專利名稱：結(jié)合衛(wèi)星遙感與氣象遙測(cè)技術(shù)的光伏超短期功率預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏發(fā)配電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)光伏電站進(jìn)行超短期(未來(lái)0-4小 時(shí))功率預(yù)測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
超短期光伏電站功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)能夠有效解決光伏電站并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行期間的間歇 性和波動(dòng)性的問(wèn)題，實(shí)時(shí)修正電網(wǎng)調(diào)度部門的發(fā)電計(jì)劃，保障電網(wǎng)安全，最大限度的提高光 伏電站等綠色能源的利用效率。常規(guī)的超短期光伏電站功率預(yù)測(cè)以自動(dòng)氣象站遙測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用優(yōu)選的統(tǒng)計(jì) 方法進(jìn)行建模，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來(lái)0-4小時(shí)的發(fā)電功率，此方法在一定程度上，實(shí)現(xiàn)了超短期光 伏電站功率的預(yù)測(cè)。但更深層次、更精確的光伏電站功率預(yù)測(cè)需要引入更多的穩(wěn)定可靠的 數(shù)據(jù)源，衛(wèi)星云圖能夠捕捉大范圍的水汽、可見(jiàn)光及云量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)影響太陽(yáng)輻射要素 的敏感因子(如云量、云的類型、云層厚度、云頂高度等)，及時(shí)跟蹤天氣系統(tǒng)移動(dòng)路徑和趨 勢(shì)(如云跡風(fēng)技術(shù))，是一種能有效提高超短期光伏電站功率預(yù)測(cè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)源。因此，結(jié)合衛(wèi)星遙感與氣象遙測(cè)技術(shù)進(jìn)行超短期光伏電站功率預(yù)測(cè)，能夠改進(jìn)完 善功率預(yù)測(cè)算法模型，有效提高光伏電站功率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)光伏電站發(fā)電功率進(jìn)行準(zhǔn)確的超短期預(yù)測(cè)的方法， 提高光伏發(fā)電利用率，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。本發(fā)明提供了結(jié)合衛(wèi)星遙感云圖與地面自動(dòng)氣象站遙測(cè)實(shí)時(shí)氣象要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行 光伏電站超短期功率預(yù)測(cè)的方法，包括以下步驟1)對(duì)地面自動(dòng)氣象站歷史資料進(jìn)行分析，根據(jù)不同的天氣現(xiàn)象進(jìn)行分類，篩選出 各種天氣現(xiàn)象類型下的總輻射照度數(shù)據(jù)。2)根據(jù)大氣層頂太陽(yáng)高度角的日變化規(guī)律，計(jì)算北半球大氣上界太陽(yáng)短波輻射輻 照度的日變化過(guò)程。設(shè)北半球大氣上界任意位置單位面積上接收的太陽(yáng)短波輻射為S，忽略度變化引 起的太陽(yáng)至大氣上界距離影響S = S0SinhSinh = sin α sin θ +sin α cos θ costS = S0Sin α (sin θ +cos θ cost)(1)其中，θ為太陽(yáng)赤緯，t為時(shí)角，S。取1368W/m2(WM0 1981)，h為太陽(yáng)高度角。若考慮不同日期日地距離差異(孑/d)
2=1.000110+0.034221coseo+0.001280sin9o+0.000719cos2eo+0.000077sin2Go 其
中，^= (2πΝ-1)/365，N是一年中的第幾天，則到達(dá)北半球大氣上界任意位置單位面積 的太陽(yáng)輻射可以寫(xiě)為
S=So sina ( sin9+cos0cost) ( i/ /d) 2 CosGsun( 2 )其中J為日地平均距離，d是日地距離，cos θ _是太陽(yáng)天頂角的余弦。3)利用地面輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)質(zhì)量控制，并濾除大氣上界太陽(yáng)短波輻射日變化特 征，得到太陽(yáng)短波輻射在大氣中的衰減△ (t)。4)利用氣象衛(wèi)星遙感資料中的云跡風(fēng)技術(shù)，推測(cè)未來(lái)0-4小時(shí)范圍內(nèi)水汽及云量 等主要輻射影響因子的變化情況，進(jìn)而得到未來(lái)0-4小時(shí)的天氣現(xiàn)象。5)根據(jù)預(yù)測(cè)出的天氣現(xiàn)象找出對(duì)應(yīng)的Δ (t)變化規(guī)律，預(yù)測(cè)出未來(lái)0-4小時(shí)的地 面太陽(yáng)輻射接收值。6)將地面太陽(yáng)輻射預(yù)測(cè)值輸入光伏電站功率預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)得到未來(lái)0-4小時(shí)的 光伏電站功率。本發(fā)明提供的結(jié)合衛(wèi)星遙感云圖與地面自動(dòng)氣象站遙測(cè)實(shí)時(shí)氣象要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行 光伏電站超短期功率預(yù)測(cè)的方法，立足于解決光伏電站等新能源的發(fā)電并網(wǎng)調(diào)度問(wèn)題，其 核心在于綜合衛(wèi)星遙感云圖云跡風(fēng)算法技術(shù)與地面自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)遙測(cè)技術(shù)，進(jìn)行超短期 光伏電站功率預(yù)測(cè)，有效提高了綠色能源的利用效率，顯著提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
圖1是算法邏輯流程圖。圖2是太陽(yáng)輻射衰減示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的光伏超短期功率預(yù)測(cè)算法主要在于提高光伏電站超短期功率預(yù)測(cè)的精 度，由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成不同天氣現(xiàn)象類型下的△ (t)計(jì)算，太陽(yáng)輻射預(yù)測(cè)，光伏電站功率預(yù) 測(cè)，算法流程如圖1所示。不同天氣現(xiàn)象類型下的△ (t)計(jì)算首先對(duì)不同的天氣現(xiàn)象進(jìn)行 分類，篩選出各種天氣現(xiàn)象類型下的總輻射照度數(shù)據(jù)，再計(jì)算北半球大氣上界太陽(yáng)短波輻 射輻照度的日變化過(guò)程，兩者進(jìn)行想減，得出衰減△ (t)，如圖2所示；太陽(yáng)輻射預(yù)測(cè)則利用 氣象衛(wèi)星遙感資料中的云跡風(fēng)技術(shù)，推測(cè)得到未來(lái)0-4小時(shí)的天氣現(xiàn)象，然后找出對(duì)應(yīng)的 Δ (t)變化規(guī)律，預(yù)測(cè)出未來(lái)0-4小時(shí)的地面太陽(yáng)輻射接收值；光伏電站功率預(yù)測(cè)則將地面 太陽(yáng)輻射預(yù)測(cè)值輸入光伏電站功率預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)得到未來(lái)0-4小時(shí)的光伏電站功率。1. Δ (t)計(jì)算Stepl 收集整理地面自動(dòng)氣象站資料，去除各種偽數(shù)據(jù)，保留合理數(shù)據(jù)；Step2 對(duì)存在的各種天氣現(xiàn)象進(jìn)行分型歸類，找出對(duì)應(yīng)天氣類型背景下的總輻射 照度數(shù)據(jù)，如南京浦口(32. 169423N，118. 709523E)2010年8月21日，天氣現(xiàn)象為陰天，陰 天天氣類型背景下的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2 ；Step3:根據(jù)大氣層頂太陽(yáng)高度角的日變化規(guī)律，計(jì)算北半球大氣上界太陽(yáng)短波輻 射輻照度的日變化過(guò)程，如南京浦口 2010年8月21日大氣上界太陽(yáng)輻射照度的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖 2 ；St印4 計(jì)算出不同天氣類型背景下，太陽(yáng)短波輻射在大氣中的衰減Δ (t)的日變 化，如圖2所示。
2.太陽(yáng)輻射預(yù)測(cè)Stepl 實(shí)時(shí)獲取氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，建立遙感數(shù)據(jù)庫(kù)；St印2 利用氣象衛(wèi)星遙感資料中的云跡風(fēng)技術(shù)，推測(cè)未來(lái)0-4小時(shí)范圍內(nèi)水汽及 云量等主要輻射影響因子的變化情況，進(jìn)而得到未來(lái)0-4小時(shí)的天氣現(xiàn)象類型；St印3 根據(jù)預(yù)測(cè)出的天氣現(xiàn)場(chǎng)，找出對(duì)應(yīng)的Δ (t)變化規(guī)律，預(yù)測(cè)出未來(lái)0-4小時(shí) 的地面太陽(yáng)輻射接收值。3.光伏電站功率預(yù)測(cè)Stepl 建立光伏電站功率轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)模型算法，實(shí)現(xiàn)光電功率之間的轉(zhuǎn)換；St印2 將地面太陽(yáng)輻射預(yù)測(cè)值輸入光伏電站功率預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)得到未來(lái)0-4小 時(shí)的光伏電站功率。
權(quán)利要求
結(jié)合衛(wèi)星遙感與氣象遙測(cè)技術(shù)的光伏超短期功率預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟1)對(duì)地面自動(dòng)氣象站歷史資料進(jìn)行分析，根據(jù)不同的天氣現(xiàn)象進(jìn)行分類，篩選出各種天氣現(xiàn)象類型下的總輻射照度數(shù)據(jù)；2)根據(jù)大氣層頂太陽(yáng)高度角的日變化規(guī)律，計(jì)算北半球大氣上界太陽(yáng)短波輻射輻照度的日變化過(guò)程；設(shè)北半球大氣上界任意位置單位面積上接收的太陽(yáng)短波輻射為S，忽略緯度變化引起的太陽(yáng)至大氣上界距離影響S＝S0sinhSinh＝sinαsinθ+sinαcosθcostS＝S0sinα(sinθ+cosθcost) (1)其中，θ為太陽(yáng)赤緯，t為時(shí)角，S0取1368W/m2(WMO 1981)，h為太陽(yáng)高度角；若考慮不同日期日地距離差異 <mrow><msup> <mrow><mo>(</mo><mover> <mi>d</mi> <mo>‾</mo></mover><mo>/</mo><mi>d</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mn>1.000110</mn><mo>+</mo><mn>0.034221</mn><mi>cos</mi><msub> <mi>θ</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0.001280</mn><mi>sin</mi><msub> <mi>θ</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0.000719</mn><mi>cos</mi><mn>2</mn><msub> <mi>θ</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0.000077</mn><mi>sin</mi><mn>2</mn><msub> <mi>θ</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow>其中，θ0＝(2πN 1)/365，N是一年中的第幾天，則到達(dá)北半球大氣上界任意位置單位面積的太陽(yáng)輻射可以寫(xiě)為 <mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><msub> <mi>S</mi> <mn>0</mn></msub><mi>sin</mi><mi>α</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>sin</mi> <mi>θ</mi> <mo>+</mo> <mi>cos</mi> <mi></mi> <mi>θ</mi> <mi>cos</mi> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><msup> <mrow><mo>(</mo><mover> <mi>d</mi> <mo>‾</mo></mover><mo>/</mo><mi>d</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mi>cos</mi><msub> <mi>θ</mi> <mi>sun</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中為日地平均距離，d是日地距離，cosθsun是太陽(yáng)天頂角的余弦；3)利用地面輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)質(zhì)量控制，并濾除大氣上界太陽(yáng)短波輻射日變化特征，得到太陽(yáng)短波輻射在大氣中的衰減Δ(t)；4)利用氣象衛(wèi)星遙感資料中的云跡風(fēng)技術(shù)，推測(cè)未來(lái)0 4小時(shí)范圍內(nèi)水汽及云量等主要輻射影響因子的變化情況，進(jìn)而得到未來(lái)0 4小時(shí)的天氣現(xiàn)象；5)根據(jù)預(yù)測(cè)出的天氣現(xiàn)象找出對(duì)應(yīng)的Δ(t)變化規(guī)律，預(yù)測(cè)出未來(lái)0 4小時(shí)的地面太陽(yáng)輻射接收值；6)將地面太陽(yáng)輻射預(yù)測(cè)值輸入光伏電站功率預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)得到未來(lái)0 4小時(shí)的光伏電站功率。FSA00000276733200013.tif
全文摘要
本發(fā)明屬于光伏發(fā)配電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)光伏電站進(jìn)行超短期(0-4小時(shí))功率預(yù)測(cè)的方法。其特征在于結(jié)合衛(wèi)星遙感云圖與地面自動(dòng)氣象站遙測(cè)實(shí)時(shí)氣象要素?cái)?shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)0-4小時(shí)太陽(yáng)輻照度、環(huán)境溫度等光伏發(fā)電影響因子進(jìn)行預(yù)測(cè)，再將預(yù)測(cè)結(jié)果作為參數(shù)輸入到光伏發(fā)電模型中輸出未來(lái)0-4小時(shí)光伏電站的輸出功率。電網(wǎng)調(diào)度可以根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，實(shí)時(shí)修正當(dāng)日發(fā)電計(jì)劃，為備用電源的啟動(dòng)預(yù)留一定時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)在保證電網(wǎng)能夠進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，最大限度提高光伏電站發(fā)電利用率，為規(guī)?；?、大容量的光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電調(diào)度提供技術(shù)依據(jù)和理論指導(dǎo)，促進(jìn)國(guó)家新能源戰(zhàn)略的順利實(shí)施。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101969207SQ20101028690
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者丁杰, 匡禮勇, 周海, 崔方, 曹瀟, 程序, 陳穎 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院