光伏发电过程中出现的问题表示出高度的关注，要想尽办法解决好太阳能光伏发电技术的问题，为推动我国发电技术走向更尖端奠定坚实的基础。
参考文献：
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论文作者:王国领
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 17期
论文发表时间:2020/1/9
标签：光伏论文; 相关性论文; 太阳能论文; 遮挡论文; 系数论文; 技术论文; 经度论文; 《当代电力文化》2019年 17期论文;