预测光伏发电设备的发电功率的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种预测光伏发电设备的发电功率的方法和系统。所述方法包括：计算在初始时刻光伏发电设备所在区域的天空中的云的初始透光率；通过表示所述区域的天空中的云的透光率的变化的方程，使用所述初始透光率计算在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，所述方程包括与云的平流运动有关的项和与云的源汇有关的项；以及根据在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，预测在未来时刻光伏发电设备的发电功率。通过所述方法和系统，可以准确地预测未来较长时间内的光伏发电设备的发电功率。

【技术实现步骤摘要】
预测光伏发电设备的发电功率的方法和系统
[0001 ] 本专利技术涉及光伏发电领域，并且更具体地涉及一种用于预测光伏发电设备的发电功率的方法和系统。
技术介绍
目前，光伏发电技术正在迅速发展。使用这种技术的光伏发电设备(例如太阳能电池)利用光伏效应将太阳光能转变为电能，其发电功率取决于光伏发电设备接收到的太阳光量。在晴空(即，晴朗无云)条件下，可以根据光伏发电设备的地理位置而容易地预测未来时刻的发电功率。具体地，在晴空条件下，根据光伏发电设备的地理位置和要预测发电功率的时刻，可以计算出该时刻的太阳高度角，以便预测在该时刻入射到光伏发电设备的太阳光量，从而计算出在该时刻光伏发电设备的发电功率。然而，当天空中有云时，由于云的遮挡，到达光伏发电设备的太阳光量减少，使得光伏发电设备的发电功率减小。由于天空中的云的大小、厚度和位置随着时间不断变化，光伏发电设备的发电功率也不断波动。在云量突变的情况下，光伏发电设备的发电功率甚至会剧烈变化。这给光伏发电设备乃至电网的安全运营和管理带来一系列的问题。因此，希望能够准确地预测未来时刻的光伏发电设备的发电功率。传统上，使用物理模型预测法或图像预测法来预测光伏发电设备的发电功率。物理模型预测法使用诸如数值天气预报(NWP)模型或辐射模型之类的物理模型，基于初始时刻的云分布来预测未来时刻的云分布，从而预测未来时刻的发电功率。然而，所述物理模型描述的初始时刻的云分布并不准确。此外，尽管所述物理模型能够较为准确地预测未来的温度(T)、湿度(q)、气压(P)、以及风速和风向等基础量，但是该物理模型本身没有准确地描述水的相态变化导致的云的变化(例如云的源汇)等，因此其对云变化过程的描述并不准确。因此，物理模型预测法无法获得准确的预测结果。图像预测法使用根据卫星云图确定的初始云分布来预测未来时刻的云分布，该初始云分布是准确的，但是这种方法假设云的运动是线性的并且在运动期间形态不变，而实际上，云会受到大气风场(云所在高度上的风速和风向)以及水的相态(水汽的饱和度)影响，会产生和消散(源和汇)，具有非常强的非线性特征。因此，图像预测法也无法获得准确的预测结果，而且也不能预测未来较长时间内的发电功率，其有效预测时间仅在几小时以内。
技术实现思路
鉴于以上问题而提出了本专利技术。本专利技术的一个目的是提供一种预测光伏发电设备的发电功率的方法和系统，其能够准确地预测未来较长时间内的光伏发电设备的发电功率。根据本专利技术的一个方面，提供了一种预测光伏发电设备的发电功率的方法，包括:计算在初始时刻光伏发电设备所在区域的天空中的云的初始透光率；通过表示所述区域的天空中的云的透光率的变化的方程，使用所述初始透光率计算在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，所述方程包括与云的平流运动有关的项和与云的源汇有关的项；以及根据在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，预测在未来时刻光伏发电设备的发电功率。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种预测光伏发电设备的发电功率的系统，包括:第一计算装置，被配置为计算在初始时刻光伏发电设备所在区域的天空中的云的初始透光率；第二计算装置，被配置为通过表示所述区域的天空中的云的透光率的变化的方程，使用所述初始透光率计算在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，所述方程包括与云的平流运动有关的项和与云的源汇有关的项；以及预测装置，被配置为根据在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，预测在未来时刻光伏发电设备的发电功率。在根据本专利技术上述方面的方法和系统中，所使用的初始透光率可以基于例如真实的卫星云图或通过地面云成像设备获得的真实云图来导出，因此是准确的。此外，根据本专利技术上述方面的方法和系统使用包含与云的平流运动有关的项和与云的源汇有关的项的物理方程来预测云的透光率变化，使得在预测过程中考虑了云的变化的非线性特征，因此与传统方法相比，具有更高的预测精度。【附图说明】通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了适于用来实现本专利技术实施方式的示例性计算机系统/服务器12的框图。图2示出了根据本专利技术实施例的预测光伏发电设备的发电功率的方法的流程图。图3示例性地示出了所拍摄的光伏发电设备所在的区域的卫星云图。图4是示意性地示出根据图3所示的卫星云图获得的透光率的球面分布图。图5示意性地示出了通过将图4所示的球面分布图投影到所述区域的地图上而获得的透光率的平面分布图。图6是示意性地示出云的变化模式的图。图7是示意性地示出根据本专利技术实施例的预测光伏发电设备的发电功率的系统的框图。图8示意性地示出了图7所示的第一计算装置的一种示例实现方式的框图。【具体实施方式】下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。所属
的技术人员知道，本专利技术可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即:可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本专利技术还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPR0M或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括一但不限于一无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本专利技术操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测光伏发电设备的发电功率的方法，包括：计算在初始时刻光伏发电设备所在区域的天空中的云的初始透光率；通过表示所述区域的天空中的云的透光率的变化的方程，使用所述初始透光率计算在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，所述方程包括与云的平流运动有关的项和与云的源汇有关的项；以及根据在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，预测在未来时刻光伏发电设备的发电功率。

【技术特征摘要】
1.一种预测光伏发电设备的发电功率的方法，包括: 计算在初始时刻光伏发电设备所在区域的天空中的云的初始透光率； 通过表示所述区域的天空中的云的透光率的变化的方程，使用所述初始透光率计算在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，所述方程包括与云的平流运动有关的项和与云的源汇有关的项；以及 根据在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，预测在未来时刻光伏发电设备的发电功率。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述计算在初始时刻光伏发电设备所在区域的天空中的云的初始透光率包括: 基于在初始时刻的所述区域的云图，识别所述区域的天空中的云； 基于云图的灰度值，确定该区域的天空中的云的透光率；以及将所确定的云的透光率投影到该区域的地图上，并且使用投影后的云的透光率作为所述初始透光率。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述与云的平流运动的有关的项表示由于风导致的云的透光率的变化。4.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述与云的源汇有关的项表示由于云水量的变化导致的云的透光率的变化。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述方程为: ()A.(14.(14.= —υ128/, H, Cj ?ι dx dy 其中，A。表示云的透光率，t表示时间，u表示在该区域的地图上建立的x-y坐标系中的X方向的风速，V表示所述坐标系中的I方向的风速，L表示云的厚度，W表示垂直风速，G表示应用于W的高度权重系数。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述根据在未来时刻所述区域的天空中的云的透光率，预测在未来时刻光伏发电设备的发电功率包括:通过将在未来时刻所述区...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盟，芮晓光，白鑫鑫，杜辉，王海峰，尹文君，董进，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US