光伏發(fā)電隨機(jī)特性的建模與分析

光伏發(fā)電隨機(jī)特性的建模與分析

0光伏發(fā)電出力不確定性的研究由于能源行監(jiān)督管理的存在，太陽(yáng)能伏閃電站作為一種清潔、可再生和廣泛的新能源，在過去的幾年里越來越受到重視。近年來,中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展迅速,引人矚目。2012年太陽(yáng)能光伏裝機(jī)容量達(dá)到4.9GW［１］,相比2011年增加32.4%?！犊稍偕茉础笆濉币?guī)劃》指出,到2015年太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到21GW,其中光伏電站裝機(jī)容量為10GW,太陽(yáng)能熱發(fā)電裝機(jī)容量為1GW,并網(wǎng)和離網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝容量達(dá)到10GW［２］。可見,中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電正飛速發(fā)展。太陽(yáng)能光伏發(fā)電受到太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的影響,其出力具有較強(qiáng)的隨機(jī)性與間歇性,進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、備用、潮流、母線電壓等都具有較大影響。光伏發(fā)電出力的不確定性模型是進(jìn)行相關(guān)的電力系統(tǒng)規(guī)劃及運(yùn)行研究的基礎(chǔ)。目前,國(guó)內(nèi)外有部分文獻(xiàn)利用晴空指數(shù)的概念對(duì)光伏發(fā)電出力的隨機(jī)特性進(jìn)行了研究。晴空指數(shù)是指入射到水平面的太陽(yáng)總輻射量與天文輻射之比。文獻(xiàn)在已知每月逐時(shí)晴空指數(shù)均值的前提下,從氣象學(xué)的角度給出了逐時(shí)晴空指數(shù)的概率密度函數(shù);文獻(xiàn)利用晴空指數(shù)來描述光伏電站出力的不確定性。文獻(xiàn)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法,建立了不同時(shí)空尺度的數(shù)字月晴空指數(shù)估算模式(DCIM),制作了中國(guó)1km×1km全年各月氣候平均晴空指數(shù)空間分布圖;文獻(xiàn)給出了基于晴空指數(shù)的太陽(yáng)能電池板的出力模型;文獻(xiàn)給出了光伏出力與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度之間的一種函數(shù)關(guān)系,并利用晴空指數(shù)的概率密度函數(shù)得出了小時(shí)級(jí)光伏發(fā)電出力的概率密度函數(shù)。文獻(xiàn)利用基于晴空指數(shù)的光伏電站出力模型研究光伏并網(wǎng)的運(yùn)行備用與可信容量問題。文獻(xiàn)利用小波變換和曲線擬合的方法來對(duì)太陽(yáng)輻射進(jìn)行建模;文獻(xiàn)[11-12]提到太陽(yáng)到達(dá)地面的輻射強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)(小時(shí)級(jí))可以近似地看做服從Beta分布,并給出了短期內(nèi)太陽(yáng)能電池輸出功率的概率密度函數(shù)。文獻(xiàn)對(duì)影響光伏出力不確定性因素的云量進(jìn)行了建模,給出了光伏發(fā)電短期的出力預(yù)測(cè)模型。文獻(xiàn)闡述了大容量并網(wǎng)光伏電站的運(yùn)行特性,指出光伏陣列面積、組件特性、工作溫度等因素對(duì)光伏發(fā)電出力特性的影響。文獻(xiàn)提出了一種光伏發(fā)電隨機(jī)特性的應(yīng)用途徑,即利用光伏發(fā)電的隨機(jī)特性將光伏并網(wǎng)發(fā)電與無功補(bǔ)償一體化,從而提高供電質(zhì)量并減小功率損耗。文獻(xiàn)闡述了影響光伏出力特性的若干因素,并在此基礎(chǔ)上提出了一種光伏短期出力預(yù)測(cè)的方法。文獻(xiàn)結(jié)合光伏出力的隨機(jī)特性和聚類理論,建立了光伏出力多狀態(tài)隨機(jī)預(yù)測(cè)模型。文獻(xiàn)闡述了風(fēng)電的聚集效應(yīng)及空間相關(guān)性對(duì)風(fēng)電隨機(jī)特性的影響。整體來看,文獻(xiàn)是在氣象學(xué)的領(lǐng)域?qū)μ?yáng)輻射的隨機(jī)特性進(jìn)行分析;文獻(xiàn)是對(duì)風(fēng)電的出力模擬及空間相關(guān)性進(jìn)行的研究。文獻(xiàn)[4,6-9]都是從太陽(yáng)輻射的隨機(jī)性入手,進(jìn)而研究光伏出力的隨機(jī)性,利用這種方法所得到的光伏出力的隨機(jī)特性可能會(huì)忽略除太陽(yáng)輻射以外其他隨機(jī)因素的影響。本文將利用實(shí)證分析的方法,直接對(duì)光伏電站出力的隨機(jī)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從而最大限度地包含了影響光伏電站出力隨機(jī)特性的各種因素。文獻(xiàn)[14-15]主要從電力電子器件的層面上研究光伏發(fā)電出力特性的影響因素。而本文將著重闡述地理位置、氣象因素對(duì)光伏出力的影響。文獻(xiàn)[7,11-13,16]都是在短期內(nèi)對(duì)光伏電站出力的隨機(jī)特性進(jìn)行分析,本文將著重研究光伏電站出力的中長(zhǎng)期隨機(jī)特性。另外,目前對(duì)于光伏出力隨機(jī)特性的研究往往僅針對(duì)單一光伏電站,本文將對(duì)不同地區(qū)光伏發(fā)電出力的空間相關(guān)性進(jìn)行研究。本文將光伏發(fā)電出力模型劃分為確定性部分和隨機(jī)性部分,其中確定性部分忽略實(shí)際光伏發(fā)電過程中陰影、云層遮擋、天氣變化以及溫度變化等不確定因素的影響,采用全球太陽(yáng)輻射強(qiáng)度模型進(jìn)行建模;隨機(jī)性部分則著重考慮上述不確定因素的影響,提出“光伏出力遮擋因子”的概念描述不確定性因素對(duì)于光伏發(fā)電出力的影響。本文的研究成果可用于對(duì)不同地區(qū)光伏發(fā)電時(shí)序出力進(jìn)行隨機(jī)性模擬,從而為光伏電站運(yùn)行規(guī)劃層面的研究(如光伏發(fā)電的出力預(yù)測(cè)、容量可信度、備用容量的確定等研究)提供數(shù)據(jù)支持;還為定量分析光伏電站的出力間歇性提供了手段,可以用于解決集中式/分布式光伏電站的規(guī)劃與選址問題。另外,本文的研究可以用于電力系統(tǒng)規(guī)劃及運(yùn)行中對(duì)光伏出力的不確定性建模,特別是本文中對(duì)光伏電站空間相關(guān)性產(chǎn)生機(jī)理的討論能夠?yàn)楣夥娬驹诮Ｖ械暮喜⑴c聚類提供依據(jù)。1光伏板組件轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理是根據(jù)光生伏打效應(yīng),利用光伏板組件將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。光伏板t時(shí)刻的實(shí)際出力Pｔ可以利用式(1)計(jì)算得到［１９］:根據(jù)式(1)至式(3)可知:2基于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的波形站測(cè)量輸出模型2.1太陽(yáng)輻射的太陽(yáng)苯式中:S０為太陽(yáng)常數(shù),表示進(jìn)入地球大氣的太陽(yáng)輻射在單位面積內(nèi)的總量,在地球大氣層之外,垂直于入射光的平面上測(cè)量,其值約為1367W/m２;N表示日序,從每年的1月1日算起。若不考慮太陽(yáng)輻射經(jīng)過大氣層后的變化,則利用已知點(diǎn)的地理信息(經(jīng)度、緯度和海拔)及時(shí)間信息可唯一地確定出地面上任意一點(diǎn)的太陽(yáng)輻射。實(shí)際上,太陽(yáng)輻射在穿越大氣層的過程中會(huì)受到一定程度的削弱,到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射可以分為太陽(yáng)直射輻射和散射輻射。以上2種太陽(yáng)輻射之和即為到達(dá)地面的太陽(yáng)總輻射。大氣的透明度可以用來描述大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用,可表示為地面某點(diǎn)的太陽(yáng)輻射度與其上方大氣層外的太陽(yáng)輻射度之比。在不考慮各種隨機(jī)因素影響的前提下,太陽(yáng)直射輻射的透明度可由式(6)所示的經(jīng)驗(yàn)公式［２１］計(jì)算得到:式中:Mｈ為大氣質(zhì)量,是一個(gè)隨著海拔高度變化的函數(shù)。根據(jù)太陽(yáng)直射輻射和大氣透明度系數(shù)的定義,某地太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度可以表示為:式中:α為當(dāng)?shù)氐奶?yáng)高度角;ue788為該地區(qū)的緯度;δ為太陽(yáng)的赤緯角,與太陽(yáng)和地球之間的相對(duì)位置相關(guān);ω為太陽(yáng)的時(shí)角,與每天的時(shí)間相關(guān)。對(duì)于固定傾角的光伏板,還需考慮其對(duì)地傾角的影響。散射輻射的作用與多種氣象條件有關(guān),實(shí)驗(yàn)表明散射輻射的大氣透明度系數(shù)和直射輻射的大氣透明度系數(shù)可以近似看做線性關(guān)系:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,太陽(yáng)散射輻射強(qiáng)度為:式中:k為與大氣質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)［２１］。當(dāng)大氣質(zhì)量比較渾濁時(shí),k的取值在[0.60,0.70]之間;當(dāng)大氣質(zhì)量正常時(shí),k的取值在[0.71,0.80]之間;當(dāng)大氣質(zhì)量比較好時(shí),k的取值在[0.81,0.90]之間。綜上,在不考慮隨機(jī)因素的情況下,地球上某地點(diǎn)t時(shí)刻的太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度為:2.2光伏出力模型驗(yàn)證本文在北美可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)網(wǎng)站［２２］上選取了美國(guó)8個(gè)光伏出力觀測(cè)點(diǎn)2012年全年的數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證該模型的有效性,光伏出力數(shù)據(jù)時(shí)間間隔為1h,具體的地理位置見附錄A圖A1。3在對(duì)伏波容量特性的分析中，基于波形功能覆蓋因子的伏波站輸出的不均勻組成分析3.1總結(jié)3.2光明功能覆蓋因子的概率分布根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù),仍以觀測(cè)點(diǎn)1(洛杉磯)的測(cè)量數(shù)據(jù)為例,統(tǒng)計(jì)光伏出力遮擋因子ηｔ的概率分布,結(jié)果如圖4所示。3.3光照反應(yīng)因子的時(shí)間特征圖6為觀測(cè)點(diǎn)1在2012年每日不同時(shí)刻光伏出力遮擋因子的散點(diǎn)圖。求自相關(guān)系數(shù)的具體過程如圖7所示。4能源能源的空間相關(guān)性4.1兩性離子和經(jīng)度方向上的差異是受精于地下復(fù)合系統(tǒng)的外部條件影響的一個(gè)因素實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)表明,地理位置相近的光伏發(fā)電出力具有很高的相似性,其出力的相似程度可以用出力空間相關(guān)性來描述。光伏發(fā)電的空間相關(guān)性是指不同地區(qū)光伏發(fā)電出力序列的相似程度。對(duì)于不同的地區(qū)而言,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不同,天氣變化、云層遮擋等隨機(jī)因素也有所差異,而這些差異都會(huì)隨著兩地距離的增加而變大。在緯度方向上,隨著緯度的增加,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度會(huì)逐漸變小;在經(jīng)度方向上,隨著時(shí)差的增加,兩地光伏出力序列的相位差會(huì)逐漸增大,這些因素都會(huì)影響到光伏出力的空間相關(guān)性。從風(fēng)電隨機(jī)性的研究中發(fā)現(xiàn),風(fēng)電場(chǎng)出力的相關(guān)性對(duì)于風(fēng)電總出力的隨機(jī)特性有著很大的影響,相關(guān)性越弱,總出力的平滑效應(yīng)越強(qiáng),進(jìn)而降低了系統(tǒng)的備用需求、爬坡速率需求以及輸電通道容量需求,對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性有重要影響［１８］。光伏發(fā)電出力與風(fēng)電出力在隨機(jī)特性上有著相似的特點(diǎn),因此研究不同地區(qū)光伏電站的空間相關(guān)性對(duì)于研究光伏發(fā)電的整體隨機(jī)特性至關(guān)重要。光伏發(fā)電出力由輻射強(qiáng)度決定,因此其出力相關(guān)性受到地理位置、天氣變化、云層遮擋等多種因素的影響。本文將從確定性因素和隨機(jī)因素2個(gè)方面出發(fā)研究光伏出力的相關(guān)性及其影響機(jī)理。4.2經(jīng)度和自由度方向上各點(diǎn)的選取及出力序列的計(jì)算對(duì)于光伏出力的確定性部分,空間相關(guān)性主要的影響因素應(yīng)該是經(jīng)緯度,其中經(jīng)度影響光伏出力序列的時(shí)差,而緯度影響光伏出力外包絡(luò)線的高低,即出力的大小。以觀測(cè)點(diǎn)1的位置為基準(zhǔn),在其經(jīng)度和緯度方向上各增加1200km的區(qū)域內(nèi)(經(jīng)度上大約增加15°,即1個(gè)時(shí)區(qū);緯度上大約增加11°),均勻地選擇15×15個(gè)點(diǎn)(包括觀測(cè)點(diǎn)1的位置),利用光伏電站確定性出力模型計(jì)算其他各點(diǎn)的年出力序列與觀測(cè)點(diǎn)1的年出力序列的相關(guān)系數(shù),結(jié)果如圖10所示。由圖10可知,隨著經(jīng)度和緯度方向上距離的增加,兩地光伏年出力序列的相關(guān)系數(shù)逐漸減小,并且相關(guān)系數(shù)在經(jīng)度變化時(shí)減小的速度大于在緯度變化時(shí)減小的速度,這表明時(shí)差(主要受經(jīng)度影響)對(duì)于光伏出力空間相關(guān)性的影響作用要大于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(主要受緯度影響)對(duì)光伏出力空間相關(guān)性的影響作用。4.3觀測(cè)點(diǎn)間距和相關(guān)系數(shù)的關(guān)系對(duì)于光伏出力遮擋因子,經(jīng)緯度的影響沒有明顯的規(guī)律,因?yàn)槌隽φ趽跻蜃又饕枋龅氖窃茖诱趽醯葰庀笠蛩?而這些氣象因素應(yīng)該與不同地點(diǎn)的距離直接相關(guān)。圖11給出了所選取的8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的光伏出力遮擋因子之間的空間相關(guān)性,其中2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間最近的距離為4km,最遠(yuǎn)的距離為1338km。從圖11可以看出,當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)之間的距離比較近時(shí),其光伏出力遮擋因子的相關(guān)性很大,但這種相關(guān)性隨著距離的增加迅速衰減。距離為4km時(shí),相關(guān)系數(shù)為0.9267;當(dāng)距離增加到79km時(shí),相關(guān)系數(shù)衰減到0.4323;其中有2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)相距69km(觀測(cè)點(diǎn)7和8),但相關(guān)系數(shù)僅為0.3027,這可能是由于海拔高度的差距造成的影響(2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)相差1km);當(dāng)距離增加到200km以上時(shí),相關(guān)系數(shù)都在0.2以下。對(duì)于隨機(jī)變量而言,當(dāng)相關(guān)系數(shù)小于0.2時(shí),對(duì)其按獨(dú)立的隨機(jī)變量進(jìn)行建模并不會(huì)產(chǎn)生太大誤差。因此,當(dāng)2個(gè)光伏電站的距離在200km以上時(shí),其天氣因素可考慮為相互獨(dú)立。4.4光伏確定性出力參數(shù)的影響上文分別從光伏發(fā)電確定性因素及隨機(jī)性因素入手對(duì)光伏發(fā)電出力的空間相關(guān)性進(jìn)行了分析,由圖11可知,當(dāng)兩地距離超過80km時(shí),光伏出力遮擋因子(主要代表天氣因素)的相關(guān)系數(shù)就已經(jīng)很小了;而由圖10可知,即便在經(jīng)度或緯度方向上相差1200km,光伏確定性出力(主要代表太陽(yáng)輻射晝夜更替變化)的相關(guān)系數(shù)仍能達(dá)到0.92以上。那么,其綜合的效果如何呢?圖12為8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)實(shí)際光伏出力的空間相關(guān)性?？梢钥闯?①各觀測(cè)點(diǎn)之間的年出力序列的相關(guān)系數(shù)都比較大(均在0.85以上),由前面的分析可以推知實(shí)際光伏電站出力的空間相關(guān)性主要受到其確定性出力的影響,而出力遮擋因子的影響作用相對(duì)較小;②在距離較小的范圍內(nèi),出力的相關(guān)系數(shù)與距離之間具有較好的線性關(guān)系,這是由于在這一范圍內(nèi),光伏電站的確定性出力與光伏出力遮擋因子都具有較好的線性關(guān)系,二者疊加,仍保持較好的線性關(guān)系;而在較大范圍內(nèi),由于光伏出力遮擋因子的相關(guān)系數(shù)很小,并且變化的隨機(jī)性較大,因此在這一范圍內(nèi),光伏出力空間相關(guān)性的線性度變得相對(duì)較差。5光伏發(fā)電出力模型本文將光伏發(fā)電出力分解為確定性部分和不確定性部分來分析其出力的不確定性特征,其中確定性部分受到太陽(yáng)輻射強(qiáng)度晝夜更替的影響,可通過對(duì)直射輻射強(qiáng)度和散射輻射強(qiáng)度的建模得到確定性出力的解析表達(dá)式;提出了光伏出力遮擋因子來描述影響光伏出力的不確定因素,采用光伏出力的實(shí)際數(shù)據(jù)分析了光伏出力遮擋因子的日特性、季特性、概率分布,最后分析了光伏出力的空間相關(guān)性。結(jié)果表明,光伏出力遮擋因子具有明顯的周期性,并且日、季特性顯著。不同地區(qū)光伏出力遮擋因子的概率密度函數(shù)比較穩(wěn)定,可以采用一些典型的概率分布或非參數(shù)的方式進(jìn)行擬合與建模。此外,光伏出力的空間相關(guān)性隨經(jīng)緯度變化明顯,并且光伏出力遮擋因子也具有明顯的空間相關(guān)性,但這一相關(guān)性隨著距離的增加迅速衰減。本文提出的研究方法不僅能夠用于電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行分析中,也為太陽(yáng)能光伏發(fā)電中長(zhǎng)期出力時(shí)間序列模擬提供了新的思路。附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://aeps.sgepri.sgcc./aeps/ch/index.aspx)。式中:Pstc為標(biāo)準(zhǔn)條件下(對(duì)應(yīng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Istc=1000W/m2,溫度Tstc=25℃)光伏板的出力;αT為光伏板的功率溫度系數(shù);Ir,t為t時(shí)刻實(shí)際的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度;Tt為t時(shí)刻光伏板的溫度。從式(1)中可以看出,影響光伏板實(shí)際出力的因素是太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Ir,t與溫度Tt。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Ir,t受到太陽(yáng)位置、陰影、云層遮擋、天氣變化等眾多外界因素的影響,溫度Tt的影響與光伏板的溫度系數(shù)αT有關(guān)。本文將式(1)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,分離光伏出力中確定性因素與隨機(jī)因素。定義不考慮遮擋情況及溫度影響時(shí)光伏電站的出力Pc,t為:式中:It為在不考慮任何遮擋情況下,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度能夠達(dá)到的最大值,該值僅與所在區(qū)域的經(jīng)緯度、海拔高度以及時(shí)間有關(guān),其變化規(guī)律是確定的,因此可知Pc,t中僅包含光伏發(fā)電出力中確定性的部分。定義光伏出力遮擋因子ηt為:式中:ηt為在陰影、云層遮擋、天氣變化及溫度等因素的影響下,光伏電站實(shí)際出力與其確定性出力Pc,t的相對(duì)差值。這些影響因素均有較強(qiáng)的不確定性,因此ηt表征了光伏發(fā)電出力中隨機(jī)性的部分。由式(2)與式(4)可見,Pc,t確定了光伏出力的外包絡(luò)線,而實(shí)際的光伏出力則會(huì)被各種隨機(jī)性因素削弱,出力遮擋因子ηt描述了在光伏出力外包絡(luò)線的基礎(chǔ)上,陰影、云層遮擋、天氣變化以及溫度對(duì)光伏出力的削弱效應(yīng),其物理意義是光伏電站實(shí)際出力與確定性出力的相對(duì)差值,因此其值一定不大于1。需要說明的是,ηt與晴空指數(shù)的差別在于,前者是直接對(duì)光伏發(fā)電出力的描述,是2個(gè)出力值的相對(duì)差值;而后者則是對(duì)太陽(yáng)輻射的描述,是2個(gè)輻射值的比值。下文將分別對(duì)光伏發(fā)電出力的確定性部分及隨機(jī)性部分進(jìn)行建模。根據(jù)前文的分析,光伏發(fā)電的確定性部分Pc,t取決于無任何遮擋情況下的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度It,由于地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的規(guī)律性,It是關(guān)于時(shí)間和地理位置的解析函數(shù),又被稱為全球太陽(yáng)輻射強(qiáng)度模型,現(xiàn)推導(dǎo)如下。太陽(yáng)直射到地球大氣層上的輻射強(qiáng)度I0只與日地之間的相對(duì)位置有關(guān),可由式(5)計(jì)算得到:利用式(5)至式(11)即可模擬出無任何遮擋情況下地球上任意地點(diǎn)任意時(shí)刻的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度It。將It代入式(2)即可得到光伏電站確定性出力Pc,t。所選擇的8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在距離上的跨度從4km到超過1200km不等,并涵蓋了多種地貌。以觀測(cè)點(diǎn)1(洛杉磯)的觀測(cè)數(shù)據(jù)為例,圖1顯示了2012年該地全年8784h(閏年)的出力數(shù)據(jù)。其中,圖1第1幅圖為利用本節(jié)中所述模型算得的光伏確定性出力Pc,t,圖1第2幅圖為從觀測(cè)點(diǎn)實(shí)際測(cè)得的光伏出力數(shù)據(jù)Pt。圖2對(duì)比了連續(xù)5d的Pc,t與Pt曲線?？梢悦黠@地看出:Pc,t是規(guī)則變化的,其中不包含任何不確定性因素;Pt的整體輪廓雖然與Pc,t相似,但卻疊加了一個(gè)明顯的隨機(jī)波動(dòng)。本文中,這一隨機(jī)波動(dòng)將采用第1節(jié)中定義的出力遮擋因子ηt來描述,第3節(jié)中利用Pc,t將ηt從Pt中分離,進(jìn)而研究ηt的隨機(jī)特性。光伏出力遮擋因子ηt表示光伏發(fā)電實(shí)際出力與確定性出力的相對(duì)差值,量化了陰影、云層遮擋、天氣變化以及溫度對(duì)光伏出力的削弱效應(yīng)。當(dāng)天氣較為晴朗時(shí),空氣對(duì)于太陽(yáng)輻射的衰減作用較小,ηt的值相對(duì)較小,甚至為0(表示完全無遮擋);反之當(dāng)氣象條件較差時(shí),ηt的值就相對(duì)較大。此外,在夜間及日出和日落時(shí)刻附近,由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度很低,甚至為0,ηt計(jì)算值的可信性較差,因此ηt僅在與白天對(duì)應(yīng)的時(shí)刻具有研究?jī)r(jià)值。圖3為除去了夜間點(diǎn)的ηt序列(一共4371個(gè)點(diǎn),每天取的點(diǎn)數(shù)和季節(jié)相關(guān),夏季最多,大約取14個(gè)點(diǎn);冬季最少,大約取10個(gè)點(diǎn))。本節(jié)將通過實(shí)證分析的方法從ηt的概率分布、時(shí)間特性和空間特性3個(gè)角度分析其隨機(jī)特性。從圖4可以看出,隨著ηt的增大,其概率幾乎是單調(diào)減小。ηt在[0,0.2]之間出現(xiàn)的概率最大,在[0.3,0.7]之間的分布相對(duì)均勻,而在1.0附近出現(xiàn)的概率非常小。這一現(xiàn)象表明,所觀測(cè)的地區(qū)晴朗天氣出現(xiàn)的概率比較高,而陽(yáng)光完全被遮擋的情況出現(xiàn)的概率比較小。采用其他觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的光伏出力遮擋因子的計(jì)算得到的結(jié)果如圖5所示,可以看出這些地區(qū)的遮擋因子與觀測(cè)點(diǎn)1相比,整體的變化趨勢(shì)非常相似,只是各區(qū)間段出現(xiàn)的概率略有差異。因此可知,ηt的概率分布比較穩(wěn)定,可以采用一些典型的概率分布(如Beta分布)或非參數(shù)的方式進(jìn)行擬合與建模。由圖6可以看出ηt在時(shí)序上的一些規(guī)律:①對(duì)比各圖中散點(diǎn)的分布可見,ηt具有一定的日特性,即每天不同時(shí)刻ηt的概率分布并不完全一致;②對(duì)比同一幅圖中不同季節(jié)的散點(diǎn)分布情況可知,ηt的變化具有明顯的季(月)特性,即對(duì)于不同的季節(jié)