Q GDW 1996-2013 光伏发电功率预测气象要素监测技术规范.pdf

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1、Q / GDW ICS 29.240 备案号：CEC 291-2010 Q/GDW 国家电网公司企业标准 Q / GDW 1996 2013 光伏发电功率预测气象要素监测技术规范 Technical specification for meteorological monitoring of photovoltaic power forecasting 2014-05-01 发布 2014-05-01 实施 国家电网公司 发 布 1 Q / GDW 1996 2013 I 目 次 前言 1 范围 1 2 术语和定义 1 3 测量要素 1 4 测量设备技术要求 2 5 安装要求 4 6 检查与维

2、护 4 7 实时数据质量控制 4 8 数据上报 5 编制说明 7 Q / GDW 1996 2013 前 言 本标准由国家电网公司电力调度控制中心提出并解释。 本标准由国家电网公司科技部归口。 本标准起草单位：中国电力科学研究院、国网电力科学研究院。 本标准主要起草人: 程序、周海、丁杰、吴福保、崔方、丁宇宇、陈志宝、于炳霞、曹潇、丁煌。 本标准首次发布。 II Q / GDW 1996 2013 光伏发电功率预测气象要素监测技术规范 1 范围 本标准规定了光伏发电功率预测气象要素监测的相关技术要求，主要包括测量要素、测量设备技术要 求、安装要求、实时数据质量控制、数据上报等。 本标准适用于并

3、网容量 10MW 及以上的光伏发电站，其它光伏发电站和光伏发电系统参照执行。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 2.1 光伏发电功率预测 photovoltaic power forecasting 根据气象条件和光伏发电站（系统）运行状态，分析光伏发电功率的影响因子及其变化规律，预测未 来一定时段光伏发电有功功率。 2.2 法向直射辐照度 normal direct solar irradiance 直接日射在与射束垂直的平面上的辐照度。 2.3 散射辐照度 diffuse solar irradiance 水平面上由散射日射形成的半球向辐照度。 2.4 总辐照度 global s

4、olar irradiance 水平面从上方 2立体角范围内接收到的直射辐照度和散射辐照度之和。 2.5 日照时数 sunshine duration 太阳在一地实际照射的时数。在一给定时间，日照时数定义为太阳直射辐照度达到或超过 120 W/m 2 的各段时间总和。 2.6 组件温度 module temperature 太阳电池组件背板表面的温度。 3 测量要素 3.1 法向直射辐照度 每 10 秒采样 1 次，每分钟采样的个样本去掉 1 个最大值、 1 个最小值和异常值，余下样本的算术平 均为该分钟的瞬时值。以瞬时值为样本, 自动计算和记录每 5 分钟的平均值，单位为 W/m 2 。 3

5、.2 散射辐照度 每 10 秒采样 1 次，每分钟采样的个样本去掉 1 个最大值、 1 个最小值和异常值，余下样本的算术平 均为该分钟的瞬时值。以瞬时值为样本, 自动计算和记录每 5 分钟的平均值，单位为 W/m 2 。 3.3 总辐照度 每 10 秒采样 1 次，每分钟采样的个样本去掉 1 个最大值、 1 个最小值和异常值，余下样本的算术平 均为该分钟的瞬时值。以瞬时值为样本, 自动计算和记录每 5 分钟的平均值，单位为 W/m 2 。 3.4 组件温度 每 10 秒采样 1 次，每分钟采样的个样本去掉 1 个最大值、 1 个最小值和异常值，余下样本的算术平 均为该分钟的瞬时值。以瞬时值为样

6、本, 自动计算和记录每 5 分钟的平均值，单位为。 3.5 日照时数 1 Q / GDW 1996 2013 每 5 分钟自动累计当天的日照时数，单位为小时（h ）。 3.6 地基云图 每 5 分钟由安装在地表的全天空成像装置自下而上观测到的云图像，单位为帧。 3.7 平均风速 每秒采样 1 次，自动计算和记录每 5 分钟的平均风速，单位为 m/s。 3.8 平均风向 与风速同步采集该风速的风向，自动计算和记录每 5 分钟的平均风向，单位为。 3.9 环境温度 每 10 秒采样 1 次，每分钟采样的个样本去掉 1 个最大值、 1 个最小值和异常值，余下样本的算术平 均为该分钟的瞬时值。以瞬时值

7、为样本, 自动计算和记录每 5 分钟的平均值，单位为。 3.10 相对湿度 每 10 秒采样 1 次，每分钟采样的个样本去掉 1 个最大值、 1 个最小值和异常值，余下样本的算术平 均为该分钟的瞬时值。以瞬时值为样本, 自动计算和记录每 5 分钟的平均值，没有单位，一般用百分数表示。 3.11 气压 每 10 秒采样 1 次，每分钟采样的个样本去掉 1 个最大值、 1 个最小值和异常值，余下样本的算术平 均为该分钟的瞬时值。以瞬时值为样本, 自动计算和记录每 5 分钟的平均值，单位为 hPa。 4 测量设备技术要求 4.1 直接辐射表 技术性能要求如下： a） 具备自动跟踪装置； b） 光谱范

8、围：28 0 3000nm ； c） 测量范围：0 2000W/m 2 ； d） 分辨力：1W/m 2 ； e） 准确度：2% 。 4.2 散射辐射表 技术性能要求如下： a） 光谱范围：280 3000nm； b） 测量范围：0 2000W/m 2 ； c） 分辨力：1W/m 2 ； d） 准确度：5% 。 4.3 总辐射表 技术性能要求如下： a） 光谱范围：280 3000nm； b） 测量范围：0 2000W/m 2 ； c） 分辨力：1W/m 2 ； d） 准确度：5% 。 4.4 组件温度计 技术性能要求如下： a） 测量范围: -50 +150； b） 分辨力：0.1 ； c）

9、准确度: 0.5。 4.5 全天空成像装置 技术性能要求如下： a） 可视角：不小于 150； b） 图像分辨率：不低于 352*288 全彩 ,24 位色； c） 采样时间间隔: 5min 。 4.6 风速计 2 Q / GDW 1996 2013 技术性能要求如下： a） 测量范围:0 60m/s； b） 分辨力：0.1 m/s ； c） 准确度: （0.5+0.03V ）m/s ，其中 V 为实际风速。 4.7 风向计 技术性能要求如下: a） 测量范围:0 360； b） 分辨力：3 ； c） 准确度:5。 4.8 温度计 技术性能要求如下： a） 测量范围: -40 +60 ； b）

10、 分辨力：0.1 ； c） 准确度: 0.2。 4.9 湿度计 技术性能要求如下： a） 测量范围: 0 100% ； b） 分辨力：1% ； c） 准确度: 4% （80% ），8% （80% ）。 4.10 气压计 技术性能要求如下： a） 测量范围: 500 1100hPa ； b） 分辨力：0.1hPa ； c） 准确度: 0.3hPa 。 4.11 数据采集装置 技术性能要求如下： a） 应具有本标准所有测量要素的采集、计算和记录的功能； b） 应具有远程传输数据和现场下载数据的功能； c） 应能完整地保存不低于 1 个月采集的数据量； d） 应具备定时自动校时功能，时钟误差不超过

11、30 秒/ 月； e） 应能在现场工作环境温度下可靠运行。 5 安装要求 5.1 选址要求 气象监测设备所处位置应在光伏发电站范围内，且能较好地反映本地气象要素的特点，四周障碍物的 影子不应投射到辐射观测仪器的受光面上，附近没有反射阳光强的物体和人工辐射源的干扰。 5.2 标定要求 应满足以下要求： a） 所有传感器在安装之前应经过国家授权的计量检定单位标定； b） 观测期间应按照传感器设备规定的校验周期进行定期校验。 5.3 安装高度要求 安装前应认真阅读仪器技术手册，按照要求进行安装。本文件对测量设备的安装高度要求如下： a） 总辐射表、直接辐射表、散射辐射表应水平安装在专用的台柱上，距地

12、面不低于 1.5m。宜增加与 光伏组件安装方式相适应的倾斜面辐照度观测； b） 气压计宜安装在数据采集装置机箱内，距地面不低于 1.5m； c） 环境温度计、湿度计应置于专用防护设备内，该设备能防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器 的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能真实地 感应外界空气温度和湿度的变化。环境温度计、湿度计距地面不低于 1.5m； 3 Q / GDW 1996 2013 d） 组件温度计应紧贴光伏组件背板，安装位置靠近光伏组件中心处，不同光伏组件类型至少安装 1 个； e） 风速传感器、风向传感器应安装在牢固的高杆或者塔架上，距地面 1

13、0m； f） 全天空成像装置应安装在固定平台上，在装置可视范围内没有障碍物遮挡。 5.4 防雷要求 应满足以下要求： a） 观测站应布置在避雷装置的防护范围内。如无法做到，应加设独立避雷装置； b） 观测站支架需安装有独立引下线的防雷击接地装置，接地电阻小于 4。 6 检查与维护 应对气象仪器设备进行日常清洁维护、检查工作状态是否正常。本文件对辐射表的检查与维护要求如下： a） 每天至少一次对辐射表进行检查和维护； b） 检查辐射表是否水平，否则应立即调整好； c） 检查辐射表是否清洁，玻璃窗口如有尘土、霜、雾、雪和雨滴时，应用专用擦布及时清除干净， 且不应划伤或磨损玻璃； d） 检查直接辐射

14、表光筒跟踪太阳是否准确，否则应及时调整； e） 检查散射辐射表遮光环阴影是否完全遮住仪器的感应面与玻璃罩，否则应立即调整好。 7 实时数据质量控制 实时数据质量控制的目的是数据采集装置检验采样值的合理性，剔除异常数据。 采样值的合理性指标见表 1，所有不满足此表合理性要求的采样值视为异常值。 表 1 采样值合理性指标 气象要素 传感器测量范围 相邻样本最大变化值 法向直射辐照度 800W/m 2 散射辐照度 依照传感器性能指标确定 800W/m 2 表 1（续） 气象要素 传感器测量范围 相邻样本最大变化值 总辐照度 800W/m 2 风速 20m/s 风向 360 环境温度 组件温度 相对湿

15、度 5% 气压 依照传感器性能指标确定 0.3hPa 8 数据上报 8.1 数据格式 需上报的测量值的具体数据格式说明见表 2。 表 2 数 据 格 式 数据类型 数据格式 测站编号 整数，观测站的唯一性标识 时标 日期时间类型，精确到秒 法向直接辐照度 四字节浮点数，保留一位小数 4 Q / GDW 1996 2013 散射辐照度 四字节浮点数，保留一位小数 总辐照度 四字节浮点数，保留一位小数 组件温度 四字节浮点数，保留一位小数 日照时数 四字节浮点数，保留一位小数 平均风速 四字节浮点数，保留一位小数 平均风向 四字节浮点数，保留一位小数 环境温度 四字节浮点数，保留一位小数 相对湿度

16、 四字节浮点数，保留一位小数 气压 四字节浮点数，保留一位小数 地基云图 JPEG/PNG 8.2 数据传输 数据传输应采用可靠的有线或无线传输方式，传输时间间隔应不大于 5 分钟，数据延迟不超过 1 分钟， 每天数据传输畅通率应大于 95%。 5 Q / GDW 1996 2013 6 Q / GDW 1996 2013 光伏发电功率预测气象要素监测技术规范 编 制 说 明 7 Q / GDW 1996 2013 目 次 一、编制背景 9 二、编制主要原则 9 三、与其他标准文件的关系 9 四、主要工作过程 9 五、标准结构和内容 10 六、条文说明 10 8 Q / GDW 1996 20

17、13 一、编制背景 随着国民经济的迅猛发展，目前我国能源短缺的现象越来越严重。新型绿色能源越来越得到关注，如 核电、风能、太阳能等，其中太阳能是一种干净的、取之不尽用之不竭的可再生能源。太阳能光伏发电由 于具有独特的优点，从而得到广泛关注。但光伏发电也有着随机性、间歇性、发电量与气候条件有关、能 量密度较低等特点。因此，加强光伏发电站的实时气象数据采集，提高光伏发电功率预测的准确性，提高 电网运行的可靠性和安全性，对于推动光伏发电产业的良性发展，有着十分重要的意义。 为适应我国光伏发电功率预测系统的开发建设要求，规定光伏发电站气象要素监测有关技术要求，本 标准根据国家电网公司关于下达公司第一批

18、重点推广新技术相关标准制修订计划的通知 （国家电网科 2011 1296 号）要求编制企业标准光伏发电功率预测气象要素监测技术规范，中国电力科学研究院、 国网电力科学研究院等单位开展了此标准的编制工作。 在全球能源紧张和环境恶化的压力下，光伏发电受到世界各国的重视，光伏发电产业得到快速发展。 随着 2009 年建筑光伏补贴政策和“金太阳工程”的实施，极大地推动了我国光伏发电的进程。然而，光 伏发电站的输出功率随着气象条件变化而随机变化，其大规模接入电网后，将对电网的安全稳定运行产生 较大的影响。因此，迫切需要对光伏发电的有功功率进行有效预测，从而在一定程度上掌握并网光伏发电 站的运行规律，使之

19、对光伏发电站进行合理有效地调度管理。 光伏发电站的气象要素测量对实现光伏发电功率预测具有重要作用，它可以真实、实时地反映光伏发 电站区域气象状况，为光伏发电输出功率预测提供气象实时数据，是风光联合发电系统微观选址、联合发 电超短期功率预测、数值天气预报模型优化、预测误差与置信区间评估、预测模型校订的基础。 二、编制主要原则 标准编制的主要原则是遵守现有相关法律、条例、标准和导则等，兼顾电网运行和太阳能发展的要 求。 三、与其他标准文件的关系 参考了 GB/T 129362007 太阳能热利用术语 第一部分； 参考了 QX/T 45-2007 地面气象观测规范 第 1 部分：总则； 参考了 QX

20、/T 49-2007 地面气象观测规范 第 5 部分：气压观测； 参考了 QX/T 50-2007 地面气象观测规范 第 6 部分：空气温度和湿度观测； 参考了 QX/T 51-2007 地面气象观测规范 第 7 部分：风向和风速观测； 参考了 QX/T 55-2007 地面气象观测规范 第 11 部分：辐射观测； 参考了 QX/T 55-2007 地面气象观测规范 第 12 部分：日照观测； 参考了 QX/T 61-2007 地面气象观测规范 第 17 部分：自动气象站观测； 参考了 QX/T 66-2007 地面气象观测规范 第 22 部分：观测记录质量控制。 四、主要 工作过程 2011

21、 年 8 月至 9 月，确立编研工作总体目标，构建组织机构，确定参编单位及人员，开展课题前期研 究工作； 2011 年 10 月至 12 月，广泛调研各网省公司及光伏电站的具体应用需求，并详细查阅国内外在该领域 的研究水平，确定标准框架和初步内容 ； 2012 年 1 月至 4 月，根据调研结果，结合我国其他相关标准中的要求，编写本标准的初稿； 2012 年 10 月，国家电网公司电力调度控制中心在北京组织召开了初审会，根据专家意见进行修改， 形成标准的征求意见稿； 2012 年 11 月，在国家电网公司范围内广泛征求相关专家的意见，根据反馈意见进行修改，形成送审 稿； 2012 年 11 月

22、，国家电网公司电力调度控制中心组织专家在北京召开送审稿审查会，根据会议提出的 意见和建议进行修改后形成报批稿，报主管部门批准。 9 Q / GDW 1996 2013 五、标准结构和内容 本标准参照 GB/T1.12009标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写规则和 DL/T 6002001 电力行业标准编写基本规定。 标准的主要结构和内容如下： 1. 目次 2. 前言 3. 标准正文设 8 章： 范围、术语和定义、测量要素、测量设备技术要求、安装要求、检查与维护、 实时数据质量控制 、数据上报。 六、条文说明 本标准编制内容主要考虑了以下几方面的要求： 测量要素 测量设备技术要求 安装

23、要求 检查与维护 实时数据质量控制 数据上报 1. 第 3 条 测量要素 该部分在参照 QX/T 61-2007地面气象观测规范 第 17 部分：自动气象站观测基础上，主要强调各 测量要素的采用频次和统计方法。无论是短期光伏发电功率预测还是超短期光伏发电功率预测，时间分辨 率均为 15 分钟，再考虑到通信可靠性，因此提供气象预报数据的时间间隔为 5 分钟。相比于普通的自动 气象监测站，主要增加了对云图的实时监测。云图是我们光伏发电站发电功率预测的一个重要输入数据源， 其产品精度直接影响了最终功率预测的预报精度。 2. 第 4 条 测量设备技术要求 该部分在参照 QX/T 61-2007地面气象

24、观测规范 第 1 部分：总则基础上，主要强调各测量设备的 技术参数要求。指标的确定一方面考虑了实际应用的需求，另一方面考虑了国内主流气象采集设备的技术 参数。 3. 第 5 条 安装要求 该部分主要强调各传感器的安装要求，包括选址要求、标定要求、安装高度要求和防雷要求。为了避 免局部地形的影响、充分反映本地气象要素特点，满足光伏发电站发电功率预测的需求，在参照 QX/T 45-2007 地面气象观测规范 第 1 部分： 总则、 QX/T 49-2007 地面气象观测规范 第 5 部分： 气压观测、 QX/T 50-2007 地面气象观测规范 第 6 部分：空气温度和湿度观测、QX/T 51-2

25、007 地面气象观测规范 第 7 部分：风向和风速观测 和 QX/T 55-2007 地面气象观测规范 第 11 部分：辐射观测 基础上，对传感器的选 址、标定、安装高度及防雷做出具体要求。气象要素监测信息必须具有代表性，可反映光伏电站所在区域 的局地气候变化特征，并且为了提高监测设备的可维护性及数据传输的可靠性，故而要求气象要素监测设 备的安装位置在光伏电站建设范围内。气象要素监测信息应避免受外界因素的干扰，而障碍物、地面反射、 人工辐照对于辐照观测设备的影响较大，因此要求站址的选择应尽量避开或减弱上述因素的影响，以期获 取更为真实的气象要素信息。 10 Q / GDW 1996 2013

26、11 4. 第 6 条 检查与维护 该部分主要强调辐照度传感器的维护要求。要保持在任何天气条件下常年不断地、准确可靠的获取气 象数据，应对气象仪器设备进行日常清洁维护、检查工作状态是否正常。与常规自动测风、测温、测压等 气象仪器相比，辐照度传感器的维护情况，对测量精度的影响尤其明显，因此需要强调辐照度传感器的维 护要求。 5. 第 7 条 实时数据质量控制 该部分主要强调对采样值的合理性检查，包括测量范围和相邻样本最大变化值判断。采样值的好坏与 否直接影响到最终数据的统计精度，所以数据采集装置在统计平均值前必须对采样值的合理性做检查，剔 除明显不合理的数据。参照 QX/T 66-2007 地面气象观测规范 第 22 部分：观测记录质量控制。 6. 第 8 条 数据上报 该部分主要强调数据传输格式和上报频率、数据延迟、传输畅通率等。 考虑到系统运行的实时性和 可靠性，对数据的延时和畅通率提出了明确的要求。