基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，屬于光伏發(fā) 電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求缺口不斷加大。為促進(jìn)可持續(xù)發(fā) 展，可再生能源需要被合理地開發(fā)利用。太陽能作為永久性能源，具有無污染、分布廣等優(yōu) 點(diǎn)，被國際公認(rèn)為未來最有競爭力的能源之一。獲取代表性輻射數(shù)據(jù)，分析評(píng)估光伏資源狀 況，是開發(fā)利用太陽能的基礎(chǔ)。
[0003] 由于我國的太陽能總輻射觀測站較少，太陽輻射觀測資料相對(duì)欠缺。同時(shí)我國氣 候?qū)W計(jì)算方法的研究還不成熟，只有少數(shù)地區(qū)擬合出一些簡單的太陽輻射公式，而這些公 式的適用范圍通常會(huì)受到地域和氣候等諸多客觀因素的制約，這極大地限制了我國在該領(lǐng) 域的進(jìn)一步研究。利用回歸模型構(gòu)建太陽輻射數(shù)據(jù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于可以通過計(jì)算機(jī)來快速 操作和運(yùn)行數(shù)學(xué)模型，快速準(zhǔn)確地獲得輻射數(shù)據(jù)，保證太陽能資源的合理開發(fā)利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有發(fā)明中明顯的不足，提出了基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源 評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，可滿足光伏發(fā)電規(guī)劃工程應(yīng)用的需求。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資 源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，包括以下步驟：
[0006] 1)基于正弦和余弦波理論，提出太陽總輻射模型；
[0007] 2)確定刻畫變量關(guān)系的線性模型和優(yōu)化判據(jù)；
[0008] 3)獲得關(guān)于a，b為未知數(shù)的兩個(gè)方程；
[0009] 4)求解這個(gè)方程組，確定回歸系數(shù)；
[0010] 5)將回歸系數(shù)帶入模型，得到基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成 方法。
[0011] 作為優(yōu)化，在步驟1)中，太陽總輻射模型公式：
[0013] 式中：1為日太陽總輻射值；η為從1月1日開始計(jì)算的天數(shù)（例如，1月1日，η = 1 ;12月31日，η = 365) ;a，b，c，d和e為回歸系數(shù)。
[0014] 作為優(yōu)化，在步驟2)中，線性模型公式為：
[0015] y = a+bx+ ε ；
[0016] 式中：a，b是未知常數(shù)，為回歸系數(shù)；ε為誤差項(xiàng)的隨機(jī)變量；
[0017] 優(yōu)化判據(jù)公式：
[0019] 式中：η為樣本容量，即實(shí)驗(yàn)次數(shù)；Xp Y1分別為任意一組實(shí)驗(yàn)x，y的數(shù)值。
[0020] 作為優(yōu)化，在步驟3)中，兩個(gè)方程為：
[0026] 有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：采用本發(fā)明所提出的基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資 源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，能夠生成可行性和準(zhǔn)確性較高的光伏輻射數(shù)據(jù)，滿足實(shí) 際的工程需要，為相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)理論研究和實(shí)際工程應(yīng)用打下重要的基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明輻射數(shù)據(jù)生成方法的具體流程圖；
[0028] 圖2為采用本發(fā)明的某城市的歷史（1994-2009年）日太陽輻射數(shù)據(jù)和平均日太 陽輻射數(shù)據(jù)分布圖。 具體實(shí)施方案
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)流程進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0030] 為了便于說明本發(fā)明原理，本發(fā)明選取了從國家氣象局獲取的某城市的太陽輻射 數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，具體過程如圖1所示。
[0031] 1)基于正弦和余弦波理論，提出太陽總輻射模型：
[0033] 式中：1為日太陽總輻射值；η為從1月1日開始計(jì)算的天數(shù)（例如，1月1日，η = 1 ;12月31日，η = 365) ;a，b，c，d和e為回歸系數(shù)。
[0034] 2)對(duì)選定的城市歷年各日期的太陽輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行求和平均計(jì)算得到該城市各日 期的太陽輻射數(shù)據(jù)平均值。太陽總輻射橫軸以日期為坐標(biāo)，縱軸是各日期歷年太陽總輻射 的平均值。某城市的歷史（1994-2009年）日太陽輻射數(shù)據(jù)和平均日太陽輻射數(shù)據(jù)如圖2 所示，黑點(diǎn)代表歷史（1994-2009年）日太陽輻射數(shù)據(jù)，紅點(diǎn)代表平均日太陽輻射數(shù)據(jù)。
[0035] 3)確定刻畫變量關(guān)系的線性模型和優(yōu)化判據(jù)。
[0036] 對(duì)于具有線性關(guān)系的兩個(gè)變量，可以借助于線性模型來刻畫它們的關(guān)系：
[0037] y = a+bx+ ε ； (2)
[0038] 式中a，b是未知常數(shù)，稱為回歸系數(shù)；ε稱為誤差項(xiàng)的隨機(jī)變量。它反映了除x 和y之間的線性關(guān)系之外的隨機(jī)因素對(duì)y的影響，是不能有X和y之間的線性關(guān)系所解釋 的變異性。
[0039] 為建立這直線方程就要確定a和b的值，將實(shí)測值￥1與利用直線方程Y = a+bX的 計(jì)算值$ ( 6 = ? + />& )的離差;^ $的平方和
最小為優(yōu)化判據(jù)。
[0040] 令：
[0041]
[0042] η為樣本容量，即實(shí)驗(yàn)次數(shù)；Xl，yi分別為任意一組實(shí)驗(yàn)X，y的數(shù)值。
[0043] 把Yj= a+bX』代入⑵中得：
[0045] 4)獲得關(guān)于a，b為未知數(shù)的兩個(gè)方程。
[0046]
最小時(shí)，可用Φ函數(shù)對(duì)a，b求偏導(dǎo)數(shù)，令這兩個(gè)偏導(dǎo)數(shù)等于零。
[0051] 5)求解這個(gè)關(guān)于a，b為未知數(shù)的方程組，確定回歸系數(shù)。
[0054] 6)將回歸系數(shù)帶入公式，得到基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成 方法。該城市含回歸系數(shù)的太陽總輻射模型為：
[0056] 生成的全年逐日的代表性太陽輻射數(shù)據(jù)如表1所示。
[0057] 7)對(duì)本發(fā)明提出的模型進(jìn)行性能評(píng)估。該城市利用該方法生成的數(shù)據(jù)平均百分比 誤差（MPE)為0. 7772%，平均絕對(duì)百分比誤差（MAPE)為7. 2236%，平均絕對(duì)偏差（MABE)為 0. 9301MJ/m2,均方根誤差（RMSE)為I. 2804MJ/m2,相關(guān)系數(shù)（R)為0. 9733。分析誤差指標(biāo)， 結(jié)果表明了提出的經(jīng)驗(yàn)回歸模型有著較高的可行性和準(zhǔn)確性，生成的日太陽總輻射數(shù)據(jù)可 滿足工程和科學(xué)研究的需要。
[0058]表 1



【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，其特征在于：包括以下步 驟： 1) 基于正弦和余弦波理論，提出太陽總輻射模型； 2) 確定刻畫變量關(guān)系的線性模型和優(yōu)化判據(jù)； 3) 獲得關(guān)于a，b為未知數(shù)的兩個(gè)方程； 4) 求解這個(gè)方程組，確定回歸系數(shù)； 5) 將回歸系數(shù)帶入模型，得到基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方 法。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，其 特征在于：在步驟1)中，太陽總輻射模型公式：式中：1為日太陽總輻射值；n為從1月1日開始計(jì)算的天數(shù)（例如，1月1日，n= 1 ; 12月31日，n= 365) ;a，b，c，d和e為回歸系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，其 特征在于：在步驟2)中，線性模型公式為： y=a+bx+e； 式中：a，b是未知常數(shù)，為回歸系數(shù)；e為誤差項(xiàng)的隨機(jī)變量； 優(yōu)化判據(jù)公式：式中m為樣本容量，即實(shí)驗(yàn)次數(shù)；Xi，Y1分別為任意一組實(shí)驗(yàn)x，y的數(shù)值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，其 特征在于：在步驟3)中，兩個(gè)方程為：5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，其 特征在于：在步驟4)中，回歸系數(shù)a，b的解為：
【專利摘要】本發(fā)明是基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，可應(yīng)用于太陽能相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用。本發(fā)明中，基于正弦和余弦波理論，提出了太陽輻射模型。依據(jù)光伏發(fā)電歷史輻射數(shù)據(jù)，對(duì)回歸函數(shù)的系數(shù)作估計(jì)，獲得了基于經(jīng)驗(yàn)回歸的光伏資源評(píng)估代表性輻射數(shù)據(jù)生成方法，可構(gòu)成代表性太陽輻射數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)有較高的代表性和準(zhǔn)確性，可以滿足光伏資源評(píng)估的需要，是光伏相關(guān)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)、氣象、建筑等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號(hào)】CN105046091
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510509615
【發(fā)明人】臧海祥, 郭勉, 衛(wèi)志農(nóng), 孫國強(qiáng), 孫永輝, 朱瑛, 陳 勝, 楚云飛
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年8月18日