[發明專利]預測光伏發電設備的發電功率的方法和系統

有效

• 申請號: 201310037419.X
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103971167B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 張盟;芮曉光;白鑫鑫;杜輝;王海峰;尹文君;董進
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 黃小臨

技術領域

本發明涉及光伏發電領域，并且更具體地涉及一種用于預測光伏發電設備的發電功率的方法和系統。

背景技術

目前，光伏發電技術正在迅速發展。使用這種技術的光伏發電設備（例如太陽能電池）利用光伏效應將太陽光能轉變為電能，其發電功率取決于光伏發電設備接收到的太陽光量。在晴空（即，晴朗無云）條件下，可以根據光伏發電設備的地理位置而容易地預測未來時刻的發電功率。具體地，在晴空條件下，根據光伏發電設備的地理位置和要預測發電功率的時刻，可以計算出該時刻的太陽高度角，以便預測在該時刻入射到光伏發電設備的太陽光量，從而計算出在該時刻光伏發電設備的發電功率。然而，當天空中有云時，由于云的遮擋，到達光伏發電設備的太陽光量減少，使得光伏發電設備的發電功率減小。由于天空中的云的大小、厚度和位置隨著時間不斷變化，光伏發電設備的發電功率也不斷波動。在云量突變的情況下，光伏發電設備的發電功率甚至會劇烈變化。這給光伏發電設備乃至電網的安全運營和管理帶來一系列的問題。因此，希望能夠準確地預測未來時刻的光伏發電設備的發電功率。

傳統上，使用物理模型預測法或圖像預測法來預測光伏發電設備的發電功率。物理模型預測法使用諸如數值天氣預報（NWP）模型或輻射模型之類的物理模型，基于初始時刻的云分布來預測未來時刻的云分布，從而預測未來時刻的發電功率。然而，所述物理模型描述的初始時刻的云分布并不準確。此外，盡管所述物理模型能夠較為準確地預測未來的溫度（T）、濕度（q）、氣壓（p）、以及風速和風向等基礎量，但是該物理模型本身沒有準確地描述水的相態變化導致的云的變化（例如云的源匯）等，因此其對云變化過程的描述并不準確。因此，物理模型預測法無法獲得準確的預測結果。圖像預測法使用根據衛星云圖確定的初始云分布來預測未來時刻的云分布，該初始云分布是準確的，但是這種方法假設云的運動是線性的并且在運動期間形態不變，而實際上，云會受到大氣風場（云所在高度上的風速和風向）以及水的相態（水汽的飽和度）影響，會產生和消散（源和匯），具有非常強的非線性特征。因此，圖像預測法也無法獲得準確的預測結果，而且也不能預測未來較長時間內的發電功率，其有效預測時間僅在幾小時以內。

發明內容

鑒于以上問題而提出了本發明。本發明的一個目的是提供一種預測光伏發電設備的發電功率的方法和系統，其能夠準確地預測未來較長時間內的光伏發電設備的發電功率。

根據本發明的一個方面，提供了一種預測光伏發電設備的發電功率的方法，包括：計算在初始時刻光伏發電設備所在區域的天空中的云的初始透光率；通過表示所述區域的天空中的云的透光率的變化的方程，使用所述初始透光率計算在未來時刻所述區域的天空中的云的透光率，所述方程包括與云的平流運動有關的項和與云的源匯有關的項；以及根據在未來時刻所述區域的天空中的云的透光率，預測在未來時刻光伏發電設備的發電功率。

根據本發明的另一個方面，提供了一種預測光伏發電設備的發電功率的系統，包括：第一計算裝置，被配置為計算在初始時刻光伏發電設備所在區域的天空中的云的初始透光率；第二計算裝置，被配置為通過表示所述區域的天空中的云的透光率的變化的方程，使用所述初始透光率計算在未來時刻所述區域的天空中的云的透光率，所述方程包括與云的平流運動有關的項和與云的源匯有關的項；以及預測裝置，被配置為根據在未來時刻所述區域的天空中的云的透光率，預測在未來時刻光伏發電設備的發電功率。

在根據本發明上述方面的方法和系統中，所使用的初始透光率可以基于例如真實的衛星云圖或通過地面云成像設備獲得的真實云圖來導出，因此是準確的。此外，根據本發明上述方面的方法和系統使用包含與云的平流運動有關的項和與云的源匯有關的項的物理方程來預測云的透光率變化，使得在預測過程中考慮了云的變化的非線性特征，因此與傳統方法相比，具有更高的預測精度。

附圖說明

通過結合附圖對本公開示例性實施方式進行更詳細的描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示出了適于用來實現本發明實施方式的示例性計算機系統/服務器12的框圖。

圖2示出了根據本發明實施例的預測光伏發電設備的發電功率的方法的流程圖。

圖3示例性地示出了所拍攝的光伏發電設備所在的區域的衛星云圖。

圖4是示意性地示出根據圖3所示的衛星云圖獲得的透光率的球面分布圖。