一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法，涉及風(fēng)電場容量計算領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，風(fēng)電總裝機容量在電網(wǎng)中所占比例不斷升高。然 而，風(fēng)電出力具有的間歇性、隨機性等特點將增大電力系統(tǒng)運行的不確定性，給風(fēng)電場規(guī)劃 與建設(shè)帶來困難。針對以上影響相關(guān)技術(shù)規(guī)范提出了有效容量的概念，有效容量的計算能 夠為風(fēng)電場的規(guī)劃設(shè)計提供技術(shù)參考，其對于工程實際具有十分重要的意義。
[0003] 目前，國內(nèi)外對于風(fēng)電場有效容量的計算均通過理論推導(dǎo)建立模型計算而來，此 類模型缺乏實測數(shù)據(jù)的驗證過程。我國幅員遼闊、地域差異大，因此模型不僅要有足夠的精 確度，而且要有良好的泛化性能。因此，在計算風(fēng)電場有效容量曲線時，如何建立考慮多因 素的精確模型，全面反映各類型風(fēng)電場有功出力情況，對于風(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計提供技術(shù)參考 具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法，采用風(fēng)電場基于數(shù)據(jù)采集和監(jiān) 視控制（supervisory control and data acquisition，SCADA)系統(tǒng)所采集的風(fēng)速數(shù)據(jù)，利 用概率統(tǒng)計方法，處理風(fēng)速數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析計算風(fēng)電場有效容量曲線。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0006] 一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :收集風(fēng)電場某一時期風(fēng)速數(shù)據(jù)，由該風(fēng)電場風(fēng)機的風(fēng)速-功率曲線計算該 風(fēng)電場各時刻的有功出力； O, 0< v< V,,,,
[0008] Pw = ~^yV~^^PWR,vin <v<v,, (1) VR~Vin VR~Vin P, VR,vR<v<v0Ut
[0009] 式中：V為風(fēng)機輪轂高度處的風(fēng)速；vin為切入風(fēng)速；V wt為切出風(fēng)速；V A額定風(fēng) 速；Pw為風(fēng)機的輸出功率，PWK為額定輸出功率。
[0010] 步驟2 :運用概率統(tǒng)計的方法，計算在連續(xù)時間軸上每個功率間隔范圍內(nèi)有功出 力出現(xiàn)的次數(shù)，則各出力段該時間尺度內(nèi)有功出力概率為：
[0011] 仍=1/:0，1，."，10 (2) n
[0012] 式中：供為概率；n為分析周期內(nèi)的天數(shù)；i為功率段；1)當(dāng)i = 0時，隊為有功出 力P = 0出現(xiàn)的次數(shù)；2)當(dāng)i取其他值時，隊為有功出力Pg{ AP(i-l)，APi}范圍內(nèi) 出現(xiàn)的次數(shù)，其中A P為功率間隔，一般取A P = 0. lPtotal，Ptotal為風(fēng)電場的額定容量。
[0013] 步驟3 :采用極大似然估計或最小二乘擬合方法，基于各種函數(shù)模型分別擬合出 一條連續(xù)函數(shù)曲線。貝塔分布、威布爾分布、瑞利分布及高斯混合分布等函數(shù)模型分別如下 所示：
[0018] 式中：0為出力標(biāo)準(zhǔn)差；y為出力均值；a、0均為大于0的參數(shù)；A、k分別為擬 合出力概率特性曲線尺度參數(shù)及形狀參數(shù)。
[0019] 步驟4 :采用如下所示擬合優(yōu)度指標(biāo)，對擬合出的各種曲線的擬合優(yōu)度進行評價， 選出最優(yōu)擬合模型。
[0020] 1)均方根誤差
[0028] 式中：x;為擬合值；Xi為實際值。
[0029] 以上優(yōu)度指標(biāo)取值范圍為[0, 1]，均方根誤差、和方差、平均絕對誤差越小，確定系 數(shù)越大表明函數(shù)對變量的解釋能力越強，模型對數(shù)據(jù)的擬合效果也越好。
[0030] 步驟5,由擬合優(yōu)度指標(biāo)選出精度最優(yōu)模型。
[0031] 步驟6,收集該風(fēng)電場同一時間長度的另一時段風(fēng)速數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟1、2、3、4,得 到相應(yīng)的擬合結(jié)果。
[0032] 步驟7,對比兩次擬合得到的擬合優(yōu)度指標(biāo)值，驗證已選模型的泛化性能。
[0033] 本發(fā)明是一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法，具有以下優(yōu)點和有益效果：
[0034] 1):本計算方法包含大量的計算模型選擇過程，模型尋優(yōu)面廣，依據(jù)擬合優(yōu)度指標(biāo) 能夠找到最為精確的計算模型。
[0035] 2):本方法基于風(fēng)電場的實測數(shù)據(jù)計算得到風(fēng)電場有效容量曲線，考慮了風(fēng)電場 實際運行因素，使得計算結(jié)果更符合風(fēng)電場實際運行工況。
[0036] 3):本方法計算得到的有效容量曲線能夠為風(fēng)電場的規(guī)劃設(shè)計提供技術(shù)參考，其 對于工程實際具有十分重要的意義。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明實施例的風(fēng)電出力概率圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明實施例的六維高斯分布函數(shù)擬合效果圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明實施例的概率分布校驗結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0041] 一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法，包括以下步驟：
[0042] 步驟1 :收集風(fēng)電場某一時期風(fēng)速數(shù)據(jù)，由該風(fēng)電場風(fēng)機的風(fēng)速-功率曲線計算該 風(fēng)電場各時刻的有功出力。
[0044] 式中：v為風(fēng)機輪轂高度處的風(fēng)速；vin為切入風(fēng)速；vwt為切出風(fēng)速；v#額定風(fēng) 速；Pw為風(fēng)機的輸出功率，PWK為額定輸出功率。
[0045] 步驟2 :運用概率統(tǒng)計的方法，計算在連續(xù)時間軸上每個功率間隔范圍內(nèi)有功出 力出現(xiàn)的次數(shù)，則各出力段該時間尺度內(nèi)有功出力概率為：
[0047] 式中：奶為概率；n為分析周期內(nèi)的天數(shù)；i為功率段。1)當(dāng)i = 0時，隊為有功 出力P = 0出現(xiàn)的次數(shù)；2)當(dāng)i取其他值時，隊為有功出力Pg{ A P(i-l)，A Pi}范圍 內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)，其中A P為功率間隔，一般取A P = 0. lPtotal，Ptotal為風(fēng)電場的額定容量。
[0048] 步驟3 :采用極大似然估計或最小二乘擬合方法，基于各種函數(shù)模型分別擬合出 一條連續(xù)函數(shù)曲線。貝塔分布、威布爾分布、瑞利分布及高斯混合分布等函數(shù)模型分別如下 所示：
[0053] 式中：〇為出力標(biāo)準(zhǔn)差；y為出力均值；a、0均為大于〇的參數(shù)；A、k分別為擬 合出力概率特性曲線尺度參數(shù)及形狀參數(shù)。
[0054] 步驟4 :采用如下所示擬合優(yōu)度指標(biāo)，對擬合出的各種曲線的擬合優(yōu)度進行評價， 選出最優(yōu)擬合模型。
[0055] 1)均方根誤差
[0063] 式中：為擬合值；Xi為實際值。
[0064] 以上優(yōu)度指標(biāo)取值范圍為[0, 1]，均方根誤差、和方差、平均絕對誤差越小，確定系 數(shù)越大表明函數(shù)對變量的解釋能力越強，模型對數(shù)據(jù)的擬合效果也越好。
[0065] 步驟5 :由擬合優(yōu)度指標(biāo)選出精度最優(yōu)模型。
[0066] 步驟6 :收集該風(fēng)電場同一時間長度的另一時段風(fēng)速數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟1、2、3、4,得 到相應(yīng)的擬合結(jié)果。
[0067] 步驟7 :對比兩次擬合得到的擬合優(yōu)度指標(biāo)值，驗證已選模型的泛化性能。
[0068] 實施例：
[0069] 某風(fēng)電場第一年度以及第二年度全年風(fēng)速數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣間隔為lOmin。該風(fēng)電場 的單臺風(fēng)機參數(shù)分別為：Vin= 25m/s、vK= llm/s、Pm= 2500kW。應(yīng)用該方法 所得結(jié)果如下，如圖2所示。由圖可直觀體現(xiàn)各有功出力段的概率分部情況。
[0070] 表1各函數(shù)模型擬合結(jié)果
[0072] 經(jīng)過進一步對比發(fā)現(xiàn)以上所有擬合試驗中，六維高斯分布函數(shù)擬合效果最優(yōu)，其 擬合優(yōu)度指標(biāo) SSE 為 0? 0002603、R-square 為 0? 9988、MAE 為 0? 0211、RMSE 為 0? 002852,其 函數(shù)擬合效果圖如圖3所示。
[0073] 通過以上大量的擬合試驗找出了擬合優(yōu)度最好的函數(shù)類型即六維高斯分布函數(shù)， 用于計算該風(fēng)電場有效容量曲線，該函數(shù)模型參數(shù)如表2。
[0074] 表2高斯六階分布函數(shù)模型參數(shù)
[0076] 采用第二年度同一時間尺度數(shù)據(jù)檢驗由以上模型對該風(fēng)電場的泛化性能進行檢 驗，得出以下結(jié)果，如圖4所示。
[0077] 適用性檢驗結(jié)果MSE為0. 1666, MAE為0. 0211，概率密度函數(shù)對其他年份同期數(shù) 據(jù)吻合度較高，亦即該函數(shù)適用于其他年份。由此可可知該曲線即為該風(fēng)電場的有效容量 曲線。
【主權(quán)項】
1. 一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法，其特征在于包括w下步驟： 步驟1;收集風(fēng)電場某一時期風(fēng)速數(shù)據(jù)，由該風(fēng)電場風(fēng)機的風(fēng)速-功率曲線計算該風(fēng)電 場各時刻的有功出力；(1) 式中；V為風(fēng)機輪穀高度處的風(fēng)速；Vi。為切入風(fēng)速；V為切出風(fēng)速；V巧額定風(fēng)速；P"為風(fēng)機的輸出功率，P?為額定輸出功率； 步驟2 ;運用概率統(tǒng)計的方法，計算在連續(xù)時間軸上每個功率間隔范圍內(nèi)有功出力出 現(xiàn)的次數(shù)，則各出力段該時間尺度內(nèi)有功出力概率為：(2) 式中：巧為概率；n為分析周期內(nèi)的天數(shù)；i為功率段；1)、當(dāng)i= 0時，Ni為有功出力P=0出現(xiàn)的次數(shù)；2)、當(dāng)i取其他值時，N巧有功出力PG{AP(i-l)，APU范圍內(nèi)出現(xiàn) 的次數(shù)，其中AP為功率間隔，一般取AP= 0.IPtMdi，PtMdi為風(fēng)電場的額定容量； 步驟3,采用極大似然估計或最小二乘擬合方法，基于各種函數(shù)模型分別擬合出一條連 續(xù)函數(shù)曲線，貝塔分布、威布爾分布、瑞利分布及高斯混合分布等函數(shù)模型分別如下所示：式中；0為出力標(biāo)準(zhǔn)差；y為出力均值；a、0均為大于0的參數(shù)；A、k分別為擬合出 力概率特性曲線尺度參數(shù)及形狀參數(shù)； 步驟4 ;采用擬合優(yōu)度指標(biāo)，對擬合出的各種曲線的擬合優(yōu)度進行評價，選出最優(yōu)擬合 模型； 步驟5 ;由擬合優(yōu)度指標(biāo)選出精度最優(yōu)模型； 步驟6 ;收集該風(fēng)電場同一時間長度的另一時段風(fēng)速數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟1、2、3、4,得到相 應(yīng)的擬合結(jié)果； 步驟7 ;對比兩次擬合得到的擬合優(yōu)度指標(biāo)值，驗證已選模型的泛化性能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法，其特征在于，步驟4中， 擬合優(yōu)度指標(biāo)包括： 1)均方根誤差式中：X,為出力擬合值；Xi為出力實際值； W上優(yōu)度指標(biāo)的取值范圍為[0, 1]，均方根誤差、和方差、平均絕對誤差越小，確定系數(shù) 越大表明函數(shù)對變量的解釋能力越強，模型對數(shù)據(jù)的擬合效果也越好。
【專利摘要】一種計算風(fēng)電場有效容量的計算方法，屬于電力系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計領(lǐng)域。計算主要步驟是：選取樣本數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)預(yù)處理；統(tǒng)計計算一定時間尺度內(nèi)各出力段有功出力概率；采用極大似然估計或最小二乘擬合方法，基于各種函數(shù)模型分別擬合各函數(shù)模型的連續(xù)函數(shù)曲線；采用擬合優(yōu)度評價指標(biāo)，對擬合出的各種曲線的擬合優(yōu)度進行評價，選出最優(yōu)擬合模型，并進行泛化性能檢驗。結(jié)果表明：采用該方法建立的模型泛化性能好，計算得出的風(fēng)電場有效容量曲線精度較高。
【IPC分類】G06F19/00, G06Q50/06
【公開號】CN104933301
【申請?zhí)枴緾N201510306752
【發(fā)明人】楊楠
【申請人】三峽大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月5日