光伏电站发电功率日前预测问题（2025 电工杯 A 题）
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下方「练习数据」说明仅列官方来源，本站合成练习数据集与真源脚本将随优秀范文一并发布，避免断裂链接。
一、赛题要点
- 赛事：2025 年电工杯数学建模竞赛 · A 题（真实题名「光伏电站发电功率日前预测问题」）。
- 问题实质：基于历史出力、气象（辐照度、温度、湿度、云量/云移速、风速）与日历特征，预测光伏电站未来 24 小时（日前）的发电功率曲线，支撑电网调度与交易。典型设问包括：①数据清洗与缺失/异常/限电时段处理；②特征工程（相似日、晴空指数、辐照-功率物理关系）；③建立日前预测模型（统计 / 机器学习 / 物理-数据混合），输出逐 15 分钟或逐时功率；④误差评估与不确定性量化（预测区间）；⑤讨论不同天气（晴/多云/阴雨）下的预测策略差异。
二、需要产出什么
- 清洗后的历史功率 + 气象面板，含异常标记与填补说明。
- 特征集（相似日标签、晴空指数、温湿度、日历）与特征重要性结论。
- 日前预测模型及未来 24 h 功率曲线（与真实值对比）。
- 误差指标（MAE/RMSE/MAPE/nRMSE）拆分到天气类型 + 预测区间。
- 不确定性分析与策略建议（如多云天改用集合/区间预测）。
三、数据说明（官方来源）
- 官方数据/赛题：http://www.mcm.edu.cn（请以当年官网发布为准）。赛题通常给电站历史功率、数值天气预报（NWP）气象字段。
- 练习数据说明：本题的合成练习数据集与真源生成脚本（
tools/gen_dgcup2025a.py）将在对应优秀范文发布时一并放出，确保正文 / 配图 / 附录 / 真源四路数字一致。当前请先用官方数据练手。
四、可用解法 → 对应手册
题型：时间序列 / 预测类
先看选型 👉 🧭 预测选型指南 · 🧭 时间序列选型指南
题型：评价 / 误差类
先看选型 👉 🧭 评价类选型指南
题型：不确定性 / 稳健类
先看选型 👉 🧭 不确定性选型指南
五、建模思路提示
- 光伏功率与辐照近似「削顶」非线性（功率 ∝ 辐照，但逆变器限功率封顶），先做物理归一（功率 / 装机）再建模更稳。
- 相似日法：按天气类型 + 季节 + 辐照曲线形状聚类历史日，用最相似若干日做近邻/加权预测，作为强基线。
- 晴空指数（实际辐照 / 理论晴空辐照）能剥离「云」的随机性，是区分晴/多云天的关键特征。
- 最终建议「物理模型定上限 + 数据模型补残差」的混合框架，并对比晴/多云天的模型表现。
六、常见坑与规避
- 夜间功率为 0 不是缺失，别当成异常值删掉；限电/检修时段要单独标记不参与训练。
- 多云天功率剧烈波动，单点预测误差天然大，应改用区间/集合预测而非苛求点精度。
- 不要用「未来才知道的」特征（如当天真实辐照）做训练，否则上线即失效——只用日前可获得的 NWP。
- 评估指标要按天气类型拆分，整体 MAPE 低可能掩盖阴雨天的高误差。
七、优秀范文（本站手写，非生成器）
本题现有三篇优秀范文（≥2500 字 · 8 张 SVG 配图 · 可运行 Python 附录，正文 / 配图 / 附录 / 真源四路数字一致）。
| 视角 | 链接 | 字数 · 配图 · 附录 |
|---|---|---|
| 范文一：光伏日前预测全流程（20MW 合成电站 240 天 96 点、清洗缺失 87 点+限电标记 86 点、晴空指数 kt 解耦太阳与云、M1 物理/M2 相似日/M3 混合三模型分天气评估：M2 综合最优平均 nRMSE=0.0327 多云 0.0506、积灰 −9% 系统偏差揭示纯物理链路局限、M3 阴雨最优 0.0264、90% 区间实测覆盖 90.2–90.4% 宽度多云 5.33MW≈装机 26.7% "越难越宽"） | 光伏功率日前预测（优秀范文一） | 2569 字 · 8 图 · 1 附录 |
| 范文二：调度者视角的误差解剖（误差按功率段位分解：爬升/回落集中而平台最准 M2 仅 0.0384；爬坡事件三指标揭示 nRMSE 冠军 M2 是"平滑器也是爬坡杀手"——命中率多云 29.9%、阴雨 6.7%；k=9 相似日集合自适应区间与范文一常数区间同名义 90% 对比：晴天覆盖 93.2% 且宽度仅 +4%，多云窄 9.2% 但覆盖 −3pp，阴雨欠覆盖 15.4pp；气候平均/NWP/完美信息三档梯度量化云信息价值——多云天兑现率仅 14%，晴天瓶颈不在云而在积灰） | 调度者视角的误差解剖（优秀范文二） | 4099 字 · 8 图 · 1 附录 |
| 范文三：残差稳定性诊断（时段分段揭示午间最宽多云6.516MW+全天系统性正偏；季节切片秋季M3 MAE=0.4117较春季0.3004漂移37%；分布形态晴天右偏厚尾skew=1.51/kurt=2.25多云强正偏mean_pos=1.295 vs mean_neg=0.979；滚动7天窗口最大漂移0.57均值83%；正负残差不对称晴天2.4:1多云1.3:1；累积效应多云766.2最高阴雨154.9但kurt=5.39最险） | 残差稳定性诊断（优秀范文三） | 4324 字 · 8 图 · 1 附录 |
八、配套资源
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