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Научные работникиВнимание2026-01-06 15:54:20 Участие в изменении
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面对光伏发电“靠天吃饭”的天然瓶颈,一项最新的系统性研究发现,特定的深度学习模型能够显著提高太阳能预测精度,这可能改变未来电网的运行方式。
“光伏电站发电又突然下降了,电网调度压力很大!”这样的场景在全球能源转型过程中越来越常见。太阳能作为一种清洁但高度波动的能源,其发电量预测的准确性直接影响到电网稳定和能源经济效益。
国际能源署预测,到2030年,太阳能等可再生能源将占全球电力供应的40%。但太阳能发电受天气影响极大,难以准确预测,给电网管理带来巨大挑战。
1.研究背景
太阳能光伏发电的间歇性和波动性是其在现代电网中大规模应用的主要障碍。准确预测光伏发电量对于优化电网运行、管理储能系统和提高能源利用效率至关重要。
随着全球太阳能装机容量的快速增长,预测误差可能导致电网频率波动、备用容量增加和能源市场定价异常等一系列问题。传统的统计和物理预测方法在处理非线性、高维度的气象和发电数据时存在明显局限。
深度学习技术因其强大的模式识别和时间序列分析能力,在太阳能预测领域展现出巨大潜力。来自权威期刊的一项系统性综述研究,对深度学习在光伏预测中的应用现状进行了全面评估。
2.方法论与研究范围
该研究采用系统性文献综述方法,从Web of Science数据库中初步检索出155篇相关论文,经过严格筛选后,最终纳入了26篇高质量研究进行深入分析。
研究团队遵循Kitchenham方法论,确保分析过程的客观性和严谨性。重点关注五个核心问题:深度学习架构类型、数据预处理技术、输入特征选择、评估指标应用以及该领域面临的持续挑战。
与以往综述不同,这项研究专门聚焦于深度学习在光伏预测中的应用,而非传统机器学习或更广泛的可再生能源领域,填补了现有文献的空白。
3.关键发现
研究发现,长短期记忆网络是光伏预测中最常用的深度学习算法,出现在32.69%的研究中。紧随其后的是卷积神经网络,占28.85%。
这两种模型的流行反映了光伏预测任务对时序数据处理和空间特征提取的双重需求。LSTM擅长捕捉时间序列中的长期依赖关系,而CNN则能有效提取气象数据中的空间模式。
在数据预处理方面,小波变换成为最主要的数据分解技术,能够将复杂的太阳能数据分解为不同频率的成分,便于模型学习。而皮尔逊相关系数则是最常用的特征选择方法,帮助研究者识别与发电量最相关的输入变量。
研究还发现,环境温度、大气压力和湿度是最常使用的输入特征。这些气象参数与太阳能辐射和光伏板效率有直接关系,对预测精度有显著影响。
4.数据处理与特征选址
深度学习在光伏预测中的成功很大程度上依赖于高质量的数据处理和特征工程。研究指出,适当的数据预处理可以显著提高模型的预测性能。
除了小波变换,研究者还广泛使用K均值聚类进行数据分组,以及生成对抗网络进行数据增强。这些技术帮助解决太阳能数据中的不平衡问题和数据稀缺挑战。
在特征选择方面,除了皮尔逊相关系数,互信息和递归特征消除等方法也被用于识别最相关的预测因子。有效的特征工程不仅提高了预测精度,还降低了模型复杂度和计算成本。
5.面临挑战与未来方向
尽管深度学习在光伏预测中取得显著进展,但研究仍面临模型泛化能力不足、可解释性差和计算效率低等挑战。不同地理位置和气候条件的数据特征差异很大,单一模型难以普遍适用。
深度学习模型的“黑箱”特性也限制了其在关键能源基础设施中的实际应用。能源运营商通常需要了解决策背后的逻辑,而不仅仅是预测结果。
研究指出,未来方向应包括开发更鲁棒和可解释的模型,探索多源数据融合技术,以及研究轻量级深度学习架构以适应边缘计算环境。跨地区、跨季节的模型泛化能力将成为评估预测系统实用性的重要标准。
6.实际应用价值
这项系统性综述为光伏预测领域的研究者和从业者提供了宝贵的参考框架。通过明确最有效的算法组合、数据处理流程和特征选择方法,研究缩短了从理论到应用的距离。
对于电网运营商而言,更准确的光伏预测意味着更低的备用容量需求、更高效的储能系统调度和更稳定的电网频率。对于光伏电站业主,准确的发电预测有助于优化运维计划和提高经济效益。
随着深度学习技术的不断成熟和计算资源的日益普及,基于AI的光伏预测系统有望成为未来智能电网的标准配置,为全球能源转型提供关键技术支撑。
参考文献
Oussama Khouili, Mohamed Hanine, Mohamed Louzazni, Miguel Angel López Flores, Eduardo García Villena, Imran Ashraf,Evaluating the impact of deep learning approaches on solar and photovoltaic power forecasting: A systematic review,Energy Strategy Reviews,
59,2025,101735.
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