分布式太阳能预测成像制造技术

本发明专利技术涉及分布式太阳能预测的成像概念。在一个实施方案中，一种太阳能预测系统包括，计算环境，网络和成像装置。在其他元件，成像装置包括用于广角的光学元件、成像组件和计算装置。所述成像装置的计算装置被配制成：利用成像组件采集图像阵列；将图像阵列组合为组合高分辨率图像；基于与广角光学元件相关联的校准转换矩阵，将组合高分辨率图像转换为转换图像；识别和跟踪转换图像中的云的特性；利用基于云的特征的光线追踪，生成太阳能预测。成像装置也可以通过网络，将太阳能预测传输至计算环境，计算环境被设置成将来自多个成像装置的太阳能预测组合成分布式地理区域的太阳能预测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分布式太阳能预测成像相关申请该专利技术要求2015年5月29日提交的美国临时申请No.62/168403的优先权，并且并入其全部内容作为参考。
技术介绍
美国能源部(DOE)估计，到2030年太阳能发电将增长，以满足更大比例的电力供应。这种趋势只会持续下去，直到太阳能的价格达到了与其他形式的电能相比具有成本竞争力的程度。同时，在太阳能发电等可变资源的高度渗透下，保持电网的稳定性和可靠性是非常重要的。实际负荷与太阳能发电系统的功率之间的差异被称为净负荷。在太阳能发电的相对可变性和不确定性下，管理这种净负荷是电网运营商面临的挑战。附图说明可以通过以下附图更好地理解本专利公开的内容。附图中的组件不一定要进行缩放，其重点在于清楚地解释本专利公开的原理。此外，在本附图中，对应元件的参考标记标识，适用于本专利技术的整个说明书。图1是根据本专利技术的实施例所示的分布式太阳能预测的网络计算环境。图2是根据本专利技术的实施例所示，图1中的成像装置执行的太阳能预测成像的一种示例过程。图3是根据本专利技术的实施例所示的由图1所示的一种成像装置所采集图像阵列。图4是根据本专利技术的实施例所示的一种用于失真自校准的校准表设置和几何转换矩阵。图5是根据本专利技术的实施例所示的云的匹配和跟踪处理的一种示例结果。图6是根据本专利技术的实施例所示的由图1所示通过计算环境执行的分布式太阳能预测成像的一种示例过程。具体实施方式如上所述，净负荷可被定义为实际负荷与太阳能发电系统产生的功率之间的差额。在太阳能发电的相对可变性和不确定性下，管理净负荷是电网运营商面临的挑战。在这种情况下，在减少实时或近实时场景管理网络负载的不确定性方面，一个在小时内的时间尺度范围内的准确的预测模型可能是一个有效的工具。在减少管理净负荷所涉及的不确定性方面，太阳能预测可能是有效地和可靠地集成太阳能的关键因素。大多数太阳能预测的研究采用在下一天的时间范围所对应的单值区域来评估广泛的区域，这种方法在预测短时间范围的情况下不一定能提高持久性模型的能力。然而，太阳辐射照度在这些区域性的地理区域并不恒定。太阳辐照度的变化在时间和空间上是随机过程，需要一个更全面的综合监控。如今，准确的太阳预测，无论是基于物理的还是基于数据分析，其存在的问题都是缺乏可靠的丰富天空数据；可靠的丰富的天空数据可以用来更好地识别天空中空气和水颗粒的质量传递和热传递的特性。从遥远的地方看，卫星技术和遥感已经在中尺度上开发和创造了大量的数据。然而，卫星数据不足以提供所需的像素、空间、时间、和辐射分辨率，以评估大气范围内的辐射传输，特别是在高散射角下对云的变化作用，以及精确描绘围绕太阳的区域。目前太阳能的预测方法不奏效的因素包括：(1)可视范围的局限性，由于地球的曲率，(2)云间断远离基本天顶点，导致了垂直云层厚度被投射到一个水平投影面，(3)现有技术的不切实际的高成本，和(4)缺乏可扩展性和数百或者数千用户的可使用性。如上文所述，本专利技术描述了分布式太阳能预测成像的系统和方法。在实施例中，描述了一个或多个相对低成本的分布式多模态天空成像设备、预测和融合模型，以及发布/订阅遥测通信协议。上述的系统和方法能够在硬件、软件，或者各种分布式配置中的硬件和软件的组合中体现。以数字为例，描述了分布式太阳能预测的网络计算环境，然后描述了上述的网络计算环境的运作。图1示出了分布式太阳能预测的网络计算环境100。网络环境100包括一个计算环境110，网络150，地理上分散的成像装置160-162，和客户端设备190。上述的计算环境110包括分布式数据存储120、分布式区域预测引擎130和分布式预测发布者132。下文详细描述了存储在分布式数据存储120中的数据类型，以及分布式区域预测引擎130的功能和分布式预测发布者132的功能。计算环境110可以体现为一个或多个计算机、计算设备或计算系统。在某些实施例中，计算环境110可以包括例如在一个或多个服务器或计算机组中安排的一个或多个计算装置。上述的一个或多个计算装置可以位于单个安装位置或分布在不同地理位置。计算环境110可以包括多个计算装置，这些计算设备一起体现了托管计算资源、网格计算资源、和/或其他分布式计算安排。在某些情况下，计算环境110可以体现为弹性计算资源；在弹性计算资源中，处理、网络、存储或其他与计算相关的资源的分配能力随时间而变化。计算环境110还可以部分地被描述为被设置为指示计算环境110执行本专利技术实施例的各个方面的各种功能和/或逻辑元件。网络150包括互联网、内联网、外联网、广域网(WANs)、局域网(LANs)、有线网络、无线网络、电缆网络、卫星网络、其他合适的网络，或者它们的任意组合。值得注意的是，计算环境110可以与成像装置160-162和客户端设备190使用任何合适的系统互连协议如超文本传输协议(HTTP)，消息队列遥测传输(MQTT)协议，简单对象访问协议(SOAP)，具象状态传输(REST)，实时传输协议(RTP)，用户数据报协议(UDP)，互联网协议(IP)，传输控制协议(TCP)、文件传输协议(FTP)，和/或者其他协议，通过网络150，无限制地通信数据。这里注意到，尽管没有说明，网络150包括与任意数量的客户端设备或网络主机的连接，例如网站服务器、文件服务器、网络计算资源、数据库、数据存储、或者任何其他网络设备或计算系统。成像装置160-162，是能够从天空定向的部分天空视场或者全天空视场采集图像的各种成像装置的代表。如图1所示，成像装置160-162可以地理上分布在该地区165，例如，在其他地区。在不同的实施例中，该网络计算环境100可以包含任意数量与成像装置160-162相似的成像装置。成像装置160-162，其中，可以以任何方式分布在该地区165(及其他地区)。在底层处理硬件中，成像装置160可体现为模拟、数字、或者混合模拟和数字处理电路，包括存储器。成像装置160可体现为嵌入式的特定逻辑或者应用程序特有的逻辑、软件、和/或者硬件的集合，该集合能够采集和处理图像以及与图像相关数据，如本专利技术上述。在这种情况下，成像装置160可以至少部分地包括计算机指令，当成像装置160的处理电子线路被执行时，指示成像设备160执行各种图像处理任务。如图1所示，成像装置160包括成像仪数据存储器170、成像组件180、图像采集引擎182、图像处理器184、云跟踪器186、和预测引擎188。成像仪数据存储器170包括图像数据172和预测数据174的存储区域。图像数据172包括由成像组件180采集的图像的数据，以及由图像处理器184处理的图像(和图像的组合)的数据。在一个实施例中，预测数据174包括适于提供太阳能预测的预测模型数据。预测模型的数据可以包括，在相对一小时内更小(或者更快)的时间尺度并随着时间，在不同地理区域的预期的太阳能能力。成像组件180可以体现为任何适合于从天空定向部分或者天空全视场采集图的合适成像组件。以成像组件180为例(或者成像组件180的部件)，它可以体现为全天空成像仪880(TSI-880)装置或者全天空成像仪440型(TSI-440)装置(统称“TSI装置”)，该装置由位于马萨诸塞州，特纳斯福尔斯的美国Yankee环境系统公司制造。该TSI装置，在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能预测系统，包括：计算环境；网络；和成像装置，所述的成像装置通过网络耦合到计算环境，所述的成像装置包括成像组件和计算机装置，计算机装置被设置为：通过成像组件采集图像阵列；将图像阵列转换成组合细节图像；识别和追踪组合细节图像中的云的特征；基于组合细节图像中的云的特征，使用光线追踪生成太阳能预测；通过网络传送太阳能预测至计算环境。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.29 US 62/168,4031.一种太阳能预测系统，包括：计算环境；网络；和成像装置，所述的成像装置通过网络耦合到计算环境，所述的成像装置包括成像组件和计算机装置，计算机装置被设置为：通过成像组件采集图像阵列；将图像阵列转换成组合细节图像；识别和追踪组合细节图像中的云的特征；基于组合细节图像中的云的特征，使用光线追踪生成太阳能预测；通过网络传送太阳能预测至计算环境。2.根据权利要求1所述的一种太阳能预测系统，所述的成像装置的计算机装置进一步被设置成色调地映射图像阵列，以将图像阵列合并到组合细节图像中。3.根据权利要求1所述的一种太阳能预测系统，所述成像组件包括广角光学元件，以采集图像阵列中的天空的宽阔视野；所述的成像装置的计算机装置还被设置成能够基于与广角光学元件相关联的校准变换矩阵来将组合细节图像转换为转换图像。4.根据权利要求1所述的一种太阳能预测系统，所述的成像装置包括多个成像装置，所述的多个成像装置将各自的太阳能预测通过网络发送到计算环境。5.根据权利要求4所述的一种太阳能预测系统，所述的多个成像装置包括太阳能预测成像装置的分布式地理网络。6.根据权利要求4所述的一种太阳能预测系统，所述的计算环境被设置成能够将来自多个成像装置的各自的太阳能预测组合成分布式地理区域的太阳能预测。7.根据权利要求4所述的一种太阳能预测系统，所述的计算环境被设置成能够从来自多个成像设备的各自太阳能预测中，组合得出云的高度和水平投影数据。8.一种太阳能预测方法，通过计算机装置实现，包括采集，使用成像组件采集图像阵列；组合，将图像阵列组合成组合细节图像；转换，将组合细节图像转换为转换图像；跟踪，跟踪转换图像中的云的特征。9.根据权利要求8所述的一种太阳能预测方法，所述的图像阵列的组合进一步包括图像阵列的色调映射。10.根据权利要求8所述的一种太阳能...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·E·维嘉阿维拉，W·B·理查森，H·克里希纳斯瓦米，M·塞万提斯，
申请(专利权)人：德克萨斯大学系统董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US