1、前言
自2012年7月施行固定價格收購制度以來，光伏發(fā)電的引入處于急速的進展中。例如，在日本的九州區(qū)光伏發(fā)電的設(shè)備容量，正以每月約15萬kW的速度增長。2014年度僅一年的時間就有約200萬kW的容量開始投運，2015年3月末已達到了469萬kW(表1，圖1)。
伴隨著光伏發(fā)電如此急速的發(fā)展，在電力供需的操作中，如何從穩(wěn)定供電及經(jīng)濟性兩方面正確地掌握光伏發(fā)電的功率，已成為至關(guān)重要的研究課題。
有關(guān)超高壓聯(lián)網(wǎng)的光伏發(fā)電的功率，是將遙測儀(telemeter)裝在直接中間供電的系統(tǒng)上，能夠?qū)崟r的掌握實際的功率。另一方面，對于高壓、低壓聯(lián)網(wǎng)的光伏發(fā)電的功率，因未設(shè)遙測儀，原來是基于設(shè)備容量和天氣(晴天、陰天等)，利用excelbase的計算程序估算出功率(以下，稱原來的估算處理)。
但是在原來的估算處理中，因操作者進行天氣的判斷易出現(xiàn)個人的差異，而且對于功率的估算，按操作者的負擔(dān)每30分鐘僅更新1次左右，不能追蹤時時刻刻變化的天氣等，力圖提高光伏發(fā)電功率的估算精度則變成了難題和瓶頸(neck)。
為了解決處理好這一現(xiàn)狀，2014年4月(開始)將全天太陽輻照量*1數(shù)據(jù)實時地(每1分鐘)輸入到中部供電系統(tǒng)，由此，對光伏發(fā)電的功率引入了自動的估算處理，下面，對功率估算精度的程序予以介紹。
*1 全天太陽輻照量=直達的太陽輻照+散亂的太陽輻照
直達太陽輻照：從太陽直接到達地上的光
散亂太陽輻照：太陽光由大氣中的粒子等散亂、反射而到達地面的光
2、提高光伏發(fā)電功率的估算精度
2.1原來的估算處理存在的問題
對于原來的估算處理存在以下的問題：
(1)中間供電系統(tǒng)上，由遙測儀輸入功率數(shù)據(jù)的超高壓聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電的功率，與由估算處理算出的值進行比較時，由估算處理算出的值比實際的功率低(圖4)。
(2)功率估算的革新，天氣輸入至程序中及功率估算值輸入至中部供電系統(tǒng)(圖5)等，由于向系統(tǒng)的人工輸入次數(shù)增加，考慮操作者的負擔(dān)而每30分鐘進行一次，故不能跟蹤時刻都在變化的天氣變化。
(3)對天氣的判斷(陰天的情況)，由于操作者的感覺程度不一，容易出現(xiàn)因人而異。
2.2引入新的估算處理
為了處理2.1節(jié)中的第一個問題(遙測儀值與估算值的偏差)，本公司的綜合研究所正進行研究的全天太陽輻照量與光伏發(fā)電功率的關(guān)系，由此導(dǎo)出功率轉(zhuǎn)換系數(shù)，利用該系數(shù)進行了功率估算的處理。
(1)全天太陽輻照量與光伏發(fā)電功率的關(guān)系
由設(shè)置在九州各地的太陽輻照強度計觀測的全天太陽輻照量，與光伏發(fā)電功率的相互關(guān)系如圖2所示。從這一相關(guān)的圖形可說明以下幾點：
① 全天太陽輻照量與光伏發(fā)電功率大致上是呈比例關(guān)系，能用1次方程式近似表示(該式的常數(shù)相當(dāng)于功率變換系數(shù))。
② 由1次式近似的各月的直線斜度是不同的，這就意味著每個月的變換系數(shù)不同。
③ 全天太陽輻照量即使相同，氣溫高的7月，光伏發(fā)電的功率有變小的傾向。
表1：設(shè)備容量的情況(2015年3月末)
基于全天太陽輻照量的光伏發(fā)電功率估算值，能由下面的1次式表示。
估算值(事業(yè)用)= a×全天太陽輻照量×設(shè)備容量
估算值(住宅用等)= a×全天太陽輻照量×設(shè)備容量-自家消費率×設(shè)備容量(a：功率變換系數(shù))
功率變換系數(shù)，實際上每個發(fā)電所都存在，但要獲得全部發(fā)電所的信息是有困難的。因此對全天太陽輻照量與太陽光伏發(fā)電功率進行實測7個地點的系數(shù)采用平均值，而且考慮到功率變換系數(shù)按太陽光的入射角及周圍溫度等而有所不同，故每個月都設(shè)定了系數(shù)(圖3)。
設(shè)置于住宅用等光伏發(fā)電的自家消費率，根據(jù)過去5年的實際數(shù)據(jù)，每月均進行了設(shè)定。
通過將功率輸入中間供電系統(tǒng)的超高壓聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電，實際功率與新的估算處理結(jié)果進行了比較，晴天時與陰天時一起，均得到大概一致的結(jié)果，故能確認這次估算處理的有效性(圖4)。
2.3實時的全天太陽輻照量數(shù)據(jù)的輸入
為了相應(yīng)處理2.1節(jié)的第2(不能追蹤天氣的變化)、第3(天氣的判斷容易出現(xiàn)因人而異的偏差)等問題，從氣象臺觀測到的全天太陽輻照量數(shù)據(jù)實時地(每1分鐘)輸入中間供電系統(tǒng)，由此能跟蹤時刻變化的天氣，與此同時，不存在操作者的判斷差異，高壓、低壓聯(lián)網(wǎng)的光伏發(fā)電功率均能自動的估算(圖5)。
新的估算處理中，例如，實際在天陰地區(qū)哪怕是一部分，太陽輻射強度計一旦陰天天氣，由該太陽輻射強度計觀測的全天太陽輻照量就要下降，根據(jù)這一太陽輻照強度計的值，進行估算處理的全部光伏發(fā)電(高壓、低壓聯(lián)網(wǎng))的功率，同樣下降，故實際的功率與估算值產(chǎn)生偏差。如果全天太陽輻照量的觀測地點越少，這一偏差值則越容易增大。
鑒于這一原因，現(xiàn)在對此進行改進，將全天太陽輻照量的觀測地點進行了補充。當(dāng)初，由8個點的觀測地點(圖6，九州各縣及下關(guān)的氣象臺)開始估算處理。迄至2015年4月末已追加到現(xiàn)在的16個觀測地點，按照合計24個點的太陽輻照強度計的值進行著功率估算。2015年度中期已達到46個點(含氣象臺)的擴充數(shù)字。
此外，關(guān)于功率變換系數(shù)和自家消費率，累積實績數(shù)據(jù)，據(jù)此設(shè)定每時間(每小時)的系數(shù)和消費率等，可對光伏發(fā)電功率估算的精度進一步提高。
3.1功率預(yù)測存在的問題及預(yù)測方法的改善
一方面要確保當(dāng)天及次日以后對供需計劃提供適當(dāng)?shù)墓┙o能 力，一方面為了實現(xiàn)更高的經(jīng)濟性，則必須對光伏發(fā)電的功率進行正確的預(yù)測。
與上面所述功率估算相同，功率的預(yù)測迄今為止，采用按天氣預(yù)報(晴，陰轉(zhuǎn)晴等)的原來估算處理，進行當(dāng)天及次日以后的功率預(yù)測。但如2.1節(jié)所述那樣，存在光伏發(fā)電功率的預(yù)測誤差。
為此，從2014年10月以來，根據(jù)氣象公司提供的全天太陽輻照量預(yù)測(表2)進行功率估算及由相同的邏輯(logic)進行功率預(yù)測。利用當(dāng)日及次日以后的供需計劃，當(dāng)日的功率預(yù)測，由當(dāng)日4時發(fā)布信息的全天太陽輻照量預(yù)測算出;次日以后的功率預(yù)測，由前日16時發(fā)布信息的全天太陽輻照量預(yù)測算出。
表2：全天太陽輻照量預(yù)測概要
3.2預(yù)測與實際值的誤差
由當(dāng)日4時分配信息的全天太陽輻照量預(yù)測算出太陽光伏發(fā)電的功率預(yù)測與根據(jù)在線(on-line)輸入的全天太陽輻照量的功率估算實際值，從2014年10月到2015年3月的數(shù)據(jù)比較結(jié)果，從表3可看到：產(chǎn)生的誤差月平均*2約為200MW，日平均*3最大約為500MW。圖7所示為天氣預(yù)報那樣變化過程的1天和天氣與預(yù)報情況不同的1天，功率預(yù)測與實際值產(chǎn)生偏差為1000MW的事例。
表3：功率預(yù)測誤差(MW)
*2 每1小時的功率預(yù)測值與功率估算實際值的誤差(絕對值)，按1個月的平均值
*3 每1小時的功率預(yù)測值與功率估算實際值的誤差(絕對值)，按1日的平均值
3.3功率預(yù)測精度的進一步提高
今后，在當(dāng)時的天氣條件下，對全天太陽輻照量的預(yù)測值與實際值誤差容易變大的情況，進行了分析和掌握，能有效利用供需計劃的同時，為提高當(dāng)日數(shù)小時前全天太陽輻照量的預(yù)測精度，有效的利用氣象衛(wèi)星圖像等，針對光伏發(fā)電功率預(yù)測精度的進一步提高，必須重點進行研究。
參考文獻：
1.渡邊征洋 太陽光發(fā)電出力推計の精度向上 《電氣評論》 2015.10 P71—P74
2.坂田知昭，本田一則，駒見 慎太郎 全天日射量から太陽光發(fā)電出力を推定すゐ手法の一檢討 《電氣評論》 2016.6 P70—P73
FR：索比光伏網(wǎng) ?鄧隱北 吳曉靜
