適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]進入21世紀以來，世界范圍內(nèi)能源供給持續(xù)緊張，開發(fā)利用清潔高效的可再生能源是解決未來能源問題的主要出路。目前，太陽能光伏發(fā)電是發(fā)展最快的可再生能源發(fā)電技術(shù)，據(jù)預(yù)測，太陽能光伏發(fā)電在21世紀將會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。但是太陽能光伏發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電單元不同，光伏系統(tǒng)輸出功率具有隨機性、間歇性和不可控性的特點，因此有必要對光伏發(fā)電功率進行預(yù)測，以其作為光伏系統(tǒng)規(guī)劃、能量管理和調(diào)度控制的重要依據(jù)，并保障光伏系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。
[0003]現(xiàn)有的光伏功率預(yù)測模型根據(jù)模型輸入數(shù)據(jù)的不同分為統(tǒng)計模型、物理模型和兩者的組合模型。通常，不同的預(yù)測模型需要不同的輸入，而影響光伏系統(tǒng)輸出功率最重要的因素是當?shù)靥栞椛?，因此太陽輻射是除了光伏功率外預(yù)測模型需要考慮的首要輸入。其他可以用作光伏功率預(yù)測模型輸入的數(shù)據(jù)類型包括NWPs(Numerical WeatherPredict1ns，數(shù)值氣象預(yù)報)數(shù)據(jù)(太陽輻照、溫度等)、歷史和實時氣象數(shù)據(jù)、光伏系統(tǒng)在線數(shù)據(jù)和物理環(huán)境數(shù)據(jù)(光伏電池數(shù)據(jù)、光伏方陣安裝和布局、地理位置等)。
[0004]為提高光伏功率預(yù)測精度，應(yīng)盡可能獲取以上所提的模型輸入數(shù)據(jù)類型，但受光伏系統(tǒng)的規(guī)模和所處地理位置的限制，通常不能獲取完備的輸入數(shù)據(jù)類型。傳統(tǒng)的光伏功率預(yù)測系統(tǒng)通常只針對單一組合的輸入數(shù)據(jù)類型，因此預(yù)測系統(tǒng)的適應(yīng)性較差，另外，這些預(yù)測系統(tǒng)通常需要采用較多的輸入數(shù)據(jù)類型，不考慮數(shù)據(jù)資料獲取的難度，對于安裝在偏遠地區(qū)和海島等光伏系統(tǒng)的功率預(yù)測很難應(yīng)用多種輸入數(shù)據(jù)類型作為輸入的預(yù)測系統(tǒng)。此夕卜，光伏系統(tǒng)在其整個生命周期所能獲得的數(shù)據(jù)類型不是固定的，即從光伏系統(tǒng)規(guī)劃階段的功率預(yù)測到運行后期的功率預(yù)測方法應(yīng)根據(jù)預(yù)測模型輸入數(shù)據(jù)類型的變化而變化，而傳統(tǒng)的光伏預(yù)測系統(tǒng)對于這一點的考慮常常欠缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于光伏系統(tǒng)全生命周期、適用于多種輸入數(shù)據(jù)組合類型、分辨率可變的光伏功率預(yù)測系統(tǒng)。所述光伏功率預(yù)測系統(tǒng)具有操作簡單、輸入數(shù)據(jù)類型擴展靈活、預(yù)測方法豐富、適用性強等優(yōu)點，能夠應(yīng)用于多種光伏系統(tǒng)、為光伏系統(tǒng)的規(guī)劃及其能量管理系統(tǒng)提供依據(jù)，提高光伏功率預(yù)測的準確性、降低由于系統(tǒng)變化需要重新設(shè)計光伏功率預(yù)測系統(tǒng)的開發(fā)成本。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0006]—種適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)，包括:
[0007]基本信息存儲模塊，用于存儲光伏系統(tǒng)包括地理位置、歷史氣象信息、安裝信息和逆變器信息在內(nèi)的基本信息；
[0008]數(shù)據(jù)庫模塊，用于分類存儲預(yù)測建模所需的各種數(shù)據(jù)，包括光伏系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報數(shù)據(jù)和數(shù)值氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，還存儲上述基本信息存儲模塊的基本信息;
[0009]預(yù)測模型判斷模塊，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫模塊所存儲的數(shù)據(jù)的種類，及光伏系統(tǒng)的投運時間確定相應(yīng)的預(yù)測模型；
[0010]預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對所述數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)進行均值化處理，形成輸入輸出模型訓(xùn)練樣本及預(yù)測輸入樣本；
[0011]預(yù)測建模模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測模型判斷模塊確定的預(yù)測模型對所述預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的樣本進行模型訓(xùn)練和預(yù)測，得到光伏系統(tǒng)輸出功率的預(yù)測值。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0013]1.本發(fā)明考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)所獲取的建模數(shù)據(jù)類型的多樣性，針對常見數(shù)據(jù)類型組合采用相應(yīng)的預(yù)測類型，適用于多種光伏系統(tǒng)，預(yù)測系統(tǒng)具有很好的適應(yīng)性。
[0014]2.本發(fā)明可以靈活實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)全生命周期的預(yù)測。按照光伏系統(tǒng)運行時間采用不同的預(yù)測模型，有利于在不同的階段根據(jù)建模數(shù)據(jù)類型選擇合適的預(yù)測算法和模型，提高光伏預(yù)測系統(tǒng)的預(yù)測精度。
[0015]3.本發(fā)明采用模塊化設(shè)計，各個模塊功能分明、分界面清晰，可以根據(jù)用戶需求定制預(yù)測系統(tǒng)，靈活增加或關(guān)閉某些模塊功能，降低小型光伏系統(tǒng)預(yù)測成本，滿足大型光伏系統(tǒng)用戶需求。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)的預(yù)測過程示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)的壞數(shù)據(jù)識別與修正示意圖；
[0019]圖4為光伏組件等效電路圖；
[0020]圖5為本發(fā)明適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)采用的預(yù)測類型1、2、3的不意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)采用的預(yù)測類型4、5的示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)采用的預(yù)測類型6的示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。
[0024]本發(fā)明的適用于光伏系統(tǒng)全生命周期的輸出功率分類預(yù)測系統(tǒng)，如圖1所示，包括:
[0025]基本信息存儲模塊，用于存儲光伏系統(tǒng)包括地理位置、歷史氣象信息、安裝信息和逆變器信息在內(nèi)的基本信息；
[0026]數(shù)據(jù)庫模塊，用于分類存儲預(yù)測建模所需的各種數(shù)據(jù)，包括光伏系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報數(shù)據(jù)和數(shù)值氣象預(yù)報數(shù)據(jù)；
[0027]預(yù)測模型判斷模塊，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫模塊所存儲的數(shù)據(jù)的種類，及光伏系統(tǒng)的投運時間確定相應(yīng)的預(yù)測模型；
[0028]預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對所述數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)進行均值化處理，形成輸入輸出模型訓(xùn)練樣本及預(yù)測輸入樣本；
[0029]預(yù)測建模模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測模型判斷模塊確定的預(yù)測模型對所述預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的樣本進行模型訓(xùn)練和預(yù)測，得到光伏系統(tǒng)輸出功率的預(yù)測值。
[0030]數(shù)據(jù)庫模塊存儲的數(shù)據(jù)包括多種類型，并可以是處于光伏系統(tǒng)各個時期的，因此本發(fā)明根據(jù)數(shù)據(jù)種類和系統(tǒng)運行時間采用不同的預(yù)測模型進行訓(xùn)練和預(yù)測，從而增加本預(yù)測系統(tǒng)的適用性、靈活性，以及預(yù)測精度。
[0031]作為一個優(yōu)選的實施例，本預(yù)測系統(tǒng)包括:基本信息存儲模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、數(shù)據(jù)辨識及修正模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、預(yù)測模型判斷模塊、預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、預(yù)測建模模塊、模型誤差分析模塊、運行錯誤診斷模塊、自動運行管理模塊、人機界面模塊等。其中，如圖2所示，基本信息存儲模塊為光伏預(yù)測系統(tǒng)最初執(zhí)行模塊，基本信息存儲模塊執(zhí)行后，光伏功率預(yù)測系統(tǒng)進入循環(huán)預(yù)測運行，循環(huán)過程執(zhí)行順序為數(shù)據(jù)輸入模塊、數(shù)據(jù)辨識及修正模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、預(yù)測模型判斷模塊、預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、預(yù)測建模模塊、模型誤差分析模塊、運行錯誤診斷模塊，然后進行零點判斷，若非零點，則將預(yù)測相關(guān)結(jié)果返回人機界面和預(yù)測數(shù)據(jù)庫并重新進入循環(huán)，若為零點，則執(zhí)行模型誤差分析模塊對誤差進行統(tǒng)計，執(zhí)行自動運行管理模塊，再將相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果返回人機界面和預(yù)測數(shù)據(jù)庫并重新進入循環(huán)。
[0032]所述基本信息存儲模塊包括存儲光伏系統(tǒng)地理位置、歷史氣象信息、安裝、逆變器等基本信息。其中，地理位置信息包括經(jīng)度、瑋度、海拔、陰影遮擋情況；歷史氣象信息包括氣象站、NASA、NOAA等網(wǎng)站獲取的逐小時/月/日太陽輻射、環(huán)境溫度信息；安裝信息包括光伏組件的銘牌值、光伏組件串并聯(lián)信息、方陣數(shù)量、安裝角度、安裝方式等，其中，銘牌值信息包括光伏組件短路電流、開路電壓、最大功率點電壓、最大功率點電流、電壓溫度系數(shù)、電流溫度系數(shù)、組件效率衰減信息等，組件效率衰減信息默認為第一年衰減3 %，第二年開始每年衰減0.7%，方陣數(shù)量以逆變器進行劃分，安裝角度包括傾角和方位角，安裝方式包括安裝型、構(gòu)件型和建材型；逆變器信息包括額定功率、效率、最大功率跟蹤范圍。
[0033]所述數(shù)據(jù)輸入模塊包括逆變器運行數(shù)據(jù)輸入模塊、環(huán)境監(jiān)測輸入模塊、NWPs輸入模塊、天氣預(yù)報輸入模塊。其中，逆變器運行數(shù)據(jù)包括逆變器開關(guān)狀態(tài)、輸入電壓、輸入電流、輸入功率、輸出電壓、輸出電流、輸出功率；環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)包括水平面太陽總輻照、水平面太陽散射輻射、水平面太陽直射輻射、環(huán)境溫度、組件溫度；NWPs數(shù)據(jù)包括水平面太陽總輻射、環(huán)境溫度；天氣預(yù)報數(shù)據(jù)包括白天的天氣晴雨情況、風(fēng)力、氣溫和濕度。
[0034]所述數(shù)據(jù)辨識及修正模塊包括壞數(shù)據(jù)辨識和歷史數(shù)據(jù)處理，壞數(shù)據(jù)是指不可用于預(yù)測建模的數(shù)據(jù)，主要分為兩類，第一類是不能修正的數(shù)據(jù)，包括為逆變器引起的明顯的功率變化數(shù)據(jù)和通訊長時間故障產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；第二類是通過修正和補全后可用于預(yù)測建模的數(shù)據(jù)，包括短時通訊故障產(chǎn)生的壞數(shù)據(jù)。如圖3所示，逆變器引起的壞數(shù)據(jù)包括逆變器故障、調(diào)度控制光伏逆變器輸出功率等引起的壞數(shù)據(jù)，此類壞數(shù)據(jù)不能進行修正，處理方式為直接存入壞數(shù)據(jù)庫。通訊故障造成的壞數(shù)據(jù)有以下3種情況:1)數(shù)據(jù)重復(fù)，采樣時間及數(shù)據(jù)重復(fù)；2)數(shù)據(jù)失真，超出邊界條件或連續(xù)多個數(shù)據(jù)相同且不為O ;3)數(shù)據(jù)缺失。針對以上3種壞數(shù)據(jù)類型采取對應(yīng)處理方法:1)直接刪除重復(fù)多余數(shù)