基于XGB算法及全天空成像仪图像的超短期DNI预测

吸热器是塔式太阳能热发电站的中心设备，但云层短时间的遮挡和离开会使吸热器接收的太阳直接辐射(DNI)发生随机波动，造成吸热器表面受热发生剧烈变化，会影响塔式太阳能热发电站的安全运行.本文提出了一种基于极值梯度提升(eXtreme Gradient Boosting，XGB)算法及全天空成像仪图像的超短期DNI预测方法.通过使用基于太阳位置的全天空成像仪标定方法，完成全天空成像仪的姿态校正和畸变矫正;对晴空背景参数进行拟合并建立晴空库，为云层的检测提供基础;通过对太阳及其临近区域进行插值修复，使1 min内的DNI预测成为可能;根据云的运动矢量，利用外推法得到未来云层可能会遮挡太阳的图像点，并提取图像特征，用于基于XGB算法的超短期DNI预测模型的训练，利用训练后的模型完成超短期DNI预测.

天空成像仪是一种全自动的天空图像获取系统

天空成像仪是一种全自动的天空图像获取系统，受到云和气溶胶的阻挡的缘故，太阳辐射照射到地面强度显著衰减，因此全天空成像仪对天空的云量分布提供了定量数据，可以计算太阳的位置走向，分析潜在的遮光障碍物。它的使用可以提高太阳能监测管理系统分析研究能力，可用于监测天气和云况变化、太阳能产能预报和光伏发电性能评估等，嵌入太阳能监测系统可以极大增强区域太阳能资源研究和预测的能力。

全天空成像仪，主要有两部分组成

全天空成像仪，主要有两部分组成，一部分是扫描式红外成像仪(SIRIS-1)，其结构由热红外测温传感器、地面温湿度传感器、水平和俯仰旋转平台和控制箱等组成，红外测温传感器用于感应8~14 μm波段大气向下红外辐射，EKO全自动天空成像仪asi，系统响应时间为120 ms，EKO全自动天空成像仪，温度分辨率为0.1℃。距离比S=34：1，系统结构如图 1a所示(谭涌波等，2005；胡树贞等，EKO全自动天空成像仪厂家，2012)，另一部分为双站可见光成像仪，采用一对相机置于水平和俯仰可旋转的云台中，两个云台相距60 m，图像采集传感器视场角为54°，图像分辨率为44万像素，低照度为0.1 LX。旋转云台采用一体化高速球机，球机旋转角范围，水平角为0°~360°，俯仰角为0°~93°，球机预置位重复精度小于0.05°。

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