本發(fā)明涉及一種風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)方法,尤其涉及一種風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù):
風(fēng)資源的隨機(jī)性、波動(dòng)性、不確定性和風(fēng)電出力的不可控性給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了較大的困擾。風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)已成為必備的技術(shù)。
然而,在實(shí)際運(yùn)行中,風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果中的預(yù)測(cè)誤差無(wú)法避免,傳統(tǒng)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)一般采用風(fēng)電功率的點(diǎn)預(yù)測(cè),從而無(wú)法提供風(fēng)電功率不確定性的信息。傳統(tǒng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)中存在不可預(yù)知的預(yù)測(cè)誤差,造成預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確,對(duì)于影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定分析,從而影響運(yùn)行決策結(jié)果的有效性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
綜上所述,確有必要提出一種能夠準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)電功率概率進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法及裝置。
一種風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)方法,包括以下步驟:
根據(jù)歷史輸出功率以及歷史預(yù)測(cè)功率,獲取風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征;
根據(jù)歷史預(yù)測(cè)功率和風(fēng)電場(chǎng)的nwp預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量,獲得風(fēng)電概率預(yù)測(cè)的條件全集;
通過(guò)k-means聚類算法,將條件全集劃分為若干條件子集;
對(duì)處在每個(gè)條件子集下的誤差集合形成條件經(jīng)驗(yàn)分布,并檢驗(yàn)其數(shù)字特征與風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征中數(shù)字特征是否重合;若重合則通過(guò)k-means聚類算法再次進(jìn)行聚類;以及
根據(jù)各時(shí)刻的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果以及條件經(jīng)驗(yàn)分布,獲得風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)結(jié)果。
在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征包括風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的均值e(x)、方差var(x)、偏度skew(x)和峰度kurtosis(x);
在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述根據(jù)歷史輸出功率以及歷史預(yù)測(cè)功率,獲取風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征的步驟包括:
獲取風(fēng)電場(chǎng)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的歷史輸出功率;
獲取在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率;
計(jì)算預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的誤差向量;以及
獲取誤差向量中每個(gè)分量,構(gòu)成風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差樣本值,計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征。
在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述根據(jù)歷史預(yù)測(cè)功率和風(fēng)電場(chǎng)的nwp預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量,獲得風(fēng)電概率預(yù)測(cè)的條件全集的步驟包括:
根據(jù)獲取的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率,獲得在時(shí)刻t時(shí),風(fēng)電場(chǎng)nwp預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量;
獲取從t-s至t-1時(shí)刻的風(fēng)速波動(dòng)量構(gòu)成的風(fēng)速波動(dòng)量集合;以及
獲取由風(fēng)速波動(dòng)量和所述集合相互組合構(gòu)成的笛卡爾集,作為條件全集。
在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述通過(guò)k-means聚類算法,將條件全集劃分為若干條件子集的步驟包括:
對(duì)于條件全集,使用k-means聚類算法,將其分為m簇,即將其分為m個(gè)互不相交的條件子集,m的數(shù)值為4~10,且各條件子集中的元素個(gè)數(shù)平均分布。
在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述對(duì)處在每個(gè)條件子集下的誤差集合形成條件經(jīng)驗(yàn)分布,并檢驗(yàn)其數(shù)字特征與風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征中數(shù)字特征是否重合的步驟包括:
對(duì)每個(gè)條件子集ci,獲取在該條件下的誤差樣本集ei,求出在不同條件下的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差的經(jīng)驗(yàn)分布pdfi,并用風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差的經(jīng)驗(yàn)分布來(lái)描述在條件ci下的誤差隨機(jī)變量ei:
ei~pdfi;
逐個(gè)檢驗(yàn)m個(gè)誤差的條件經(jīng)驗(yàn)分布,是否與風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征中數(shù)字特征的誤差經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)重合。
在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述根據(jù)各時(shí)刻的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果以及條件經(jīng)驗(yàn)分布,獲得風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)結(jié)果的步驟包括:
在t時(shí)刻獲取時(shí)刻t+k的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果
設(shè)實(shí)數(shù)對(duì)
結(jié)合t+k的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果
其中,
一種風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)裝置,所述裝置包括:
特征計(jì)算模塊,用于根據(jù)歷史輸出功率以及歷史預(yù)測(cè)功率,獲取風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征;
條件計(jì)算模塊,用于根據(jù)歷史預(yù)測(cè)功率和風(fēng)電場(chǎng)的nwp預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量,獲得風(fēng)電概率預(yù)測(cè)的條件全集;
分類模塊,用于通過(guò)k-means聚類算法,將條件全集劃分為若干條件子集;
聚類模塊,用于對(duì)處在每個(gè)條件子集下的誤差集合形成條件經(jīng)驗(yàn)分布,并檢驗(yàn)其數(shù)字特征與風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征中數(shù)字特征是否重合;若重合則通過(guò)k-means聚類算法再次進(jìn)行聚類;
預(yù)測(cè)模塊,用于根據(jù)各時(shí)刻的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果以及條件經(jīng)驗(yàn)分布,獲得風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)結(jié)果。
所述特征計(jì)算模塊包括:
第一獲取單元,用于獲取風(fēng)電場(chǎng)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的歷史輸出功率;
第二獲取單元,用于獲取在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率;
第一計(jì)算單元,用于計(jì)算預(yù)定時(shí)間段內(nèi)歷史輸出功率與歷史預(yù)測(cè)功率之間的誤差向量;
第二計(jì)算單元,用于獲取誤差向量中每個(gè)分量,構(gòu)成風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差樣本值,計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征。
所述條件計(jì)算模塊包括:
波動(dòng)量獲取單元,用于根據(jù)獲取的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率,獲得在時(shí)刻t時(shí),風(fēng)電場(chǎng)nwp預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量;
波動(dòng)量集合獲取單元,用于獲取從t-s至t-1時(shí)刻的風(fēng)速波動(dòng)量構(gòu)成的風(fēng)速波動(dòng)量集合;
條件全集獲取單元,用于獲取由風(fēng)速波動(dòng)量和所述集合相互組合構(gòu)成的笛卡爾集,作為條件全集。
本發(fā)明提供的風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)技術(shù),以條件概率分布和k-means聚類算法為基礎(chǔ),能夠差異性地提供誤差分布函數(shù),具有更高的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)例提供的風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)的流程框圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)表述。
在大型風(fēng)電集群中,相鄰多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出具有較強(qiáng)的相關(guān)性,因此可結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)i的風(fēng)速實(shí)測(cè)值,以及相鄰多個(gè)強(qiáng)相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率實(shí)測(cè)值進(jìn)行該風(fēng)電場(chǎng)的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)校正,將風(fēng)電場(chǎng)i在時(shí)刻t的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)
實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)i的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)校正需要解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:第一,確定當(dāng)量測(cè)風(fēng)速為
請(qǐng)參閱圖1,本發(fā)明實(shí)例提供的基于聚類算法和誤差分析的風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)方法,包括如下步驟:
步驟s10,獲取風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征。
具體的,在其中一個(gè)實(shí)施例中,風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征的獲取包括:
步驟s11,獲取風(fēng)電場(chǎng)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的歷史輸出功率,為:
其中,t為當(dāng)前時(shí)刻,s為往前追溯的歷史數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)。
步驟s12,獲取在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率,為:
步驟s13,計(jì)算預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的歷史輸出功率與歷史預(yù)測(cè)功率之間的誤差向量,為:
步驟s14,獲取誤差向量中每個(gè)分量,構(gòu)成風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差樣本值,計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征。
具體的,風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征可包括風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的均值e(x)、方差var(x)、偏度skew(x)和峰度kurtosis(x)??闪顇為
步驟s20,根據(jù)歷史預(yù)測(cè)功率和風(fēng)電場(chǎng)的nwp(數(shù)值天氣預(yù)報(bào),numericalweatherprediection)預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量,獲得風(fēng)電概率預(yù)測(cè)的條件全集。
具體的,在其中一個(gè)實(shí)施例中,風(fēng)電概率預(yù)測(cè)的條件全集以及散點(diǎn)圖的獲取包括如下步驟:
步驟s21,根據(jù)獲取的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率:
獲得在時(shí)刻t時(shí),風(fēng)電場(chǎng)nwp預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量,為:
步驟s22,選擇從t-s至t-1時(shí)刻的風(fēng)速波動(dòng)量fluct-s,…,fluct-1構(gòu)成的風(fēng)速波動(dòng)量集合為fluct,s。
步驟s23,獲取由
步驟s30,通過(guò)k-means聚類算法,將條件全集劃分為若干條件子集。
可通過(guò)k-means聚類算法,將條件全集c進(jìn)行分類,形成包括c1,c2,...,cm的m個(gè)條件子集。
k-means算法是基于距離的聚類算法,采用距離作為相似性的評(píng)價(jià)指標(biāo),即認(rèn)為兩個(gè)對(duì)象的距離越近,其相似度就越大。
具體的,對(duì)于條件全集c,使用k-means聚類算法,將其分為m簇,即將其分為m個(gè)互不相交的條件子集:
m的數(shù)值選擇可以為4~10,根據(jù)不同的情況選擇,應(yīng)保證各個(gè)條件子集中的元素個(gè)數(shù)較為平均,即各個(gè)條件子集中的元素的個(gè)數(shù)基本相同。
步驟s40,對(duì)處在每個(gè)條件子集ci下的誤差集合形成條件經(jīng)驗(yàn)分布,并檢驗(yàn)其數(shù)字特征與風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征中數(shù)字特征是否高度重合;若高度重合則返回步驟s30,重新進(jìn)行聚類。
具體的,在其中一個(gè)實(shí)施例中,對(duì)每個(gè)條件子集ci,可獲取在該條件下的誤差樣本集ei,可以求出在不同條件下的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差的經(jīng)驗(yàn)分布pdfi,用這一分布來(lái)描述在條件ci下的誤差隨機(jī)變量ei:
ei~pdfi;
逐個(gè)檢驗(yàn)m個(gè)誤差的條件經(jīng)驗(yàn)分布是否與步驟s10中的誤差經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)高度重合。所謂高度重合,是兩者的數(shù)字特征(均值、方差、偏度、峰度)相差小于預(yù)設(shè)閾值,該預(yù)設(shè)閾值可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇,預(yù)設(shè)閾值越小,則數(shù)字特征越吻合。
若高度重合,說(shuō)明該次聚類無(wú)法將誤差分布的條件差異性信息有效剝離。需返回步驟s30,改變m的數(shù)值重新進(jìn)行聚類,直至沒(méi)有任何一個(gè)條件經(jīng)驗(yàn)分布與風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征中的經(jīng)驗(yàn)分布高度重合。
步驟s50,結(jié)合各時(shí)刻的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果形成風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)結(jié)果。
具體的,在其中一個(gè)實(shí)施例中,風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)結(jié)果的獲取包括:
步驟s51,在t時(shí)刻獲取時(shí)刻t+k的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果
步驟s52,設(shè)這一實(shí)數(shù)對(duì)
步驟s53,結(jié)合t+k的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果
其中,
本發(fā)明實(shí)施例提供的風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)方法,以條件概率分布和k-means聚類算法為基礎(chǔ),能夠差異性地提供誤差分布函數(shù),具有更好的預(yù)測(cè)效果。該風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)方法通過(guò)對(duì)風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行建模和分析,可以對(duì)風(fēng)電功率可能的波動(dòng)范圍和概率分布有全貌的描述,從而為風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果提供可靠、詳細(xì)的信息。
基于同一發(fā)明構(gòu)思,本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)裝置,由于這些設(shè)備解決問(wèn)題的原理與一種風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)方法相似,因此這些設(shè)備的實(shí)施可以參見(jiàn)方法的實(shí)施,重復(fù)之處不再贅述。
所述風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)裝置可以包括:
特征計(jì)算模塊,用于根據(jù)歷史輸出功率以及歷史預(yù)測(cè)功率,獲取風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征;
條件計(jì)算模塊,用于根據(jù)歷史預(yù)測(cè)功率和風(fēng)電場(chǎng)的nwp預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量,獲得風(fēng)電概率預(yù)測(cè)的條件全集;
分類模塊,用于通過(guò)k-means聚類算法,將條件全集劃分為若干條件子集;
聚類模塊,用于對(duì)處在每個(gè)條件子集下的誤差集合形成條件經(jīng)驗(yàn)分布,并檢驗(yàn)其數(shù)字特征與風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征中數(shù)字特征是否重合;若重合則通過(guò)k-means聚類算法再次進(jìn)行聚類;
預(yù)測(cè)模塊,用于根據(jù)各時(shí)刻的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果以及條件經(jīng)驗(yàn)分布,獲得風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)結(jié)果。
實(shí)施中,所述特征計(jì)算模塊可以包括:
第一獲取單元,用于獲取風(fēng)電場(chǎng)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的歷史輸出功率;
第二獲取單元,用于獲取在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率;
第一計(jì)算單元,用于計(jì)算預(yù)定時(shí)間段內(nèi)歷史輸出功率與歷史預(yù)測(cè)功率之間的誤差向量;
第二計(jì)算單元,用于獲取誤差向量中每個(gè)分量,構(gòu)成風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差樣本值,計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征。
實(shí)施中,所述條件計(jì)算模塊可以包括:
波動(dòng)量獲取單元,用于根據(jù)獲取的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率,獲得在時(shí)刻t時(shí),風(fēng)電場(chǎng)nwp預(yù)測(cè)結(jié)果的風(fēng)速波動(dòng)量;
波動(dòng)量集合獲取單元,用于獲取從t-s至t-1時(shí)刻的風(fēng)速波動(dòng)量構(gòu)成的風(fēng)速波動(dòng)量集合;
條件全集獲取單元,用于獲取由風(fēng)速波動(dòng)量和所述集合相互組合構(gòu)成的笛卡爾集,作為條件全集。
為了描述的方便,以上所述裝置的各部分以功能分為各種模塊或單元分別描述。當(dāng)然,在實(shí)施本申請(qǐng)時(shí)可以把各模塊或單元的功能在同一個(gè)或多個(gè)軟件或硬件中實(shí)現(xiàn)。
本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白,本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此,本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且,本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤(pán)存儲(chǔ)器、cd-rom、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。
本申請(qǐng)是參照根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器,使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。
這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中,使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品,該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。
這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上,使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理,從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此,本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。