一種基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，包括以下步驟：利用天氣型的晴空預(yù)測方法預(yù)測光伏電站未來4h的光伏超短期發(fā)電功率；模擬光伏電站未來4h的云量信息，并對由于云遮擋造成的水平面輻照度衰減進行預(yù)測數(shù)據(jù)校正，完成對光伏電站超短期功率的預(yù)測。本發(fā)明提供的預(yù)測方法相對晴空工況光伏功率超短期預(yù)測模型在對云量遮擋信息捕捉方面有很大的優(yōu)勢，相較于基于地基云圖的光伏功率超短期預(yù)測模型預(yù)測的有效時間長度有很大的提高。
【專利說明】一種基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏功率預(yù)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來大規(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性和波動性，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行造成影響。對光伏電站的輸出功率進行準(zhǔn)確預(yù)測，能為電力調(diào)度提供重要的決策支持，能夠統(tǒng)籌安排常規(guī)電源和光伏發(fā)電的協(xié)調(diào)配合，有效的降低電力系統(tǒng)運行成本，使得光伏資源得到充分的利用，從而獲得更大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率很大程度上決定于光伏面板所能接收到的太陽輻射量，容易受到天氣因素的影響，因而具有間歇性、波動性和隨機性的缺點，從而造成其輸出功率不穩(wěn)定且難以預(yù)測。這一缺點不僅影響了電能質(zhì)量，甚至?xí)绊懻麄€電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此研究光伏系統(tǒng)的發(fā)電預(yù)測技術(shù)對于電力系統(tǒng)而言具有重要意義。
[0003]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)致輸出功率的隨機性和波動性。而云作為影響太陽地面輻照量的主要氣象要素，其生消和移動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)測方法主要根據(jù)歷史氣象要素數(shù)據(jù)和光伏電站輸出功率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析或機器學(xué)習(xí)進行預(yù)測，有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型和基于支持向量機的預(yù)測模型，涉及氣象云圖數(shù)據(jù)對光伏電站進行功率預(yù)測的文獻并不多，主要停留在探索和嘗試階段，所以基于這些文獻的方法進行光伏功率預(yù)測，還存在一定的預(yù)測精度問題。國外有學(xué)者根據(jù)氣象衛(wèi)星云圖預(yù)估云層移動情況進行太陽輻照度預(yù)測，所涉及的衛(wèi)星云圖的時間分辨率最小為30min，最小空間分辨率為
2.5km2。盡管借助衛(wèi)星云圖在揭示地區(qū)云覆蓋特征時不失為一種很好的方法，但是其時空分辨率相對較低，又因為地基云圖的小區(qū)域進行拍攝，其拍攝的空間范圍有限，云團在預(yù)測的時間內(nèi)，天空中的云團已經(jīng)移動出了設(shè)備的采集范圍，所以很難利用實時云圖采集信息實現(xiàn)對未來4小時的超短期預(yù)測,在地基云圖中，一旦云團移動云圖的范圍,所有米用地基云圖進行光伏功率預(yù)測的模型將會失效，將不能進行功率的準(zhǔn)確預(yù)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為準(zhǔn)確預(yù)測未來四小時由于光伏電站周圍云量變化和遮擋，所引起的輻射衰減而導(dǎo)致的光伏電站發(fā)電功率瞬時下降，以提高光伏超短期功率預(yù)測的精度，本發(fā)明提供一種基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，該方法相對晴空工況光伏功率超短期預(yù)測模型在對云量遮擋信息捕捉方面有很大的優(yōu)勢，相較于基于地基云圖的光伏功率超短期預(yù)測模型預(yù)測的有效時間長度有很大的提高。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供一種基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，所述方法包括以下步驟:[0007]步驟1:利用天氣型的晴空預(yù)測方法預(yù)測光伏電站未來4h的光伏超短期發(fā)電功率；
[0008]步驟2:模擬光伏電站未來4h的云量信息，并對由于云遮擋造成的水平面輻照度衰減進行預(yù)測數(shù)據(jù)校正，完成對光伏電站超短期功率的預(yù)測。
[0009]所述步驟I中，采用臨近相似天氣型的歷史功率和實測的輻射數(shù)據(jù)進行曲線相關(guān)性擬合，通過光電轉(zhuǎn)換模型建立光伏超短期發(fā)電功率預(yù)報晴空模型，以預(yù)測未來4h的光伏超短期發(fā)電功率。
[0010]所述步驟I中，晴空預(yù)測方法中，由于光伏電站無云量信息的影響，太陽輻照度的直接輻射R(t)與光伏電站水平面輻照度的總輻射相等，于是設(shè)t時刻光伏電站水平面輻照度的總輻射為R(t)，且滿足:
[0011]F (R(t)) = aR(t)2+bR(t)-c(I)
[0012]其中，a、b、c是二次曲線關(guān)系式的對應(yīng)項系數(shù)；F(R(t))為光伏電站預(yù)測發(fā)電功率；
[0013]將對應(yīng)時刻的光伏電站水平面輻照度的總輻射代入式(1)，即可完成對光伏電站未來4h的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測。
[0014]所述步驟2中，使用數(shù)值天氣預(yù)報預(yù)測的氣象數(shù)據(jù)對光伏電站未來4h的云量信息進行模擬；所述氣象數(shù)據(jù)包括云量數(shù)據(jù)、水平面直射/散射輻射數(shù)據(jù)以及不同云量高度的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。
[0015]所述步驟2具體包括以下步驟:
[0016]步驟2-1:生成模式云圖；
[0017]采用亮溫法云量診斷方法，使用天氣預(yù)報模式生成云量診斷的模式云圖；
[0018]步驟2-2:進行模式云圖遮擋計算；
[0019]其中包括模式云團提取、模式云團水平面投影計算、模式云團移動時間和方向計算、模式云圖遮擋光伏電站判定和模式云圖輻射衰減。
[0020]所述步驟2-2中，采用最大類間方差自適應(yīng)閾值分割算法對模式云團進行提取，
假設(shè)模式云圖的灰度級為L，第i個灰度級的像素個數(shù)為叫，則總的像素數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:利用天氣型的晴空預(yù)測方法預(yù)測光伏電站未來4h的光伏超短期發(fā)電功率； 步驟2:模擬光伏電站未來4h的云量信息，并對由于云遮擋造成的水平面輻照度衰減進行預(yù)測數(shù)據(jù)校正，完成對光伏電站超短期功率的預(yù)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟I中，采用臨近相似天氣型的歷史功率和實測的輻射數(shù)據(jù)進行曲線相關(guān)性擬合，通過光電轉(zhuǎn)換模型建立光伏超短期發(fā)電功率預(yù)報晴空模型，以預(yù)測未來4h的光伏超短期發(fā)電功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟I中，晴空預(yù)測方法中，由于光伏電站無云量信息的影響，太陽輻照度的直接輻射R(t)與光伏電站水平面輻照度的總輻射相等，于是設(shè)t時刻光伏電站水平面輻照度的總輻射為R (t)，且滿足: F (R(t)) = aR(t)2+bR(t)-c(I) 其中，a、b、c是二次曲線關(guān)系式的對應(yīng)項系數(shù)；F(R(t))為光伏電站預(yù)測發(fā)電功率； 將對應(yīng)時刻的光伏電站水平面輻照度的總輻射代入式(1)，即可完成對光伏電站未來4h的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟2中，使用數(shù)值天氣預(yù)報預(yù)測的氣象數(shù)據(jù)對光伏電站未來4h的云量信息進行模擬；所述氣象數(shù)據(jù)包括云量數(shù)據(jù)、水平面直射/散射輻射數(shù)據(jù)以及不同云量高度的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟2具體包括以下步驟: 步驟2-1:生成模式云圖； 采用亮溫法云量診斷方法，使用天氣預(yù)報模式生成云量診斷的模式云圖； 步驟2-2:進行模式云圖遮擋計算； 其中包括模式云團提取、模式云團水平面投影計算、模式云團移動時間和方向計算、模式云圖遮擋光伏電站判定和模式云圖輻射衰減。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟2-2中，采用最大類間方差自適應(yīng)閾值分割算法對模式云團進行提取，假設(shè)模式云圖的灰度級為L，第i個灰度級的像素個數(shù)為叫，則總的像素數(shù)
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟2-2中，通過天氣預(yù)報模式實現(xiàn)對N層云量的診斷，設(shè)第j層模式云圖為ILj,其中的模式云團為Ii，其中j SN，模式云圖1h距離地面高度為％，太陽高度角as由緯度P、時角ω、赤緯角δ計算得到，其中，根據(jù)光伏電站基礎(chǔ)信息查得緯度P，時角ω等于離正午的小時數(shù)乘以15°，赤緯角δ的表達式如下:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟2-2中，當(dāng)?shù)趈層模式云圖的水平面太陽投影遮擋光伏電站時，即為遮擋，利用風(fēng)速對模式云團運動的影響，計算未來4h的模式云團的水平面太陽投影的運動軌跡，設(shè)光伏電站A的坐標(biāo)為(xA，yA)，對應(yīng)的風(fēng)速為Vi，風(fēng)向角為Θ，其中斜率φ可以由A和Ii"的坐標(biāo)確定，有:
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟2-2中，在各層模式云圖中，只要有某個模式云團的水平面太陽投影對光伏電站A產(chǎn)生遮擋,都會對光伏電站A的福射產(chǎn)生衰減；假設(shè)在第j層模式云圖1Lj中有模式云團Ii在地面投影像素出現(xiàn)在光伏電站A位置處，即可判定該模擬云團對光伏電站A產(chǎn)生遮擋，其遮擋狀態(tài)為Si, Si e (O, I),所以光伏電站A的覆蓋狀態(tài)Sm為:Sm=^i山 若有Sm > 0，則判定光伏電站A為覆蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于云量模擬的光伏超短期發(fā)電功率的預(yù)測方法，其特征在于:所述步驟2-2的模式云圖輻射衰減中，設(shè)模式云圖的遮擋輻照度衰減系數(shù)為P，其中O≤P≤1，設(shè)太陽輻照度的散射輻射為r(t)，則有:
【文檔編號】G06Q50/06GK103971169SQ201410147280
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】朱想, 周海, 丁宇宇, 程序, 崔方, 王知嘉, 陳志寶, 曹瀟, 譚志萍, 于炳霞, 周強, 丁煌 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院