專利名稱：一種面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏功率預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法。
背景技術(shù)：
近年來,大規(guī)模光伏電站接入電網(wǎng)，由于光伏發(fā)電輸出功率具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成影響。對(duì)光伏電站的輸出功率進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，為電カ調(diào)度提供重要的決策支持，統(tǒng)籌安排常規(guī)電源和光伏發(fā)電的協(xié)調(diào)配合，降低電カ系統(tǒng)運(yùn)行成本，而且有利于充分利用光伏資源，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。地面輻照度作為光伏電站輸出功率的主要影響因素之一，它的不確定性直接導(dǎo)致輸出功率的隨機(jī)性和波動(dòng)性。而云作為影響太陽(yáng)地面輻照量的主要?dú)庀笠兀渖鸵苿?dòng)變化是地面輻照度變化不確定性的根本原因之一。目前，光伏功率預(yù)測(cè)方法主要有根據(jù)歷史氣象要素?cái)?shù)據(jù)和光伏電站輸出功率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析或機(jī)器學(xué)習(xí)找出其內(nèi)在規(guī)律并進(jìn)行預(yù)測(cè)，但均未涉及云圖數(shù)據(jù)。國(guó)外有學(xué)者根據(jù)氣象衛(wèi)星云圖預(yù)估云層移動(dòng)情況進(jìn)行太陽(yáng)輻照度預(yù)測(cè)，但其時(shí)空分辨率相對(duì)較低，為了滿足區(qū)域內(nèi)光伏電站超短期0-4小時(shí)內(nèi)分鐘級(jí)功率預(yù)測(cè)的要求，需要局地高時(shí)空分辨率的云圖像數(shù)據(jù)。近年來，隨著電荷耦合器件CCD等硬件技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷完善，很多地基遙感測(cè)云儀器研制成功，比如全天空成像儀TSI (total sky imager),該儀器能實(shí)現(xiàn)對(duì)全天空云的自動(dòng)化觀測(cè)和實(shí)時(shí)采集，最小時(shí)間分辨率可達(dá)30秒，能很好地實(shí)現(xiàn)光伏電站上空云圖的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)地基云圖進(jìn)行處理和分析，對(duì)云團(tuán)移動(dòng)進(jìn)行預(yù)估，相當(dāng)于將云這ー主要?dú)庀笠貜谋姸嘤绊戄椪斩鹊碾S機(jī)因素中単獨(dú)分離出來進(jìn)行建摸。從某種意義上講，實(shí)現(xiàn)對(duì)云團(tuán)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是實(shí)現(xiàn)光伏功率超短期0-4小時(shí)內(nèi)分鐘級(jí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的前提。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，通過在時(shí)間序列圖像中對(duì)每團(tuán)塊進(jìn)行跟蹤學(xué)習(xí)確定未來云團(tuán)移動(dòng)的速度和方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來云團(tuán)運(yùn)動(dòng)的預(yù)估，為光伏電站超短期0-4小時(shí)內(nèi)分鐘級(jí)功率預(yù)測(cè)提供了重要的
數(shù)據(jù)源。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
一種面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，所述方法包括以下步驟
步驟I :對(duì)地基云像進(jìn)行預(yù)處理；
步驟2 :地基云圖ニ值化；
步驟3 :檢測(cè)和標(biāo)注云團(tuán)，并提取云團(tuán)質(zhì)心；
步驟4 :預(yù)估云團(tuán)運(yùn)動(dòng)的速度和方向。
所述步驟I包括以下步驟
步驟1-1 :對(duì)地基云像進(jìn)行去噪；步驟1-2 :銳化地基云像。所述步驟1-1中，通過采用中值濾波法對(duì)地基云像進(jìn)行去噪；I(i, j)表示圖像I在(i，j)點(diǎn)的灰度值，濾波窗口為5X5領(lǐng)域，Med{Xl，x2，…，xn} 表示取Xl，X2，. . .，xn序列的中值，則中值濾波結(jié)果為M(i,j) = Md{I (i+r, j+s)r, s G {_2，_1，0，1，2}} (1)。所述步驟1-2中，基于拉普拉斯變換銳化地基云像；二元圖像函數(shù)f (x，y)的拉普拉斯變換定義為
權(quán)利要求
1.一種面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟I :對(duì)地基云像進(jìn)行預(yù)處理； 步驟2:地基云圖二值化； 步驟3 :檢測(cè)和標(biāo)注云團(tuán)，并提取云團(tuán)質(zhì)心； 步驟4 :預(yù)估云團(tuán)運(yùn)動(dòng)的速度和方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，其特征在于所述步驟I包括以下步驟 步驟1-1 :對(duì)地基云像進(jìn)行去噪； 步驟1-2:銳化地基云像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，其特征在于所述步驟1-1中，通過采用中值濾波法對(duì)地基云像進(jìn)行去噪； I(i, j)表示圖像I在(i，j)點(diǎn)的灰度值，濾波窗口為5X5領(lǐng)域，Medlx1, x2，...，xn}表示取X1, X2, . . . , Xn序列的中值，則中值濾波結(jié)果為M(i，j) =Md{I(i+r, j+s)r, s e {-2,-I, O, 1,2}} (I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，其特征在于所述步驟1-2中，基于拉普拉斯變換銳化地基云像； 二元圖像函數(shù)f(x，y)的拉普拉斯變換定義為 銳化后的圖像g(x，y)表示為 g(x,y) = f(x,y)-Vzf{x,y)(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，其特征在于所述步驟2 中，根據(jù)紅藍(lán)通道分量比，并設(shè)置閾值O. 55彡Y彡0.8，進(jìn)而得到二值圖像Binary (i, j)表示為 D. η I I5 Binary(ij) = (4> 其中，R(i，j)和B(i，j)分別表示地基云像紅通道分量和藍(lán)通道分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，其特征在于所述步驟3包括以下步驟 步驟3-1 :檢測(cè)和標(biāo)注云團(tuán)； A)在二值圖中，若像素值為I坐標(biāo)為(i，j)的像素點(diǎn)為P，則搜索P的8連接點(diǎn)，8連接像素的坐標(biāo)集為{(i-1，j-1), (i-1，j)，(i-1，j+1), (i, j_l), (i, j+1), (i+1，j-1), (i+1，j)， (i+1, j+1)}； B)對(duì)P點(diǎn)的8連接坐標(biāo)集對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)中選擇像素值為I的點(diǎn)并分別對(duì)其再次展開8連接點(diǎn)搜索，如此反復(fù)，并且每個(gè)像素點(diǎn)不能重復(fù)被搜索，直至所有所有點(diǎn)的8連接點(diǎn)均為已搜索的點(diǎn)或者像素值為O的點(diǎn)，結(jié)束搜索并標(biāo)注團(tuán)塊；c)團(tuán)塊的標(biāo)注按照檢索的順序，第一次檢索到的團(tuán)塊標(biāo)記為“1”，第二次檢索到的團(tuán)塊標(biāo)記為“2”，以此類推； 步驟3-2 :提取云團(tuán)質(zhì)心； 假設(shè)每條邊都經(jīng)過團(tuán)塊A的最大矩形的左上角頂點(diǎn)坐標(biāo)為(Ax1, Ay1)，右下角頂點(diǎn)坐標(biāo)為(Axn，Ayn)，則團(tuán)塊A的質(zhì)心坐標(biāo)為(Ax，Ay)，其中
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，其特征在于所述步驟4包括以下步驟 步驟4-1 :定義云團(tuán)運(yùn)動(dòng)速度和方向； 建立以球面圖像中心為坐標(biāo)原點(diǎn)的極坐標(biāo)系，設(shè)中心坐標(biāo)為(X。，y。)，像素點(diǎn)P的原始坐標(biāo)為U，y)，其中X幸X。,則圖像上P點(diǎn)的極坐標(biāo)表示為
全文摘要
本發(fā)明提供一種面向光伏功率預(yù)測(cè)的云團(tuán)運(yùn)動(dòng)預(yù)估方法，包括以下步驟對(duì)地基云像進(jìn)行預(yù)處理；地基云圖二值化；檢測(cè)和標(biāo)注云團(tuán)，并提取云團(tuán)質(zhì)心；預(yù)估云團(tuán)運(yùn)動(dòng)的速度和方向。該方法通過在時(shí)間序列圖像中對(duì)每團(tuán)塊進(jìn)行跟蹤學(xué)習(xí)確定未來云團(tuán)移動(dòng)的速度和方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來云團(tuán)運(yùn)動(dòng)的預(yù)估，為光伏電站超短期0-4小時(shí)內(nèi)分鐘級(jí)功率預(yù)測(cè)提供了重要的數(shù)據(jù)源。
文檔編號(hào)G06Q50/06GK102915470SQ20121035297
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者陳志寶, 程序, 周海, 丁杰, 崔方, 陳穎, 丁宇宇, 王知嘉, 曹瀟, 譚志萍, 于炳霞, 周強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司