一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大規(guī)模發(fā)展新能源是國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。太陽能是公認(rèn)的分 布廣泛、使用安全的優(yōu)質(zhì)新能源，而光伏發(fā)電作為高效利用太陽能資源的方式，其研究和應(yīng) 用日益得到重視和推廣，成為傳統(tǒng)能源的有益補(bǔ)充。然而光伏發(fā)電不同于傳統(tǒng)發(fā)電的最大 特點(diǎn)在于其受光照強(qiáng)度及溫度等外界環(huán)境影響而產(chǎn)生的隨機(jī)波動(dòng)性，因此，利用現(xiàn)有光伏 發(fā)電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)氣象預(yù)報(bào)可得的光照強(qiáng)度、溫度等預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng) 輸出功率的預(yù)測(cè)，是一項(xiàng)極具意義的課題，對(duì)于優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行，改善光伏與其他能 源接口配置，具有較高參考價(jià)值。相應(yīng)地，如何利用這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高效、精確的預(yù)測(cè)，成為 重要的研究課題。
[0003] 針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率預(yù)測(cè)，目前已有較多方法。從時(shí)間間隔角度，大致分為 長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)（小時(shí)級(jí)以上）及短時(shí)預(yù)測(cè)（分鐘級(jí)）兩類。其中短時(shí)預(yù)測(cè)對(duì)算法的實(shí)時(shí)性要求較 高。從數(shù)學(xué)算法角度，應(yīng)用較多的包括數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法和人工智能方法兩類。從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)角 度，基于模型的需要綜合考慮系統(tǒng)位置、環(huán)境、氣象等因素，基于數(shù)據(jù)的則需要輔以充足的 數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)處理算法。但現(xiàn)有的輸出功率預(yù)測(cè)在高效和實(shí)用性上均存在不足。
[0004] 因此，需要提供一種利用光伏發(fā)電系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)及氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單但高效、實(shí) 用的光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)短 時(shí)輸出功率的準(zhǔn)確、快速預(yù)測(cè)。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0007] -種光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：
[0008] S1、對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并將歸一化處理后的光伏發(fā)電 系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)作為支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本；
[0009] S2、根據(jù)支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本進(jìn)行支持向量機(jī)的訓(xùn)練并利用雙網(wǎng)格搜索進(jìn)行參 數(shù)優(yōu)化，得到參數(shù)優(yōu)化后的光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)模型；
[0010] S3、對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；
[0011] S4、將歸一化處理后的光伏發(fā)電系統(tǒng)的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為參數(shù)優(yōu)化后的光伏發(fā)電 系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)模型的輸入變量，計(jì)算得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)值。
[0012] 優(yōu)選地，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)包光伏發(fā)電系統(tǒng)所處地區(qū)的外界溫度，光 照強(qiáng)度，以及根據(jù)光照強(qiáng)度和現(xiàn)有的基本光伏模型推算出的功率輸出。
[0013] 優(yōu)選地，步驟S2進(jìn)一步包括如下子步驟：
[0014] S2.1、根據(jù)支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本進(jìn)行支持向量機(jī)的訓(xùn)練，得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的 功率預(yù)測(cè)模型，光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)模型為：
[0015] i-l
[0016] 其中，X為模型輸入變量；
[0017] f(x)為模型輸出變量；
[0018] N是訓(xùn)練樣本維數(shù)；
[0019] cii和 <是拉格朗日乘子，滿足
[0020]
，參數(shù)C為懲罰因子；
[0021] Xi為第i個(gè)訓(xùn)練樣本，為第j個(gè)訓(xùn)練樣本；
[0022] K(Xl，Xj)為支持向量機(jī)的核函數(shù)：
[0023] K(x，xi) = exp(_g | | χ-xi | |2)，g>0
[0024] exp表示指數(shù)函數(shù);參數(shù)g為該核函數(shù)的臨界參數(shù)；
[0025] b為偏置項(xiàng)；
[0026] S2.2、采用雙網(wǎng)格搜索算法，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)模型中的參數(shù)c和g進(jìn)行 優(yōu)化，得到參數(shù)優(yōu)化后的光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)模型。
[0027] 優(yōu)選地，步驟S2.2進(jìn)一步包括如下子步驟：
[0028] S2.2.1、在參數(shù)c和g的大網(wǎng)格搜索范圍內(nèi)，利用大搜索步長(zhǎng)Sbig進(jìn)行搜索，根據(jù)搜 索結(jié)果逐步計(jì)算均方根誤差，均方根誤差最小值對(duì)應(yīng)的（c，g)為局部最優(yōu)值，記為（c，g )local ;
[0029] S2.2.2、在以局部最優(yōu)值(c，g) 1。。31為中心的小網(wǎng)格搜索范圍內(nèi)，利用小搜索步長(zhǎng) δ_η進(jìn)行二次搜索，根據(jù)搜索結(jié)果逐步計(jì)算均方根誤差，均方根誤差最小值對(duì)應(yīng)的(c，g)為 全局最優(yōu)值((^g)。#^，從而完成對(duì)參數(shù)c和g的優(yōu)化，得到參數(shù)優(yōu)化后的光伏發(fā)電系統(tǒng)的 功率預(yù)測(cè)模型。
[0030] 優(yōu)選地，所述大網(wǎng)格搜索范圍的搜索半徑為108,所述小網(wǎng)格搜索范圍的搜索半徑 為 1〇3。
[0031] 優(yōu)選地，所述大搜索步長(zhǎng)Sbig為ΙΟ*3·8,所述小搜索步長(zhǎng)δ_η為?ο 0·1。
[0032] 優(yōu)選地，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)包括天氣預(yù)報(bào)給出的光伏發(fā)電系統(tǒng)所 處地區(qū)的環(huán)境溫度以及光照強(qiáng)度預(yù)測(cè)值。
[0033]本發(fā)明的有益效果如下：
[0034]本發(fā)明所述技術(shù)方案針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，采用雙網(wǎng)格搜 索算法對(duì)支持向量機(jī)的最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，從而實(shí)現(xiàn)大范圍快速搜索與小范圍精確搜索相 結(jié)合，避免了傳統(tǒng)支持向量機(jī)參數(shù)尋優(yōu)算法精度和速度的矛盾。進(jìn)而，將最優(yōu)支持向量機(jī)模 型應(yīng)用至光伏發(fā)電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速精確的功率輸出預(yù)測(cè)。
【附圖說明】
[0035]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0036] 圖1示出光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)方法的流程圖。
[0037] 圖2示出光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)方法中的數(shù)據(jù)流及參數(shù)尋優(yōu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體 描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0039] 如圖1所示，本實(shí)施例提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)方法包括如下步驟：
[0040] S1、對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并將歸一化處理后的光伏發(fā)電 系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)作為支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本；
[0041 ] S2、根據(jù)支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本進(jìn)行支持向量機(jī)的訓(xùn)練并利用雙網(wǎng)格搜索進(jìn)行參 數(shù)優(yōu)化，得到參數(shù)優(yōu)化后的光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)模型；
[0042] S3、對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；
[0043] S4、將歸一化處理后的光伏發(fā)電系統(tǒng)的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為參數(shù)優(yōu)化后的光伏發(fā)電 系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)模型的輸入變量，計(jì)算得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)值。
[0044] 其中
[0045] 步驟S1中光伏發(fā)電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)包括三類:光伏發(fā)電系統(tǒng)所處地區(qū)的外界溫 度，光照強(qiáng)度，以及根據(jù)光照強(qiáng)度和現(xiàn)有的基本光伏模型推算出的功率輸出。數(shù)據(jù)間隔通常 為分鐘級(jí)，例如5分鐘間隔?；竟夥Ｐ凸饺纾?)-(3)式所描述：
[0046] V 、. 、 '人
，
[0047] 上式（1)中，P為光伏陣列輸出功率;V為光伏陣列輸出電壓；Isc為光伏陣列短路電 流;V。。為光伏陣列開路電壓;參數(shù)C^C^DI及DV的計(jì)算式如下：
[0048]
[0049] 上式(2)中，Im和Vm為最大功率點(diǎn)電流和電壓。
[0050]
[0051] 上式(3)中，R為光照強(qiáng)度;Rref和Tref分別為光照強(qiáng)度和外界溫度的參考值，一般可 取為lkW/m 2,25°C;a和β分別為參考光照強(qiáng)度下電流及電壓變化溫度系數(shù);RS為光伏陣列的 串聯(lián)電阻;T c為光伏電池板溫度。
[0052] 步驟S2進(jìn)一步包括如下子步驟：
[0053 ] S2.1、根據(jù)支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本進(jìn)行支持向量機(jī)的訓(xùn)練，得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的 功率預(yù)測(cè)模型，訓(xùn)練過程為：
[0054]確定支持向量機(jī)實(shí)施凸優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，即最小化二次型函數(shù)：
[0055]
!=1 !=