[发明专利]一种面向光伏功率预测的云团运动预估方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏功率预测技术领域，具体涉及一种面向光伏功率预测的云团运动预估方法。

背景技术

近年来，大规模光伏电站接入电网，由于光伏发电输出功率具有随机性和波动性，对电网安全稳定和经济运行造成影响。对光伏电站的输出功率进行准确预测，为电力调度提供重要的决策支持，统筹安排常规电源和光伏发电的协调配合，降低电力系统运行成本，而且有利于充分利用光伏资源，获得更大的经济效益和社会效益。

地面辐照度作为光伏电站输出功率的主要影响因素之一，它的不确定性直接导致输出功率的随机性和波动性。而云作为影响太阳地面辐照量的主要气象要素，其生消和移动变化是地面辐照度变化不确定性的根本原因之一。目前，光伏功率预测方法主要有根据历史气象要素数据和光伏电站输出功率数据进行统计分析或机器学习找出其内在规律并进行预测，但均未涉及云图数据。国外有学者根据气象卫星云图预估云层移动情况进行太阳辐照度预测，但其时空分辨率相对较低,为了满足区域内光伏电站超短期0-4小时内分钟级功率预测的要求，需要局地高时空分辨率的云图像数据。

近年来，随着电荷耦合器件CCD等硬件技术的发展和数字图像处理技术的不断完善，很多地基遥感测云仪器研制成功，比如全天空成像仪TSI(total sky imager)，该仪器能实现对全天空云的自动化观测和实时采集，最小时间分辨率可达30秒，能很好地实现光伏电站上空云图的实时监测和采集。利用数字图像处理技术对地基云图进行处理和分析，对云团移动进行预估，相当于将云这一主要气象要素从众多影响辐照度的随机因素中单独分离出来进行建模。从某种意义上讲，实现对云团的准确预测是实现光伏功率超短期0-4小时内分钟级准确预测的前提。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种面向光伏功率预测的云团运动预估方法，通过在时间序列图像中对每团块进行跟踪学习确定未来云团移动的速度和方向，实现对未来云团运动的预估，为光伏电站超短期0-4小时内分钟级功率预测提供了重要的数据源。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种面向光伏功率预测的云团运动预估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：对地基云图图像进行预处理；

步骤2：地基云图二值化；

步骤3：检测和标注云团，并提取云团质心；

步骤4：预估云团运动的速度和方向。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：对地基云图图像进行去噪；

步骤1-2：锐化地基云图图像。

所述步骤1-1中，通过采用中值滤波法对地基云图图像进行去噪；

I(i,j)表示图像I在(i,j)点的灰度值，滤波窗口为5×5领域，Med{x₁,x₂,...,x_n}表示取x₁,x₂，...,x_n序列的中值，则中值滤波结果为

M(i,j)＝Md{I(i+r,j+s)r,s∈{-2,-1,0,1,2}}    （1）。

所述步骤1-2中，基于拉普拉斯变换锐化地基云图图像；

二元图像函数f(x,y)的拉普拉斯变换定义为：