一種含模型切換機(jī)制的風(fēng)電功率爬坡事件預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及一種風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法，尤其是涉及一種含預(yù)測(cè)模型切換機(jī)制的 風(fēng)電功率爬坡事件預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，全世界范圍內(nèi)都在大力發(fā)展可再生能源。目前，風(fēng)電作 為一種豐富的，可開(kāi)發(fā)利用的資源，在電網(wǎng)的滲透率逐步提高。然而由于風(fēng)能受到大氣運(yùn)動(dòng) 的影響具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，尤其是在大規(guī)模、高集中度的風(fēng)電發(fā)展模式，短時(shí)間內(nèi)的大幅 值風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)危害巨大，以爬坡事件最甚。為了指導(dǎo)調(diào)度部門(mén)提前制定有效的發(fā)電計(jì) 劃，預(yù)防爬坡等重大威脅的風(fēng)電事件，和即時(shí)采取控制減災(zāi)措施，保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn) 定運(yùn)行，對(duì)風(fēng)電功率爬坡事件的提前預(yù)測(cè)十分重要。
[0003] 國(guó)外學(xué)者對(duì)風(fēng)電功率爬坡事件的研宄起步較早。由于2008年在美國(guó)德州發(fā)生了 一場(chǎng)大規(guī)模、危害較大的功率下坡事件，造成電力可靠性委員會(huì)（ElectricReliability CouncilofTexas，ERCOT)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此該問(wèn)題被得到廣泛的重視。目前對(duì)風(fēng)電 功率爬坡事件的研宄主要集中在爬坡事件的定義、分類(lèi)和預(yù)測(cè)研宄。其中預(yù)測(cè)研宄仍存在 不足，主要采用的方法是在風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行爬坡檢測(cè)和判別，因此對(duì)于爬坡事 件的定義研宄是進(jìn)行爬坡事件預(yù)測(cè)的前提。目前常用的幾種數(shù)值定義，主要涉及爬坡事件 的變化幅值、持續(xù)時(shí)間和爬坡率等重要特征。斯坦福大學(xué)的Sevlian博士在此基礎(chǔ)上提出 采用打分方式的爬坡事件檢測(cè)算法。而爬坡事件分類(lèi)的目的在于根據(jù)爬坡預(yù)測(cè)結(jié)果判定爬 坡事件類(lèi)型，從而選擇合適的有效控制、治理措施。
[0004] 爬坡事件是定義在一段時(shí)間內(nèi)的功率變化事件。為了實(shí)現(xiàn)爬坡事件的預(yù)測(cè)需要考 慮兩方面的問(wèn)題，一是長(zhǎng)時(shí)間的事件預(yù)測(cè)的實(shí)現(xiàn)，二是如何有效地從預(yù)測(cè)結(jié)果中提取風(fēng)電 功率爬坡事件特征量。目前關(guān)于風(fēng)電功率方法主要包括物理模型和統(tǒng)計(jì)模型兩類(lèi)，其中物 理模型可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)，但預(yù)測(cè)精度不高；而統(tǒng)計(jì)模型對(duì)于短期的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)具有 較高的預(yù)測(cè)精度，但誤差會(huì)隨著預(yù)測(cè)時(shí)長(zhǎng)的增大而增大。為了解決爬坡事件的預(yù)測(cè)問(wèn)題，需 要較長(zhǎng)時(shí)間的功率預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)滿足爬坡事件預(yù)測(cè)的要求，同時(shí)為保證有效地捕獲爬坡事件 特征，風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)精度需得到保證，從而保證有效地實(shí)現(xiàn)爬坡事件預(yù)測(cè)研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明專利的目的是針對(duì)上述現(xiàn)狀，提出一種能夠?qū)㈤L(zhǎng)期的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)按爬坡 事件的需求轉(zhuǎn)換成連續(xù)的局部風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，并通過(guò)選取最優(yōu)的短期預(yù)測(cè)模型完成較高精 度的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，結(jié)合爬坡定義和電網(wǎng)狀態(tài)完成風(fēng)電功率爬坡事件預(yù)測(cè)的新方法。
[0006] 本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種含預(yù)測(cè)模型切換機(jī)制的風(fēng)電功率爬坡事件預(yù)測(cè)方法，其特征在于：包括以下 步驟，
[0008] 步驟1:以歷史的風(fēng)電功率數(shù)據(jù)為研宄對(duì)象，檢測(cè)出所有歷史的爬坡事件，并對(duì)其 持續(xù)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出能夠滿足絕大多數(shù)爬坡時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間窗口作為局部預(yù)測(cè)模型的適用 時(shí)長(zhǎng)；同時(shí)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理和相空間重構(gòu)等工作，包括以下子步 驟，
[0009] 步驟1. 1，首先對(duì)原始的風(fēng)電功率數(shù)據(jù)序列進(jìn)行壞值、缺值等處理，以保證數(shù)據(jù)的 完整性和有效性，同時(shí)通過(guò)濾波處理消除不必要的噪聲，得到干凈的序列；另一方面，通過(guò) 對(duì)歷史爬坡事件持續(xù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析，給出局部預(yù)測(cè)模型的適用時(shí)長(zhǎng)；
[0010] 步驟1. 2,為了方便預(yù)測(cè)模型的建立，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間重構(gòu)；設(shè)原始數(shù)據(jù)序列 為Ixn}，則取相隔時(shí)間間隔T的兩個(gè)觀測(cè)量XjPXn+T，通過(guò)式一計(jì)算互信息值，取互信息熵 第一個(gè)極小值點(diǎn)作為重構(gòu)的延遲時(shí)間；
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含預(yù)測(cè)模型切換機(jī)制的風(fēng)電功率爬坡事件預(yù)測(cè)方法，其特征在于：包括以下步 驟， 步驟1:以歷史的風(fēng)電功率數(shù)據(jù)為研宄對(duì)象，檢測(cè)出所有歷史的爬坡事件，并對(duì)其持續(xù) 時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出能夠滿足絕大多數(shù)爬坡時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間窗口作為局部預(yù)測(cè)模型的適用時(shí) 長(zhǎng)；同時(shí)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理和相空間重構(gòu)等工作，包括以下子步驟， 步驟1.1，首先對(duì)原始的風(fēng)電功率數(shù)據(jù)序列進(jìn)行壞值、缺值等處理，以保證數(shù)據(jù)的完整 性和有效性，同時(shí)通過(guò)濾波處理消除不必要的噪聲，得到干凈的序列；另一方面，通過(guò)對(duì)歷 史爬坡事件持續(xù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析，給出局部預(yù)測(cè)模型的適用時(shí)長(zhǎng)； 步驟1. 2,為了方便預(yù)測(cè)模型的建立，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間重構(gòu)；設(shè)原始數(shù)據(jù)序列為 |xn}，則取相隔時(shí)間間隔T的兩個(gè)觀測(cè)量XjPXn+T，通過(guò)式一計(jì)算互信息值，取互信息熵第 一個(gè)極小值點(diǎn)作為重構(gòu)的延遲時(shí)間；
步驟1. 3,假設(shè)原始序列的重構(gòu)嵌入維數(shù)為m，則對(duì)重構(gòu)后的序列根據(jù)式二計(jì)算相點(diǎn)間 的距離，若滿足式三至式四，則取m作為重構(gòu)的嵌入維數(shù)；
步驟1. 4,根據(jù)步驟1. 2和步驟1. 3中求出的延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)，按照式五完成序列 的相空間重構(gòu)；以重構(gòu)后的數(shù)據(jù)為對(duì)象，根據(jù)步驟I. 1求得的局部模型適用長(zhǎng)度將歷史的 數(shù)據(jù)劃分為一個(gè)個(gè)連續(xù)的事件段，以便在進(jìn)行模型訓(xùn)練和預(yù)測(cè)時(shí)作為基本單位進(jìn)行研宄； Xn=(xn，xn+T，…xn+(m_ 1)T) G Rm，n = 1，2...，N0= N-(m-l)T式五 步驟2 :以多變量混沌預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)較長(zhǎng)期的功率預(yù)測(cè)，結(jié)合數(shù)值天 氣預(yù)報(bào)給出的氣象數(shù)據(jù)建立多變量的混沌預(yù)測(cè)模型；同時(shí)考慮到不同爬坡事件的物理背景 不一樣，且為進(jìn)一步提高模型的預(yù)測(cè)精度，在傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模型基礎(chǔ)上加入不同核函數(shù)構(gòu)成預(yù) 測(cè)模型庫(kù)，根據(jù)給定的模型庫(kù)完成對(duì)歷史事件段的模型識(shí)別，訓(xùn)練得到最優(yōu)的局部預(yù)測(cè)模 型；包括以下子步驟， 步驟2. 1，根據(jù)傳統(tǒng)的混沌時(shí)間序列的局部線性預(yù)測(cè)模型，引入非線性映射，構(gòu)造如式 六所示的基本預(yù)測(cè)模型；
式中，?表示非線性變換，e表示殘差項(xiàng)； 步驟2. 2,為了反映不同物理背景下爬坡事件功率變化的特殊性，對(duì)非線性變換?采 用不同的核函數(shù)表示，選取3種常用的核函數(shù)：多項(xiàng)式核函數(shù)、徑向基核函數(shù)和Sigmoid核 函數(shù)，如式七，從而構(gòu)成局部預(yù)測(cè)模型的模型庫(kù)；
步驟3 :根據(jù)上述得到的模型庫(kù)，對(duì)每個(gè)獨(dú)立的事件段分別進(jìn)行模型訓(xùn)練，得到每個(gè)段 內(nèi)的最優(yōu)預(yù)測(cè)模型，然后根據(jù)原始數(shù)據(jù)和最優(yōu)模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行訓(xùn)練，可得到不同預(yù)測(cè) 模型的切換機(jī)制； 步驟4 :結(jié)合步驟2中的模型庫(kù)和步驟3中的模型切換機(jī)制，完成較長(zhǎng)期的風(fēng)電功率預(yù) 測(cè)預(yù)測(cè)；最后根據(jù)爬坡事件的數(shù)值定義完成預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的爬坡事件檢測(cè)，考慮到實(shí)際發(fā)不發(fā) 生爬坡危害與電網(wǎng)的狀態(tài)有關(guān)，因此進(jìn)一步結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)完成對(duì)風(fēng)電功率爬坡 事件的預(yù)測(cè)和判定；
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含預(yù)測(cè)模型切換機(jī)制的風(fēng)電功率爬坡事件預(yù)測(cè)方法，其 特征在于：所述步驟3主要包括以下子步驟， 步驟3. 1，對(duì)步驟2中模型庫(kù)中的模型進(jìn)行編號(hào)，在對(duì)連續(xù)事件段進(jìn)行模型訓(xùn)練時(shí)，可 得到最優(yōu)模型的編號(hào)序列IcJ，結(jié)合原始的事件段數(shù)據(jù)，可建立若式八的訓(xùn)練集； T=KxllC- )} e(/?,H x〇A,i 式八 步驟3. 2,上述訓(xùn)練集可看成是含多類(lèi)別的分類(lèi)數(shù)據(jù)集，其中一種類(lèi)別表示一種預(yù)測(cè)模 型，對(duì)此可建立多類(lèi)別的支持向量機(jī)分類(lèi)模型訓(xùn)練分類(lèi)器；通過(guò)分級(jí)分類(lèi)法，對(duì)于含k種類(lèi) 別的數(shù)據(jù)需建立k-1個(gè)基本的SVM模型，如下式：
式中，《，b為分類(lèi)器參數(shù)；I為松弛變量；yn表示重新定義的類(lèi)別變量，當(dāng)某一類(lèi)別為 主要研宄對(duì)象時(shí)，則yn= 1，余下的類(lèi)別值y n= -1 ;通過(guò)SVM模型的求解可得步驟2中3類(lèi) 別模型庫(kù)的分類(lèi)器，該分類(lèi)器即為局部預(yù)測(cè)模型的切換機(jī)制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含預(yù)測(cè)模型切換機(jī)制的風(fēng)電功率爬坡事件預(yù)測(cè)方法，其 特征在于：所述步驟4主要包括以下子步驟， 步驟4. 1，以步驟1中得到的局部模型適用長(zhǎng)度為單位，結(jié)合數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的結(jié)果，完 成短時(shí)間內(nèi)的局部風(fēng)電功率預(yù)測(cè)；同時(shí)根據(jù)模型切換機(jī)制，進(jìn)行不同事件段預(yù)測(cè)模型的切 換，綜合多個(gè)連續(xù)事件段的預(yù)測(cè)，完成長(zhǎng)期的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)； 步驟4. 2,根據(jù)給定的風(fēng)電功率爬坡事件定義，如式十，檢測(cè)出預(yù)測(cè)結(jié)果中滿足爬坡數(shù) 值定義的爬坡事件；考慮電網(wǎng)實(shí)際調(diào)度計(jì)劃，如切機(jī)切負(fù)荷等情況，在加入電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的 基礎(chǔ)上，檢測(cè)出具有危害性的爬坡事件，以便指導(dǎo)電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度和控制；
該定義認(rèn)為相隔長(zhǎng)度At的兩個(gè)時(shí)刻的風(fēng)電功率幅值的誤差絕對(duì)值與時(shí)間間隔At的 比值大于某一給定的最大功率爬坡率Rval，則稱為一個(gè)風(fēng)電功率爬坡。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法，尤其是涉及一種含預(yù)測(cè)模型切換機(jī)制的風(fēng)電功率爬坡事件預(yù)測(cè)方法。該方法基于含模型切換機(jī)制的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法和考慮電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的爬坡堅(jiān)持方法，主要包括下述步驟：步驟一，完成風(fēng)電功率數(shù)據(jù)的預(yù)處理和局部模型適用長(zhǎng)度的求??；步驟二，在局部段劃分的基礎(chǔ)上，完成最優(yōu)預(yù)測(cè)模型的識(shí)別，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果完成模型切換機(jī)制的訓(xùn)練；步驟三，結(jié)合預(yù)測(cè)模型庫(kù)和模型切換機(jī)制完成長(zhǎng)期的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)；步驟四，結(jié)合爬坡事件定義和電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)預(yù)測(cè)的風(fēng)電功率結(jié)果進(jìn)行爬坡事件判別。本發(fā)明提供的方法通過(guò)較高精度的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)保證爬坡事件預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，為電力系統(tǒng)制定正確的爬坡控制措施提供可靠的保障。
【IPC分類(lèi)】G06Q50-06, G06Q10-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104820869
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510219455
【發(fā)明人】歐陽(yáng)庭輝, 查曉明, 秦亮, 熊一, 夏添
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日