综合大数据加速太阳能预报的标准化

据美国物理研究所网站6月24日转载《可再生和可持续能源》杂志刊登的研究称，太阳能预测是一种能够将依赖天气的、可变的太阳能发电集成到电网中的技术，在过去的十年中，人们对这一课题产生了浓厚的兴趣。

该研究描述并发布了一个全面的太阳辐照度、成像和预测数据集。我们的目标是提供标准化的太阳和气象数据集给研究社区，以加速发展和基准的预测方法。这些数据包括加州3年(2014至2016年)的质量控制、1分钟分辨率的全球水平辐照度和直接正常辐照度地面测量。此外，我们还提供了来自常用外生变量的重叠数据，包括天空图像、卫星图像和数值天气预报。我们还包括基线模型的样本代码，以便对更详细的模型进行基准测试。

尽管增长迅速，但很少有标准化的数据集用于开发和基准太阳预报方法。缺乏这类数据集限制了对预测方法的比较分析，并阻碍了研究进展的速度，特别是对那些没有资源部署和维持自己的太阳和气象仪器的人而言。

开放源码工具可以方便地访问可公开获取的太阳能数据集。另外国家太阳辐射数据库（NSRDB）由美国国家可再生能源实验室(NREL)管理，可提供半小时的卫星辐照度值，覆盖美国大部分地区。国家可再生能源实验室最近出版的一本“最佳做法手册”(NREL)提供了一份关于模拟和测量的、历史上和当前的太阳能资源数据来源的综合清单。

例如，可以从surfrad网络获取当前可用于预测基准的最完整的数据集。它提供1分钟辐照度和天空图像(应要求)。，天空图像是使用产生低分辨率图像的总天空成像仪(Tsi)拍摄的，并且由于黑色遮阳条纹的存在，不允许对天空穹顶进行全面观察。总之，据我们所知，没有公开可用的数据集包含以下内容：

1.多年质量控制的1 min辐照度和气象资料；

2.同一时段的高分辨率天空图像；

3.同一目标区和时间间隔的卫星图像；

4.同一目标区和时间间隔的数值天气预报数据。

因此，这个数据发布的目标是双重的。首先是为一个对太阳能预测感兴趣的地区提供数据，在这种情况下，加州的中部山谷，在人口和太阳能发电量方面都经历了持续的增长。为了实现这一目标，数据集包含了必要的内源性和外生数据，这是衡量日间和日内水平太阳预报的最先进水平所必需的。第二，提出指导方针，并邀请其他研究人员发布自己的太阳能预测数据集，以使感兴趣的各方受益。共同的希望是，太阳能预测社区不久将有各种各样的数据集。

美国西岸地图，显示了加州福尔松的位置（38.642°，−121.148°）。插入图显示了位于叶酸湖正南的福尔松（星形标记）的位置，以及四个最近的Nam网格点（圆标记）。旧金山和洛杉矶的位置仅供参考。

安装在位于美国加利福尼亚州福尔松的Caiso总部的南屋顶上的太阳能和气象仪器。选择了仪器的具体位置以防止阴影，背景中的建筑物在仪器以北60米处。用于GHI和DNI测量的RSR，用于气象测量（温度和风速等）的VaisalaWXT520。CampbellScientificCR1000数据记录器，用于在传输至UCSanDiego的服务器之前本地存储数据。底部左侧显示来自共同定位鱼眼镜头摄像机（框架外）的样本天空图像。

卫星图像在一到几个小时前的地平线上进行预报是有帮助的。20、28、29地球静止运行环境卫星(GO)系统是一组地球同步卫星，表示向西和向东，为西半球提供了一系列遥感测量数据。该网站包括从2011年至2019年2月被GO-17取代的GO-15的图片。GO -15上面向地球的成像仪有五个光谱带：一个以0.63μm为中心的可见波段和4个以3.9、6.5、10.7和13.3μM为中心的红外波段。数据包括来自可见波段(VIS)的测量，其空间分辨率为1.0 km，时间分辨率为每30 分钟一幅图像。

对于日前水平，数值天气预报(NWP)模式是太阳预报的首选外生输入。我们选择了北美中尺度预报系统(NAM)的预报，因为它广泛存在于太阳辐照度和电力预报中。其他常用的NWP模式包括全球预报系统(GFS)、欧洲中程天气预报中心(ECMWF)、综合预报系统(IFS)、34和高分辨率快速更新(HRRR)。NaM为美国大陆(COUS)提供了1-84 小时的预报，每天生成4次：00Z、06z、12z和18z。

用于收集辐照度的太阳仪器由一个气象站作为补充，该气象站记录了除ghi、dhi和dni短波值以外的下列数据：环境温度、相对湿度、压力、风速、风向、最大风速和降水量。除最大风速外，所有变量均为1分钟平均值，最大风速是在每个1分钟窗口测量到的最大值.气象数据包括在这一数据中。

预测遵循数学公式

其中Δ表示数据聚合，τ表示预测范围，以及预测发布时间。这些参数因预测的类型而异。未来一天的预报是每天UTC世界标准时间12：00发布一次,与CAISO日前市场(DAM)提交时间兼容。