[發明專利]基于天空拍照圖像和衛星云圖反演輻照度的方法及系統

在審

• 申請號: 202110349898.3
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113076865A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 向婕;雍正;閆涵
• 申請（專利權）人: 國能日新科技股份有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 天津合正知識產權代理有限公司 12229
• 代理人: 李成運;李震勇

本發明提出一種基于天空拍照圖像和衛星云圖反演輻照度的方法及系統，對于同一區域的云量信息建立由低分辨率的衛星云圖到高分辨率的天空成像圖片的映射關系函數；通過該映射關系函數將衛星云圖數據解析為高分辨率圖像數據；從所述高分辨率圖像數據中獲取云參數；獲取數值天氣預報數據；將云參數和數值天氣預報數據代入輻射傳輸模型中求解，獲得輻照度數據，包括地面水平太陽輻射度、直射太陽輻射度和散射太陽輻射度。本發明使用天空拍照圖像與衛星圖像建立超分辨率映射關系，從而獲取高分辨率的衛星云圖數據，由高分辨率衛星云圖數據反演的輻照度相較于直接由普通衛星云圖數據反演輻照度具有更高的精度，為該技術工業落地提供了堅實基礎。

技術領域

本發明屬于光伏發電領域，特別是涉及到一種基于天空拍照圖像和衛星云圖反演站點輻照度的方法及系統。

背景技術

隨著電力改革的深入，電力交易扮演的角色越來越重要，對新能源功率預測也提出了新的要求。電力改革之前，電網調度更加注重日前的功率預測結果；電力改革之后，電價變換較快，需要提供日內預測。目前有部分電場使用人工校準后的日前功率預測數據代替日內預測數據，但是效率慢，準確率低，因此越來越需要提供更加精準的日內預測。

日內預測中，對于超短期的光伏功率預測不準，最主要的原因是氣象上對云預測不準，數值模擬天氣預報模式無法精確的反映出云況的日內變化；因為對于光伏電場，地面輻照度是影響光伏電場發電功率最主要的因素，而云的狀況是影響地面輻照度主要的氣象因素。現有部分電場開始通過天空拍照技術進行預測超短期功率，采用基礎的全天空成像儀進行拍照識圖，但是只能提供光伏電場180°天空范圍內的云遮擋率，無法區分云類和云層，對光伏功率預測的精度提升效果有限。因為不同的云類和云層對于太陽輻射的穿透率、吸收率和反射率等云物理條件是不一樣的，這會影響最終到達地面的太陽輻射量。除此之外因為天氣系統變化較快，而全天空成像儀提供的數據只是一種反饋當前天空狀況的實測數據，即使靠外推演算的方式，其預測未來一小時以上的功率預測準確率將于日前預測準確率相差無幾。

因此，為了提供精準的日內預測，亟需一種能夠精準反演光伏電場站點輻照度的方法。

發明內容

本發明提出一種基于天空拍照圖像和衛星云圖反演輻照度的方法及系統，使反演的輻照度具有更高的精度。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于天空拍照圖像和衛星云圖反演輻照度的方法，包括：

S1、對于同一區域的云量信息建立由低分辨率的衛星云圖到高分辨率的天空成像圖片的映射關系函數；

S2、通過該映射關系函數將原分辨率的衛星云圖數據解析為預報站點周邊區域的高分辨率圖像數據；從所述高分辨率圖像數據中獲取云參數；

S3、獲取數值天氣預報數據；

S4、將云參數和數值天氣預報數據代入輻射傳輸模型中求解，獲得輻照度數據，包括地面水平太陽輻射度、直射太陽輻射度和散射太陽輻射度。

進一步的，步驟S1所述映射關系函數的建立過程包括：

S101、獲取高分辨率的天空成像圖片，并進行圖片解析；

S102、獲取全球衛星圖像；

S103、使用卷積神經網絡對步驟S101和S102獲得的圖像進行圖像識別；

S104、S103的圖像識別后通過天空成像儀圖片中的云量信息和衛星圖片對于同一區域的云量信息建立由低分辨率到高分辨率映射關系。

進一步的，步驟S3所述數值天氣預報數據在獲取后先進行插值處理，處理過程包括：采用反距離差值法，插值常規的氣象要素；預報場站位置為未知點，模式中心點為已知點，由已知點到未知點的距離的倒數為權重，進行插值處理；