一种光伏电站发电功率超短期预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏电站发电功率超短期预测方法，包括如下步骤：步骤1：获取光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据；步骤2：对所述光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据进行数据预处理；步骤3：根据预处理后的光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据，利用基于预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型得到不同的预测时间长度对应的光伏电站的超短期预测功率；步骤4：根据所获得的光伏电站的超短期预测功率确定光伏电站发电功率超短期预测模型的最佳预测时间长度；步骤5：采用基于最佳预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型进行光伏电站的超短期功率预测。提高光伏电站发电功率超短期预测精度。
【专利说明】一种光伏电站发电功率超短期预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光伏电站发电功率超短期预测方法，属于光伏发电功率预测技术 领域。
【背景技术】
[0002] 在当今全球化石能源日益紧缺、环境污染日益恶化等压力下，合理开发可再生能 源，提高能源的利用率，是解决我国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长 与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。太阳能作为一种可再生绿色清洁 能源，逐渐受到各国青睐，光伏发电得到快速发展。但由于光伏发电天然具有的间歇性、波 动性和周期性等特点，光伏发电并网给整个电网的安全稳定经济运行造成了巨大的影响。 因此开展光伏电站发电功率预测技术的研究至关重要，对光伏电站发电功率进行较为准确 的预测，一方面有助于电力调度部门提前了解光伏电站发电功率变化，优化调整电网实时 调度计划，统筹安排常规能源和光伏发电的协调配合；另一方面有助于电力系统减少旋转 备用容量，降低运行成本。
[0003] 根据分类标准的不同，光伏电站发电功率预测有多种分类方法。按照预测时间尺 度的不同，可分为短期预测（预测未来〇?72小时或更长时间）、超短期预测（预测未来 〇?4小时）；按照预测模型对象的不同，可分为基于辐照度预测的间接法、基于功率预测的 直接法；按照预测模型原理的不同，可分为统计方法、物理方法、统计与物理相结合的方法。
[0004] 光伏电站发电功率超短期预测是指对光伏电站未来0?4小时的发电功率进行预 测，现有的光伏电站发电功率超短期预测多采用单一数据源、单种预测方法对光伏电站未 来0?4小时的发电功率进行预测。也有采用多种预测方法组合预测，但都是将多种预测 方法串联，依次对单一数据源进行处理。在实际工程应用中，一旦出现输入数据源暂时中断 的情况，就会导致该时刻的预测失败，影响光伏电站发电功率超短期预测精度。由于光伏电 站发电功率超短期预测结果直接影响着电网实时调度计划的优化调整，因此亟需开展光伏 电站发电功率超短期预测技术的研究，降低光伏发电并网对整个电网的不利影响，提高电 力系统中的光伏装机比例。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明提供一种光伏电站发电功率超短期预测方法，提高光伏电 站发电功率超短期预测精度，为电力调度部门依据光伏电站发电功率超短期预测结果提前 了解光伏电站发电功率变化，优化调整电网实时调度计划，统筹安排常规能源和光伏发电 的协调配合，减少电力系统旋转备用容量，降低运行成本。
[0006] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
[0007] -种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008] 步骤1 :获取光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据；
[0009] 步骤2 :对所述光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据进行剔除无效 数据的预处理；
[0010] 步骤3 :根据预处理后的光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据，利 用基于预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型得到不同的预测时间长度对应 的光伏电站的超短期预测功率；
[0011] 步骤4 :根据所获得的光伏电站的超短期预测功率确定光伏电站发电功率超短期 预测模型的最佳预测时间长度；
[0012] 步骤5 :采用基于最佳预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型进行光 伏电站的超短期功率预测。
[0013] 光伏电站发电功率超短期预测主要采用数理统计法，对光伏电站所在地环境气象 站的历史观测数据和周边气象台站的历史观测数据进行分析，根据实际需要选择逐步回归 法、时间序列法、BP神经网络法等方法进行光伏发电预测建模试验，最后选取预测效果最好 的一种光伏发电预测模型。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0015] 1.本发明通过比较不同预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型得到 的光伏电站超短期预测功率结果，建立基于最佳预测时间长度的光伏电站发电功率超短期 预测模型，有效提高了光伏电站发电功率超短期预测的精度。
[0016] 2.本发明通过对光伏电站光伏发电过程中的超短期功率进行预测，能够为电力调 度部门依据光伏电站发电功率超短期预测结果提前了解光伏电站发电功率变化，优化调整 电网实时调度计划，统筹安排常规能源和光伏发电的协调配合，减少电力系统旋转备用容 量，降低运行成本。
[0017] 3.本发明采用光伏电站实测功率和短期预测功率作为光伏电站发电功率超短期 预测的输入数据源，并对其进行去除无效数据的预处理，利用基于预测时间长度的光伏电 站发电功率超短期预测模型得到不同的预测时间长度对应的光伏电站的超短期预测功率， 以此建立基于最佳预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型，滚动实现发电功率 超短期预测，有效提高光伏电站发电功率超短期预测精度，规避数据异常对预测精度的影 响，为实现光伏电站发电功率超短期预测提供基础和保障。
[0018] 本发明的有益效果是：提高光伏电站发电功率超短期预测精度，为电力调度部门 依据光伏电站发电功率超短期预测结果提前了解光伏电站发电功率变化，优化调整电网实 时调度计划，统筹安排常规能源和光伏发电的协调配合，减少电力系统旋转备用容量，降低 运行成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明一种光伏电站发电功率超短期预测方法的总体流程图；
[0020] 图2是本发明步骤3的流程图；
[0021] 图3是本发明实施例中光伏电站的超短期预测第1个点的功率与实测功率的对比 曲线图；
[0022] 图4是本发明实施例中光伏电站的超短期预测第16个点的功率与实测功率的对 比曲线图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领 域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限 定。
[0024] -种光伏电站发电功率超短期预测方法，其总体流程图如图1所示，包括如下步 骤：
[0025] 步骤1 :获取光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据；
[0026] 步骤2 :对所述光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据进行去除无效 数据的预处理；
[0027] 步骤3 :根据预处理后的光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据，利 用基于预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型得到不同的预测时间长度对应 的光伏电站的超短期预测功率，优选，不同的预测时间长度包括：4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、 llh、12h。
[0028] 步骤4 :根据所获得的光伏电站的超短期预测功率确定光伏电站发电功率超短期 预测模型的最佳预测时间长度；
[0029] 步骤5 :采用基于最佳预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型进行光 伏电站的超短期功率预测。
[0030] 优选，各个步骤的具体内容如下：
[0031] 步骤1具体包括如下步骤：
[0032] 步骤1. 1 :从发报时刻t开始向前依次获取光伏电站心-11\心-21\…、ti-mT时 刻对应的实测功率数据匕、&、…、F m，记历史实测功率数据集合Fs= {Fi，F2，…，FJ ;
[0033] 步骤1. 2 :从发报时刻&开始向前依次获取光伏电站心-11^-21\…、ti-mT时刻 对应的短期预测功率数据Pi、P2、…、P m，记过去时刻短期预测功率数据集合匕={Pi，P2，… ，PnJ ;
[0034] 步骤1. 3 :从发报时刻ti开始向后依次获取光伏电站ti+ΙΤ、ti+2T、…、ti+kT 时刻对应的短期预测功率数据P1+、P2+、…、Pk+，记未来时刻短期预测功率数据集合IV = {P1+, P2+, ···, pk+}；
[0035] 即短期预测功率数据包括PjPPj+，其可以通过现有技术获得。其中，i、m、k均为 正整数，T为时间分辨率，优选，T是15min或5min，k彡4*60/T。
[0036] 步骤2具体包括如下步骤：
[0037] 步骤2. 1 :对历史实测功率数据集合Fs按以下算法进行数据预处理：
[0038] (1)若光伏电站某一时刻的实测功率数据匕超过光伏电站的装机容量Cap，则 令光伏电站该时刻的实测功率数据以装机容量代替，即若F s>Cap，则令Fs = Cap，其中， s e [l，m]，Cap为光伏电站装机容量。
[0039] (2)若光伏电站某一时刻的实测功率数据Fs为负数且大于一个设定的负数γ，则 令F s以零代替，即若γ <FS〈0,则令Fs = 0。
[0040] (3)若光伏电站某一时刻的实测功率数据Fs小于γ，则认为该时刻的实测功率数 据无效，置该时刻的实测功率数据为无效标志数据。
[0041] 其他情形下，即0 < Fs < Cap时，Fs是有效数值，其值不改变。
[0042] 经步骤2. 1处理后得到新的集合F' s= {F' i，F' 2，…，F' m}。
[0043] 步骤2. 2 :对过去时刻短期预测功率数据集合Ps按以下算法进行数据预处理：
[0044] (1)若光伏电站某一时刻的短期预测功率数据Ps超过光伏电站的装机容量Cap， 则令光伏电站该时刻的短期预测功率数据以装机容量代替，即若Ps>Cap，则令Ps = Cap。
[0045] (2)若光伏电站某一时刻的短期预测功率数据为负数，则认为光伏电站该时刻的 短期预测功率数据无效，置该时刻的短期预测功率数据为无效标志数据。
[0046] 其他情形下，即0彡Ps彡Cap时，Ps是有效数值，其值不改变。
[0047] 经步骤2.2处理后得到新的集合1^3=妒'1，？' 2，···，？'』。
[0048] 步骤2. 3 :对未来时刻短期预测功率数据集合IV按以下算法进行数据预处理：
[0049] (1)若光伏电站某一时刻的短期预测功率数据超过光伏电站的装机容量Cap，则 令光伏电站该时刻的短期预测功率数据以装机容量代替，即若P j+>Cap，则令Pj+ = Cap，其 中，j e [l，k]。
[0050] (2)若光伏电站某一时刻的短期预测功率数据为负数，则令光伏电站该时刻的短 期预测功率数据等于前一时刻的短期预测功率数据代替，即若IV〈〇,则令IV = P(m)+。
[0051] 其他情形下，即0彡Pj+彡Cap时，Pj+是有效数值，其值不改变。
[0052] 经步骤2.3处理后得到新的集合1^1+=妒'1+，？' 2+，···，？'^}。
[0053] 步骤3具体包括如图2所示的步骤：
[0054] 步骤3.1:从F' jPP' s集合中选取离发报时刻&最近的同一时刻数据均有效 的实测功率数据和短期预测功率数据，作为计算预报时刻超短期预测功率的基准时刻t b数 据，基准时刻实测功率与短期预测功率的差值采用下述公式计算：
[0055] δ (tj) = Pb-Fb
[0056] 其中，δ (ti)为发报时刻&所选取的基准时刻光伏电站的实测功率与短期预测功 率的差值，Pb为基准时刻的光伏电站的短期预测功率数据，F b为基准时刻的光伏电站的实 测功率数据。
[0057] 步骤3. 2 :设预测时间长度为P (单位为小时），则预报时刻\的权重系数采用下 述公式计算：
[0058]
【权利要求】
1. 一种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1:获取光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据； 步骤2 :对所述光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据进行剔除无效数据 的预处理； 步骤3 :根据预处理后的光伏电站的历史实测功率数据和短期预测功率数据，利用基 于预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型得到不同的预测时间长度对应的光 伏电站的超短期预测功率； 步骤4 :根据所获得的光伏电站的超短期预测功率确定光伏电站发电功率超短期预测 模型的最佳预测时间长度； 步骤5 :采用基于最佳预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型进行光伏电 站的超短期功率预测。
2. 根据权利要求1所述的一种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征在于，在步 骤3中，不同的预测时间长度包括：4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、llh、12h。
3. 根据权利要求1所述的一种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征在于，步骤1 具体包括如下步骤： 步骤I. 1 :从发报时刻心开始向前依次获取光伏电站h-lT、心-21\…、ti-mT时刻对 应的实测功率数据FpF2、…、Fm，记历史实测功率数据集合Fs=的，F2，…，FJ; 步骤1. 2 :从发报时刻心开始向前依次获取光伏电站心-11\心-21\…、ti-mT时刻对应 的短期预测功率数据P1I2、…、Pm，记过去时刻短期预测功率数据集合Ps = (P1,P2，…，PJ; 步骤1. 3 :从发报时刻&开始向后依次获取光伏电站心+11\心+21\…、h+kT时刻对应 的短期预测功率数据P1+、P2+、…、Pk+，记未来时刻短期预测功率数据集合IV= {P1+，P2+，… >pk+}； 其中，i、m、k均为正整数，T为时间分辨率，k彡4*60/T。
4. 根据权利要求3所述的一种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征在于，步骤2 具体包括如下步骤： 步骤2. 1 :对历史实测功率数据集合Fs按以下算法进行数据预处理： (1) 若光伏电站某一时刻的实测功率数据Fs超过光伏电站的装机容量Cap，则令Fs = Cap;其中，sG[l，m]，Cap为光伏电站装机容量； (2) 若光伏电站某一时刻的实测功率数据Fs为负数且大于一个设定的负数Y，则令Fs =〇 ； (3) 若光伏电站某一时刻的实测功率数据Fs小于Y，则认为该时刻的实测功率数据无 效，置该时刻的实测功率数据为无效标志数据； 经步骤2. 1处理后得到新的集合F'S={F'i，F' 2，…，F' m}; 步骤2. 2 :对过去时刻短期预测功率数据集合Ps按以下算法进行数据预处理： (1) 若光伏电站某一时刻的短期预测功率数据Ps超过光伏电站的装机容量Cap，则令 Ps =Cap； (2) 若光伏电站某一时刻的短期预测功率数据为负数，则认为光伏电站该时刻的短期 预测功率数据无效，置该时刻的短期预测功率数据为无效标志数据； 经步骤2.2处理后得到新的集合P'S={P'i，P' 2，…，P' m}; 步骤2. 3 :对未来时刻短期预测功率数据集合IV按以下算法进行数据预处理： (1) 若光伏电站某一时刻的短期预测功率数据超过光伏电站的装机容量Cap，则令Pj+ =Cap,其中，jG[1，k]; (2) 若光伏电站某一时刻的短期预测功率数据为负数，则令光伏电站该时刻的短期预 测功率数据等于前一时刻的短期预测功率数据，即令IV=P(m)+ ;经步骤2. 3处理后得到新 的集合P'j+={P'i+，P' 2+，…，P' 1+}。
5. 根据权利要求4所述的一种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征在于，步骤3 具体包括如下步骤： 步骤3.1:从F' 3和P's集合中选取离发报时刻&最近的同一时刻数据均有效的实 测功率数据和短期预测功率数据，作为计算预报时刻超短期预测功率的基准时刻tb数据， 得到发报时刻h所选取的基准时刻光伏电站的实测功率与短期预测功率的差值S(tD; 步骤3. 2:设预测时间长度为P，P>4,则预报时刻&的权重系数采用下述公式计 算：
其中，4为相对于发报时刻h的第j个预报时刻的权重系数，j为正整数，jG[i+1,i+k]； 步骤3.3 :基于预测时间长度P建立预报时刻&的光伏电站发电功率超短期预测模型 为：
式中，C//为光伏电站相对于发报时刻h的第j个预报时刻的超短期预测功率；步骤 3. 4 :采用基于预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测模型得到每一种预测时间长 度的超短期P*60/T个点的预测功率。
6. 根据权利要求5所述的一种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征在于，步骤4 具体包括如下步骤： 步骤4. 1 :针对每一种预测时间长度，分别计算一段评估时间内其光伏电站发电功率 超短期预测每个点的均方根误差； 步骤4. 2 :分别对每一种预测时间长度的光伏电站发电功率超短期预测前4个小时共 4*60/T个点的均方根误差累加求和； 步骤4. 3 :选择均方根误差之和最小时对应的预测时间长度为最佳预测时间长度。
7. 根据权利要求6所述的一种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征在于：所述 光伏电站发电功率超短期预测第j个点的均方根误差采用下述公式计算：
其中，RMSE^表示每次发报时刻第j个点的均方根误差，n*60/T为评估时间段内点的个 数，n为小时数，&为相对于发报时刻&的第i+j个点的光伏电站的实测功率。
8.根据权利要求2-7任意一项所述的一种光伏电站发电功率超短期预测方法，其特征 在于，所述T是15min或5min〇
【文档编号】G06Q10/04GK104268659SQ201410524926
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】李科, 张国建, 郭彦飞, 周永华, 郭宇能, 梁进 申请人:国电南瑞科技股份有限公司