CN116454882B - 一种基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,包括以下步骤:通过无人机机载三维激光扫描仪和高清摄像机采集光伏电站三维点云及高清图像数据;通过图像处理算法确定光伏阵列位置、朝向及角度;建立包括气象预测模型、光伏组件电气参数模型及光伏阵列几何参数模型的预测体;通过预测体预测光伏电站发电量;通过机器视觉算法对光伏组件进行实时校验调整以提高发电效率;对模型进行评估优化以达到满意度。相比于传统预测方法,机器视觉具有更高的准确性和实时性,更好地满足光伏发电需求。通过机器视觉技术对图像数据进行处理分析,对光伏组件进行合理调整,提高光伏发电预测的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电领域,特别是一种基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法。
背景技术
机器视觉技术近年在光伏发电领域得到广泛应用,由于光伏发电系统的复杂性和不确定性,预测和优化一直是难题。传统预测方法主要基于经验公式和统计分析,预测精度低且对新情况响应慢。机器视觉算法通过对图像数据进行处理分析,提取规律特征,对光伏板朝向、角度、排列方式进行识别分类并准确计算,实现对光伏发电系统的自动监测和预测。相比传统预测方法,机器视觉具有更高的准确性和实时性,更好地满足光伏发电需求。
发明内容
所要解决的技术问题:常用的光伏发电预测主要依靠气象预报、经验模型,精度不高。一种基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,解决传统预测方法存在的问题,提高预测精度和稳定性。
技术方案:本发明提供一种基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,包括以下步骤:
步骤一:通过无人机机载三维激光扫描仪和高清摄像机采集光伏电站三维点云及高清图像数据,数据自动上传到云端。
步骤二:通过图像处理算法进行分类识别及特征提取,并结合三维点云数据的几何模型确定光伏阵列的位置、朝向、排列方式、数量、角度。
步骤三:建立包括气象预测模型、光伏组件电气参数模型及光伏阵列几何参数模型的预测体,利用机器学习算法对实际数据进行训练。
步骤四:预测体提供小时级、日级、周级不同时间段发电预测,预测结果通过人机界面呈现,并提供数据可视化分析功能。
步骤五:通过机器视觉算法根据不同气象条件对光伏组件位置、光伏阵列方向和角度进行实时校验调整,通过云端监控管理,远程操作和数据分析,并实现自适应控制。
步骤六:调整模型参数或更换算法,评估优化包括准确性指标、敏感性指标、效率指标的预测模型,进一步提高预测体的预测性能和稳定性。
有益效果:通过机器视觉技术对图像数据处理分析,提高预测准确性,采用机器学习算法对图像数据分类识别,适应不同气象条件,具有较好的鲁棒性和适应性。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1所示,本发明提供了一种基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,包括以下步骤:
步骤一:通过无人机机载三维激光扫描仪和高清摄像机采集光伏电站三维点云及高清图像数据,数据自动上传到云端。使用三维重建算法将采集到的三维点云数据转换为几何模型。
步骤二: 对图像数据进行去噪、增强的预处理,通过图像分割将光伏阵列从背景中分离出来,使用小波变换技术提取图像中的高频分量,描述光伏阵列的位置、排列方式、数量。
通过特征提取算法从图像中提取光伏阵列朝向、角度特征,使用高斯滤波器对图像进行平滑处理,计算每个方向上像素点的灰度值分布,绘制直方图,描述光伏阵列方向分布情况。
通过Canny边缘检测算法检测图像边缘,通过角点检测算法在边缘处检测出四个角点,描述光伏阵列方向和角度。
通过图像处理算法支持向量机(SVM)对特征进行分类识别,对图像数据寻找最优的超平面,将不同类别样本分开,结合三维点云数据几何模型,特征提取算法、边缘检测算法确定光伏阵列位置、朝向、排列方式、数量、角度。
步骤三:通过气象预测模型、光伏组件电气参数模型及光伏阵列几何参数模型构建预测体,利用机器学习算法对实际数据进行训练,提高预测准确性和鲁棒性。
步骤四:预测体提供小时级、日级、周级不同时间段发电预测,预测结果通过人机界面呈现,并提供数据可视化分析功能。
预测体预测光伏发电量的公式:
Q = I × ε × cosθ × A × f × P,其中,Q 是预测的光伏发电量,单位:w;I是太阳辐射强度,单位:w/m²;ε 是大气校正系数,用于修正气象条件对光伏发电量的影响,单位:无量纲;θ 是太阳入射角度,单位:rad;A 是光伏阵列的面积,单位:m²;f 是光伏组件的辐照度响应因子;P 是当前的光伏组件开路电压,单位:V。
实际应用中还考虑阴影效应、温度变化因素,进一步提高预测精度。将训练好的模型应用于实际光伏系统,预测不同条件下性能表现。
步骤五:通过机器视觉算法根据不同气象条件对光伏组件位置、光伏阵列方向和角度进行实时校验调整,通过云端监控管理,远程操作和数据分析,达到最佳发电效果,并实现自适应控制。
考虑光照强度、光伏板电流电压的自适应控制算法公式,调整光伏阵列方向和角度:
θ1 = Kp × e(t-τ) + Ki × ∫e(t-τ')dW(t-τ');θ2 = Kp × e(t-τ) + Ki × ∫e(t-τ')dW(t-τ'),其中,θ1 和 θ2 分别表示光伏阵列的方向和角度;Kp和 Ki 是比例和积分系数,分别表示控制器对误差的响应速度;e 为自然对数函数(以弧度为单位);τ 是上一次计算的时间戳;W 是高斯过程噪声,用于模拟系统噪声;dW(t-τ') 是时间导数,表示在时间间隔 (τ,τ')=(τ-Δt,τ') 内噪声的变化量。
光照强度较高,将Ki设为一个较大值;光照强度较低,将Ki设为较小值。
步骤六:调整模型参数或更换算法,评估优化进一步提高预测性能和稳定性。
评估优化包括:准确性指标:使用均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)衡量预测模型的准确性;敏感性指标:调整决定系数(Adjusted Coefficient ofDetermination,R^2_adj) 衡量预测模型对输入变量变化的敏感程度;效率指标:平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE) 衡量预测模型的性能。
需要说明的是,结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制,因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (6)
1.一种基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:采集光伏电站三维点云及高清图像数据;步骤二:通过图像处理算法确定光伏阵列位置、朝向及角度;步骤三:建立包括气象预测模型、光伏组件电气参数模型及光伏阵列几何参数模型的预测体;步骤四:通过预测体预测光伏电站发电量;步骤五:通过机器视觉算法对光伏组件进行实时校验调整;步骤六:评估优化;
所述通过图像处理算法确定光伏阵列位置、朝向及角度,包括:
对图像数据进行去噪、增强的预处理,通过图像分割将光伏阵列从背景中分离出来,使用小波变换技术提取图像中的高频分量,描述光伏阵列的位置、排列方式、数量,具体地:
通过特征提取算法从图像中提取光伏阵列朝向、角度特征,使用高斯滤波器对图像进行平滑处理,计算每个方向上像素点的灰度值分布,绘制直方图,描述光伏阵列方向分布情况;
通过Canny边缘检测算法检测图像边缘,通过角点检测算法在边缘处检测出四个角点,描述光伏阵列方向和角度;
通过图像处理算法支持向量机对特征进行分类识别,对图像数据寻找最优的超平面,将不同类别样本分开,结合三维点云数据几何模型,特征提取算法、边缘检测算法确定光伏阵列位置、朝向、排列方式、数量、角度;
所述的预测体,预测光伏发电量公式:
Q = I × ε × cosθ × A × f × P,
其中,Q 是预测的光伏发电量,I 是太阳辐射强度,ε 是大气校正系数,θ 是太阳入射角度,A 是光伏阵列的面积,f 是光伏组件的辐照度响应因子,P 是当前的光伏组件开路电压;
考虑光照强度、光伏板电流电压的自适应控制算法公式,调整光伏阵列方向和角度:
θ1 = Kp × e(t-τ) + Ki × ∫e(t-τ')dW(t-τ');
θ2 = Kp × e(t-τ) + Ki × ∫e(t-τ')dW(t-τ'),
其中,θ1 和 θ2 分别表示光伏阵列的方向和角度;Kp和 Ki 是比例和积分系数,分别表示控制器对误差的响应速度;e 为自然对数函数(以弧度为单位);τ 是上一次计算的时间戳;W 是高斯过程噪声,用于模拟系统噪声;dW(t-τ') 是时间导数,表示在时间间隔 (τ,τ')=(τ-Δt,τ') 内噪声的变化量;
所述的实时校验调整实现自适应控制,根据不同气象条件自动调整光伏阵列方向和角度。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,其特征在于,所述的气象预测模型是当前气象数据结合历史气象数据并采用机器学习算法建立。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,其特征在于,所述的预测体提供小时级、日级、周级不同时间段的发电预测。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,其特征在于,所述的实时校验调整通过云端监控管理,实现远程操作和数据分析。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,其特征在于,所述的预测,结果通过人机界面呈现并提供数据可视化分析功能。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉预测体的光伏发电预测方法,其特征在于,所述的评估优化包括准确性指标、敏感性指标、效率指标。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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