风光优化配比的计算方法
风光优化配比的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风光优化配比的计算方法，尤其是一种优化风光互补发电中风光 装机容量配比的计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着可再生能源技术的飞速发展，风、光互补混合发电系统以其经济性和可靠性 得到了越来越广泛的应用。风力发电组包括由轮毂和发电机，轮毂由风力推动旋转，带动发 动机发电产生电能。光伏发电组包括光伏阵列和电气器件，光伏阵列是由倾斜设置的太阳 能电池板组成。由于太阳能与风能的互补性强，风光互补工程将在时间上弥补了风力发电 组和光伏发电组独立系统在资源上的缺陷，同时风力发电和光伏发电系统在蓄电池组和逆 变环节是可以通用的，从而降低风光互补工程的造价。但是由于太阳能发电时间上有间断 性，风力发电输出不稳定，合理地选择光伏电站的装机容量与风电场装机容量配比，能够减 少对并网系统的冲击，提高电场稳定性。
[0003] 中国专利文献CN103955763A公开了一种风光互补电站容量配比的计算方法，通 过测量全年的风速数据、太阳辐射数据和温度数据，提出规划电站需加装的限流设备的选 型依据。但是这种风光互补电站容量配比的计算方法需要测量全年的气象数据，数据获取 困难，操作性差，容易出现测量差错。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种风光优化配比的计算方法，能够计算出期望 风电场稳定输出的功率值下的有功功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机 容量的比值。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
[0006] 风光优化配比的计算方法，包括以下过程，
[0007] A、建立风速测量场，每十分钟测量一次风速，并记录全年的风速数据；
[0008] B、根据A所测量的风速数据，经过风速修正和空气密度修正后计算全年内风力发 电组每小时的输出；
[0009] C、根据光伏阵列所在位置的经炜度计算天文参数积日、日角和赤炜角；
[0010] D、根据B所得到的天文参数计算光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角，计 算光伏阵列上总辐射量；
[0011] E、由光伏阵列上的总辐射确定光伏阵列的太阳能电池板的最佳倾角；
[0012] F、计算出光伏阵列倾斜面上每小时的总辐射；
[0013] G、通过气象站数据库查询全年内每日的最低和最高环境温度，计算出光伏阵列的 每小时的环境温度；
[0014] H、根据每小时的总辐射和每小时的环境温度计算出每小时的光伏阵列的温度；
[0015] I、在每小时的总辐射和环境温度变化的基础上，通过光伏发电组的电气参数和光 伏阵列的串并联参数，计算出光伏发电组的每小时输出；
[0016] G、根据光伏发电组的出力和风力发电组的出力计算出最佳风光容量互补配比。
[0017] 本发明的进一步改进在于：B中风速的修正是指测量风速的位置与轮毂位置之间 的风速误差之间的修正，修正公式满足
[0018] 在上式中Z为轮毅高度，V轮毂处的风速，单位为m/s为测量处的高度，V。为测 量处的风速，单位为m/s;指数a为风速切变指数，其值取决于大气稳定度和地面粗糙度， 对于草地和开阔地取值范围是〇. 125~0. 5。
[0019] 本发明的进一步改进在于：B中空气密度的修正是指大气压、水汽压以及温度对 空气密度影响的修正，修正的公式为：
[0020] 上式中P为大气压，e为水汽压，t为空气温度，P为风力发电组轮毂处的空气密 度，PC!标准大气压下的空气密度。
[0021] 本发明的进一步改进在于：E中的总辐射包括直射辐射、散射辐射和地面反射辐 射。
[0022] 本发明的进一步改进在于：1中光伏发电组的电气参数包括最佳工作电压、最佳 工作电流、开路电压、短路电流；光伏阵列串并联参数包括光伏阵列之间的串联数量、每个 光伏阵列中太阳能电池板的并联数量。
[0023] 由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于：
[0024] 本发明风光优化配比的计算方法，能够计算出期望风电场稳定输出的功率值下的 有功功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机容量的比值，达到最佳的风光互 补配比，在保证输出电量足够，输出稳定，对电网的冲击波动最小。
[0025] 本发明的风速测量是通过全年中每十分钟测量一次风速数据得出的，数据精细准 确。通过风速修正和空气密度修正，减少了测量位置与轮毂位置之间的误差，减少了大气 压、水气压和温度对空气密度变化的影响，通过修正减少了误差，使测得数据更加准确。
[0026] 本发明的总辐射量是通过所测量位置的经炜度计算出来的，不需要实际测量，减 少了前期测量工作的工作量，节约了测量时间，提高工作效率。
[0027] 全年的环境温度是从当地的气相站的数据库查询得到的，方便简单，不需要花费 很长时间进行测量，节约了工作时间，提高工作效率。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明计算方法流程图。
【具体实施方式】
[0029] 风光优化配比的计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
[0030] A、建立风速测量场，每十分钟测量一次风速，并记录全年的风速数据；风速数据包 括风速值、风向、空气温度、大气压和水汽压；
[0031] B、根据A所测量的风速数据，经过风速修正和空气密度修正后计算全年内风力发 电组每小时的输出；
[0032] C、根据光伏阵列所在位置的经炜度计算天文参数积日、日角和赤炜角；
[0033] D、根据B所得到的天文参数计算光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角，计 算光伏阵列上总辐射量；
[0034] E、由光伏阵列上的总福射确定光伏阵列的太阳能电池板的最佳倾角；最佳倾角为 接受总辐射量最大的倾角。
[0035] F、根据全年中每个小时的太阳时角的变化，计算出光伏阵列倾 斜面上每小时的总 辐射；
[0036] G、通过气象站数据库查询全年内每日的最低和最高环境温度，计算每小时的环境 温度；每小时的温度是通过每日的最低温度、最高温度、季节以及每天的温度变化规律进行 计算的。
[0037] H、根据每小时的总辐射和每小时的环境温度计算出每小时的光伏阵列的温度；
[0038] I、在每小时的总辐射和环境温度变化的基础上，通过光伏发电组的电气参数和光 伏阵列的串并联参数，计算出光伏发电组的每小时输出；
[0039] G、根据光伏发电组的出力和风力发电组的出力计算出最佳风光容量互补配比。
[0040] 其中步骤E中的总辐射包括直射辐射、散射辐射和地面反射辐射。
[0041] I中光伏发电组的电气参数包括最佳工作电压、最佳工作电流、开路电压、短路电 流；光伏阵列串并联参数包括光伏阵列之间的串联数量、每个光伏阵列中太阳能电池板的 并联数量。
[0042] 步骤B中风速的修正是指测量风速的位置与轮毂位置之间的风速误差之间的修 正，修正公式满足
[0043] 在上式中Z为轮毅高度，V轮毂处的风速，单位为m/s 为测量处的高度，V^为测 量处的风速，单位为m/s;指数a为风速切变指数，其值取决于大气稳定度和地面粗糙度， 对于草地和开阔地取值范围是〇. 125~0. 5。
[0044] B中空气密度的修正是指大气压、水汽压以及温度对空气密度影响的修正，修正的 公式为：
[0045] 上式中P为大气压，e为水汽压，t为空气温度，P为风力发电组轮毂处的空气密 度，PC!标准大气压下的空气密度；
[0046] 最后采用最小二乘法计算出风电机组的发电量：
[0048] 式中：P(v)为风速为V时风力发电机输出的功率，％为风力发电机的启动风速，V2 为风力发电机的额定风速，v3为风力发电机的切出风速。例如利用风机功率曲线得到的拟 合参数为a= 0? 028;b= -0? 148;c= 0? 231，拟合优度为 0? 997。
[0049] 根据风力发电组和光伏发电组的出力计算出最佳的风光容量互补配比，用功的偏 差率比K满足公式：
[0050] 式中有用功率偏差率是衡量时间为T的周期内风光总输出有功功率Ptotal(t)相对 于PMf(t)的偏离程度K越大，总输出的功率相对于PMf(t)偏离越大，输出功率波动越大， 对受电侧电网的冲击越大。通过上述计算，可得出期望风电场稳定输出的功率值下的有功 功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机容量的比值。
[0051] 本发明风光优化配比的计算方法，能够计算出期望风电场稳定输出的功率值下的 有功功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机容量的比值，达到最佳的风光互 补配比，在保证输出电量足够，输出稳定波动最小。
【主权项】
1.风光优化配比的计算方法，其特征在于：包括以下过程， A、 建立风速测量场，每十分钟测量一次风速，并记录全年的风速数据； B、 根据A所测量的风速数据，经过风速修正和空气密度修正后计算全年内风力发电组 每小时的输出； C、 根据光伏阵列所在位置的经炜度计算天文参数积日、日角和赤炜角； D、 根据B所得到的天文参数计算光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角，计算光 伏阵列上总辐射量； E、 由光伏阵列上的总辐射确定光伏阵列的太阳能电池板的最佳倾角； F、 计算出光伏阵列倾斜面上每小时的总辐射； G、 通过气象站数据库查询全年内每日的最低和最高环境温度，计算出光伏阵列的每小 时的环境温度； H、 根据每小时的总辐射和每小时的环境温度计算出每小时的光伏阵列的温度； I、 在每小时的总辐射和环境温度变化的基础上，通过光伏发电组的电气参数和光伏阵 列的串并联参数，计算出光伏发电组的每小时输出； G、根据光伏发电组的出力和风力发电组的出力计算出最佳风光容量互补配比。2. 根据权利要求1所述的风光优化配比的计算方法，其特征在于：B中风速的修正是指 测量风速的位置与轮毂位置之间的风速误差之间的修正，修正公式满足在上式中Z为轮毅高度，V轮毂处的风速，单位为m/s 为测量处的高度，V ^为测量处 的风速，单位为m/s;指数α为风速切变指数，其值取决于大气稳定度和地面粗糙度，对于 草地和开阔地取值范围是0. 125~0. 5。3. 根据权利要求1所述的风光优化配比的计算方法，其特征在于：Β中空气 密度的修正是指大气压、水汽压以及温度对空气密度影响的修正，修正的公式为：上式中P为大气压，e为水汽压，t为空气温度，P为风力发电组轮毂处的空气密度， P ο标准大气压下的空气密度。4. 根据权利要求1所述的风光优化配比的计算方法，其特征在于：E中的总辐射包括直 射辐射、散射辐射和地面反射辐射。5. 根据权利要求1所述的风光优化配比的计算方法，其特征在于：1中光伏发电组的电 气参数包括最佳工作电压、最佳工作电流、开路电压、短路电流；光伏阵列串并联参数包括 光伏阵列之间的串联数量、每个光伏阵列中太阳能电池板的并联数量。
【专利摘要】本发明公开了一种风光优化配比的计算方法，用于风光互补发电建设中优化风光配比，包括步骤：首先测量全年的风速，通过测得的风速计算风力发电组每小时的出力；根据经纬度计算光伏阵列的总辐射量，确定光伏阵列的最佳倾角；根据气象站的数据计算每小时的温度，计算光伏发电组的每小时输出；最后计算出最佳的风光容量互补配比。本发明能够计算出期望风电场稳定输出的功率值下的有功功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机容量的比值，达到最佳的风光互补配比，在保证输出电量足够，输出稳定，对电网冲击最小。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN104899465
【申请号】CN201510351830
【发明人】曾利华, 秦初升, 寇风海, 王晓冬, 张国
【申请人】河北省电力勘测设计研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月23日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风光优化配比的计算方法，尤其是一种优化风光互补发电中风光 装机容量配比的计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着可再生能源技术的飞速发展，风、光互补混合发电系统以其经济性和可靠性 得到了越来越广泛的应用。风力发电组包括由轮毂和发电机，轮毂由风力推动旋转，带动发 动机发电产生电能。光伏发电组包括光伏阵列和电气器件，光伏阵列是由倾斜设置的太阳 能电池板组成。由于太阳能与风能的互补性强，风光互补工程将在时间上弥补了风力发电 组和光伏发电组独立系统在资源上的缺陷，同时风力发电和光伏发电系统在蓄电池组和逆 变环节是可以通用的，从而降低风光互补工程的造价。但是由于太阳能发电时间上有间断 性，风力发电输出不稳定，合理地选择光伏电站的装机容量与风电场装机容量配比，能够减 少对并网系统的冲击，提高电场稳定性。
[0003] 中国专利文献CN103955763A公开了一种风光互补电站容量配比的计算方法，通 过测量全年的风速数据、太阳辐射数据和温度数据，提出规划电站需加装的限流设备的选 型依据。但是这种风光互补电站容量配比的计算方法需要测量全年的气象数据，数据获取 困难，操作性差，容易出现测量差错。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种风光优化配比的计算方法，能够计算出期望 风电场稳定输出的功率值下的有功功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机 容量的比值。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
[0006] 风光优化配比的计算方法，包括以下过程，
[0007] A、建立风速测量场，每十分钟测量一次风速，并记录全年的风速数据；
[0008] B、根据A所测量的风速数据，经过风速修正和空气密度修正后计算全年内风力发 电组每小时的输出；
[0009] C、根据光伏阵列所在位置的经炜度计算天文参数积日、日角和赤炜角；
[0010] D、根据B所得到的天文参数计算光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角，计 算光伏阵列上总辐射量；
[0011] E、由光伏阵列上的总辐射确定光伏阵列的太阳能电池板的最佳倾角；
[0012] F、计算出光伏阵列倾斜面上每小时的总辐射；
[0013] G、通过气象站数据库查询全年内每日的最低和最高环境温度，计算出光伏阵列的 每小时的环境温度；
[0014] H、根据每小时的总辐射和每小时的环境温度计算出每小时的光伏阵列的温度；
[0015] I、在每小时的总辐射和环境温度变化的基础上，通过光伏发电组的电气参数和光 伏阵列的串并联参数，计算出光伏发电组的每小时输出；
[0016] G、根据光伏发电组的出力和风力发电组的出力计算出最佳风光容量互补配比。
[0017] 本发明的进一步改进在于：B中风速的修正是指测量风速的位置与轮毂位置之间 的风速误差之间的修正，修正公式满足
[0018] 在上式中Z为轮毅高度，V轮毂处的风速，单位为m/s为测量处的高度，V。为测 量处的风速，单位为m/s;指数a为风速切变指数，其值取决于大气稳定度和地面粗糙度， 对于草地和开阔地取值范围是〇. 125~0. 5。
[0019] 本发明的进一步改进在于：B中空气密度的修正是指大气压、水汽压以及温度对 空气密度影响的修正，修正的公式为：
[0020] 上式中P为大气压，e为水汽压，t为空气温度，P为风力发电组轮毂处的空气密 度，PC!标准大气压下的空气密度。
[0021] 本发明的进一步改进在于：E中的总辐射包括直射辐射、散射辐射和地面反射辐 射。
[0022] 本发明的进一步改进在于：1中光伏发电组的电气参数包括最佳工作电压、最佳 工作电流、开路电压、短路电流；光伏阵列串并联参数包括光伏阵列之间的串联数量、每个 光伏阵列中太阳能电池板的并联数量。
[0023] 由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于：
[0024] 本发明风光优化配比的计算方法，能够计算出期望风电场稳定输出的功率值下的 有功功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机容量的比值，达到最佳的风光互 补配比，在保证输出电量足够，输出稳定，对电网的冲击波动最小。
[0025] 本发明的风速测量是通过全年中每十分钟测量一次风速数据得出的，数据精细准 确。通过风速修正和空气密度修正，减少了测量位置与轮毂位置之间的误差，减少了大气 压、水气压和温度对空气密度变化的影响，通过修正减少了误差，使测得数据更加准确。
[0026] 本发明的总辐射量是通过所测量位置的经炜度计算出来的，不需要实际测量，减 少了前期测量工作的工作量，节约了测量时间，提高工作效率。
[0027] 全年的环境温度是从当地的气相站的数据库查询得到的，方便简单，不需要花费 很长时间进行测量，节约了工作时间，提高工作效率。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明计算方法流程图。
【具体实施方式】
[0029] 风光优化配比的计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
[0030] A、建立风速测量场，每十分钟测量一次风速，并记录全年的风速数据；风速数据包 括风速值、风向、空气温度、大气压和水汽压；
[0031] B、根据A所测量的风速数据，经过风速修正和空气密度修正后计算全年内风力发 电组每小时的输出；
[0032] C、根据光伏阵列所在位置的经炜度计算天文参数积日、日角和赤炜角；
[0033] D、根据B所得到的天文参数计算光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角，计 算光伏阵列上总辐射量；
[0034] E、由光伏阵列上的总福射确定光伏阵列的太阳能电池板的最佳倾角；最佳倾角为 接受总辐射量最大的倾角。
[0035] F、根据全年中每个小时的太阳时角的变化，计算出光伏阵列倾 斜面上每小时的总 辐射；
[0036] G、通过气象站数据库查询全年内每日的最低和最高环境温度，计算每小时的环境 温度；每小时的温度是通过每日的最低温度、最高温度、季节以及每天的温度变化规律进行 计算的。
[0037] H、根据每小时的总辐射和每小时的环境温度计算出每小时的光伏阵列的温度；
[0038] I、在每小时的总辐射和环境温度变化的基础上，通过光伏发电组的电气参数和光 伏阵列的串并联参数，计算出光伏发电组的每小时输出；
[0039] G、根据光伏发电组的出力和风力发电组的出力计算出最佳风光容量互补配比。
[0040] 其中步骤E中的总辐射包括直射辐射、散射辐射和地面反射辐射。
[0041] I中光伏发电组的电气参数包括最佳工作电压、最佳工作电流、开路电压、短路电 流；光伏阵列串并联参数包括光伏阵列之间的串联数量、每个光伏阵列中太阳能电池板的 并联数量。
[0042] 步骤B中风速的修正是指测量风速的位置与轮毂位置之间的风速误差之间的修 正，修正公式满足
[0043] 在上式中Z为轮毅高度，V轮毂处的风速，单位为m/s 为测量处的高度，V^为测 量处的风速，单位为m/s;指数a为风速切变指数，其值取决于大气稳定度和地面粗糙度， 对于草地和开阔地取值范围是〇. 125~0. 5。
[0044] B中空气密度的修正是指大气压、水汽压以及温度对空气密度影响的修正，修正的 公式为：
[0045] 上式中P为大气压，e为水汽压，t为空气温度，P为风力发电组轮毂处的空气密 度，PC!标准大气压下的空气密度；
[0046] 最后采用最小二乘法计算出风电机组的发电量：
[0048] 式中：P(v)为风速为V时风力发电机输出的功率，％为风力发电机的启动风速，V2 为风力发电机的额定风速，v3为风力发电机的切出风速。例如利用风机功率曲线得到的拟 合参数为a= 0? 028;b= -0? 148;c= 0? 231，拟合优度为 0? 997。
[0049] 根据风力发电组和光伏发电组的出力计算出最佳的风光容量互补配比，用功的偏 差率比K满足公式：
[0050] 式中有用功率偏差率是衡量时间为T的周期内风光总输出有功功率Ptotal(t)相对 于PMf(t)的偏离程度K越大，总输出的功率相对于PMf(t)偏离越大，输出功率波动越大， 对受电侧电网的冲击越大。通过上述计算，可得出期望风电场稳定输出的功率值下的有功 功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机容量的比值。
[0051] 本发明风光优化配比的计算方法，能够计算出期望风电场稳定输出的功率值下的 有功功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机容量的比值，达到最佳的风光互 补配比，在保证输出电量足够，输出稳定波动最小。
【主权项】
1.风光优化配比的计算方法，其特征在于：包括以下过程， A、 建立风速测量场，每十分钟测量一次风速，并记录全年的风速数据； B、 根据A所测量的风速数据，经过风速修正和空气密度修正后计算全年内风力发电组 每小时的输出； C、 根据光伏阵列所在位置的经炜度计算天文参数积日、日角和赤炜角； D、 根据B所得到的天文参数计算光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角，计算光 伏阵列上总辐射量； E、 由光伏阵列上的总辐射确定光伏阵列的太阳能电池板的最佳倾角； F、 计算出光伏阵列倾斜面上每小时的总辐射； G、 通过气象站数据库查询全年内每日的最低和最高环境温度，计算出光伏阵列的每小 时的环境温度； H、 根据每小时的总辐射和每小时的环境温度计算出每小时的光伏阵列的温度； I、 在每小时的总辐射和环境温度变化的基础上，通过光伏发电组的电气参数和光伏阵 列的串并联参数，计算出光伏发电组的每小时输出； G、根据光伏发电组的出力和风力发电组的出力计算出最佳风光容量互补配比。2. 根据权利要求1所述的风光优化配比的计算方法，其特征在于：B中风速的修正是指 测量风速的位置与轮毂位置之间的风速误差之间的修正，修正公式满足在上式中Z为轮毅高度，V轮毂处的风速，单位为m/s 为测量处的高度，V ^为测量处 的风速，单位为m/s;指数α为风速切变指数，其值取决于大气稳定度和地面粗糙度，对于 草地和开阔地取值范围是0. 125~0. 5。3. 根据权利要求1所述的风光优化配比的计算方法，其特征在于：Β中空气 密度的修正是指大气压、水汽压以及温度对空气密度影响的修正，修正的公式为：上式中P为大气压，e为水汽压，t为空气温度，P为风力发电组轮毂处的空气密度， P ο标准大气压下的空气密度。4. 根据权利要求1所述的风光优化配比的计算方法，其特征在于：E中的总辐射包括直 射辐射、散射辐射和地面反射辐射。5. 根据权利要求1所述的风光优化配比的计算方法，其特征在于：1中光伏发电组的电 气参数包括最佳工作电压、最佳工作电流、开路电压、短路电流；光伏阵列串并联参数包括 光伏阵列之间的串联数量、每个光伏阵列中太阳能电池板的并联数量。
【专利摘要】本发明公开了一种风光优化配比的计算方法，用于风光互补发电建设中优化风光配比，包括步骤：首先测量全年的风速，通过测得的风速计算风力发电组每小时的出力；根据经纬度计算光伏阵列的总辐射量，确定光伏阵列的最佳倾角；根据气象站的数据计算每小时的温度，计算光伏发电组的每小时输出；最后计算出最佳的风光容量互补配比。本发明能够计算出期望风电场稳定输出的功率值下的有功功率偏差率最小的光伏电站的装机容量与风电场装机容量的比值，达到最佳的风光互补配比，在保证输出电量足够，输出稳定，对电网冲击最小。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN104899465
【申请号】CN201510351830
【发明人】曾利华, 秦初升, 寇风海, 王晓冬, 张国
【申请人】河北省电力勘测设计研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月23日
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