[发明专利]一种面向光伏发电的云团跟踪及运动趋势预测方法

说明书

本发明提供一种面向光伏发电的云团跟踪及运动趋势预测方法，方法包括：对云团进行预处理，提取云团质心及太阳质心；将前一帧云团质心与当前帧云团质心匹配，对云团分裂、合并、生成、消散四种不能正常匹配的特殊云团形态变化进行了检测和相应处理，最终使得所有云团运动轨迹都能被完整记录；利用历史轨迹预测未来短期云团移动位置，并计算出云团的近日时间与太阳被遮挡时间。本发明的云团跟踪及运动趋势预测方法能够有效实现云团的轨迹跟踪与预测，为后续光伏发电输出功率预测奠定了良好的基础，具有较大的实际应用价值。

技术领域

本发明属于机器视觉图像处理技术领域，具体涉及一种面向光伏发电的云团跟踪与运动趋势预测方法。

背景技术

光伏能是一种重要的新型能源，在近年来全球新能源中所占比例越来越大，光伏发电是利用半导体的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。由于其能源转化效率较高，原理结构简单，同时装机成本相对低于其他新能源设施装机的前期成本，使得光伏发电在各领域都有广泛的应用。

光伏发电输出功率预测是减少光伏发电领域中“弃光”现象的主要方法之一，所谓“弃光”指的是当光伏电站的发电量大于电力系统最大传输电量和负荷消纳电量的总和时，电网调度部门为了维持光伏并网稳定性，采取拉闸限电措施导致多余光能无法被充分利用的现象。通过对光伏发电功率进行预测能够有效地帮助电网调度部门做好光伏并网的调度计划，缓解电力系统调峰、调频压力，提高光能消纳能力。

在光伏发电输出功率预测中，太阳辐照度的变化直接影响了光伏板的输出功率，而太阳辐照度又与天空中云团变化状态相关，云团的运动方向和运动速度影响了云团到达太阳边界的时间以及太阳被云团遮挡的时间，从而导致光伏输出功率的变动。通过对云团进行历史运动轨迹跟踪与未来运动趋势预判，可预测出未来短时期内云团运动的状态、光伏发电输出功率将要产生波动的时间、波动持续时间，因此对云团进行跟踪与运动趋势预测对于光伏发电功率预测具有重要意义，同时也是该领域中的重要一环。

由于云团是一种随时间不断形变的物体，容易产生合并、分裂或消散，同时其运动状态受多种气象因素干扰，这对云团的跟踪与运动趋势预测带来了巨大的挑战性。

发明内容

为了克服现有技术中云团跟踪与运动趋势预测的难题，使其更好地服务于光伏发电输出功率预测，本发明公开了一种面向光伏发电的云团跟踪及运动趋势预测方法，通过利用多帧地基云图中云团质心的精准匹配、特殊云团处理、插值预测等方法实现了地基云团的精确跟踪及未来短期云团运动趋势的精准预判。

一种面向光伏发电的云团跟踪及运动趋势预测方法，包括以下步骤：

(1)对多帧地基云图进行预处理，得到云图中所有云团的面积和质心位置、以及太阳中心点位置和太阳区域面积，并对首帧云图中所有云团进行编号；

(2)按顺序选取下一帧云图作为当前帧，将当前帧中云团按照能否与前一帧中云团完成质心匹配分为正常云团和特殊云团；

正常云团继承与之质心匹配的前一帧中云团的编号，特殊云团则根据其运动状态进行相应编号；

(3)重复步骤(2)，直至所有云图中所有云团全部完成编号，得到所有云团的历史运动轨迹；

(4)通过云团的历史运动轨迹预测未来某一时刻末帧云图中各云团的质心位置，同时计算出各云团的预测运动矢量；

(5)利用得到云团的预测运动矢量，计算出云团接近太阳的时间及其遮挡太阳的时间，完成云团跟踪及运动趋势预测。

步骤(2)中，按顺序选取下一帧云图作为当前帧即：

开始时，以首帧云图作为前一帧，则第二帧为下一帧并作为当前帧，并对当前帧中所有云团进行编号；当前帧中所有云团完成编号之后，再以第二帧(上一循环中的当前帧)作为前一帧，第三帧为下一帧并作为当前帧，如此循环，按顺序依次选取下一帧作为当前帧，直至所有帧中云团完成编号。