一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法，该方法包括以下步骤：判断预测时刻的天气类型；寻找相似日的实际太阳辐射，并计算所述相似日当天的理论天顶辐射；计算所述相似日的大气透明系数；计算预测当天的理论天顶辐射，根据所述相似日的大气透明系数折算出预测太阳辐射。该方法预报时效为日前0‑4h，时间分辨率为15min，克服了现有光伏发电的超短期预测很难考虑云、水汽、气溶胶等对太阳辐射衰减的影响，也无法反应局地天气类型变化的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法
本专利技术属于光伏发配电
，具体为一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法。
技术介绍
光伏发电在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、保护生态环境、促进经济社会发展等方面发挥重要作用。但是，光伏电随着气象条件变化而随机波动，其大规模接入电网后，对电网的安全稳定运行产生较大的影响。因此对光伏发电进行有效预测，将有助于电网调度部门统筹安排常规电源和太阳能发电的协调配合，提高电力系统运行的安全性和稳定性，从而充分利用太阳能资源，获得最大的经济效益和社会效益，有利于促进可再生能源产业的良性发展。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。太阳能电池板通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能，所以太阳辐射能的大小对光伏电站电能量的输出起着决定性的作用。对于光伏预测技术而言精准的太阳辐射预测则是保证光伏电站功率预测的关键。现有的光伏发电的超短期预测大多依赖于机器学习和人工智能相关的数理统计方法对地面太阳辐射的进行预测，但是基于历史的统计方法很难考虑云、水汽、气溶胶等对太阳辐射衰减的影响，也无法反应局地的天气类型变化，所以对光伏预测有一定的局限性，所以需要提供一种更贴近光伏电站生产运行实际的太阳辐射超短期预测方法来满足现有技术的不足。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法。实现上述目的所采用的解决方案为：一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法，其改进之处在于：所述方法包括：步骤1：判断预测时刻的天气类型；步骤2：寻找相似日的实际太阳辐射，并计算相似日当天的理论天顶辐射；步骤3：计算相似日的大气透明系数；步骤4：计算预测当天的理论天顶辐射，根据相似日的大气透明系数折算出预测太阳辐射。本专利技术提供的第一优选技术方案，其改进之处在于：步骤1采用最小二乘法拟合时间序列-辐射二次关系式，再根据交点和顶点值来判断天气类型。本专利技术提供的第二优选技术方案，其改进之处在于：所述步骤2中，相似日的选取方法为：从太阳辐射的历史数据中搜索与选择与预测当前天相隔最近的且天气类型相同的一天。本专利技术提供的第三优选技术方案，其改进之处在于：所述步骤2中，理论天顶辐射强度I按下式计算：I＝I0cosθ(1)其中：θ为太阳天顶角；I0为大气层上界的太阳辐射强度；I0＝Isc[1+0.033cos(360°N/365)](2)Isc为太阳常数，在地球大气层上界平均日地距离处，垂直于太阳光方向单位面积上的太阳辐射能量；N为积日，此日在年内的顺序号；cosθ＝sinδsinφ+cosδcosφcosτ(3)δ为太阳赤纬角；φ为当地的地理纬度；τ为太阳时角；δ＝23.45°sin[360°(284+N)/365](4)τ＝(S+F/60-12)*15(5)S，F分别代表真太阳时的小时数和分钟数；真太阳时与北京时按下式换算：真太阳时＝北京时-(120-当地经度)/15+E(6)E＝9.87sin[720(N-81)/364]-7.53cos[360(N-81)/364]-1.5sin[360(N-81)/364](7)。本专利技术提供的第四优选技术方案，其改进之处在于：所述步骤3中所述大气透明系数的计算用理论天顶辐射和实际太阳辐射之间的二次曲线关系计算。本专利技术提供的五优选技术方案，其改进之处在于：所述步骤1包括滚动更新对天气类型的判断，及时将天气类型的变化纳入预测模型，以提高预测精度。本专利技术提供的第六优选技术方案，其改进之处在于：所述步骤4中预测时效为未来0-4h，预测点时间分辨率为15min。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：本专利技术提出的一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法，预报时效为日前0-4h，时间分辨率为15min，克服了现有光伏发电的超短期预测很难考虑云、水汽、气溶胶等对太阳辐射衰减的影响，也无法反应局地的天气类型变化的缺点。本专利技术提供的方法滚动更新对天气类型的判断，及时将天气类型的变化纳入预测模型，大大提高了预测精度。附图说明图1为基于天气类型的太阳辐射超短期预测流程框图；图2为非晴天的时间-辐射关系曲线；图3为理论天顶太阳辐射与近地面实测辐射数据对比；1为理论天顶辐射曲线，2为近地面实测辐射曲线。。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细说明。如图1所示，图1为基于天气类型的太阳辐射超短期预测流程框图。基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法包括以下步骤：1.判断预测时刻的天气类型。根据当前的实测太阳辐射数据，用最小二乘法拟合相似曲线，根据交点值和顶点值判断将当天天气类型分为晴天和非晴天，进而作出超短期预测辐射。近地面实测太阳辐射数据与时间序列数据间的关系如图2所示。1)以非晴天为例，横坐标为时间序列，纵坐标为辐射强度。通过最小二乘法建立时间序列-辐射的关系式：y＝ax2+bx+c其中：y轴为光伏电站地面的太阳辐射强度；a，b，c为系数；x轴为时间序列值，每日从日出开始，每5分钟一个时间间隔，到日落结束。2)序列算法如下：x＝(小时-日出时间小时)*12+(分钟+5)/5y＝-0.0261x2+3.8973x-40.675由二元函数的计算公式可知关系式的两个与零轴交点值分别为X0(11.29039,0)和X1(138.0314,0)，顶点值为Y0(74.66092，104.813)3)根据对历史数据的统计，在X0<20，X1>130，Y0<200的情况下，则判断为非晴天。判定为晴天情况下，取值通常为X0<10，X1>140，Y0则大于该地区太阳辐射最大值的70％。2.寻找相似日的实际太阳辐射出力数据，并计算相似日当天的理论天顶辐射：采用步骤1的方法，在历史太阳辐射数据中搜索与预测当前天(T0)相隔最近且天气类型相同的一天(T1)，计算T1天的理论天顶辐射，计算方法如下：在地球大气层上界平均日地距离处，垂直于太阳光方向单位面积上的太阳辐射能量基本是一个常数，称之为太阳常数(Isc)，其值约为1367W/m2。不同时间到达大气层上界的太阳辐射强度，通过实际日地距离对太阳常数进行修正：I0＝Isc[1+0.033cos(360°N/365)](2)式中：I0为大气层上界的太阳辐射强度；N为积日，即此日在年内的顺序号。大气层外切平面所接受的太阳辐射能，即理论天顶太阳辐射强度，除与太阳辐射强度有关外，还与太阳辐射的方向有关：I＝I0cosθ(1)cosθ＝sinδsinφ+cosδcosφcosτ(3)δ＝23.45°sin[360°(284+N)/365](4)上式中：I为理论天顶太阳辐射强度；θ为太阳天顶角；δ为太阳赤纬角；φ为当地的地理纬度；τ为太阳时角。太阳时角τ的计算式为：τ＝(S+F/60-12)*15(5)式中：S，F分别代表真太阳时的小时数和分钟数。在我国，真太阳时与北京时的换算公式如下：真太阳时＝北京时-(120-当地经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1：判断预测时刻的天气类型；步骤2：寻找相似日的实际太阳辐射，并计算所述相似日当天的理论天顶辐射；步骤3：计算所述相似日的大气透明系数；步骤4：计算预测当天的理论天顶辐射，根据所述相似日的大气透明系数折算出预测太阳辐射。

【技术特征摘要】
1.一种基于天气类型的太阳辐射超短期预测方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1：判断预测时刻的天气类型；步骤2：寻找相似日的实际太阳辐射，并计算所述相似日当天的理论天顶辐射；步骤3：计算所述相似日的大气透明系数；步骤4：计算预测当天的理论天顶辐射，根据所述相似日的大气透明系数折算出预测太阳辐射。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1采用最小二乘法拟合时间序列-辐射二次关系式，再根据交点和顶点值来判断天气类型。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，相似日的选取方法为：从太阳辐射的历史数据中搜索与选择与预测当前天相隔最近的且天气类型相同的一天。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，理论天顶辐射强度I按下式计算：I＝I0cosθ(1)其中：θ为太阳天顶角；I0为大气层上界的太阳辐射强度；I0＝Isc[1+0.033cos(360°N/365)](2)Isc为太阳常数，在地球大气层上界平均日地距离处，垂直于太阳光方向单位面积上的太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王知嘉，王东升，孙荣富，周海，崔方，程序，王若阳，于炳霞，朱想，周强，丁煌，陈卫东，李登宣，彭佩佩，居蓉蓉，秦昊，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网冀北电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32