專利名稱：一種面向光伏功率預測的云團運動預估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏功率預測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種面向光伏功率預測的云團運動預估方法。
背景技術(shù)：
近年來,大規(guī)模光伏電站接入電網(wǎng)，由于光伏發(fā)電輸出功率具有隨機性和波動性，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行造成影響。對光伏電站的輸出功率進行準確預測，為電カ調(diào)度提供重要的決策支持，統(tǒng)籌安排常規(guī)電源和光伏發(fā)電的協(xié)調(diào)配合，降低電カ系統(tǒng)運行成本，而且有利于充分利用光伏資源，獲得更大的經(jīng)濟效益和社會效益。地面輻照度作為光伏電站輸出功率的主要影響因素之一，它的不確定性直接導致輸出功率的隨機性和波動性。而云作為影響太陽地面輻照量的主要氣象要素，其生消和移動變化是地面輻照度變化不確定性的根本原因之一。目前，光伏功率預測方法主要有根據(jù)歷史氣象要素數(shù)據(jù)和光伏電站輸出功率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析或機器學習找出其內(nèi)在規(guī)律并進行預測，但均未涉及云圖數(shù)據(jù)。國外有學者根據(jù)氣象衛(wèi)星云圖預估云層移動情況進行太陽輻照度預測，但其時空分辨率相對較低，為了滿足區(qū)域內(nèi)光伏電站超短期0-4小時內(nèi)分鐘級功率預測的要求，需要局地高時空分辨率的云圖像數(shù)據(jù)。近年來，隨著電荷耦合器件CCD等硬件技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷完善，很多地基遙感測云儀器研制成功，比如全天空成像儀TSI (total sky imager),該儀器能實現(xiàn)對全天空云的自動化觀測和實時采集，最小時間分辨率可達30秒，能很好地實現(xiàn)光伏電站上空云圖的實時監(jiān)測和采集。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對地基云圖進行處理和分析，對云團移動進行預估，相當于將云這ー主要氣象要素從眾多影響輻照度的隨機因素中単獨分離出來進行建摸。從某種意義上講，實現(xiàn)對云團的準確預測是實現(xiàn)光伏功率超短期0-4小時內(nèi)分鐘級準確預測的前提。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種面向光伏功率預測的云團運動預估方法，通過在時間序列圖像中對每團塊進行跟蹤學習確定未來云團移動的速度和方向，實現(xiàn)對未來云團運動的預估，為光伏電站超短期0-4小時內(nèi)分鐘級功率預測提供了重要的
數(shù)據(jù)源。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
一種面向光伏功率預測的云團運動預估方法，所述方法包括以下步驟
步驟I :對地基云像進行預處理；
步驟2 :地基云圖ニ值化；
步驟3 :檢測和標注云團，并提取云團質(zhì)心；
步驟4 :預估云團運動的速度和方向。
所述步驟I包括以下步驟
步驟1-1 :對地基云像進行去噪；步驟1-2 :銳化地基云像。所述步驟1-1中，通過采用中值濾波法對地基云像進行去噪；I(i, j)表示圖像I在(i，j)點的灰度值，濾波窗口為5X5領(lǐng)域，Med{Xl，x2，…，xn} 表示取Xl，X2，. . .，xn序列的中值，則中值濾波結(jié)果為M(i,j) = Md{I (i+r, j+s)r, s G {_2，_1，0，1，2}} (1)。所述步驟1-2中，基于拉普拉斯變換銳化地基云像；二元圖像函數(shù)f (x，y)的拉普拉斯變換定義為
權(quán)利要求
1.一種面向光伏功率預測的云團運動預估方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟I :對地基云像進行預處理； 步驟2:地基云圖二值化； 步驟3 :檢測和標注云團，并提取云團質(zhì)心； 步驟4 :預估云團運動的速度和方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向光伏功率預測的云團運動預估方法，其特征在于所述步驟I包括以下步驟 步驟1-1 :對地基云像進行去噪； 步驟1-2:銳化地基云像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向光伏功率預測的云團運動預估方法，其特征在于所述步驟1-1中，通過采用中值濾波法對地基云像進行去噪； I(i, j)表示圖像I在(i，j)點的灰度值，濾波窗口為5X5領(lǐng)域，Medlx1, x2，...，xn}表示取X1, X2, . . . , Xn序列的中值，則中值濾波結(jié)果為M(i，j) =Md{I(i+r, j+s)r, s e {-2,-I, O, 1,2}} (I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向光伏功率預測的云團運動預估方法，其特征在于所述步驟1-2中，基于拉普拉斯變換銳化地基云像； 二元圖像函數(shù)f(x，y)的拉普拉斯變換定義為 銳化后的圖像g(x，y)表示為 g(x,y) = f(x,y)-Vzf{x,y)(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向光伏功率預測的云團運動預估方法，其特征在于所述步驟2 中，根據(jù)紅藍通道分量比，并設置閾值O. 55彡Y彡0.8，進而得到二值圖像Binary (i, j)表示為 D. η I I5 Binary(ij) = (4> 其中，R(i，j)和B(i，j)分別表示地基云像紅通道分量和藍通道分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向光伏功率預測的云團運動預估方法，其特征在于所述步驟3包括以下步驟 步驟3-1 :檢測和標注云團； A)在二值圖中，若像素值為I坐標為(i，j)的像素點為P，則搜索P的8連接點，8連接像素的坐標集為{(i-1，j-1), (i-1，j)，(i-1，j+1), (i, j_l), (i, j+1), (i+1，j-1), (i+1，j)， (i+1, j+1)}； B)對P點的8連接坐標集對應的像素點中選擇像素值為I的點并分別對其再次展開8連接點搜索，如此反復，并且每個像素點不能重復被搜索，直至所有所有點的8連接點均為已搜索的點或者像素值為O的點，結(jié)束搜索并標注團塊；c)團塊的標注按照檢索的順序，第一次檢索到的團塊標記為“1”，第二次檢索到的團塊標記為“2”，以此類推； 步驟3-2 :提取云團質(zhì)心； 假設每條邊都經(jīng)過團塊A的最大矩形的左上角頂點坐標為(Ax1, Ay1)，右下角頂點坐標為(Axn，Ayn)，則團塊A的質(zhì)心坐標為(Ax，Ay)，其中
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向光伏功率預測的云團運動預估方法，其特征在于所述步驟4包括以下步驟 步驟4-1 :定義云團運動速度和方向； 建立以球面圖像中心為坐標原點的極坐標系，設中心坐標為(X。，y。)，像素點P的原始坐標為U，y)，其中X幸X。,則圖像上P點的極坐標表示為
全文摘要
本發(fā)明提供一種面向光伏功率預測的云團運動預估方法，包括以下步驟對地基云像進行預處理；地基云圖二值化；檢測和標注云團，并提取云團質(zhì)心；預估云團運動的速度和方向。該方法通過在時間序列圖像中對每團塊進行跟蹤學習確定未來云團移動的速度和方向，實現(xiàn)對未來云團運動的預估，為光伏電站超短期0-4小時內(nèi)分鐘級功率預測提供了重要的數(shù)據(jù)源。
文檔編號G06Q50/06GK102915470SQ20121035297
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者陳志寶, 程序, 周海, 丁杰, 崔方, 陳穎, 丁宇宇, 王知嘉, 曹瀟, 譚志萍, 于炳霞, 周強 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司