[發(fā)明專(zhuān)利]一種天空?qǐng)D像云團(tuán)位移矢量計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810962529.X
• 申請(qǐng)日: 2018-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109146975B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王飛;龐帥杰;甄釗;米增強(qiáng);王錚;王勃
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）;中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司;國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/77
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/77;G06T7/73;G06T7/45;G06V10/762
• 代理公司: 北京博訊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11593
• 代理人: 柳興坤

本發(fā)明公開(kāi)了一種天空?qǐng)D像云團(tuán)位移矢量計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)樣本天空?qǐng)D像進(jìn)行處理獲取多個(gè)組合優(yōu)化計(jì)算模型，并根據(jù)多個(gè)組合優(yōu)化計(jì)算模型對(duì)新的天空?qǐng)D像云團(tuán)位移矢量進(jìn)行計(jì)算。從而可以獲得更加準(zhǔn)確的云團(tuán)矢量計(jì)算。本發(fā)明提供的天空?qǐng)D像云團(tuán)位移矢量計(jì)算方法能夠面對(duì)云團(tuán)的不同運(yùn)動(dòng)模式，選擇相應(yīng)的不同計(jì)算策略，即在組合計(jì)算模型中分別設(shè)置三種方法的各個(gè)權(quán)重。通過(guò)算例驗(yàn)證，它可以改善傳統(tǒng)單一方法在適用范圍上的局限性，能夠適用于大多數(shù)云場(chǎng)景的、具有較高魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理和光伏功率預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種天空?qǐng)D像云團(tuán)位移矢量計(jì)算方法。

背景技術(shù)

光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電一樣均屬于波動(dòng)性和間歇性電源，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)受光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度等氣候因素的影響，其輸出功率的變化具有不確定性，輸出功率的擾動(dòng)將有可能影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。因此，需要加強(qiáng)光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)的研究，預(yù)先獲得光伏發(fā)電系統(tǒng)的日發(fā)電量曲線(xiàn)，從而協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)制定發(fā)電計(jì)劃，減少光伏發(fā)電的隨機(jī)化問(wèn)題對(duì)電力系統(tǒng)的影響。使用蓄電池來(lái)穩(wěn)定光伏發(fā)電功率輸出是一種可行的方法，但需要追加成本，而且廢舊蓄電池還會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。因此需要對(duì)光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，以便了解大規(guī)模的太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電運(yùn)行特性，以及與電網(wǎng)調(diào)度、電力負(fù)荷等的匹配問(wèn)題。這樣有助于整個(gè)電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行，從而減少光伏發(fā)電隨機(jī)性對(duì)電力系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，因此對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行功率預(yù)測(cè)是很有必要的。

準(zhǔn)確的光伏功率預(yù)測(cè)能夠?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度決策行為提供依據(jù)，并為多種電源時(shí)空互補(bǔ)與協(xié)調(diào)控制提供支撐，可降低旋轉(zhuǎn)備用容量和運(yùn)行成本，對(duì)保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、促進(jìn)電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行具有重要意義。目前，光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)主要包括針對(duì)未來(lái)72小時(shí)的短期預(yù)測(cè)和針對(duì)未來(lái)4小時(shí)的超短期預(yù)測(cè)兩個(gè)時(shí)間尺度，時(shí)間分辨率均為15分鐘。在光伏發(fā)電功率分步預(yù)測(cè)方法中，對(duì)于短期預(yù)測(cè)和更長(zhǎng)時(shí)間尺度的中期預(yù)測(cè)，一般采用以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)為輸入的輻照度預(yù)測(cè)模型；對(duì)于針對(duì)未來(lái)4小時(shí)的超短期預(yù)測(cè)，則多采用基于衛(wèi)星云圖和智能模型的輻照度預(yù)測(cè)方法。

地表輻照度預(yù)測(cè)是光伏發(fā)電功率分步預(yù)測(cè)的首要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確性是保證功率預(yù)測(cè)精度的關(guān)鍵。然而多云天氣下地表輻照度受云團(tuán)生消與運(yùn)動(dòng)的影響，其變化呈現(xiàn)出隨機(jī)、快速、劇烈的特點(diǎn)，變化速率達(dá)分鐘級(jí)，波動(dòng)范圍高達(dá)對(duì)應(yīng)晴空數(shù)值的80％，這種情況下現(xiàn)有方法預(yù)測(cè)誤差很大，預(yù)測(cè)結(jié)果不能使用。由以上分析可知，未直接考慮云團(tuán)的快速、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和過(guò)低的時(shí)間分辨率(15分鐘)是造成現(xiàn)有方法多云條件下預(yù)測(cè)精度急劇下降的主要原因。此外，15分鐘的時(shí)間分辨率也不能滿(mǎn)足電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度的需求。因此，為了提高多云天氣下的預(yù)測(cè)精度，須針對(duì)天空中的云團(tuán)進(jìn)行直接觀測(cè)以獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，研究高時(shí)間分辨率下(分鐘級(jí))對(duì)云團(tuán)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確追蹤與位置預(yù)測(cè)的方法。

目前計(jì)算云團(tuán)位移矢量的常用方法主要有粒子圖像測(cè)速(Particle ImageVelocimetry)、LK光流法(Lucas-Kanade Optical Flow)以及SURF特征匹配算法。然而，作為一種剛性配準(zhǔn)方法，粒子圖像測(cè)速法不能獲得與云團(tuán)變形和旋轉(zhuǎn)相關(guān)的參數(shù)；基于圖像灰度不變假設(shè)的光流法的精度容易被圖像噪聲所干擾；當(dāng)圖像紋理信息不夠豐富時(shí)，特征匹配法的精度也會(huì)降低。也就是說(shuō)，目前計(jì)算云團(tuán)位移矢量的常用方法在不同程度上都缺乏足夠的魯棒性。目前計(jì)算云團(tuán)位移矢量的常用方法主要有粒子圖像測(cè)速(ParticleImage Velocimetry)、LK光流法(Lucas-Kanade Optical Flow)以及SURF特征匹配算法。然而，作為一種剛性配準(zhǔn)方法，粒子圖像測(cè)速法不能獲得云的非剛性運(yùn)動(dòng)參數(shù)，比如旋轉(zhuǎn)、變形和生消；基于圖像灰度恒定假設(shè)的光流法的精度很容易受到圖像噪聲的干擾，比如在光照不均、鏡頭存在污漬等情況下，計(jì)算精度較低；而對(duì)于特征匹配算法，由于其對(duì)特征點(diǎn)的定位和描述通常需要大量的信息，因此在紋理信息不夠豐富的區(qū)域，其匹配性較差。也就是說(shuō)，目前計(jì)算云團(tuán)位移矢量的常用方法在不同程度上都缺乏足夠的魯棒性。因?yàn)樘炜罩械脑茍F(tuán)可能具有各種各樣的運(yùn)動(dòng)模式，當(dāng)我們對(duì)所有類(lèi)型的云團(tuán)使用相同的位移矢量計(jì)算方法時(shí)，上述算法低精度的情況會(huì)必然發(fā)生。

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