一種區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模式的研究

張秋慧 周博

摘 要：本文即對(duì)我國(guó)包含大量風(fēng)電場(chǎng)的某區(qū)域的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模式進(jìn)行了研究，根據(jù)風(fēng)電功率歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)空間相關(guān)性分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析及最小二乘擬合與貪心算法相結(jié)合的方式進(jìn)行參考風(fēng)電場(chǎng)最佳組合的選取，并對(duì)參考風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域功率預(yù)測(cè)；參考風(fēng)電場(chǎng)；相關(guān)性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.167

0 引言

由于風(fēng)能具有波動(dòng)性、間歇性等特點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的風(fēng)電功率也是波動(dòng)的、間歇的[1]。同時(shí)，我國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)容量大，分布集中，而且主要分布在用電需求少、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱的西北地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)等，這么多的風(fēng)電，其波動(dòng)性對(duì)電力系統(tǒng)的影響非常顯著，因此準(zhǔn)確的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)很重要。

目前，區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)主要有兩種方式：一種是對(duì)區(qū)域內(nèi)每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行功率預(yù)測(cè)，然后將各風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)值累加得到區(qū)域風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)結(jié)果，可稱(chēng)作匯總方式；另一種是將各風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合得到區(qū)域風(fēng)電功率數(shù)據(jù)，然后用區(qū)域風(fēng)`電功率數(shù)據(jù)直接進(jìn)行預(yù)測(cè)[2]，可稱(chēng)作直接方式。

從理論上講，匯總方式的預(yù)測(cè)精度更高一些，但該方式需要采集并通信每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的功率、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，技術(shù)上可能存在難度，特別是在超短期時(shí)段，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集難度較大。

本文對(duì)此種方式進(jìn)行了較為深入地探究，特別是考慮到參考風(fēng)電場(chǎng)選擇對(duì)該種預(yù)測(cè)模式的重要性，以我國(guó)某區(qū)域?yàn)槔龑?duì)三種參考風(fēng)電場(chǎng)的選擇方式進(jìn)行了進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

1 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)基準(zhǔn)模型研究

1.1 提出方法

對(duì)于一個(gè)建有m個(gè)風(fēng)場(chǎng)的區(qū)域而言，參考風(fēng)電場(chǎng)的存在方式將出現(xiàn)2m-1種可能。當(dāng)考慮所有組合時(shí)，需要建立復(fù)雜且計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型，這勢(shì)必會(huì)消耗大量時(shí)間，影響風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的時(shí)效性。

1.2 最小二乘法性能評(píng)估

最小二乘法是可以被看做一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，它通過(guò)最小化誤差的平方和能夠得到一個(gè)在最小方差意義上的與試驗(yàn)數(shù)據(jù)最好的擬合模型。最小二乘法的應(yīng)用可以快捷地得到所需數(shù)據(jù)，使實(shí)際數(shù)據(jù)和這些求得的數(shù)據(jù)之間誤差的平方和取得最小值。

2 參考風(fēng)電場(chǎng)選擇方法

2.1 最小二乘擬合法

考慮到最小二乘法的簡(jiǎn)單快捷，通過(guò)最小二乘法對(duì)不同組合參考風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，然后線性外推得到區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值，以與區(qū)域風(fēng)電功率實(shí)際值之間的相對(duì)誤差最小作為參考風(fēng)電場(chǎng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)，選出最佳的參考風(fēng)電場(chǎng)組合。

2.1.1 最小二乘法擬合原理

利用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合是一種數(shù)學(xué)上的近似與優(yōu)化，利用已知的數(shù)據(jù)擬合出一條直線或者一條曲線，使其在坐標(biāo)系上與已知的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的距離的平方和最小，利用這樣的方法得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)最好的擬合模型。

假定有一個(gè)變量y，它與一個(gè)n維變量X=（X1，X2，…Xn）呈線性關(guān)系，即：

2.2 空間相關(guān)性法

一般而言，某一地區(qū)的氣象條件一般具有較好的可比性，風(fēng)速變化規(guī)律范圍內(nèi)的同一區(qū)域與風(fēng)速規(guī)則的相關(guān)性相近，而與區(qū)域水平相關(guān)的近距離數(shù)據(jù)必須較高。因此單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的功率與區(qū)域風(fēng)電功率必然存在一定的相關(guān)性。

2.3 灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度分析法

所謂灰色關(guān)聯(lián)度是指描述兩個(gè)系統(tǒng)或兩個(gè)因素的關(guān)聯(lián)性大小的一種度量。灰色系統(tǒng)相關(guān)分析方法可以對(duì)各因素的序列、曲線和形狀的發(fā)展趨勢(shì)做出較好的分析和判斷。本文通過(guò)灰色系統(tǒng)相關(guān)分析，提出了參考風(fēng)場(chǎng)的選擇。

2.3.1 原理與方法簡(jiǎn)介

灰色關(guān)聯(lián)度描述系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中因素間相對(duì)變化的情況。如果二者在系統(tǒng)發(fā)展的過(guò)程中相對(duì)變化規(guī)律基本一致，則認(rèn)為二者的關(guān)聯(lián)度較大；反之，則認(rèn)為二者關(guān)聯(lián)度較小。

3 區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)步驟

步驟1參考風(fēng)電場(chǎng)選擇。首先采用最小二乘方法擬合模型，隨后利用空間相關(guān)性模型、灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度分析方法與貪相結(jié)合的方式，分別以與區(qū)域風(fēng)電功率實(shí)際值之間的相對(duì)誤差最小、空間相關(guān)系數(shù)最大、灰系統(tǒng)色關(guān)聯(lián)度最大最為參考風(fēng)電的選擇標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而選出最優(yōu)的參考風(fēng)電場(chǎng)組合。

步驟2對(duì)參考風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行功率預(yù)測(cè)。在參考風(fēng)電場(chǎng)選定之后，對(duì)每組選定的參考風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行測(cè)試，預(yù)測(cè)參考風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率。

步驟3區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)。采用線性外推的方法，把參考風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)擴(kuò)展到區(qū)域的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)。所謂線性外推方法，是指利用區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)與參考風(fēng)電場(chǎng)之間的裝機(jī)容量比作為比例倍增因子，從而完成參考風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)到區(qū)域功率預(yù)測(cè)的線性外推。

4 算例結(jié)果

本文以某區(qū)域24個(gè)風(fēng)電場(chǎng)一個(gè)季度的數(shù)據(jù)作為參考樣本，樣本數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率為三十分鐘。通過(guò)本文中所敘述的方法對(duì)不同風(fēng)電場(chǎng)組合的選擇進(jìn)行分析比對(duì)，得到其對(duì)區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差的影響。

這24個(gè)風(fēng)電場(chǎng)坐落在區(qū)域南部的有14個(gè)，區(qū)域東部的有6個(gè)，區(qū)域西部的有4個(gè)。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的地理位置將其劃分為三個(gè)子區(qū)域，隨后對(duì)每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)功率占區(qū)域風(fēng)電功率的百分比進(jìn)行計(jì)算與標(biāo)注。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀電.大型風(fēng)電場(chǎng)短期功率預(yù)測(cè)研究[D].北京交通大學(xué)，2010（06）.

[2]肖永山.風(fēng)電場(chǎng)短期產(chǎn)能預(yù)測(cè)研究[D].烏魯木齊，新疆大學(xué)，2007.