基于天气预测的光伏充电站电能调度方法

技术领域

本发明属于电能消纳技术领域，更具体地说，是涉及基于天气预测的光伏充电站电能调度方法。

背景技术

光伏充电站是一种将光能转换为电能进行存储用于为新能源汽车充电的充电站。其一方面可以实现可再生能源的就地消纳利用，有效提高可再生能源利用率，降低碳排放量，另一方面可以减少电动汽车发展对电网建设和能源结构调整带来的负担。

但在采用现有技术对光伏充电站进行充电控制时发现，由于未考虑基于电网负荷预测的配电网负荷曲线预测，因此无法根据电网情况对放电功率进行调整，导致可能出现需要由电网提供过多的电量，进而出现电网用电量过高的情况，浪费电力资源。由于天气的变化会给光伏充电站的储能造成影响，因此会出现由于储能原因导致当前的充电策略无法很好执行，进而影响车辆的充电效果，更为重要的是，由于无法对光伏的发电量和汽车电能的需求量进行较为准确的预测，导致光伏能源的浪费无法有效的消纳。

发明内容

本发明的目的在于提供基于天气预测的光伏充电站电能调度方法，旨在解决无法对光伏的发电量和汽车电能的需求量进行较为准确的预测，导致光伏能源的浪费无法有效的消纳的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供基于天气预测的光伏充电站电能调度方法，包括：

确定充电站内多个光伏板的姿态，预测出多个所述光伏板在全天各时间段的发电功率；

由系统确定驶入所述充电站的新能源汽车的数量、时间以及电能需求量；

根据所述系统所反馈的数据并结合在未来时间的所述发电功率以及所述充电站内储能器的电量，判断所述发电功率是否满足新能源汽车充电的需求量；如果不满足，则在对应的时间点由其他区域的光伏充电站或者电网来进行电能补充。

在一种可能的实现方式中，所述确定充电站内多个光伏板的姿态包括：

实时获取覆盖多个所述光伏板的图片信息，通过所述图片信息确定出各所述光伏板的姿态以及表面灰尘的附着程度。

在一种可能的实现方式中，所述通过所述图片信息确定出各所述光伏板的姿态以及表面灰尘的附着程度包括：

在各所述光伏板上设定多个特征点，通过摄像头和测距仪，确定出所述摄像头与各所述特征点的距离；结合所述摄像头以及所述测距仪的空间位置和角度，判断出各所述光伏板的姿态；

结合标准在所述图片信息中逐个判断所述光伏板表面灰尘的附着程度。

在一种可能的实现方式中，所述预测出多个所述光伏板在全天各时间段的发电功率包括：

根据当天的天气情况以及所述光伏板的地理位置等数据确定出光照强度和光照角度，结合各所述光伏板的姿态以及灰尘附着程度通过经验数据库预测出所述发电功率。

在一种可能的实现方式中，所述由系统确定驶入所述充电站的新能源汽车的数量、时间以及电能需求量包括：

将新能源汽车的位置、剩余电量、目的地和所述需求量上传至所述系统；

由所述系统确定出目标充电站以及行驶至所述目标充电站的时间、等待时间、行驶路线和费用等信息。

在一种可能的实现方式中，所述判断所述发电功率是否满足新能源汽车充电的需求量包括：

所述充电站根据所述系统所确定的信息，判断在新能源汽车充电时所述发电功率是否大于所述需求量。

在一种可能的实现方式中，所述判断在新能源汽车充电时所述发电功率是否大于所述需求量包括：

确定出充电桩预计的使用数量以及新能源汽车充满电的时间；

在相同的时间点判断所述发电功率是否大于所述需求量。

在一种可能的实现方式中，所述则在对应的时间点由其他区域的光伏充电站或者电网来进行电能补充包括：

如果所述储能器由所述电网供电，设定预设值，当所述电网单位时间内电能的接入量大于所述预设值时，由所述储能器为新能源汽车提供电能；

如果所述储能器由所述光伏板供电，则在所述储能器放电完成后将所述电网接入。

在一种可能的实现方式中，所述则在对应的时间点由其他区域的光伏充电站或者电网来进行电能补充包括：

确定所述发电功率小于所述需求量的时间区间以及两者的差值，在对应的所述时间区间内引入其他光伏充电站的电能。

在一种可能的实现方式中，所述在对应的所述时间区间内引入其他光伏充电站的电能包括：

由独立架设的输电线，或者通过所述电网完成其他充电站电能的接入。

本发明提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明基于天气预测的光伏充电站电能调度方法中首先需要确定充电站内多个光伏板的姿态，当多个光伏板的姿态确定之后光伏板在全天各时间段的发电功率就能够预测。通过系统来确定新能源汽车驶入充电站的数量、时间以及电能的需求量。

在上述的信息均确定之后，系统根据反馈的数据并结合在未来时间内新能源汽车的需求量和光伏板的发电功率之间的差距并且结合储能器的电量，最终判断发电功率是否满足需求量。如果不满足，则在对应的时间点由其他区域的光伏充电站或者直接由电网进行电能的补充。

本申请中，通过系统能够预测出未来时间点需求量和发电功率，从而能够根据实际情况，提前进行电能的调配，提高了光伏能源的利用率，降低了对电网的冲击和依赖。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法进行说明。基于天气预测的光伏充电站电能调度方法，包括：

确定充电站内多个光伏板的姿态，预测出多个光伏板在全天各时间段的发电功率。

由系统确定驶入充电站的新能源汽车的数量、时间以及电能需求量；

根据系统所反馈的数据并结合在未来时间的发电功率以及充电站内储能器的电量，判断发电功率是否满足新能源汽车充电的需求量；如果不满足，则在对应的时间点由其他区域的光伏充电站或者电网来进行电能补充。

本发明提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明基于天气预测的光伏充电站电能调度方法中首先需要确定充电站内多个光伏板的姿态，当多个光伏板的姿态确定之后光伏板在全天各时间段的发电功率就能够预测。通过系统来确定新能源汽车驶入充电站的数量、时间以及电能的需求量。

在上述的信息均确定之后，系统根据反馈的数据并结合在未来时间内新能源汽车的需求量和光伏板的发电功率之间的差距并且结合储能器的电量，最终判断发电功率是否满足需求量。如果不满足，则在对应的时间点由其他区域的光伏充电站或者直接由电网进行电能的补充。

本申请中，通过系统能够预测出未来时间点需求量和发电功率，从而能够根据实际情况，提前进行电能的调配，提高了光伏能源的利用率，降低了对电网的冲击和依赖。

面对全球变暖、空气污染等困境，电动汽车以其良好的环保特性成为各国大力支持的产业。虽然电动汽车在解决大气污染以及全球变暖等方面被寄予厚望，然而研究显示，如果电动汽车使用的电能完全来自于化石燃料，电动汽车所产生的CO

如果缺乏合理有效地充电调度策略，电动汽车随机地进行充电，必然会导致光伏发电供给量与充电需求量之间的不匹配，造成光伏发电量的浪费。可见，使用合理有效的充电调度机制，使光伏发电供给量与充电需求量尽可能匹配，提高光伏发电量的有效使用率，降低光伏舍弃率，降低充电站对电网电能的依赖度，可以有效减少因电动汽车的使用而导致的污染。

智能电网为电动汽车的充电调度提供了重要的基础。在智能电网中，实时可变电价将取代传统电网中的固定电价，同时，用户可以采用预约用电的方式来降低用电成本。

目前对电动汽车的充电调控方式主要是直接调控和间接调控两类。直接调控是指，对于长时间停车充电的车辆，可以通过控制充电功率，来实现充电站总体的负荷整形。这种方法的缺点在于，一方面，要求电动汽车长期占用充电设备，对于停车位较少的快速充电站并不适用，另一方面，电动汽车只能被动地接受控制，无法主动选择充电时间、充电功率等。间接控制是指，通过制定分时电价来引导电动汽车的充电行为，但是这种方法无法实现负荷的精确控制，制定合理电价比较困难。

现有的光伏充电站充电调度方法，采用根据光伏条件和负荷分布特性对一日进行时段划分，并且需要根据车辆充电需求信息对车辆进行分类，根据时间段和车辆类型确定光伏充电站的充电策略，最终根据充电策略对光伏充电站进行充电控制。但在采用现有技术对光伏充电站进行充电控制时发现，由于未考虑基于电网负荷预测的配电网负荷曲线预测，因此无法根据电网情况对放电功率进行调整，导致可能出现需要由电网提供过多的电量，进而出现电网用电量过高的情况，浪费电力资源。由于天气的变化会给光伏充电站的储能造成影响，因此会出现由于储能原因导致当前的充电策略无法很好执行，进而影响车辆的充电效果。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，确定充电站内多个光伏板的姿态包括：

实时获取覆盖多个光伏板的图片信息，通过图片信息确定出各光伏板的姿态以及表面灰尘的附着程度。

随着能源危机的到来，太阳能因其具有无污染、可再生、范围广等特点而被广泛应用。然而，太阳能光伏发电极易受到光照条件和温度等因素的影响，尤其是光照条件的变化直接影响到组件的发电功率。此外，太阳能光伏电站因为长时间暴露在野外，光伏组件表面会积累大量的灰尘，从而影响了其发电功率。

光伏板的倾斜角度也是影响光伏发电功率的关键因素，因为光伏板倾斜角度过大或者过小均会影响接受到的光能的量，并且由于外部环境较为复杂，光伏板可能会在外部环境的作用下变化一定的角度，最终导致产电量的变化。

基于上述问题，本申请中首先会获取包含多个光伏板的图片信息，通过该图片信息确定出当前各光伏板的角度以及光伏板表面灰尘的情况，在对当前光伏板的状态进行有效判定之后结合当天的天气状况，从而就能够为预测各时间段光伏板可产生电能的多少提供数据支持。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，通过图片信息确定出各光伏板的姿态以及表面灰尘的附着程度包括：

在各光伏板上设定多个特征点，通过摄像头和测距仪，确定出摄像头与各特征点的距离；结合摄像头以及测距仪的空间位置和角度，判断出各光伏板的姿态。

结合标准在图片信息中逐个判断光伏板表面灰尘的附着程度。

为了进行更详细的说明，多个光伏板架设在安装位置上。在一个相对稳定的位置架设一个摄像头和测距仪，摄像头的拍摄范围会覆盖所有的光伏板也即安装位置。与此同时，在每个光伏板上均设定有多个特征点。

在实际应用时，通过测距仪可以确定出测距仪与各光伏板的相对距离，并且会测量单个光伏板上的多个特征点与测距仪的距离，测距仪与摄像头的相对位置可知，通过计算即可确定出摄像头与各特征点的距离，最终通过测距仪可以确定出摄像头所拍摄的图片上各像素点所指代的实际位置与摄像头的实际距离。

由于摄像头以及测距仪的位置相对比较稳定，通过将摄像头以及测距仪所采集的数据上传至上位机，就能够判断出当前光伏板相对于摄像头的空间角度。而为了提高计算的效率，可通过单个光伏板上不同位置的几个特征点，就能够推算出当前光伏板相对于摄像头的空间角度。

由于摄像头的地理位置以及角度不会发生变化，在全天过程中，光线照射的角度可以通过测量得知，结合当天的温度等其他条件，就可以确定出光伏板的发电功率。

通过摄像头可以推测出当前光伏板上灰尘的聚集情况。

本申请中，通过一个摄像机和一个测距仪即可对多个光伏板的角度以及角度变化进行检测，减少了设备的购置成本，提高了对光伏板的监测精确度。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，预测出多个光伏板在全天各时间段的发电功率包括：

根据当天的天气情况以及光伏板的地理位置等数据确定出光照强度和光照角度，结合各光伏板的姿态以及灰尘附着程度通过经验数据库预测出发电功率。

现有技术中指出，光伏具有随机性和波动性的特点，随机性主要表面在部分光伏以个体的形式存在，由于个体可以随时关闭和开启，这就导致了不确定性，波动性在于随着全天光照强度以及光照角度的变化，光伏发电的效率也在发生着变化。基于上述的特点，导致需要一些方法来对光伏发电进行精确的预测，使对光伏产生的电能进行有效预测。

为此，本申请中，以当天的天气情况为基础，然后根据不同光伏板目前的角度和位置，推断出光线照射到光伏板上时的角度，以一个特定的地区而言其光照强度差距不大，因此通过上述的推断，结合一天的天气变化，就能够判断出光伏板总的发电量以及不同时段的发电功率。

上位机通过图片信息实时确定各个光伏板角度信息，通过热成像仪等设备确定各光伏板的表面温度，结合以上条件以及以往光伏板发电数据，最终可以推算出发电功率。但是仅知道当前的发电功率，仍然无法有效的对光伏全天发电情况进行有效的预测，由于无法有效的预测，那么相应的也就无法有效的进行光伏消纳。

为了解决上述问题，本申请中需要根据当天的天气预测情况，判断出全天的光照强度以及光照角度，并且由于全天温度可以预测，那么根据以往的运行数据，光伏板在运行过程中产生的热量也是可以预测的，也即光伏板在特定的环境下其表面的温度可以预知，最终在经过计算之后，各个光伏板在一天当中的发电功率以及总的发电量就可以计算出。

这里需要指出，当前的环境温度与光伏板的表面温度存在差异，因此在实际应用时，进行对应的分析和计算。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，由系统确定驶入充电站的新能源汽车的数量、时间以及电能需求量包括：

将新能源汽车的位置、剩余电量、目的地和需求量上传至系统。

由系统确定出目标充电站以及行驶至目标充电站的时间、等待时间、行驶路线和费用等信息。

光伏充电站需要将光伏板产生的电能输送至新能源汽车，现有的做法是将光伏板产生的电能储存在光伏充电站的储能器内，当所需充电的新能源车较多需求量较大而供给量无法满足要求时，也即当光伏发电功率不足以满足充电需求时由电网来补足差额功率。但是上述做法无法充分且有效的将光伏板产生的电能进行合理的分配，例如光伏板产生较多的电能无法有效的利用造成浪费，而充电需求量较多的充电站无法产生所需的电能。

为了解决这个问题，本申请中首先需要确定出可能行驶至相应充电站来充电的车辆信息。这些车辆信息包括当前车辆的位置、车辆的目的地以及剩余电量。然后建立系统，由该系统与地图导航等软件进行数据通讯，计算出最优的行驶路线，在这些行驶路线中，规划出了行驶至哪一个充电站所需等待时间较短并且总的充电成本较少，同时能够推测出行驶至相应的充电站所需的时间以及最终剩余的电量。

实际应用时，由系统根据当前车辆的剩余电量以及所设定的目的地，计算出是否需要充电，如果中途需要充电，计算出行驶至相应的充电站的路程以及电能的消耗，由于充电站的数量较多，因此系统需要根据行驶至对应充电站时充电桩是否可用、等待的时间、总的花费等计算出方案，这些方案以最短距离、最低成本和所需等待时间最小为原则生成。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，判断发电功率是否满足新能源汽车充电的需求量包括：

充电站根据系统所确定的信息，判断在新能源汽车充电时发电功率是否大于需求量。

对于充电站而言，通过该系统就能够计算出有多少辆新能源车会驶入本充电站，并且每个新能源车行驶至充电站时的实际以及剩余电量可以预测，最终每个汽车电能的需求量就也可以提前得知，因此最终就可以推算出需要产生多少的电能。

由于上述的条件均可以提前预测，更为重要的是，由于根据天气情况可以推断出光伏板所产生的电能，因此就可以推断出该充电站在未来的一个时间段是能量富余还是能量不足。

如果光伏板产生的电能足以满足需求，那么可将多余的电能进行并网，如果无法满足需求，则能够明确出电能所需的量也即需要外部输入的量。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，判断在新能源汽车充电时发电功率是否大于需求量包括：

确定出充电桩预计的使用数量以及新能源汽车充满电的时间。

在相同的时间点判断发电功率是否大于需求量。

由于各新能源车达到充电站的时间、充满电所需的时间和对电能的需求量都是可以预测的，那么在未来的各时间段内放电速率是可以预测的，此时通过对天气等自然环境的预测，光伏板产生电能的速度也是可以预测的，如果在相同的时间段内光伏板产生的电能量大于电能的需求量，则将多余的电能转移或者储存，否则接受其他光伏充电站的电能甚至电网并入。

在光伏充电站内设置有多个充电桩，充电桩的目的是将充电站内的电能转移至新能源汽车内，并且在进行充电时，需要在单位时间内根据充电桩的数量以及使用情况转移相对应的电能。但是需要特别指出的是，光伏板单位时间内产生的量也是一定的。为了使充电站能够稳定的运行，理想情况是需要使光伏板在单位时间内产生的电能能够满足多个充电桩在单位时间内输出的电能。

基于上述情况，根据车辆达到的时间，以及车辆到达的时间点光伏板所产生电能的速率，计算出充电站是否有电能的富余或者短缺，从而决定最终的判断和处理。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，则在对应的时间点由其他区域的光伏充电站或者电网来进行电能补充包括：

如果储能器由电网供电，设定预设值，当电网单位时间内电能的接入量大于预设值时，由储能器为新能源汽车提供电能；

如果储能器由光伏板供电，则在储能器放电完成后将电网接入。

通常情况下，每个光伏充电站均会设置一个储能器，在日常应用过程中，为了防止用需求量的突然增加，会提前将储能器充满。通过储能器虽然在一定程度上满足了突然的用电需求，但是充电以及放电均会损失一部分能量，最终的结果是造成了巨大能源的浪费。

本申请中，由于通过系统能够预测出车辆达到的时间以及相应的需求量，由于上述条件均已经确定，加之通过对光伏板状态的判定以及当天的天气情况，也能够推算出光伏板对应时间段内的产电效率。如果光伏板产生的电能足以满足汽车的用电需求，则直接将光伏板产生的电能供给汽车，并且如果此时有多余的能源则将多余的能源并入电网。如果光伏板产生的电能无法满足用电需求，则根据光伏板产生的电量以及预测的需求量，通过电网或者储能器补充剩余的电能。

为了优化储能器的使用频率，如果储能器由电网供电，当电网的输入充电站的电能速率超过预设值时，才使储能器进行放电，以减少储能器充放电次数和对电网的用电冲击。如果储能器由光伏板供电，则当储能器电能耗尽后，再由电网补充需求量与发电功率的差值。更为重要的是，新能源汽车到达的时间以及所需的电量均可以预测，并且光伏板产生的电能同样可预测，从而实现了能源的灵活且精确的调配。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，则在对应的时间点由其他区域的光伏充电站或者电网来进行电能补充包括：

确定发电功率小于需求量的时间区间以及两者的差值，在对应的时间区间内引入其他光伏充电站的电能。

本申请中通过对光伏板在全天各时段的发电量能够有一个较为充分的预测，而对于未来一段时间内将要驶入充电站进行充电的新能源汽车的数量以及所需的充电量也会有较为初步的判断。

如果将光伏板产生的电能直接并入电网，那么将对电网的稳定造成较大的冲击，因此目前多采用就地消纳的方式，现有技术中由于无法准确确定出用电需求，导致光伏板产生的电能仍然无法得到合理的分配。本申请中可在一定范围的各光伏充电站之间搭设输电线，或者通过杆塔上特定的输电线路实现电能的就近传输。

在本申请提供的基于天气预测的光伏充电站电能调度方法的一些实施例中，在对应的时间区间内引入其他光伏充电站的电能包括：

由独立架设的输电线，或者通过电网完成其他充电站电能的接入。

在实际应用时，系统根据就近且电能足够的原则，以及在未来一段时间内各充电站供给量和需求量相互平衡为原则，当本充电站电能无法满足需求时，及时通过输电线在某个时间点将其他充电站的光伏板所转换的电能接入。当本充电站所产生的电能富足时且储能器满电之后，可通过输电线将电能输出，最终极大的降低了对于电网的依赖，保证了电能的合理分配。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。