2023太陽能光熱發(fā)電站 代表年太陽輻射數(shù)據(jù)模型構(gòu)建方法

太陽能光熱發(fā)電站代表年太陽輻射數(shù)據(jù)模型構(gòu)建方法II目??次前言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語和定義 1構(gòu)成年太陽輻射數(shù)據(jù)的元素 2地理和時間識別 2變量 3格式 3ASR的生成步驟和方法 4數(shù)據(jù)測量 4代表性長期值 5典型代表性系列的產(chǎn)生 8報告 9附錄A（資料性附錄）時間類型的格式間的表達(dá)和關(guān)系 11附錄B（資料性附錄）對測量站的總體建議 1附錄C（資料性附錄）等價的測量站位置 1附錄D（規(guī)范性附錄）測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制 1PAGEPAGE10代表年太陽輻射數(shù)據(jù)模型構(gòu)建方法范圍（多年平均的代表年太陽輻射數(shù)值模擬。規(guī)范性引用文件GB/T12936-2007太陽能熱利用術(shù)語（ISO9488:1999NEQ）,3.1代表年太陽輻射數(shù)據(jù)集（ASR）這個數(shù)據(jù)集必須具有普適性，能夠體現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)在較長時間內(nèi)的變化特征。3.2直接測量由測量儀器在特定地點的表面測量得到某一變量值的方法。任何在給定時間段內(nèi)滿足上述定義的相同變量值的統(tǒng)計量都應(yīng)被視為直接測量數(shù)據(jù)。（傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄的算術(shù)平均值是直接測量數(shù)據(jù)。3.3間接測量綜合其他直接測量值而得到某一變量值的方法。利用數(shù)值模型（如回歸方程）求解直接輻照度，，既不屬于直接測量，也不屬于間接測量。3.4衍生數(shù)據(jù)由統(tǒng)計函數(shù)推導(dǎo)而來的數(shù)據(jù)，其推導(dǎo)過程涉及同一地點的多種同期變量。例如，回歸模型計算的數(shù)據(jù)即為衍生數(shù)據(jù)，如從水平總輻照度得到法向直接輻照度。3.5合成數(shù)據(jù)例如，通過空間插值或時間插值得到的數(shù)據(jù)都屬于合成數(shù)據(jù)。3.6衛(wèi)星數(shù)據(jù)（衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)）由星載測量儀器采集到的數(shù)據(jù)。本標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分高質(zhì)量和低質(zhì)量衛(wèi)星數(shù)據(jù)。高質(zhì)量衛(wèi)星數(shù)據(jù)的時間分辨率小于或等于1小時，并且空間分辨率最低為20km[8]。ASR宜由高質(zhì)量衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲得。3.7氣象模式數(shù)據(jù)（數(shù)值天氣模式數(shù)據(jù)）基于一定的初始條件，通過求解描述大氣行為的微分方程（氣象模式）而得到的數(shù)據(jù)。本標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分高質(zhì)量和低質(zhì)量氣象模式數(shù)據(jù)。高質(zhì)量氣象模式數(shù)據(jù)的時間分辨率小于或等于1小時，并且空間分辨率最低為20km[8]。ASR數(shù)據(jù)宜由高質(zhì)量氣象模式數(shù)據(jù)獲得。構(gòu)成年太陽輻射數(shù)據(jù)集的要素下面描述了組成ASR的基本要素及其主要特性。地理和時間識別地理識別Lambert坐標(biāo)系中的地理位置以WGS84大地坐標(biāo)系為參考橢球。典型太陽年數(shù)據(jù)涉及的地理信息包含以下兩點：·經(jīng)緯度坐標(biāo)·平均海平面之上的海拔高度時間基準(zhǔn)ASRASR（即功能日期（即原始日期ASR數(shù)據(jù)的年份應(yīng)被設(shè)置為2015年。這樣一來，所有用戶都可以據(jù)此計算太陽位置參數(shù)，并且ASR使用的也不是閏年。日期信息須符合本標(biāo)準(zhǔn)的時間參考基準(zhǔn)，即日期須對應(yīng)協(xié)調(diào)世界時（UTC）（見附錄A）。時間頻率ASR（更高的頻率對應(yīng)更短的時間周期ASR（如小時值、10分鐘值、5分鐘值等）可由更高的采樣頻率求得，一般為小時的因數(shù)。根據(jù)觀測變量的不同，對應(yīng)記錄上可以有平均值、最大值、最小值或瞬時值。法向直接輻照度至少應(yīng)包含平均值。變量ASR應(yīng)包含一整年的數(shù)據(jù)記錄，頻率與法向直接輻照度一致，并覆蓋所有的變量。這些數(shù)據(jù)記錄對應(yīng)十二個不同的月份（即一月至十二月），它們不一定連貫，也不一定必須來自同一年。關(guān)鍵變量WmISO948法向直接輻照度的詳細(xì)定義可參考標(biāo)準(zhǔn)“117/27/NP2014-01-FutureIEC62862TSEd.12010.關(guān)于氣象設(shè)備和觀察方法的指南.WMO-No.82010UpdateSeventhed.）。bb法向直接輻照度一般采用G（ISO9488）DNI（DirectNormalIrradiance的首字母縮寫）B（來自術(shù)語Beamradiation）和I[9]。bb其他變量法向直接輻照度可能伴隨著其他變量，如：水平面總輻照度環(huán)境溫度相對濕度風(fēng)速以上變量的觀測周期和時間頻率須與法向直接輻照度相同（時間頻率的描述見4.1.3），并且在物102010WMO-No.8,2010UpdateSeventhed.）。風(fēng)速及風(fēng)向的測量應(yīng)選擇平坦開闊地區(qū)，采樣高度為地面以上10米（WMO.2010.關(guān)于氣象設(shè)備和觀察方法的指南，“風(fēng)表面測量”一章.WMO-No.8,2010Update.Seventhed.）。格式年序列格式應(yīng)參考“117/27/NP2015-12-FutureIEC62862TSEd.1——氣象數(shù)據(jù)格式”。數(shù)據(jù)集中應(yīng)包含指示數(shù)據(jù)來源或類型的標(biāo)記。根據(jù)數(shù)據(jù)來源，取值可選2至7，1為未知（具體取值的定義請參考3.23.7）。表1所示是部分標(biāo)記取值。每一條記錄有21列為原始日期（“l(fā)abel_orig”），另外1列為功能日期（“l(fā)abel_func”）。表1法向直接輻照度的標(biāo)記值數(shù)據(jù)來源標(biāo)記值直接測量數(shù)據(jù)1間接測量數(shù)據(jù)2衍生數(shù)據(jù)3綜合數(shù)據(jù)4衛(wèi)星數(shù)據(jù)5氣象模式數(shù)據(jù)6ASRASR構(gòu)建步驟分為三個部分：·開展現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量·研究具有代表性的長期數(shù)據(jù)·生成代表年時間序列數(shù)據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)須來自現(xiàn)場地面觀測站或等價站點（詳見附錄Ⅲ）。觀測站點的選擇及配置詳見附錄Ⅳ。（見質(zhì)量控制數(shù)據(jù)驗證和數(shù)據(jù)插補通過質(zhì)量控制的觀測數(shù)據(jù)參與數(shù)據(jù)驗證和數(shù)據(jù)插補。一個完整的有效年由12（1月-12月12有效月中的無效天數(shù)不超過4天[10]。不過，無效天數(shù)較多的觀測數(shù)據(jù)仍可用于訂正基于衛(wèi)星圖像5RadiationDataCentre）提出了一個相似的方法有效日可包含未通過質(zhì)量控制的異常記錄，但是異常記錄的累積周期不超過1小時。例如，每天只有一個異常值的小時數(shù)據(jù)集是可以被接受的；對于10分鐘數(shù)據(jù)，每天只允許6個異常記錄。數(shù)據(jù)驗證之前，異常數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)借助線性插值等方法進(jìn)行訂正。具有長期代表性的數(shù)據(jù)30年的時間序列[11（流程見5.2.1），二是使用水平面總輻照量（流程見5.2.2）。具有長期代表性數(shù)據(jù)的年值由12單一數(shù)據(jù)源本節(jié)主要描述如何利用10（法向直接輻照度或水平面總輻照度或以上兩者都有）估算典型月均值（RMV）及其標(biāo)準(zhǔn)差（σ）。除了3.2到3.7現(xiàn)場測量周期的選取、短期測量數(shù)據(jù)與長期數(shù)據(jù)重疊時段的選取均須符合5.1的要求。為了利用短（法向直接輻照度或水平面總輻照度或以上兩者都有可按照一定格式填入表2。表2基于單一數(shù)據(jù)源估算具有長期代表性的數(shù)據(jù)表格天數(shù)第1年第2年第3年……第10年……12345……365表2F-S法充分考慮了每一變量（x）在特定月份（j）的累積分布函數(shù)（CDF）與其在這個月份的長期累積分布函數(shù)之間的接近程度。接近程度用每一變量的相對權(quán)重（x）進(jìn)行加權(quán)處理。所有相對權(quán)重之和等于1.（x1）FSx

nx FDAx(r)FDAx(r)jk

rx

j jkjkFSxjk

（1）公式與原文不符（2）公式與原文不符式中：r，分布函數(shù)中每個值域的值；nr，分布函數(shù)的值域個數(shù)；FDAjk(r)xk年jr的累積分布函數(shù)；FDAj(rx在所有的jr的累積分布函數(shù)；-x，每個變量的相對權(quán)重采用上述方法，須滿足以下條件：·至少10年的數(shù)據(jù)庫·氣象變量只有法向直接輻照度和水平面總輻照度。如果只包含一個變量，它的相對權(quán)重為1（x1），如果包含兩個變量，每個變量的相對權(quán)重為0.5（x0.5）。k年j月的F-S統(tǒng)計（公式1）及加權(quán)平均（公式2）由表2中的數(shù)據(jù)計算而來。F-S統(tǒng)計值最小的5長期代表性月值（RMV）可通過以上流程中確認(rèn)。得到長期代表性月值后，其標(biāo)準(zhǔn)差也可以計算出來。多個數(shù)據(jù)源。本節(jié)會用到3.2至3.7所述的數(shù)據(jù)類型，這些數(shù)據(jù)不能用于最終的ASR。在用到這一類數(shù)據(jù)時，應(yīng)記不同來源的數(shù)據(jù)綜合在一起應(yīng)至少跨越一個連續(xù)的10（或能計算（不管月值來自同一年還是連續(xù)年表3基于多個數(shù)據(jù)源估算長期代表性月值的數(shù)據(jù)表格月份來源1來源2來源3……來源N123456789101112每個數(shù)據(jù)源的權(quán)重都可利用式3計算：Pi

Ci i式中：

（3）i：第i個數(shù)據(jù)源1到10的整數(shù)（不低于1，不超過10）：距離，單位為km。取值范圍為10到100的整數(shù)（不低于10，不超過100）代表距離或者代表數(shù)據(jù)源所在位置和目標(biāo)區(qū)域之間的距離。對于估算數(shù)據(jù)，Di代表分辨率。需要注意的是，距離與目標(biāo)區(qū)域100km以上的測量數(shù)據(jù)，以及空間分辨率為1°的估算數(shù)據(jù)均不可使用。Ci12或31表示數(shù)據(jù)源來自直接或間接的現(xiàn)場測量（也可為等價站點的測量數(shù)據(jù)，參見附錄Ⅳ）。數(shù)值2表示數(shù)據(jù)源可提供估算數(shù)據(jù)、長期3（例如，科技文獻(xiàn)或者其他非直接信息來源）。當(dāng)滿足下列條件之一時，即可使用上述方法：·數(shù)據(jù)源的數(shù)目大于或等于4·P1in當(dāng)每個數(shù)據(jù)源的權(quán)重已知時，Pi須進(jìn)行歸一化處理，其和為1，稱為P。當(dāng)測量數(shù)據(jù)和估算數(shù)據(jù)的in相對權(quán)重不同時，歸一化處理可作為一個中間步驟。建議測量數(shù)據(jù)的相對權(quán)重定義為0.6，估算數(shù)據(jù)的相對權(quán)重為0.4。每個特定月份的長期代表性月值（RMV）用公式4計算求解：RMVjPmVMjii式中：i：第i個數(shù)據(jù)源；-j：第j個月（1到12）；：數(shù)據(jù)源i的歸一化權(quán)重；VMji：數(shù)據(jù)源i在j月的月值。RMV的標(biāo)準(zhǔn)差通過將方差延伸至加權(quán)的情況計算得到：jiRMVji

（4）（5）年數(shù)據(jù)序列的生成構(gòu)建ASR需要有完整一年的逐小時(或更高時間分辨率)數(shù)據(jù)。首先，從某一確定的數(shù)據(jù)源選擇12個有效月份（1月到12月）并包含全部的記錄（如氣象變量、數(shù)據(jù)采集日期和來源標(biāo)記等）。然后，將12個月份連接組合起來，并處理為ASR。其中，數(shù)據(jù)源的地理和時間信息須滿足4.1所述要求。原則上，ASR數(shù)據(jù)序列的生成要基于現(xiàn)場測量（即3.2和3.3所述的法向直接輻照度）?，F(xiàn)實中也可采用3.6和3.7所述的法向直接輻照度估算數(shù)據(jù)。如果用估算數(shù)據(jù)計算RMV（見5.2.1和5.2.2），那么這些數(shù)據(jù)須通過質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)驗證。ASR可通過以下兩種方法中的任意一種生成。ASR本節(jié)介紹的ASR文件生成方法基于法向直接輻照度估算數(shù)據(jù)。特定月份應(yīng)按照5.2.2所述流程選取，將365個包含所有同期變量的完整有效天連接組合在一起即可得到ASR。最終文件包含所有數(shù)據(jù)，具體格式見4.3節(jié)。ASR本方案中，ASR的生成及特定月份的選擇完全基于現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)。12個月的月值，并將其與長期代表性輻照度的月值RMV進(jìn)行對比。其中，輻射變量可以是法向直接輻射，也可以是水平面總輻射。具體方法可參考5.2。RMVVMRj

VMjk

2%VAR12

（6）公式有錯誤式中，ARV是ASR的年均輻照度。如果所選月份滿足上述公式，它們即是ASR。如果某些月份不滿足這一條件，那么這些月份中的不替代操作應(yīng)遵循以下原則：·用不完整日前后5日內(nèi)的另一日替代不完整日。例如，當(dāng)不完整日是1月20日時，可用1月15日至25日之間的某一日數(shù)據(jù)替代之。之所以采取5日的限制是為了將太陽幾何參數(shù)的誤差最小化。在太陽能熱電廠集中建設(shè)的緯度帶內(nèi)，這一方案可將太陽幾何參數(shù)誤差降至10分鐘以內(nèi)?！SR中的同一日數(shù)據(jù)（來自原始數(shù)據(jù)）最多可重復(fù)4次?！SR中每一月的數(shù)據(jù)不能包含超過25%的替代數(shù)據(jù)。應(yīng)是一個由365報告ASR數(shù)據(jù)生成后，需附上一份書面報告，指明上述構(gòu)建流程中每一步的結(jié)果，應(yīng)至少包含以下內(nèi)容：·基本信息：作者信息（隸屬機(jī)構(gòu)及作者生成日期站址描述·簡介：ASR所含變量·現(xiàn)場測量觀測站情況1）觀測站技術(shù)報告?zhèn)鞲衅髻|(zhì)量證書質(zhì)量控制（描述和結(jié)果）數(shù)據(jù)驗證簡要描述（包括有效日數(shù)、年均值和月均值）結(jié)果·長期代表性數(shù)據(jù)方法數(shù)據(jù)源描述若存在長時序訂正，應(yīng)指出訂正結(jié)果結(jié)果·代表年時間序列數(shù)據(jù)的生成方法結(jié)果·月均值一覽從現(xiàn)場測量得到的月均值從長期代表性數(shù)據(jù)中得到的月均值從ASR中所有氣象變量中得到的月均值附錄A（資料性附錄）時間類型的定義（假設(shè)太陽每年以恒定的速度移動）。01928（UT）：是一種基于天文學(xué)而不是太陽作為參照的測量方式，這種方式比太陽標(biāo)準(zhǔn)時更精確，由于世界時是以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)，所以是非均一的。是以原子時世界時官方時間（OT）：也稱“官方時”，是特定國家通過立法確定的時間基準(zhǔn)。加那利群島與西歐時間（西歐基準(zhǔn)時間-冬令時（CET—冬令時UTC+1，夏令時UTC+2）。官方修正：（Cofficial）：大部分國家一年修正兩次（春秋兩季開始時），根據(jù)協(xié)調(diào)世界時間設(shè)定官方時間（7）。TOUTCCofficial

（7）由于實際時間并不會變更，所以采集數(shù)據(jù)時一般不考慮此因素。15°8）TOUTCCofficialTEC'official

（8）其中C'official是一種與官方修正類似的修正方式，其表達(dá)式如下（格林尼治標(biāo)準(zhǔn)線以西采用負(fù)數(shù)形式）：C'officialCofficiallonref/15

（9）其中l(wèi)onref是相對時間基準(zhǔn)子午線（以度為單位）的對應(yīng)經(jīng)度。10（以小時為單位）：TSVTEClongEt/60TOC'officialClongEt/60

（10）（Et11附錄B（資料性附錄）對測量站的總體建議AS這個測量站必須要在一個曝光非常好的位置上，這個位置比周圍地形要有代表性。要注意工具的測量不會受建筑或是地形或是其他同一地點設(shè)備的影響。這個測量站應(yīng)該與電子單元和IT媒體（軟件）有著遠(yuǎn)程的連接以方便管理、貯存和轉(zhuǎn)移收集的數(shù)據(jù)以便日后的篩選和分析。它應(yīng)該擁有追蹤和維護(hù)程序來盡可能避免因收集錯誤、數(shù)據(jù)損壞或傳感器出現(xiàn)問題帶來的數(shù)據(jù)缺失。數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)應(yīng)該有一個遠(yuǎn)程的同步機(jī)制。最好通過一個網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議來連接。下列參數(shù)應(yīng)該被測定：水平總輻射散射輻射溫度相對濕度大氣壓力附錄C（資料性附錄）一個與原地的氣象站相同的氣象站是需要在半徑在10km之內(nèi)的位置落成。附錄D（規(guī)范性附錄）測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制這個附錄描述了質(zhì)量控制過程，此過程測出