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CN105426956A - 一种超短期光伏预测方法 - Google Patents

一种超短期光伏预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超短期光伏预测方法，包含如下步骤：训练数据x选取；训练数据归一化处理；训练数据异常化处理；数据函数变换；显著性分析；广义回归神经网络模型训练；广义回归神经网络模型预测，该超短期光伏预测方法，利用广义回归神经网络建模理论及方法，通过增加隐层的基函数，精确了局部逼近，达到全局最优，同时针对模型输入信息做了显著性提取和改进，通过函数变换增强历史数据的相关性，并作为输入信号进入广义回归神经网络预测模型，有效提升了预测精度，另外训练样本选定后，广义回归神经网络结构和权值会自动确定，只需调整平滑参数即可，避免了循环训练的计算过程，更加快速地实现全局逼近的学习和预测能力。

Description

一种超短期光伏预测方法
技术领域
本发明涉及一种光伏发电预测方法，具体是一种超短期光伏预测方法。
背景技术
太阳能光伏发电具有转换效率高、使用周期长、无运转部件等优点，目前，国外太阳能光伏发电已经完成初期开发阶段，正向大规模应用阶段发展。但是，由于太阳能具有间歇性和随机性等特点，随着光伏装机容量的快速扩大，大规模的光伏并网，将不利于电网的稳定性，对电力市场产生深远的影响，因此，预知光伏发电系统的发电量，对电网电能的调度有着重要的意义。
太阳能光伏发电系统的发电量受许多方面因素的影响，太阳辐射强度、温度、天气情况、季节等，这些因素不同程度地影响光伏发电系统的发电量，并且呈现出强非线性，而光伏发电系统可视为一个不可控的电源，其随机性将对电网产生冲击，因此，研究太阳能的随机性和光伏发电预测技术有着重要意义。
现有的预测技术，针对光伏发电预测模型，主要以气象因素和历史辐射相结合作为BP神经网络的输入，然而BP神经网络易受局部最优迷惑、且训练速度慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超短期光伏预测方法，通过改良输入信息与广义回归神经网络模型相结合的方式，实现对并网型光伏电站进行输出功率的预测，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超短期光伏预测方法，包含如下步骤：
(1)训练数据x选取：以某日某地区气象因素信息为测试和训练数据基础，数据分辨率为15min，数据种类包含全球太阳能辐照度水平、大气层外直接太阳辐照强度、温度、湿度、云层覆盖率、平均风速、气压、降雨量、降雪量以及地面接收净辐射量；
(2)训练数据归一化处理：针对训练数据作归一化处理；
(3)训练数据异常化处理：针对归一化的数据x1,x2,…，xg，删除异常数据；
(4)数据函数变换：将第2步处理好的训练数据，作为原始训练数据组存储，同时针对原始训练数据组做函数变换并保存多组变换方案，其中函数变换包含但不限于数据开方自然对数lnxg和指数模型xg n；
(5)显著性分析：采用皮尔逊相关系数法针对所有训练数据组执行显著性分析，并分别对比多组分析结果，皮尔逊相关系数法的公式为cov为协方差，δ为标准差；
(6)广义回归神经网络模型训练：以显著分析中提取的变换数据组为输入，具体为预测时段前2h的变换数据，对应未来1h辐照度为输出，训练广义回归神经网络预测模型，其中预测时段前2h的变换数据分为24个时刻点；
(7)广义回归神经网络模型预测：利用训练好的广义回归神经网络预测模型，选取函数变换数据作输入，光伏电站输出功率作输出，实现对未来1h光伏电站输出功率的超短期预测。
作为本发明进一步的方案：第2步中，归一化处理的公式为s为样本标准差，为样本平均值。
作为本发明再进一步的方案：第3步中，利用莱以特准则删除异常数据，vg为残差，s'为样本标准差。
作为本发明再进一步的方案：第4步中，采用自然对数lnxg进行函数变换。
作为本发明再进一步的方案：所述广义回归神经网络包含输入层、隐含层和输出层3个部分，其中隐含层又包含了模式层和求和层，从神经元输入到模式层、求和层，每个样本均有一个对应的径向基神经元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该超短期光伏预测方法，利用广义回归神经网络建模理论及方法，通过增加隐层的基函数，精确了局部逼近，达到全局最优，同时针对模型输入信息做了显著性提取和改进，通过函数变换增强历史数据的相关性，并作为输入信号进入广义回归神经网络预测模型，有效提升了预测精度，另外训练样本选定后，广义回归神经网络结构和权值会自动确定，只需调整平滑参数即可，避免了循环训练的计算过程，更加快速地实现全局逼近的学习和预测能力。
附图说明
图1为超短期光伏预测方法的流程示意图。
图2为超短期光伏预测方法中广义回归神经网络的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种超短期光伏预测方法，包含如下步骤：
(1)训练数据x选取：以某日某地区气象因素信息为测试和训练数据基础，数据分辨率为15min，数据种类包含全球太阳能辐照度水平、大气层外直接太阳辐照强度、温度、湿度、云层覆盖率、平均风速、气压、降雨量、降雪量以及地面接收净辐射量；
(2)训练数据归一化处理：针对训练数据作归一化处理，归一化处理的公式为s为样本标准差，为样本平均值；
(3)训练数据异常化处理：针对归一化的数据x1,x2,…，xg，利用莱以特准则删除异常数据，vg为残差，s'为样本标准差；
(4)数据函数变换：将第2步处理好的训练数据，作为原始训练数据组存储，同时针对原始训练数据组做函数变换并保存多组变换方案，其中函数变换包含但不限于数据开方自然对数lnxg和指数模型xg n；
(5)显著性分析：采用皮尔逊相关系数法针对所有训练数据组执行显著性分析，并分别对比多组分析结果，经过实例证明，数据变换后，相关系数有所提升，尤其是自然对数lnxg函数变换组，相关性最佳，cov为协方差，δ为标准差，因此，优选的，第4步中采用自然对数lnxg进行函数变换；
(6)广义回归神经网络模型训练：以显著分析中提取的变换数据组为输入，具体为预测时段前2h的变换数据，对应未来1h辐照度为输出，训练广义回归神经网络预测模型，其中预测时段前2h的变换数据分为24个时刻点；
(7)广义回归神经网络模型预测：利用训练好的广义回归神经网络预测模型，选取函数变换数据作输入，光伏电站输出功率作输出，实现对未来1h光伏电站输出功率的超短期预测。
请参阅图2，所述广义回归神经网络是基于非线性回归理论的前馈式神经网络模型。包含输入层、隐含层、输出层3个部分，其中隐含层又包含了径向基隐含层(模式层)和一个特殊的线性层(求和层)，从神经元输入到模式层、求和层，每个样本均有一个对应的径向基神经元，因此样本数据不变。
假设原始气象因素信息为X＝[x1,x2…,xm]，经过函数变换及显著性提取得到X'＝[x1',x2'…,xm']，作为网络输入变量。则隐含层中向量个数为m,输入变量X'与其对应的训练样本Xi'之间的Euclid距离平方为：
Di 2＝(X'-Xi')T(X'-Xi')
模式层神经元的传递函数：
Ti＝exp[-(X'-Xi')T(X'-Xi')/2σ2]，i＝1,2,…,n，σ为平滑参数；
求和层中包含两种神经元S1和SNj，其中：
S 1 = Σ i = 1 n T i , S N j = Σ j = 1 n y i j T i , i = 1 , 2 , ... , n , j = 1 , 2 , ... k .
输出层的神经元，由求和层的两种神经元计算得到：
yj＝SNj/S1j＝1,2,…k。
由此，训练样本选定后，广义回归神经网络结构和权值会自动确定，只需调整平滑参数即可，避免了循环训练的计算过程，更加快速地实现全局逼近的学习和预测能力。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种超短期光伏预测方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)训练数据x选取：以某日某地区气象因素信息为测试和训练数据基础，数据分辨率为15min，数据种类包含全球太阳能辐照度水平、大气层外直接太阳辐照强度、温度、湿度、云层覆盖率、平均风速、气压、降雨量、降雪量以及地面接收净辐射量；
(2)训练数据归一化处理：针对训练数据作归一化处理；
(3)训练数据异常化处理：针对归一化的数据x1,x2,…，xg，删除异常数据；
(4)数据函数变换：将第2步处理好的训练数据，作为原始训练数据组存储，同时针对原始训练数据组做函数变换并保存多组变换方案，其中函数变换包含但不限于数据开方自然对数lnxg和指数模型xg n；
(5)显著性分析：采用皮尔逊相关系数法针对所有训练数据组执行显著性分析，并分别对比多组分析结果，皮尔逊相关系数法的公式为cov为协方差，δ为标准差；
(6)广义回归神经网络模型训练：以显著分析中提取的变换数据组为输入，具体为预测时段前2h的变换数据，对应未来1h辐照度为输出，训练广义回归神经网络预测模型，其中预测时段前2h的变换数据分为24个时刻点；
(7)广义回归神经网络模型预测：利用训练好的广义回归神经网络预测模型，选取函数变换数据作输入，光伏电站输出功率作输出，实现对未来1h光伏电站输出功率的超短期预测。
2.根据权利要求1所述的超短期光伏预测方法，其特征在于，第2步中，归一化处理的公式为s为样本标准差，为样本平均值。
3.根据权利要求1或2所述的超短期光伏预测方法，其特征在于，第3步中，利用莱以特准则删除异常数据，vg为残差，s'为样本标准差。
4.根据权利要求3所述的超短期光伏预测方法，其特征在于，第4步中，采用自然对数lnxg进行函数变换。
5.根据权利要求1或2或4所述的超短期光伏预测方法，其特征在于，所述广义回归神经网络包含输入层、隐含层和输出层3个部分，其中隐含层又包含了模式层和求和层，从神经元输入到模式层、求和层，每个样本均有一个对应的径向基神经元。
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