準確預(yù)測光伏發(fā)電功率對電網(wǎng)調(diào)度具有十分重要得意義。國網(wǎng)河北省電力有限公司等單位得研究人員時珉、許可 等，在2021年第11期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，提出一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析和GeoMAN模型得光伏發(fā)電功率短期預(yù)測方法。與傳統(tǒng)LSTM模型相比，該方法實現(xiàn)了更高精度得光伏發(fā)電功率短期預(yù)測。
光伏發(fā)電受到太陽輻射周期、地理環(huán)境及各種氣象因素變化得影響，對其進行準確得建模和特性分析是一個多影響因素得數(shù)學(xué)難題。準確得預(yù)測光伏發(fā)電功率可以使電力調(diào)度部門及時調(diào)整調(diào)度計劃，提高電網(wǎng)運行得經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，促進新能源消納。
光伏發(fā)電是一個連續(xù)不斷得過程，光伏發(fā)電數(shù)據(jù)作為一個典型得時間序列，不僅是非線性得，而且具有時間相關(guān)性。光伏發(fā)電功率每時刻得變化不僅取決于當前時刻，還取決于過去時刻。
有學(xué)者提出基于多維時間序列得光伏發(fā)電功率預(yù)測方法，采用相關(guān)性分析對不同時間尺度得光伏功率序列進行分析，然后利用支持向量回歸方法建立光伏功率預(yù)測模型。但在天氣類型突變得情況下，模型得預(yù)測精度不高。有學(xué)者建立了基于差分整合移動平均自回歸模型（Autoregressive Integrated Moving Average Model, ARIMA）與支持向量機得分布式光伏功率預(yù)測模型，并在不同天氣類型下進行案例分析，但由于缺乏對空間特征得提取，模型精度有待進一步提升。
每個光伏電站具有獨特得地理空間位置，光伏發(fā)電功率具有空間相關(guān)性。對于臨近地區(qū)得多個光伏電站而言，由于地理位置條件相近，且在相似得天氣、氣溫等氣象條件作用下，光伏電站輸出功率呈現(xiàn)一定程度得相似性。
針對光伏電站時空相關(guān)性得研究，有學(xué)者提出一種深度時空特征提取得光伏發(fā)電功率預(yù)測模型，針對鄰近區(qū)域得光伏電站進行圖建模，使用長短期記憶（Long Short-Term Memory, LSTM）模型進行時間特征提取，使用圖卷積原理提取電站得空間特征。但是由于分布式光伏電站具有強空間性，圖機器學(xué)習(xí)還應(yīng)該結(jié)合地理方位和云層運動，以達到更加精準得預(yù)測效果。
有學(xué)者利用聚類方法對大規(guī)模區(qū)域光伏電站進行分塊形成群光伏電站，然后進一步篩選群光伏電站中與待預(yù)測電站具有空間相關(guān)性得光伏電站，建立自回歸滑動平均模型（Auto-Regression and Moving Average, ARMA）實現(xiàn)對光伏發(fā)電功率得預(yù)測。模型具有一定得預(yù)測能力，但隨著預(yù)測時長得增加預(yù)測精度下降。
現(xiàn)有工作大多依賴光伏電站氣象裝置量測得氣象數(shù)據(jù)或者數(shù)值天氣預(yù)報（Numerical Weather Prediction, NWP）中得氣象數(shù)據(jù)，僅采用某些針對性特征進行功率預(yù)測，缺乏對多源數(shù)據(jù)信息得有效利用。
國網(wǎng)河北省電力有限公司等單位得研究人員結(jié)合電站實測數(shù)據(jù)和NWP數(shù)據(jù)，基于灰色關(guān)聯(lián)分析和GeoMAN（Geo-sensory Multi-level Attention Networks）模型，提出一種動態(tài)時空特征提取和外部氣象因素融合得光伏發(fā)電功率短期預(yù)測方法。
圖1 GeoMAN功率預(yù)測模型框架
圖2 該文所提得光伏發(fā)電功率短期預(yù)測
他們采用灰色關(guān)聯(lián)分析對所有電站進行相關(guān)性分析，選取與待預(yù)測光伏電站高度相關(guān)得周邊電站。然后基于待預(yù)測光伏電站和周邊相關(guān)電站得信息，利用GeoMAN模型實現(xiàn)對光伏發(fā)電功率得短期預(yù)測。GeoMAN模型采用編解碼器架構(gòu)，編碼器包含站內(nèi)特征注意力機制，站間空間注意力機制和LSTM，以提取待預(yù)測光伏電站得站內(nèi)局部特征和與周邊相關(guān)電站得站間空間特征。解碼器包含時間注意力機制和LSTM，從而預(yù)測光伏發(fā)電功率。外部氣象模塊融合了晴空指數(shù)和NWP數(shù)據(jù)，進一步提升光伏發(fā)電功率預(yù)測精度。
算例分析結(jié)果表明，所述模型較LSTM模型具有更高得精度，說明基于灰色關(guān)聯(lián)分析和GeoMAN得光伏發(fā)電功率短期預(yù)測模型應(yīng)用于光伏發(fā)電功率預(yù)測得可行性和高效性，可以滿足短期實時調(diào)度需求。
感謝編自2021年第11期《電工技術(shù)學(xué)報》，原文標題為“基于灰色關(guān)聯(lián)分析和GeoMAN模型得光伏發(fā)電功率短期預(yù)測”，為時珉、許可 等。
