一种考虑天气状态变化和云层遮挡的太阳辐照度建模方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑天气状态变化和云层遮挡的太阳辐照度建模方法，该建模方法在晴空辐照度和天气变化的基础上考虑云层遮挡变化对太阳辐照度存在的影响；基于实际观测的大气云量数据，定义了一种云遮系数和云遮系数波动范围的概念并给出其详细的计算方法，该方法不同于现有技术中仅单一考虑天气或者云层对太阳辐照度的影响，而是从天气的角度出发，分析不同天气条件下的云遮系数范围，将天气和云层遮挡两类因素有机的结合起来，并提出了详细的步骤，准确反映了综合考虑天气变化和云层遮挡所引起的太阳辐照度波动性变化，得到了趋于实际的全年太阳辐照度时序模型。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑天气状态变化和云层遮挡的太阳辐照度建模方法
本专利技术涉及一种太阳辐照度建模方法，考虑了天气类型的变化和云层遮挡对太阳辐照度的影响，该方法解决了传统太阳辐照度时序序列模型无法反映其自身波动性的缺陷，与实际太阳辐照度曲线贴合度较高，属于太阳辐照度评估

技术介绍
随着我国经济的快速发展，对能源的需求量越来越大，而传统能源因为过量的开采而日趋匮乏，同时，传统能源的过度消耗也给我们的生存环境带来了非常不利的影响，因此合理的利用可再生能源已成为了缓解能源危机改善生态环境的重要途径之一。在众多可再生能源中，太阳能又因其自身的随机性和波动性相对较小，而且资源丰富，已成为工农业及建筑等领域节能降耗最具开发前景的清洁可再生能源。在太阳能开发利用领域中，太阳辐照度模型的建模方法是确定光伏发展研究的基础，也是对太阳能光热、光电利用效率进行理论分析的依据，能够准确对于某个地区全年太阳辐照度变化进行建模就显得尤为重要。然而传统的太阳辐照度的模型都只是简单建立太阳辐照度与时间的关系，曲线相对平滑，无法反映不同天气的辐照度变化和云层遮挡引起的辐照度的波动变化，进而对光伏出力模型的预测也产生很大的影响，与实际曲线差距较大。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术考虑了天气变化和云层遮挡两种不确定性因素，建立了具有连续性和波动性的太阳辐照度模型。根据当地地理坐标、海拔等信息，计算得到某地某时平面上的总太阳辐射强度，并把此辐照度定义为晴空辐照度，通过计算一年中每天每时刻的晴空辐照度，便得到了能够反映日出日落变化的全年的晴空太阳辐照度时序序列；然后获取该地区一年内的历史天气状况，进行统计分析，建立了一个四状态天气转移概率矩阵，根据该矩阵，可以描述天气的变化规律，计算出某天的天气的发生概率，针对不同的天气得到考虑天气因素的太阳辐照度序列；获取该地区一年内的大气云量数据，根据数据计算不同天气下的云遮系数波动范围，进而得到一天内考虑天气状态和云层遮挡的太阳辐照度时序序列。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，设计一种考虑天气状态变化和云层遮挡的太阳辐照度建模方法，该建模方法包括如下步骤：步骤101：根据当地地理坐标、海拔高度和天数，通过计算得到该地区的平太阳时、真太阳时、太阳赤角、日出日落时角、太阳高度角、太阳入射角和大气质量；步骤102：计算太阳光进入大气层之外的辐射强度，根据步骤101得到的数据计算太阳光穿过大气时的直射辐射透明度系数和散射透明度系数，进而得到太阳直射辐射强度和散射辐射强度，两者的和即为某地某时平面上的总太阳辐射强度，并把此辐照度定义为晴空辐照度；通过计算一年中每天每时刻的晴空辐照度，便得到了能够反映日出日落变化的全年的晴空太阳辐照度时序序列；步骤103：把天气类型分为晴天、多云、阴天、雨天，建立四种天气类型转移模型；获取该地区一年内的历史天气状况，进行统计分析得到天气转移概率矩阵，根据第一天的四种天气类型分别发生的概率与天气转移概率矩阵相乘即得到第二天的四种天气类型的发生概率，再与天气转移概率矩阵相乘即为第三天的天气发生概率，以此类推可以预测出全年每一天的四种天气发生的概率，然后进行随机抽样便得到每天的天气类型；步骤104：根据步骤103得到的天气类型，在当天的晴空太阳辐照度时序序列上乘以一个比例系数即为考虑天气因素的太阳辐照度的时序序列；步骤105：获取该地区一年内的历史大气云量数据，以15min为间隔对前后相邻时刻云量进行比较，其波动的规律通过云遮系数体现出来，然后对全年每天求出来的所有云遮系数按照当天的天气类型进行划分成四类，再对各类中云遮系数的正值与负值分别取平均值，把负值的平均值和正值的平均值之间的区间定义为云遮系数波动范围；步骤106：针对不同的天气类型，在云遮系数波动范围内进行随机抽样，每间隔15min抽样得到一个云遮系数，将该时刻的云遮系数与上一时刻的太阳辐照度相乘再加上该时刻的晴空太阳辐照度，即为该时刻考虑天气因素和云层遮挡引起的波动变化的太阳辐照度，进而就得到当天的太阳辐照度时序序列；步骤107：天数加一，继续循环步骤101至步骤106，直到得到全年365天的太阳辐照度时序序列，即得该地区一年的太阳辐照度时序模型。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：本专利技术太阳辐照度预测方法在晴空辐照度和天气变化的基础上考虑云层遮挡变化对太阳辐照度存在的影响；基于实际观测的大气云量数据，定义了一种云遮系数和云遮系数波动范围的概念并给出其详细的计算方法，该方法不同于现有技术中仅单一考虑天气或者云层对太阳辐照度的影响，而是从天气的角度出发，分析不同天气条件下的云遮系数范围，将天气和云层遮挡两类因素有机的结合起来，并提出了详细的步骤，准确反映了综合考虑天气变化和云层遮挡所引起的太阳辐照度波动性变化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术建模方法设计的四种天气类型转移模型图；图2为本专利技术建模方法的流程图；图3为实施例中的晴空辐照度时序图；其中，图3(a)为第1天晴空辐照度时序图；图3(b)为第180天晴空辐照度时序图；图4为实施例中的四种天气类型下考虑云层遮挡的太阳辐照度时序图；其中，图4(a)为某一天晴天时的太阳辐照度时序图；图4(b)为某一天多云时的太阳辐照度时序图；图4(c)为某一天阴天时的太阳辐照度时序图；图4(d)为某一天雨天时的太阳辐照度时序图；图5为实施例采用本专利技术建模方法所得的全年太阳辐照度时序模型图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图2所示为本专利技术考虑天气变化和云层遮挡建立太阳辐照度时序模型的流程图。本专利技术提供一种考虑天气状态变化和云层遮挡的太阳辐照度建模方法(简称建模方法)，该建模方法包括如下步骤：步骤101：根据当地地理坐标、海拔高度和天数，通过计算得到该地区的平太阳时、真太阳时、太阳赤角、日出日落时角、太阳高度角、太阳入射角和大气质量；步骤102：计算太阳光进入大气层之外的辐射强度，根据步骤101得到的数据计算太阳光穿过大气时的直射辐射透明度系数和散射透明度系数，进而得到太阳直射辐射强度和散射辐射强度，两者的和即为某地某时平面上的总太阳辐射强度，并把此辐照度定义为晴空辐照度。通过计算一年中每天每时刻的晴空辐照度，便得到了能够反映日出日落变化的全年的晴空太阳辐照度时序序列；步骤103：把天气类型分为晴天、多云、阴天、雨天，建立四种天气类型转移模型，如图1。获取该地区一年内的历史天气状况，进行统计分析得到天气转移概率矩阵，根据第一天的四种天气类型分别发生的概率与天气转移概率矩阵相乘即得到第二天的四种天气类型的发生概率，再与天气转移概率矩阵相乘即为第三天的天气发生概率，以此类推可以预测出全年每一天的四种天气发生的概本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑天气状态变化和云层遮挡的太阳辐照度建模方法，其特征在于，该建模方法包括如下步骤：步骤101：根据当地地理坐标、海拔高度和天数，通过计算得到该地区的平太阳时、真太阳时、太阳赤角、日出日落时角、太阳高度角、太阳入射角和大气质量；步骤102：计算太阳光进入大气层之外的辐射强度，根据步骤101得到的数据计算太阳光穿过大气时的直射辐射透明度系数和散射透明度系数，进而得到太阳直射辐射强度和散射辐射强度，两者的和即为某地某时平面上的总太阳辐射强度，并把此辐照度定义为晴空辐照度；通过计算一年中每天每时刻的晴空辐照度，便得到了能够反映日出日落变化的全年的晴空太阳辐照度时序序列；步骤103：把天气类型分为晴天、多云、阴天、雨天，建立四种天气类型转移模型；获取该地区一年内的历史天气状况，进行统计分析得到天气转移概率矩阵，根据第一天的四种天气类型分别发生的概率与天气转移概率矩阵相乘即得到第二天的四种天气类型的发生概率，再与天气转移概率矩阵相乘即为第三天的天气发生概率，以此类推可以预测出全年每一天的四种天气发生的概率，然后进行随机抽样便得到每天的天气类型；步骤104：根据步骤103得到的天气类型，在当天的晴空太阳辐照度时序序列上乘以一个比例系数即为考虑天气因素的太阳辐照度的时序序列；步骤105：获取该地区一年内的历史大气云量数据，以15min为间隔对前后相邻时刻云量进行比较，其波动的规律通过云遮系数体现出来，然后对全年每天求出来的所有云遮系数按照当天的天气类型进行划分成四类，再对各类中云遮系数的正值与负值分别取平均值，把负值的平均值和正值的平均值之间的区间定义为云遮系数波动范围；步骤106：针对不同的天气类型，在云遮系数波动范围内进行随机抽样，每间隔15min抽样得到一个云遮系数，将该时刻的云遮系数与上一时刻的太阳辐照度相乘再加上该时刻的晴空太阳辐照度，即为该时刻考虑天气因素和云层遮挡引起的波动变化的太阳辐照度，进而就得到当天的太阳辐照度时序序列；步骤107：天数加一，继续循环步骤101至步骤106，直到得到全年365天的太阳辐照度时序序列，即得该地区全年太阳辐照度时序模型。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑天气状态变化和云层遮挡的太阳辐照度建模方法，其特征在于，该建模方法包括如下步骤：步骤101：根据当地地理坐标、海拔高度和天数，通过计算得到该地区的平太阳时、真太阳时、太阳赤角、日出日落时角、太阳高度角、太阳入射角和大气质量；步骤102：计算太阳光进入大气层之外的辐射强度，根据步骤101得到的数据计算太阳光穿过大气时的直射辐射透明度系数和散射透明度系数，进而得到太阳直射辐射强度和散射辐射强度，两者的和即为某地某时平面上的总太阳辐射强度，并把此辐照度定义为晴空辐照度；通过计算一年中每天每时刻的晴空辐照度，便得到了能够反映日出日落变化的全年的晴空太阳辐照度时序序列；步骤103：把天气类型分为晴天、多云、阴天、雨天，建立四种天气类型转移模型；获取该地区一年内的历史天气状况，进行统计分析得到天气转移概率矩阵，根据第一天的四种天气类型分别发生的概率与天气转移概率矩阵相乘即得到第二天的四种天气类型的发生概率，再与天气转移概率矩阵相乘即为第三天的天气发生概率，以此类推可以预测出全年每一天的四种天气发生的概率，然后进行随机抽样便得到每天的天气类型；步骤104：根据步骤103得到的天气类型，在当天的晴空太阳辐照度时序序列上乘以一个比例系数即为考虑天气因素的太阳辐照度的时序序列；步骤105：获取该地区一年内的历史大气云量数据，以15min为间隔对前后相邻时刻云量进行比较，其波动的规律通过云遮系数体现出来，然后对全年每天求出来的所有云遮系数按照当天的天气类型进行划分成四类...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家安，安世兴，李志军，王华君，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12