基于PVsyst模擬仿真的光伏電站發(fā)電性能驗(yàn)證方法

蔣鴻飛

【摘 要】本文主要介紹一種通過(guò)PVsyst軟件模擬進(jìn)行光伏電站實(shí)際發(fā)電性能驗(yàn)證的具體方法，基于已建成電站的實(shí)際情況獲取真實(shí)的相關(guān)參數(shù)，利用PVsyst軟件對(duì)已建成電站進(jìn)行建模并獲得電站在不同置信區(qū)間內(nèi)的理論發(fā)電量，用于與光伏電站的實(shí)際發(fā)電量進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)比對(duì)獲得已建成電站的發(fā)電性能情況。同時(shí)以一內(nèi)蒙古地面光伏電站為例，介紹此驗(yàn)證方法的使用方式，為實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)光伏電站的發(fā)電性能評(píng)價(jià)提供支持。

【關(guān)鍵詞】地面光伏電站;PVsyst精細(xì)模擬;發(fā)電性能驗(yàn)證

中圖分類號(hào)： TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）20-0022-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.009

0 引言

隨著光伏行業(yè)的發(fā)展，企業(yè)開始借助于專業(yè)軟件來(lái)協(xié)助完成具體工作，其中PVsyst在光伏領(lǐng)域中被越來(lái)越多的企業(yè)應(yīng)用，借助其高效的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，在縮短設(shè)計(jì)周期的同時(shí)也節(jié)省了設(shè)計(jì)成本[1]。作為此軟件的主要用途，在電站建設(shè)早期，基于不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行發(fā)電量產(chǎn)出模擬結(jié)果比對(duì)，進(jìn)而獲得最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。而隨著光伏電站的廣泛應(yīng)用，如何客觀的評(píng)價(jià)光伏電站的性能被越來(lái)越多的企業(yè)關(guān)注。

本文將結(jié)合PVsyst的特點(diǎn)，介紹具體使用PVsyst軟件進(jìn)行已建成光伏電站發(fā)電性能驗(yàn)證的方法，同時(shí)也以內(nèi)蒙地區(qū)一地面光伏電站為例，介紹此驗(yàn)證方法的使用方式。

1 光伏電站理論發(fā)電性能模擬仿真方法

針對(duì)光伏電站發(fā)電性能驗(yàn)證的PVsyst精細(xì)模型建立，有別于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用此軟件的方法，通過(guò)獲取已建成光伏電站現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際參數(shù)代替預(yù)估參數(shù)，完成模型的建立，進(jìn)而進(jìn)行仿真模擬。以下將就針對(duì)已建成光伏電站PVsyst精細(xì)模型仿真模擬過(guò)程中的關(guān)鍵要素進(jìn)行介紹。

1.1 氣象數(shù)據(jù)的選取

作為光伏電站發(fā)電性能仿真過(guò)程中，對(duì)模擬結(jié)論影響最為直接的輸入量，此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性將直接導(dǎo)致最終模擬結(jié)論的準(zhǔn)確性。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，更多的是選擇Meteonorom、NASA或SolarGIS等大型知名的數(shù)據(jù)庫(kù)，但以上數(shù)據(jù)庫(kù)往往與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際獲取的氣象數(shù)據(jù)資源存在差異[2]，針對(duì)已建成項(xiàng)目，如可以通過(guò)實(shí)測(cè)的方式獲取實(shí)際的光資源數(shù)據(jù)，并且相關(guān)數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以滿足IEC 61724[3]標(biāo)準(zhǔn)的具體要求，建議使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。但大多數(shù)情況在不滿足實(shí)測(cè)的情況下，建議選用Meteonorm數(shù)據(jù)庫(kù)或SolarGIS數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 模型的建立

由于已建成電站的所有細(xì)節(jié)已經(jīng)明確，針對(duì)模型建立過(guò)程中的具體參數(shù)均來(lái)自于實(shí)際的竣工圖紙，其中包含總平面布置圖、設(shè)備參數(shù)清單、電氣線路配置、集電線路設(shè)計(jì)等。同時(shí)將針對(duì)光伏組件陣列進(jìn)行3D建模[4]。

1.3 系統(tǒng)損失

作為整個(gè)模擬環(huán)節(jié)中最為重要的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)損失部分所涉及到的相關(guān)參數(shù)是否準(zhǔn)備，將直接影響最終仿真模擬的結(jié)論，因此，在完成建模并運(yùn)行仿真模擬后，在輸出仿真報(bào)告中的全年損耗圖部分，需要對(duì)圖中所包含的損耗比例進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)，如出現(xiàn)較大差異部分，需要對(duì)模型進(jìn)行重新調(diào)整，獲得用于比對(duì)的仿真結(jié)論。

1.4 不確定度

模擬無(wú)法保證最終結(jié)論的百分百精確，并且作為模擬仿真的輸入，大部分參數(shù)雖經(jīng)過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)獲得，但均在特定的區(qū)間內(nèi)選擇，因此存在不確定性。為了在最終比對(duì)環(huán)節(jié)，考慮軟件仿真中不確定的影響，需要針對(duì)不確定度進(jìn)行定義。

輻照度的不確定度，主要包含兩個(gè)部分，水平面輻照度不確定度及組件平面輻照度不確定度。針對(duì)水平面輻照度不確定度，主要采用系統(tǒng)的默認(rèn)數(shù)值2.6%;而組件平面輻照度不確定度取決于電站的所在位置，基于項(xiàng)目所在地的地理位置及氣候情況，從軟件內(nèi)部的列表中選取相匹配的區(qū)域進(jìn)行不確定度的選取。

而針對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的不確定度、陰影遮擋、灰塵及污染遮擋、組件低輻照度、組件溫度、組件質(zhì)量、陣列失配、直流線損、逆變器損失、交流線損的不確定度，除非特定內(nèi)容出現(xiàn)與一般項(xiàng)目存在較大差異的情況下，均建議使用默認(rèn)數(shù)值。

2 光伏電站理論發(fā)電性能與實(shí)際發(fā)電量比對(duì)方法

基于以上光資源數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇、系統(tǒng)建模及損耗分析，最終通過(guò)仿真，可以獲得光伏電站在理論情況下的發(fā)電量情況。同時(shí)針對(duì)不確定度的設(shè)定，可以獲得在不同的置信區(qū)間內(nèi)，光伏電站所對(duì)應(yīng)的理論發(fā)電量數(shù)值，即此方法假設(shè)經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，年度發(fā)電量的分布將遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律，假設(shè)為正態(tài)分布[6]。而針對(duì)不同的置信區(qū)間的獲取也可以通過(guò)自定義設(shè)定獲取，現(xiàn)就不同的置信區(qū)間加以介紹，以P50、P75、P90為例，其分別代表的意思為獲得此對(duì)應(yīng)的發(fā)電量所對(duì)應(yīng)的幾率是50%、75%，90%。

不同置信區(qū)間所對(duì)應(yīng)的模擬仿真理論發(fā)電量數(shù)值將有所不同，幾率越高其所對(duì)應(yīng)的電站理論發(fā)電量數(shù)據(jù)越低，相反幾率越低其對(duì)應(yīng)的電站理論發(fā)電量越高。通過(guò)不同幾率下對(duì)應(yīng)的光伏電站理論發(fā)電量與電站的實(shí)際發(fā)電量進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而獲得電站的發(fā)電性能結(jié)論。

如特定電站的年度實(shí)際發(fā)電量為X，其對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的理論發(fā)電量對(duì)應(yīng)的置信區(qū)間的數(shù)值分別為，P50=A， P75=B， P95=C，其評(píng)價(jià)結(jié)論如表1。

針對(duì)B的使用建議，B數(shù)值將C

3 實(shí)際案例—建模與試驗(yàn)方法

本文將通過(guò)內(nèi)蒙地區(qū)20MW光伏電站項(xiàng)目為例，且項(xiàng)目已經(jīng)并網(wǎng)運(yùn)行1年，通過(guò)以上的方法，進(jìn)行理論發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量進(jìn)行比對(duì)。

3.1 氣象數(shù)據(jù)的選取

本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)并無(wú)滿足IEC61724標(biāo)準(zhǔn)要求的氣象采集設(shè)備，且距離項(xiàng)目所在地的Meteonorm地面氣象站較遠(yuǎn)，因此在模擬仿真過(guò)程中，采用SolarGIS衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)庫(kù)中的光資源及氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行建模仿真。

通過(guò)SolarGIS數(shù)據(jù)庫(kù)獲取的具體數(shù)值，通過(guò)PVsyst中的建立新站點(diǎn)方式將其導(dǎo)入。

3.2 模型的建立

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)獲取的電站總平面布置圖，將各陣列的傾角、朝向、陣列間距及分布通過(guò)軟件內(nèi)3D建模的方式完成建模。

同時(shí)基于現(xiàn)場(chǎng)提供的設(shè)備參數(shù)清單，電氣線路配置圖等內(nèi)容，針對(duì)光伏組件、光伏逆變器等部件，在軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行相應(yīng)部件的選擇，如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品參數(shù)需要基于產(chǎn)品的實(shí)際參數(shù)建立相應(yīng)的產(chǎn)品模型。本項(xiàng)目所用的組件級(jí)逆變器均在PVsyst的軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4 系統(tǒng)損失

針對(duì)此前介紹的各部分系統(tǒng)損失，針對(duì)此項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)情況如表2。

5 不確定度

針對(duì)本項(xiàng)目建模過(guò)程中，通過(guò)不確定數(shù)值在PVsyst軟件中的輸入，獲得項(xiàng)目整體的不確定數(shù)值為±4.96%。

6 實(shí)際案例—結(jié)果與分析

此項(xiàng)目的實(shí)際裝機(jī)容量20MW，經(jīng)過(guò)PVsyst軟件仿真模擬后，對(duì)應(yīng)的P50，P75，P90的年度理論發(fā)電量數(shù)值如表3。

表3 內(nèi)蒙項(xiàng)目系統(tǒng)模擬仿真理論發(fā)電量

此項(xiàng)目，在并網(wǎng)首年后的實(shí)際發(fā)電量為30988.3MWh，通過(guò)以上表格可以得知，其實(shí)際發(fā)電量在小于置信區(qū)間P90的理論發(fā)電量，即說(shuō)明此項(xiàng)目的實(shí)際發(fā)電性能未達(dá)到預(yù)期。后期通過(guò)針對(duì)性的測(cè)試，得知其光伏組件的衰減為3.9%，大于其理論預(yù)期值2.5%，因此導(dǎo)致此項(xiàng)目的發(fā)電性能未達(dá)到預(yù)期。

7 結(jié)論

本文通過(guò)基于已建成并網(wǎng)光伏電站的實(shí)際建設(shè)情況進(jìn)行更為精細(xì)的PVsyst軟件仿真模擬，獲得光伏電站的首年及長(zhǎng)期理論發(fā)電量仿真模擬結(jié)果，并采用已建成電站相同時(shí)期內(nèi)實(shí)際發(fā)電量與軟件仿真所獲得的不同置信區(qū)間內(nèi)理論發(fā)電量比對(duì)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站實(shí)際發(fā)電性的評(píng)價(jià)，進(jìn)而獲得光伏電站實(shí)際發(fā)電性能情況。同時(shí)以內(nèi)蒙古地區(qū)真實(shí)電站特定時(shí)期內(nèi)的實(shí)際發(fā)電量為例，進(jìn)一步介紹了此比對(duì)方法的執(zhí)行方式。

該方法從實(shí)際已建成電站的角度出發(fā)，獲取軟件模型建立過(guò)程中可獲取的真實(shí)輸入數(shù)值，進(jìn)而更準(zhǔn)確的仿真電站理論發(fā)電能力。本文所提出的方法，將有助于短時(shí)間內(nèi)對(duì)光伏電站的實(shí)際發(fā)電性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，有一定的實(shí)踐價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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