【摘要】：隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,傳統(tǒng)能源消耗帶來的污染危機(jī)日益嚴(yán)重,為了緩解這種趨勢,新能源開發(fā)與應(yīng)用備受關(guān)注。太陽能以清潔、安全、可再生和取之不盡等優(yōu)勢在新能源中飽受青睞。為了高效利用太陽能,準(zhǔn)確的預(yù)測太陽能輻射情況極其重要。本文針對太陽能輻射的預(yù)測問題進(jìn)行深入研究,結(jié)合先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)理論,通過隨機(jī)森林回歸預(yù)測功能,能有效的預(yù)測太陽能輻射,為太陽能輻射在光伏發(fā)電應(yīng)用中提供了全新的思路,具有重要的研究價值和廣泛的應(yīng)用前景。本文完成的主要工作如下:(1)通過查閱國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn),綜述了太陽能利用的現(xiàn)狀及太陽能輻射預(yù)測方法發(fā)展趨勢,分析了太陽輻射的相關(guān)因素,確定了影響太陽輻射主要變量,構(gòu)建了基本的太陽輻射數(shù)學(xué)模型。(2)分析了太陽輻射基本原理及相關(guān)因素,確定了太陽高度角、日照時間、晴空指數(shù)、平均降雨量等主要影響因子。通過仿真得到太陽輻射與影響因子的特性曲線,分析結(jié)果表明日照時間越長,太陽輻射量越大。太陽高度角越大,等量的太陽輻射散布面積越大,即單位面積太陽輻射強(qiáng)度越大,反之亦然。(3)研究了基于隨機(jī)森林太陽能輻射預(yù)測方法,選取了九個主要變量,建立了隨機(jī)森林樹型回歸分類器,采用同一地區(qū)的不同時間段的太陽能輻射數(shù)據(jù),進(jìn)行仿真實(shí)驗獲得相關(guān)輻射因子,構(gòu)建了基于隨機(jī)森林的太陽能輻射預(yù)測模型。(4)將不同的預(yù)測方法進(jìn)行對比研究,構(gòu)建了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于支持矢量機(jī)(SVM)的太陽輻射預(yù)測模型,在相同訓(xùn)練樣本的條件下,分別將這兩種模型的預(yù)測結(jié)果與隨機(jī)森林預(yù)測方法的結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明:在對無人區(qū)的太陽輻射量進(jìn)行預(yù)測時,采用隨機(jī)森林模型預(yù)測效果較好,減少了均方根誤差、提高了模型的預(yù)測精度。(5)研究了改進(jìn)的太陽輻射預(yù)測方法,針對城區(qū)的太陽輻射受更多隨機(jī)因素干擾出現(xiàn)非平衡數(shù)據(jù)的問題,提出了一種基于C_SMOTE算法的改進(jìn)隨機(jī)森林算法。進(jìn)行了改進(jìn)前后隨機(jī)森林算法的仿真研究,通過對比預(yù)測結(jié)果,可以看出采用改進(jìn)的隨機(jī)森林預(yù)測方法減小了 OOB誤差,驗證了模型有效性。這對復(fù)雜環(huán)境下的太陽能輻射預(yù)測、光伏發(fā)電有效利用具有重要指導(dǎo)意義。
【圖文】：

逡逑太陽直射光線與地球赤道平面所形成的夾角稱為太陽赤緯角，簡稱赤煒，以“Ｓ”表逡逑示。它的變化量是以年為周期的，并規(guī)定向北為正值，赤緯角５的變化如圖２．１所示。四逡逑季的主要不同有兩點(diǎn)：一是氣溫高低不同；二是晝夜長短互異。四季的形成主要是由赤緯逡逑角５的變化而引起的也可以說是太陽直射的位置不同引起的，即角度的變化也就是太陽光逡逑直射位置的不同造成的。逡逑，邐秋分（９．２３）邐＜５＾逡逑辦＇＇邐２逡逑、、g逡逑春分（３．２１）逡逑圖２．１地球繞太陽運(yùn)行示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｅａｒｔｈ邋ｍｏｖｉｎｇ邋ａｒｏｕｎｄ邋ｔｈｅ邋ｓｕｎ逡逑太陽的赤緯角隨季節(jié)在南緯２３邋２７＿與北緯２３＂２７之間來回變動，在地理緯度上將南、北逡逑緯２３邋２７的兩條緯線稱為南、北回歸線。圖２．２表示的是太陽的赤緯角隨四季變化而變化。逡逑因赤緯值日變化很小，一年內(nèi)任何一天的赤緯角（Ｓ）可用式（２．１）計算：逡逑ｓｉｎ邋８邋＝邋０．３９７９５邋ｃｏｓ邋［０．９８５６３邋（ｎ邋－１７３）］邐（２．１）逡逑

０為觀測點(diǎn)的地理緯度；５為當(dāng)日觀測時刻的太陽赤緯角；《為觀測時刻的太陽時逡逑角，單位均以度計算。逡逑太陽輻射照度和太陽高度角在一天中的變化如圖２．３所示。圖中的紅色曲線是一天的逡逑太陽輻射量變化值，藍(lán)色條是一天的太陽高度角變化。由圖中關(guān)系可見，隨著太陽高度角逡逑的增加太陽輻射照度逐漸增加。逡逑－｜１５０逡逑７．５邋－逡逑－１３５逡逑．：逡逑＼邋－１２０逡逑６－邋／邋＼逡逑＾邋／邋＼邋－１０５逡逑Ｉ邐－９０邋Ｋ逡逑Ｉ４５－逡逑６邐７邐８邐９邐１０邐１１邐１２邐１３邐１４邐１５邐１６邐１７邐１８邐１９邐２０逡逑一天時刻表逡逑圖２．３輻射量與太陽高度角隨時間的變化圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｎｇｅｓ邋ｏｆ邋ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｓｕｎ邋ａｎｇｌｅ邋ｏｖｅｒ邋ｔｉｍｅ逡逑２．２．２太陽時角逡逑太陽時角定義為：在正午時《邋＝邋0，每隔一小時絕對值增大１５°，上午為正，下午為負(fù)。逡逑例如：上午１１時，《邋＝邋１５。；上午８時，出＝１５、（】２－８）＝６０°；下午１時，，《邋＝邋－１５°；下午３逡逑
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK511;TP181

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2664843