結合衛星遙感與氣象遙測技術的光伏超短期功率預測方法

2023-12-11 20:25:17 1

專利名稱：結合衛星遙感與氣象遙測技術的光伏超短期功率預測方法
技術領域：
本發明屬於光伏發配電技術領域，涉及一種對光伏電站進行超短期(未來0-4小 時)功率預測的方法。
背景技術：
超短期光伏電站功率預測系統能夠有效解決光伏電站併網發電運行期間的間歇 性和波動性的問題，實時修正電網調度部門的發電計劃，保障電網安全，最大限度的提高光 伏電站等綠色能源的利用效率。常規的超短期光伏電站功率預測以自動氣象站遙測數據為基礎，採用優選的統計 方法進行建模，進而預測未來0-4小時的發電功率，此方法在一定程度上，實現了超短期光 伏電站功率的預測。但更深層次、更精確的光伏電站功率預測需要引入更多的穩定可靠的 數據源，衛星雲圖能夠捕捉大範圍的水汽、可見光及雲量數據，實時監測影響太陽輻射要素 的敏感因子(如雲量、雲的類型、雲層厚度、雲頂高度等)，及時跟蹤天氣系統移動路徑和趨 勢(如雲跡風技術)，是一種能有效提高超短期光伏電站功率預測的關鍵數據源。因此，結合衛星遙感與氣象遙測技術進行超短期光伏電站功率預測，能夠改進完 善功率預測算法模型，有效提高光伏電站功率預測的準確率。

發明內容
本發明的目的在於提供一種對光伏電站發電功率進行準確的超短期預測的方法， 提高光伏發電利用率，保障電網安全運行。本發明提供了結合衛星遙感雲圖與地面自動氣象站遙測實時氣象要素數據進行 光伏電站超短期功率預測的方法，包括以下步驟1)對地面自動氣象站歷史資料進行分析，根據不同的天氣現象進行分類，篩選出 各種天氣現象類型下的總輻射照度數據。2)根據大氣層頂太陽高度角的日變化規律，計算北半球大氣上界太陽短波輻射輻 照度的日變化過程。設北半球大氣上界任意位置單位面積上接收的太陽短波輻射為S，忽略度變化引 起的太陽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為太陽赤緯，t為時角，S。取1368W/m2(WM0 1981)，h為太陽高度角。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，則到達北半球大氣上界任意位置單位面積 的太陽輻射可以寫為
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 _是太陽天頂角的餘弦。3)利用地面輻射監測數據，經質量控制，並濾除大氣上界太陽短波輻射日變化特 徵，得到太陽短波輻射在大氣中的衰減△ (t)。4)利用氣象衛星遙感資料中的雲跡風技術，推測未來0-4小時範圍內水汽及雲量 等主要輻射影響因子的變化情況，進而得到未來0-4小時的天氣現象。5)根據預測出的天氣現象找出對應的Δ (t)變化規律，預測出未來0-4小時的地 面太陽輻射接收值。6)將地面太陽輻射預測值輸入光伏電站功率預測模型，預測得到未來0-4小時的 光伏電站功率。本發明提供的結合衛星遙感雲圖與地面自動氣象站遙測實時氣象要素數據進行 光伏電站超短期功率預測的方法，立足於解決光伏電站等新能源的發電併網調度問題，其 核心在於綜合衛星遙感雲圖雲跡風算法技術與地面自動氣象站實時遙測技術，進行超短期 光伏電站功率預測，有效提高了綠色能源的利用效率，顯著提高了經濟效益和社會效益。


圖1是算法邏輯流程圖。圖2是太陽輻射衰減示意圖。
具體實施例方式本發明的光伏超短期功率預測算法主要在於提高光伏電站超短期功率預測的精 度，由三個環節構成不同天氣現象類型下的△ (t)計算，太陽輻射預測，光伏電站功率預 測，算法流程如圖1所示。不同天氣現象類型下的△ (t)計算首先對不同的天氣現象進行 分類，篩選出各種天氣現象類型下的總輻射照度數據，再計算北半球大氣上界太陽短波輻 射輻照度的日變化過程，兩者進行想減，得出衰減△ (t)，如圖2所示；太陽輻射預測則利用 氣象衛星遙感資料中的雲跡風技術，推測得到未來0-4小時的天氣現象，然後找出對應的 Δ (t)變化規律，預測出未來0-4小時的地面太陽輻射接收值；光伏電站功率預測則將地面 太陽輻射預測值輸入光伏電站功率預測模型，預測得到未來0-4小時的光伏電站功率。1. Δ (t)計算Stepl 收集整理地面自動氣象站資料，去除各種偽數據，保留合理數據；Step2 對存在的各種天氣現象進行分型歸類，找出對應天氣類型背景下的總輻射 照度數據，如南京浦口(32. 169423N，118. 709523E)2010年8月21日，天氣現象為陰天，陰 天天氣類型背景下的數據見圖2 ；Step3:根據大氣層頂太陽高度角的日變化規律，計算北半球大氣上界太陽短波輻 射輻照度的日變化過程，如南京浦口 2010年8月21日大氣上界太陽輻射照度的數據見圖 2 ；St印4 計算出不同天氣類型背景下，太陽短波輻射在大氣中的衰減Δ (t)的日變 化，如圖2所示。
2.太陽輻射預測Stepl 實時獲取氣象衛星遙感數據，建立遙感資料庫；St印2 利用氣象衛星遙感資料中的雲跡風技術，推測未來0-4小時範圍內水汽及 雲量等主要輻射影響因子的變化情況，進而得到未來0-4小時的天氣現象類型；St印3 根據預測出的天氣現場，找出對應的Δ (t)變化規律，預測出未來0-4小時 的地面太陽輻射接收值。3.光伏電站功率預測Stepl 建立光伏電站功率轉換預測模型算法，實現光電功率之間的轉換；St印2 將地面太陽輻射預測值輸入光伏電站功率預測模型，預測得到未來0-4小 時的光伏電站功率。
權利要求
結合衛星遙感與氣象遙測技術的光伏超短期功率預測方法，其特徵在於，包括以下步驟1)對地面自動氣象站歷史資料進行分析，根據不同的天氣現象進行分類，篩選出各種天氣現象類型下的總輻射照度數據；2)根據大氣層頂太陽高度角的日變化規律，計算北半球大氣上界太陽短波輻射輻照度的日變化過程；設北半球大氣上界任意位置單位面積上接收的太陽短波輻射為S，忽略緯度變化引起的太陽至大氣上界距離影響S＝S0sinhSinh＝sinαsinθ+sinαcosθcostS＝S0sinα(sinθ+cosθcost) (1)其中，θ為太陽赤緯，t為時角，S0取1368W/m2(WMO 1981)，h為太陽高度角；若考慮不同日期日地距離差異 ( d /d) 2=1.000110+0.034221cos 0+0.001280sin 0+0.000719cos2 0+0.000077sin2 0 其中，θ0＝(2πN 1)/365，N是一年中的第幾天，則到達北半球大氣上界任意位置單位面積的太陽輻射可以寫為 S= S 0sin ( sin + cos cos t ) ( d /d) 2cos sun--- ( 2 ) 其中為日地平均距離，d是日地距離，cosθsun是太陽天頂角的餘弦；3)利用地面輻射監測數據，經質量控制，並濾除大氣上界太陽短波輻射日變化特徵，得到太陽短波輻射在大氣中的衰減Δ(t)；4)利用氣象衛星遙感資料中的雲跡風技術，推測未來0 4小時範圍內水汽及雲量等主要輻射影響因子的變化情況，進而得到未來0 4小時的天氣現象；5)根據預測出的天氣現象找出對應的Δ(t)變化規律，預測出未來0 4小時的地面太陽輻射接收值；6)將地面太陽輻射預測值輸入光伏電站功率預測模型，預測得到未來0 4小時的光伏電站功率。FSA00000276733200013.tif
全文摘要
本發明屬於光伏發配電技術領域，涉及一種對光伏電站進行超短期(0-4小時)功率預測的方法。其特徵在於結合衛星遙感雲圖與地面自動氣象站遙測實時氣象要素數據，對未來0-4小時太陽輻照度、環境溫度等光伏發電影響因子進行預測，再將預測結果作為參數輸入到光伏發電模型中輸出未來0-4小時光伏電站的輸出功率。電網調度可以根據預測結果，實時修正當日發電計劃，為備用電源的啟動預留一定時間，從而實現在保證電網能夠進行穩定運行的前提下，最大限度提高光伏電站發電利用率，為規模化、大容量的光伏電站的併網發電調度提供技術依據和理論指導，促進國家新能源戰略的順利實施。
文檔編號H02J3/38GK101969207SQ20101028690
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年9月16日
發明者丁傑, 匡禮勇, 周海, 崔方, 曹瀟, 程序, 陳穎 申請人:國網電力科學研究院