[發(fā)明專利]結(jié)合光伏功率物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的光伏功率預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710492720.8
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107341569B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘海旺;王劍曉;汪洋;賴曉文;夏清;康重慶
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京清能互聯(lián)科技有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06;G06K9/62
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明提出結(jié)合光伏功率物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的光伏功率預(yù)測方法，屬于電力系統(tǒng)新能源預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域。該方法運(yùn)用光伏功率物理模型，確定影響光伏功率的關(guān)鍵天氣特征，建立歷史時(shí)段和預(yù)測時(shí)段的關(guān)鍵天氣特征矩陣；然后分別建立歷史和預(yù)測時(shí)段的天氣數(shù)據(jù)矩陣，獲得歷史和預(yù)測時(shí)段的輸入矩陣；對輸入矩陣進(jìn)行特征提取，得到歷史和預(yù)測時(shí)段的主成分特征矩陣；選取與任一預(yù)測時(shí)段主成分特征曼哈頓距離最近的K個(gè)歷史時(shí)段，擬合得到K個(gè)歷史時(shí)段的主成分特征與對應(yīng)歷史時(shí)段光伏功率的映射關(guān)系，將所選預(yù)測時(shí)段的主成分特征輸入映射關(guān)系，得到該預(yù)測時(shí)段的光伏功率。本發(fā)明利用光伏功率物理模型，能夠準(zhǔn)確預(yù)測光伏功率，具有較強(qiáng)的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)新能源預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種結(jié)合光伏功率物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的光伏功率預(yù)測方法。

背景技術(shù)

光伏功率預(yù)測即根據(jù)歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)對未來一定時(shí)段的光伏功率進(jìn)行預(yù)測。由于日照的晝夜周期性，光伏電站只能白天發(fā)電，是一種典型的間歇式電源；光伏功率受氣象、環(huán)境條件影響，具有較大的波動(dòng)性和隨機(jī)性。這些特性使得大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)造成不良影響。若能及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)測光伏功率，將對電網(wǎng)調(diào)度及光伏電站運(yùn)行具有重要意義。

目前，已有諸多關(guān)于光伏功率預(yù)測的方法。這些預(yù)測方法可按照不同方式分類。例如，根據(jù)預(yù)測時(shí)間尺度不同，可將光伏功率預(yù)測分為超短期(未來0-6小時(shí))、短期(未來6-24小時(shí))和中長期(未來多日至一年)。研究統(tǒng)計(jì)表明，晴空條件下，超短期光伏功率預(yù)測的方均根誤差在8％以內(nèi)；而非晴空條件下的方均根誤差高于20％。可見，目前光伏功率預(yù)測誤差較大，使得光伏功率預(yù)測技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。因此，改進(jìn)光伏功率預(yù)測方法，提升光伏功率預(yù)測精度，具有重要應(yīng)用前景和工程價(jià)值。現(xiàn)有光伏功率預(yù)測方法主要步驟如下：

1)采集歷史時(shí)段數(shù)值天氣數(shù)據(jù)，如大氣壓強(qiáng)、空氣沉淀物、空氣濕度、天空云量、風(fēng)速、空氣溫度、地表熱輻射等；

2)以歷史時(shí)段數(shù)值天氣數(shù)據(jù)直接作為輸入，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)等數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)算法，統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)歷史時(shí)段數(shù)值天氣數(shù)據(jù)與歷史光伏功率的關(guān)系；

3)采集預(yù)測時(shí)段數(shù)值天氣數(shù)據(jù)，以該數(shù)據(jù)直接作為輸入，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)得到的歷史數(shù)值天氣數(shù)據(jù)與歷史光伏功率的關(guān)系，得到預(yù)測時(shí)段光伏功率。

然而，現(xiàn)有預(yù)測方法強(qiáng)烈依賴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)算法的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)能力，忽略光伏功率物理模型對數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的作用。光伏功率的物理模型表述光伏功率與諸如環(huán)境溫度、風(fēng)速、地表光強(qiáng)等天氣特征的解析式，蘊(yùn)含了光伏功率與天氣特征的物理規(guī)律。例如，現(xiàn)有常用的光伏功率物理模型表達(dá)式如下：

式中，E_e為有效光強(qiáng)，T_c為光伏陣列溫度，E₀為參考光強(qiáng)，T₀為參考溫度，P_mp0為光伏額定功率，γ為光伏陣列的溫度系數(shù)，P_mp為光伏功率。該模型表明，光伏功率與有效光強(qiáng)與光伏陣列溫度相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種結(jié)合光伏功率物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的光伏功率預(yù)測方法。本發(fā)明通過光伏功率物理模型發(fā)掘關(guān)鍵天氣特征，有助于發(fā)揮數(shù)據(jù)挖掘方法的學(xué)習(xí)能力，提升光伏功率的預(yù)測精度。

本發(fā)明提出的一種結(jié)合光伏功率物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的光伏功率預(yù)測方法，包括以下步驟：

1)基于光伏功率物理模型，獲取與光伏功率直接相關(guān)的天氣特征為有效光強(qiáng)和光伏陣列溫度，得到光伏功率關(guān)于有效光強(qiáng)和光伏陣列溫度的線性表達(dá)式，確定影響光伏功率的關(guān)鍵天氣特征；

光伏功率P_mp的物理模型表達(dá)式如式(1)所示：