本發(fā)明涉及光伏功率預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于全天空云圖的光伏電站輻射預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

由于光伏發(fā)電輸出功率具有隨機(jī)性和波動性，近些年大規(guī)模光伏電站的接入電網(wǎng)已經(jīng)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行造成影響。對光伏電站的輸出功率進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，能為電力調(diào)度提供重要的決策支持，有助于電力調(diào)度部門能夠提前根據(jù)光伏發(fā)電功率變化及時調(diào)整調(diào)度計劃，保證電能質(zhì)量，減少系統(tǒng)的備用容量，降低電力系統(tǒng)運行成本，使得光伏資源得到充分的利用，從而獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

但是，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率很大程度上決定于光伏面板所能接收到的太陽輻射量，容易受到天氣因素的影響。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，當(dāng)云遮擋光伏電站時，會對光伏電站的太陽輻射造成衰減，從而造成其輸出功率不穩(wěn)定且難以預(yù)測。如何能夠準(zhǔn)確評估云遮擋與光伏電站的輻射衰減的關(guān)系，精確預(yù)測云團(tuán)的運動趨勢，對光伏電站區(qū)域內(nèi)的輻射精確預(yù)測有很重要的意義。雖然目前有一些光伏功率預(yù)測方面的文獻(xiàn)提出一些云遮擋輻射衰減方法，但是都只是對云和輻射關(guān)系進(jìn)行粗略分類，其實際應(yīng)用效果都不是很好，而且不具有普適性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供的一種基于全天空云圖的光伏電站輻射預(yù)測方法，該方法準(zhǔn)確且有效，在保證基礎(chǔ)天氣類型的預(yù)測數(shù)據(jù)輸出的基礎(chǔ)上，能夠準(zhǔn)確預(yù)測出未來一個時段的輻射；實現(xiàn)了精確的預(yù)測出未來一定時間內(nèi)云團(tuán)移動情況，以及由于各種云團(tuán)遮擋 太陽輻射所造成的輻射衰減情況，進(jìn)而能夠精確的對光伏電站未來一個時段的輻射進(jìn)行預(yù)測，為電力調(diào)度提供準(zhǔn)確且有效的決策支持，進(jìn)而降低電力系統(tǒng)運行成本，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于全天空云圖的光伏電站輻射預(yù)測方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1.根據(jù)所述光伏電站的晴空的歷史輻射數(shù)據(jù)，建立晴空輻射模型；

步驟2.利用全天空云圖，得到其在未來1個時間段內(nèi)的不同厚度云團(tuán)運動向量和云狀變化趨勢；

步驟3.獲取所述云團(tuán)中太陽強(qiáng)度；

步驟4.建立超短期輻射預(yù)測模型，對光伏電站未來1個時間段內(nèi)的輻射進(jìn)行預(yù)測。

優(yōu)選的，所述步驟1包括：

1-1.基于歷史輻射數(shù)據(jù)及太陽常數(shù)I_sc修正不同時間到達(dá)大氣層上界的太陽輻射強(qiáng)度I₀，建立晴空輻射模型：

式(1)中，N為積日、即當(dāng)前日在一年中的序號；I_sc≈1367W/m²；

1-2.計算得到太陽赤緯角δ：

1-3.計算得到太陽時角τ；

1-4.根據(jù)實時輻射數(shù)據(jù)校正晴空輻射模型，得到大氣層外切面接收到的太陽輻射I：

式(2)中，θ為太陽天頂角，δ為太陽赤緯角，光伏電站的緯度，τ為太陽時角。

優(yōu)選的，所述1-3包括：

a.計算得到地球繞太陽公轉(zhuǎn)時運動和轉(zhuǎn)速變化所產(chǎn)生的時間差E：

b.根據(jù)下式(4)的真太陽時與北京時間的轉(zhuǎn)換公式，計算得到表示真太陽時的小時數(shù)S和分鐘數(shù)F；

c.根據(jù)真太陽時的小時數(shù)S和分鐘數(shù)F，計算得到太陽時角τ為：

優(yōu)選的，所述步驟2包括：

2-1.設(shè)置全天空成儀以相同的時間間隔提取所采集云團(tuán)的云狀，得到云圖；

其中，所述時間間隔為30秒至1分鐘；

2-2.利用全天空成儀對云圖進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到過去1個時間段內(nèi)的不同顏色的云狀像素變化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值；其中，所述時間段為1至3小時；所述云狀像素變化數(shù)據(jù)包括厚云團(tuán)像素C_厚及薄云團(tuán)像素C_薄；

2-3.根據(jù)所述云狀像素變化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值，計算得到所述云圖在未來1個時間段內(nèi)的不同厚度云團(tuán)運動向量和云狀變化趨勢。

優(yōu)選的，所述2-3包括：

d.捕捉時間長度T內(nèi)的云團(tuán)在所述全天空成儀中的采集頻率，且所述全天空成像儀的采樣間隔為T_Δ，則所采集云圖的張數(shù)S為：

s＝T/T_Δ (7)

e.根據(jù)云圖處理后不同顏色云狀提取的不同厚度的云團(tuán)，利用云團(tuán)色彩變化趨勢，

分析兩張相臨云團(tuán)的相似性；

f.計算所述云團(tuán)運動向量；

g.預(yù)測太陽光斑遮擋狀態(tài)K(t)：

式(8)中，k_b(t)為薄云團(tuán)遮擋下的太陽光斑遮擋狀態(tài)；k_h(t)為厚云團(tuán)遮擋下的太陽光斑遮擋狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述e包括：

e-1.計算t₀時刻薄云團(tuán)和厚云團(tuán)的像素統(tǒng)計值C_薄、C_厚和t₁時刻薄云團(tuán)和厚云團(tuán)的像素統(tǒng)計值C_薄、C_厚；

e-2.根據(jù)所述全天空成儀的圖像處理后的時間線性關(guān)系，得出t₀到t₁薄云團(tuán)和厚云團(tuán)的變化規(guī)律，從而計算得到t₀到t₁兩個時刻云圖里的各個相似云團(tuán)，然后計算出第i個厚云團(tuán)的質(zhì)心O_hi及第i個薄云團(tuán)的質(zhì)心O_bi。

優(yōu)選的，所述f包括：

f-1.所述云圖中t時刻某個薄云團(tuán)質(zhì)心O_b0(x_b0,y_b0)和厚云團(tuán)質(zhì)心O_h0(x_h0,y_h0)，在t+1時刻薄、厚云團(tuán)均發(fā)生位移和云狀變化，變化后的薄、厚云團(tuán)質(zhì)心為O_b1(x_b1,y_b1)和O_h1(x_h1,y_h1)；

f-2.計算t到t+1時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b1和V_h1，t+1到t+2時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b2和V_h2，以及t到t+2兩個時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b和V_h；

f-3.求解從t-1時刻到t時刻第i塊云團(tuán)的位移距離d_i(t)：

式(9)中，x_i(t),y_i(t)分別為第i塊云團(tuán)在t時刻質(zhì)心O_i(t)對應(yīng)的坐標(biāo)關(guān)系；

x_i(t-1),y_i(t-1)分別為第i塊云團(tuán)在t-1時刻質(zhì)心O_i(t)對應(yīng)的坐標(biāo)關(guān)系；

f-4.計算第i塊所述薄云團(tuán)或厚云團(tuán)在t時刻的二次擬合關(guān)系φ_i(t)：

f-5.計算第i塊所述薄云團(tuán)或厚云團(tuán)在t+1時刻的二次擬合關(guān)系φ_i(t+1)：

φ_i(t+1)＝aφ_i(t)²+bφ_i(t)-c (11)

式(11)中，a、b、c為φ_i(t)對應(yīng)的參數(shù)；其中，薄云團(tuán)或厚云團(tuán)對應(yīng)的參數(shù)a、b、c不同，薄云團(tuán)對應(yīng)的參數(shù)為a_b、b_b、c_b；厚云團(tuán)對應(yīng)的參數(shù)為a_h、b_h、c_h；

f-6.計算得到第i塊云團(tuán)在t+1時刻的質(zhì)心坐標(biāo)O_i(x_i(t+1),y_i(t+1))：

優(yōu)選的，步驟3包括：

分析云圖太陽光斑強(qiáng)度與所述光伏電站的輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性，得到太陽光斑強(qiáng)度的二次擬合關(guān)系S(t+1)：

式(13)中，S(t)為第t時刻的太陽光斑強(qiáng)度等級為S(t)；C_sh是太陽光斑周圍的厚云團(tuán)像素統(tǒng)計；C_sb為太陽光斑周圍的薄云團(tuán)像素統(tǒng)計。

優(yōu)選的，步驟4包括：

4-1.建立所述超短期輻射預(yù)測模型：

I_d(t)＝a*I(t)²+bI(t)-I(t)K(t)S(t+1)/S_max (14)

式(14)中，I_d(t)為t時刻光伏電站的近地面輻照度為總輻射；I(t)為大氣層外切面太陽輻射；a¹,b¹均為二次曲線關(guān)系式的對應(yīng)項系數(shù)；S_max為太陽光斑強(qiáng)度的最大值；

4-2.根據(jù)所述超短期輻射預(yù)測模型，對光伏電站未來1個時間段內(nèi)的輻射進(jìn)行預(yù)測；

4-3.當(dāng)日預(yù)測結(jié)束后，更新光伏電站的歷史輻射數(shù)據(jù)與光伏電站地面輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并更新晴空輻射模型。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種基于全天空云圖的光伏電站輻射預(yù)測方法，根據(jù)光伏電站的晴空的歷史輻射數(shù)據(jù)，建立晴空輻射模型；利用全天空云圖，得到其在未來時間段內(nèi)的不同厚度云團(tuán)運動向量和云狀變化趨勢；獲取云團(tuán)中太陽強(qiáng)度；建立超短期輻射預(yù)測模型，對光伏電站未來時間段內(nèi)的輻射進(jìn)行預(yù)測。本發(fā)明提出的方法準(zhǔn)確且有效，在保證基礎(chǔ)天氣類型的預(yù)測數(shù)據(jù)輸出的基礎(chǔ)上，能夠準(zhǔn)確預(yù)測出未來時段的輻射；實現(xiàn)了精確的預(yù)測出未來一定時間內(nèi)云團(tuán)移動情況，以及由于各種云團(tuán)遮擋太陽輻射所造成的輻射衰減情況，進(jìn)而能夠精確的對光伏電站未來時段的輻射進(jìn)行 預(yù)測，為電力調(diào)度提供準(zhǔn)確且有效的決策支持，進(jìn)而降低電力系統(tǒng)運行成本，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，根據(jù)光伏電站的晴空的歷史輻射數(shù)據(jù)，建立晴空輻射模型；利用全天空云圖，得到其在未來時間段內(nèi)的不同厚度云團(tuán)運動向量和云狀變化趨勢；獲取云團(tuán)中太陽強(qiáng)度；建立超短期輻射預(yù)測模型，對光伏電站未來時間段內(nèi)的輻射進(jìn)行預(yù)測。本發(fā)明提出的方法準(zhǔn)確且有效，在保證基礎(chǔ)天氣類型的預(yù)測數(shù)據(jù)輸出的基礎(chǔ)上，能夠準(zhǔn)確預(yù)測出未來時段的輻射。

2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，實現(xiàn)了精確的預(yù)測出未來一定時間內(nèi)云團(tuán)移動情況，以及由于各種云團(tuán)遮擋太陽輻射所造成的輻射衰減情況，進(jìn)而能夠精確的對光伏電站未來時段的輻射進(jìn)行預(yù)測。

3、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，為電力調(diào)度提供準(zhǔn)確且有效的決策支持，進(jìn)而降低電力系統(tǒng)運行成本，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于全天空云圖的光伏電站輻射預(yù)測方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的預(yù)測方法中的步驟1的流程圖；

圖3是本發(fā)明的預(yù)測方法中的步驟2的流程圖；

圖4是本發(fā)明的預(yù)測方法中的步驟4的流程圖；

圖5是本發(fā)明的一種基于全天空云圖的光伏電站輻射預(yù)測方法的具體應(yīng)用例中的TSI-880全天空成像儀采集的云圖示意圖；

圖6是本發(fā)明的具體應(yīng)用例中的t₀時刻和t₁時刻的云團(tuán)示意圖；

圖7是本發(fā)明的具體應(yīng)用例中的云團(tuán)在t+1時刻薄、厚云團(tuán)發(fā)生位移和云狀變化示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于全天空云圖的光伏電站輻射預(yù)測方法，包括如下步驟：

步驟1.根據(jù)光伏電站的晴空的歷史輻射數(shù)據(jù)，建立晴空輻射模型；

步驟2.利用全天空云圖，得到其在未來1個時間段內(nèi)的不同厚度云團(tuán)運動向量和云狀變化趨勢；

步驟3.獲取云團(tuán)中太陽強(qiáng)度；

步驟4.建立超短期輻射預(yù)測模型，對光伏電站未來1個時間段內(nèi)的輻射進(jìn)行預(yù)測。

如圖2所示，步驟1包括：

1-1.基于歷史輻射數(shù)據(jù)及太陽常數(shù)I_sc修正不同時間到達(dá)大氣層上界的太陽輻射強(qiáng)度I₀，建立晴空輻射模型：

式(1)中，N為積日、即當(dāng)前日在一年中的序號；I_sc≈1367W/m²；

1-2.計算得到太陽赤緯角δ：

1-3.計算得到太陽時角τ；

1-4.根據(jù)實時輻射數(shù)據(jù)校正晴空輻射模型，得到大氣層外切面接收到的太陽輻射I：

式(2)中，θ為太陽天頂角，δ為太陽赤緯角，光伏電站的緯度，τ為太陽時角。

其中，1-3包括：

a.計算得到地球繞太陽公轉(zhuǎn)時運動和轉(zhuǎn)速變化所產(chǎn)生的時間差E：

b.根據(jù)下式(4)的真太陽時與北京時間的轉(zhuǎn)換公式，計算得到表示真太陽時的小時數(shù)S和分鐘數(shù)F；

c.根據(jù)真太陽時的小時數(shù)S和分鐘數(shù)F，計算得到太陽時角τ為：

如圖3所示，步驟2包括：

2-1.設(shè)置全天空成儀以相同的時間間隔提取所采集云團(tuán)的云狀，得到云圖；

其中，時間間隔為30秒至1分鐘；

2-2.利用全天空成儀對云圖進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到過去1個時間段內(nèi)的不同顏色的云狀像素變化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值；其中，時間段為1至3小時；云狀像素變化數(shù)據(jù)包括厚云團(tuán)像素C_厚及薄云團(tuán)像素C_薄；

2-3.根據(jù)云狀像素變化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值，計算得到云圖在未來1個時間段內(nèi)的不同厚度云團(tuán)運動向量和云狀變化趨勢。

其中，2-3包括：

d.捕捉時間長度T內(nèi)的云團(tuán)在全天空成儀中的采集頻率，且全天空成像儀的采樣間隔為T_Δ，則所采集云圖的張數(shù)S為：

s＝T/T_Δ (7)

e.根據(jù)云圖處理后不同顏色云狀提取的不同厚度的云團(tuán)，利用云團(tuán)色彩變化趨勢，

分析兩張相臨云團(tuán)的相似性；

f.計算云團(tuán)運動向量；

g.預(yù)測太陽光斑遮擋狀態(tài)K(t)：

式(8)中，k_b(t)為薄云團(tuán)遮擋下的太陽光斑遮擋狀態(tài)；k_h(t)為厚云團(tuán)遮擋下的太陽光斑遮擋狀態(tài)。

其中，e包括：

e-1.計算t₀時刻薄云團(tuán)和厚云團(tuán)的像素統(tǒng)計值C_薄、C_厚和t₁時刻薄云團(tuán)和厚云團(tuán)的像素統(tǒng)計值C_薄、C_厚；

e-2.根據(jù)全天空成儀的圖像處理后的時間線性關(guān)系，得出t₀到t₁薄云團(tuán)和厚云團(tuán)的變化規(guī)律，從而計算得到t₀到t₁兩個時刻云圖里的各個相似云團(tuán)，然后計算出第i個厚云團(tuán)的質(zhì)心O_hi及第i個薄云團(tuán)的質(zhì)心O_bi。

其中，f包括：

f-1.云圖中t時刻某個薄云團(tuán)質(zhì)心O_b0(x_b0,y_b0)和厚云團(tuán)質(zhì)心O_h0(x_h0,y_h0)，在t+1時刻薄、厚云團(tuán)均發(fā)生位移和云狀變化，變化后的薄、厚云團(tuán)質(zhì)心為O_b1(x_b1,y_b1)和O_h1(x_h1,y_h1)；

f-2.計算t到t+1時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b1和V_h1，t+1到t+2時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b2和V_h2，以及t到t+2兩個時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b和V_h；

f-3.求解從t-1時刻到t時刻第i塊云團(tuán)的位移距離d_i(t)：

式(9)中，x_i(t),y_i(t)分別為第i塊云團(tuán)在t時刻質(zhì)心O_i(t)對應(yīng)的坐標(biāo)關(guān)系；x_i(t-1),y_i(t-1)分別為第i塊云團(tuán)在t-1時刻質(zhì)心O_i(t)對應(yīng)的坐標(biāo)關(guān)系；

f-4.計算第i塊薄云團(tuán)或厚云團(tuán)在t時刻的二次擬合關(guān)系φ_i(t)：

f-5.計算第i塊薄云團(tuán)或厚云團(tuán)在t+1時刻的二次擬合關(guān)系φ_i(t+1)：

φ_i(t+1)＝aφ_i(t)²+bφ_i(t)-c (11)

式(11)中，a、b、c為φ_i(t)對應(yīng)的參數(shù)；其中，薄云團(tuán)或厚云團(tuán)對應(yīng)的參數(shù)a、b、c不同，薄云團(tuán)對應(yīng)的參數(shù)為a_b、b_b、c_b；厚云團(tuán)對應(yīng)的參數(shù)為a_h、b_h、c_h；

f-6.計算得到第i塊云團(tuán)在t+1時刻的質(zhì)心坐標(biāo)O_i(x_i(t+1),y_i(t+1))：

其中，步驟3包括：

分析云圖太陽光斑強(qiáng)度與光伏電站的輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性，得到太陽光斑強(qiáng)度的二次擬合關(guān)系S(t+1)：

式(13)中，S(t)為第t時刻的太陽光斑強(qiáng)度等級為S(t)；C_sh是太陽光斑周圍的厚云團(tuán)像素統(tǒng)計；C_sb為太陽光斑周圍的薄云團(tuán)像素統(tǒng)計。

如圖4所示，步驟4包括：

4-1.建立超短期輻射預(yù)測模型：

I_d(t)＝a*I(t)²+bI(t)-I(t)K(t)S(t+1)/S_max (14)

式(14)中，I_d(t)為t時刻光伏電站的近地面輻照度為總輻射；I(t)為大氣層外切面太陽輻射；a¹,b¹均為二次曲線關(guān)系式的對應(yīng)項系數(shù)；S_max為太陽光斑強(qiáng)度的最大值；

4-2.根據(jù)超短期輻射預(yù)測模型，對光伏電站未來1個時間段內(nèi)的輻射進(jìn)行預(yù)測；

4-3.當(dāng)日預(yù)測結(jié)束后，更新光伏電站的歷史輻射數(shù)據(jù)與光伏電站地面輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并更新晴空輻射模型。

本發(fā)明提供一種基于全天空云圖的光伏電站輻射預(yù)測方法的具體應(yīng)用例；具體為：

Step 1:近地面輻射強(qiáng)度推算：

大氣層外切平面的瞬時太陽輻射強(qiáng)度只與大氣上界的太陽輻射強(qiáng)度和太陽輻射方向有關(guān)"這些都可以通過天文學(xué)有關(guān)公式精確計算得到。近地面瞬時太陽輻射強(qiáng)度與大氣層外切平面的瞬時太陽輻射強(qiáng)度之間的關(guān)系式"就可以實時推算出近地面的太陽輻射強(qiáng)度。在同一個地方，同為晴空天氣情況下，可以通過歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計而得到前幾天的關(guān)系式，以歷史輻射數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用優(yōu)選的統(tǒng)計方法對晴空輻射進(jìn)行建模，加以實時輻射數(shù)據(jù)校正，就可以實現(xiàn)對光伏電站未來2小時晴空輻射的預(yù)測。

基于太陽常數(shù)(I_sc≈1367W/m²)，不同時間到達(dá)大氣層上界的太陽輻射強(qiáng)度，可通過實際日地距離對太陽常數(shù)的修正，

其中，I₀為大氣層頂?shù)奶栞椛鋸?qiáng)度，N為積日(當(dāng)前日在一年中的序號)。

大氣層外切面接收到的太陽輻射I，太陽輻射的強(qiáng)度和輻射傳輸方向都有關(guān)系，如下，

I＝I₀ (2)

上式，θ為太陽天頂角，δ為太陽赤緯角，光伏電站的緯度，τ為太陽時角。

上式，N為積日。

S和F分別表示真太陽時的小時數(shù)和分鐘數(shù)，它們與北京時間的轉(zhuǎn)換方式為，

其中，E為地球繞太陽公轉(zhuǎn)時運動和轉(zhuǎn)速變化所產(chǎn)生的時間差。這樣就可以計算出大氣層外切面接收到的太陽輻射。

Step 2:全天空云團(tuán)運動趨勢分析

(1)云團(tuán)提取

因為TSI-880全天空成像儀具有圖像處理功能，可以針對安裝地點的地理、氣候特征，如經(jīng)緯度、海拔、以及空氣質(zhì)量，對儀器進(jìn)行設(shè)置，以實現(xiàn)對所采集云圖的云狀識別和處理。通過全天空成儀的云狀分析處理，可以實現(xiàn)全天空云圖的云團(tuán)薄厚、云團(tuán)密度等信息的計算和評估，如圖5所示。然后再通過云團(tuán)提取，可以將云圖的薄厚云團(tuán)提取出來，并計算出薄厚云團(tuán)在整個云圖中的占比。

TSI-880處理后的云圖，可以將云圖中的云塊標(biāo)識為白色、淡藍(lán)色和藍(lán)色，即分別表示云圖中的厚云、薄云和藍(lán)天，因此，只要根據(jù)標(biāo)記的顏色就可以根據(jù)處理的云圖中的顏色，將不同厚度的云團(tuán)從藍(lán)天中提取出來。

(2)云團(tuán)運動向量計算：

TSI-880在對云團(tuán)處理后，會統(tǒng)計分析出不同顏色云團(tuán)的統(tǒng)計值，這對計算不同云團(tuán)厚度的云團(tuán)運動趨勢非常有幫助。在云團(tuán)移動時，云會消散，云團(tuán)也會發(fā)生形變。根據(jù)TSI-880對云圖的處理分析，對過去一段時間不同顏色云狀像素變化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，計算出云圖在未來一定時間不同厚度云團(tuán)運動向量和云狀變化趨勢。

1)云團(tuán)色彩統(tǒng)計分析：

TSI-880全天空成像儀可設(shè)置云圖采集的時間間隔，最好間隔為30秒，根據(jù)光伏功率預(yù)測的要求，1分鐘時間間隔已經(jīng)可以很好的滿足算法的要求。而云圖處理算法也對應(yīng)的計算出每一張檢測云圖的薄云、厚云和天空的信息。

設(shè)云圖處理后的厚云的像素統(tǒng)計為C_厚，薄云像素統(tǒng)計為C_薄，云團(tuán)在經(jīng)常一定的時間后，會在風(fēng)、氣壓等因素作用下移動，并且在移動過程中，云團(tuán)通常還會發(fā)生一定形變。因此，可以利用云圖的歷史數(shù)據(jù)的時間關(guān)系計算出不同色彩云團(tuán)的色彩統(tǒng)計值的變化趨勢。因為全天空云圖觀測范圍有限，對于云圖的一個云團(tuán)生消過程，可能全天空成像儀不能實現(xiàn)全方位監(jiān)測，所以需要捕捉出云團(tuán)在TSI中的采集頻率，設(shè)該過程的時間長度為T，設(shè)全天空成像儀的采樣間隔為T_Δ，則所采集云圖的張數(shù)為：

s＝T/T_Δ，為了能夠主算出擬合關(guān)系。

2)云團(tuán)相識度計算：

根據(jù)云圖處理后不同顏色云狀提取的不同厚度的云團(tuán)，利用云團(tuán)色彩變化趨勢，分析兩張相臨云團(tuán)的相似性，以確定前后兩張云圖中的云團(tuán)是同一個云團(tuán)，然后計算出云團(tuán)的運動向量。

如圖6所示，分別是t₀時刻和t₁時刻的云團(tuán)，要計算出這兩個時刻薄云、厚云的云團(tuán)相似度，只需要計算出t₀時刻薄云和厚云的像素統(tǒng)計值C_薄、C_厚和t₁時刻薄云和厚云的像素統(tǒng)計值C_薄、C_厚，根據(jù)TSI圖像處理C時間線性關(guān)系，得出t₀到t₁薄云和厚云的變化規(guī)律，從而計算出t₀到t₁兩個時刻云圖里的各個相似云團(tuán)，然后計算出圖各個云團(tuán)的質(zhì)心，如第i個厚云的質(zhì)心O_hi，第i個薄云的質(zhì)心O_bi。

3)云團(tuán)運動向量計算：

設(shè)某全天空云圖中t時刻某個質(zhì)心O_b0(x_b0,y_b0)薄云團(tuán)和質(zhì)心O_h0(x_h0,y_h0)厚云團(tuán)，該云團(tuán)在t+1時刻薄、厚云團(tuán)發(fā)生位移和云狀變化，變化后的薄、厚云團(tuán)質(zhì)心為O_b1(x_b1,y_b1)和O_h1(x_h1,y_h1)，如圖7所示。由此，可以計算出t到t+1時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b1和V_h1，t+1到t+2時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b2和V_h2，以及t到t+2兩個時刻的薄、厚云團(tuán)的速度向量V_b和V_h，從而可以基于這種運動向量關(guān)系，基于當(dāng)前和歷史的云團(tuán) 運動趨勢預(yù)測未來一定時間內(nèi)的薄、厚云團(tuán)的運動向量。因為薄、厚云團(tuán)的計算過程相似，這里列出一種即可.設(shè)第i塊云團(tuán)在t+1時刻φ_i(t+1)的二次擬合關(guān)系如下式，

φ_i(t+1)＝aφ_i(t)²+bφ_i(t)-c (8)

因為，薄、厚兩種云的消散、運動趨勢在速度上并不完全相同，所以薄、厚兩種云的φ_i(t)對應(yīng)著不同的參數(shù)a、b、c，設(shè)薄、厚兩類云的參數(shù)分別為a_b、b_b、c_b和a_h、b_h、c_h。

設(shè)O_i(t)為第i塊云團(tuán)在t時刻質(zhì)心，其對應(yīng)的坐標(biāo)關(guān)系為O_i(x_i(t),y_i(t))，設(shè)d_i(t)為該云塊從t-1時刻到t時刻云團(tuán)的位移距離，設(shè)φ_i(t)為t-1到t時刻d_i(t)與X軸的夾角。所以，通過該定義關(guān)系，可以計算出過去一定時間間隔的某云塊φ_i的值，如下式：

由此式代入φ_i(t+1)的二次擬合關(guān)系式，就可以計算出φ_i(t+1)。設(shè)與當(dāng)前時刻相臨的前一時刻，第i塊云團(tuán)發(fā)生的位移d_i(t)，其中，

因為，風(fēng)速具有一定的慣性，其變化需要一個過程，在一定的時間內(nèi)可以保持風(fēng)速的不變，進(jìn)而可以推算從t到t+1時刻第i塊云團(tuán)速度向量V_i(t+1)，在一定條件下會等于上一時刻速度V_i(t)，然后利用V_i(t-i)，V_i(t-i+1)，…,V_i(t)對V_i(t+1)進(jìn)行實時矯正，其中t_Δ為位移時間間隔。

所以，第i塊云團(tuán)在t+1時刻的質(zhì)心坐標(biāo)O_i(x_i(t+1),y_i(t+1))為，

4)太陽光斑遮擋預(yù)測：

TSI設(shè)置正確且正常工作的情況下，全天空云圖中的太陽光斑始終會與TSI鏡面上的遮廣帶重合，因此TSI基于此信息可以計算出太陽光斑每個時刻的位置，而這些數(shù)據(jù)TSI-880已經(jīng)完成處理，也可以直接在MySQL庫查找使用。因此，當(dāng)?shù)趇塊云團(tuán)在t+1時刻移動到太陽光斑的成像區(qū)域時，就會發(fā)現(xiàn)遮擋，并根據(jù)前面的分析，計算出是薄云，還是厚云發(fā)生了遮擋，設(shè)遮擋狀態(tài)為：

它們的判斷條件就是否為薄或厚云。

Step 3:云團(tuán)中太陽強(qiáng)度分析：

原始云圖經(jīng)過TSI-880的圖像處理后，不但標(biāo)記出不同厚度的云狀和統(tǒng)計出各云圖團(tuán)的像素特征，還計算出了云圖中太陽斑周圍的顏色特征，以及太陽光斑在云圖中所呈現(xiàn)的強(qiáng)度等級?？梢允褂锰柟獍邚?qiáng)度數(shù)據(jù)和太陽光斑周圍的色彩特征，與云圖中不同厚度的云團(tuán)、天空等數(shù)據(jù)，與輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，就可以計算出不同天氣類型的輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)與云圖的對應(yīng)情況。當(dāng)云圖中厚云和薄云遮擋太斑光斑時，對太陽光斑強(qiáng)度與電站的輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析；以及當(dāng)沒有云團(tuán)遮擋太陽光斑時，云圖太陽光斑強(qiáng)度與輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，設(shè)第t時刻的太陽光斑強(qiáng)度等級為S(t)，歷史時刻的強(qiáng)度等級，可以直接在TSI的數(shù)據(jù)庫中查到。因為云圖的太陽光斑強(qiáng)度主要是受光斑周圍的云團(tuán)影響，而TSI直接對當(dāng)前時刻太陽光斑周圍薄、厚云團(tuán)的像素分別進(jìn)行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)太陽光斑強(qiáng)度也是一個二次擬合關(guān)系，

其中，C_sh是太陽光斑周圍的厚云像素統(tǒng)計、C_sb太陽光斑周圍的薄云像素統(tǒng)計。這兩個值可以直接從TSI的MySQL中查找使用。

Step 4:本發(fā)明所提出超短期輻射預(yù)測模型：

TSI-880對云團(tuán)進(jìn)行薄、厚分類色斑處理，但是真實情況下云團(tuán)的薄、厚是不同的，不能做簡單分類處理。所以TSI-880對針對云圖中的太陽光斑特征計算出太陽光斑的強(qiáng)度等級，結(jié)合TSI分析的太陽光斑強(qiáng)度等級和云團(tuán)薄、厚特征、以及云團(tuán)的薄、厚像素統(tǒng)等數(shù)據(jù)，可以擬合出它們與太陽輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的擬合關(guān)系。然后，可以根據(jù)全天空云圖中的各個云團(tuán)運動向量預(yù)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對未來一定時間內(nèi)云團(tuán)運動趨勢下的輻射衰減情況預(yù)測評估，進(jìn)而提高光伏功率預(yù)測的精度。

為減少氣候、氣溫對預(yù)測精度的影響，采用臨近相似天氣型的歷史輻射和實測輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線相關(guān)性擬合，設(shè)t時刻光伏電站的近地面輻照度為總輻射為I_d(t)其輻射與大氣層外切面太陽輻射I(t)，相對應(yīng)的滿足二次曲線擬合關(guān)系，其中，a,b是二次曲線關(guān)系式的對應(yīng)項系數(shù)，如下，

I_d(t)＝a*I(t)²+bI(t)-I(t)K(t)S(t+1)/S_max (14)

其中，S_max為太陽光斑強(qiáng)度的最大值，其值可以直接從數(shù)據(jù)庫表中查詢得出。

當(dāng)天預(yù)測結(jié)束后，更新光伏電站的歷史輻射數(shù)據(jù)與光伏電站地面輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并重新統(tǒng)計輻射關(guān)系式，為下一天的預(yù)測做出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

其中，TSI-880(Total Sky Imager)為全彩色數(shù)字成像儀，可以自動進(jìn)行全天空云量的持續(xù)性觀測，時空分辨率較高，該儀器不僅可以監(jiān)測云量的大小，還可以通過云的變化分析天氣形勢。本文所采用型號為TSI-880，它通過上方的照相機(jī)垂直向下拍攝帶有加熱裝置的半球鏡面，得到當(dāng)時天空所呈現(xiàn)的圖像。拍攝得到的圖像是分辨率為352×288像素的24位RGB真彩色圖像，以JPEG格式被自動存儲到計算機(jī)上以便用于圖像處理與分析。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。