風電場中基于核密度估計法的儲能系統容量配置

宋志惠，許 玥

中國葛洲壩集團國際工程有限公司

風電場中基于核密度估計法的儲能系統容量配置

宋志惠，許 玥

中國葛洲壩集團國際工程有限公司

前言

儲能系統具有動態吸收能量并適時釋放的特點，能有效彌補風電的間歇性、波動性缺點，改善風電場輸出功率的可控性，提升穩定水平。在并網風電場中配置適量的儲能系統，對風電場的輸出功率進行調節，可提高風電場出力的可控性，使得風電場成為靈活可控的電源。

1 儲能系統實時調節風電場輸出功率以跟蹤功率預測值

根據風電場的實際輸出功率和電網給風電場下達的發電指令目標（功率預測值），儲能系統通過充電或放電實現縮減或消除前兩者偏差的目的。通過控制儲能系統快速、精確的功率吞吐能力，可以調節風電場的實時出力平穩跟隨發電指令目標，使得風電場像常規電場一樣具有按照發電曲線運行的能力。

2 非參數核密度估計方法

參數估計是假定數據總體的分布類型已知的情況下對參數的估計，參數確定則概率密度完全確定，但實際中很多數據的分布類型是無法事先假定的。

核密度估計是非參數估計類型的一種，它可以很好的描述連續的密度函數。其定義:對于數據x1,…,xn,核密度估計有如下形式：

這是一個加權平均，而核函數K(·)是一個權函數。核函數的形狀和值域控制著用來估計f(x)在點x的值時所用數據點的個數和利用的程度。

帶寬的大小對估計量有很大的影響，小的帶寬會將密度分配得太局限于觀測數據附近，導致估計密度函數有很多錯誤的峰值；而大的帶寬會將密度貢獻分布得太開，從而會因光滑而遺失掉的一些特征。選擇合適的帶寬需要相應的評價標準，漸進積分均方誤差（AMISE）計算公式如下：

將其最小化計算可得：

3 儲能系統容量的確定

在一段時間內，儲能系統功率在時間上的積分即可得到儲能系統能量的變化。為了確定儲能系統的容量，取一天內能量的最大值的絕對值，記作||Emax，記錄250天的數據曲線。對其進行概率統計，并用核密度估計法估計概率密度函數，具體為圖1所示。

圖1 ||Emax的概率密度函數

上圖中核密度函數為高斯核函數，n取值100，按照式（3）和（4）計算得出高斯核函數的帶寬h為1.0595。對圖1中的概率密度求其累計分布函數，其結果如圖2所示。

圖2||Emax的累積分布函數

圖2 為||Emax的累積分布函數，為滿足98%儲能容量的日需求，圖中標出紅點所對應的橫坐標值即為儲能系統的容量，其額定容量為38MWh。

4 結論

本文提出了一種基于核密度估計法的儲能系統容量配置的方法。該方法是建立在統計風電功率的預測誤差分布的基礎之上得出的儲能容量配置的方法。它是一種針對某一特定的預測方法，不需要知道分布類型，直接對其統計，可以很好地解決風電功率的預測誤差的分布模型受外界擾動因素較多的問題，具有很強的實用性。在此方法統計下得出了混合儲能系統的容量和額定功率，實現了儲能容量配置的目的。