基于Mixed?Copula函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于Mixed?Copula函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法。該方法通過考慮風(fēng)電場內(nèi)部的單臺風(fēng)機實際地貌特征即風(fēng)機安裝節(jié)點的海拔高度，以及計及相鄰列之間的風(fēng)速相關(guān)性的特征基礎(chǔ)上，將更為接近真實的實際風(fēng)電功率的輸出進行風(fēng)電場的旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化，以達到最小棄風(fēng)量的目標(biāo)，同時優(yōu)化的結(jié)果可以給調(diào)頻提供更多的有功支持。
【專利說明】
基于Μ i xed-Copu I a函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于新能源技術(shù)W及風(fēng)電場參與調(diào)頻容量優(yōu)化領(lǐng)域，具體設(shè)及一種考慮風(fēng) 電場內(nèi)部的每臺風(fēng)機實際地貌特征，W及計及相鄰列之間的風(fēng)速相關(guān)性的特征，利用 Mi xed-Copu la函數(shù)得到風(fēng)電場出力進而實現(xiàn)優(yōu)化旋轉(zhuǎn)備用容量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于目前傳統(tǒng)備用容量的提供方式，風(fēng)電場存在很大的棄風(fēng)量的現(xiàn)象，造成能源 的大量損失，現(xiàn)已有考慮將轉(zhuǎn)子慣性動能納入電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的調(diào)頻方式。在此基礎(chǔ)上，不僅 可W有效降低棄風(fēng)量，并且可W更大限度發(fā)揮風(fēng)機調(diào)頻的裕量，因此確定一種合理的旋轉(zhuǎn) 備用容量的優(yōu)化方法是具有重要意義的。
[0003] 現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法主要是針對單臺風(fēng)力機進行的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化研究， 未設(shè)及到風(fēng)電場內(nèi)部聯(lián)合功率分布的內(nèi)容研究;有文章針對考慮轉(zhuǎn)子慣性動能納入到風(fēng)機 參與調(diào)頻容量進行了研究，但是風(fēng)電場內(nèi)部特性只考慮了風(fēng)機間的尾流效應(yīng)，將風(fēng)電場內(nèi) 部的同一迎風(fēng)面的單排風(fēng)機等價于一臺，運種假設(shè)并沒有考慮到風(fēng)電場內(nèi)部節(jié)點之間有關(guān) 風(fēng)速相關(guān)性的影響，同時也沒有考慮實際風(fēng)電場內(nèi)部地貌特征對風(fēng)速的影響，運些都會對 風(fēng)電場內(nèi)部的實際風(fēng)速分布造成影響，從而對于風(fēng)電場的實際有功出力的計算產(chǎn)生誤差。 因此在進行風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化的時候，需要考慮風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)機節(jié)點相關(guān)性和地貌 特征造成的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是在于解決現(xiàn)有風(fēng)電場的旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化研究中未考慮到風(fēng)電場 內(nèi)部實際地貌特征W及節(jié)點之間風(fēng)速相關(guān)性的問題。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，發(fā)明人采用了如下的技術(shù)方案：
[0006] 一種基于Mixed-Copula函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法，包括W下步驟： [0007]選取能夠有效反映出尾部特性的Copula函數(shù)，通過將反映不同特性的Copula函數(shù) 進行組合來構(gòu)成新的Mixed-Copula函數(shù)用W描述相鄰兩列風(fēng)機風(fēng)速的聯(lián)合概率分布;通過 非層級聚類的EM算法進行Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)估計，估計出每個Copula函數(shù)的反映尾 部特征的權(quán)系數(shù)和反映風(fēng)速節(jié)點相關(guān)性的相關(guān)系數(shù)，最終得到相鄰兩列節(jié)點風(fēng)速的聯(lián)合概 率分布;獲得相鄰兩列節(jié)點風(fēng)速的聯(lián)合概率分布之后，根據(jù)風(fēng)速服從威布爾分布進行逆變 換，然后將整個風(fēng)電場的風(fēng)速特性進行重新劃分，再結(jié)合每個節(jié)點所處的實際地貌特征， 計及相對風(fēng)電場最低點的海拔高度，將風(fēng)速進行轉(zhuǎn)化得到整個風(fēng)電場新的風(fēng)速分布;然后 根據(jù)風(fēng)機有功出力和風(fēng)速關(guān)系的計算公式獲得風(fēng)電場實際有功出力;根據(jù)獲取最大旋轉(zhuǎn)備 用容量為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，在可調(diào)節(jié)的獎距角和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的區(qū)間內(nèi)確定最優(yōu)轉(zhuǎn)速和獎距 角，W實現(xiàn)風(fēng)電場的經(jīng)濟效益最大化;最終求解該非線性約束目標(biāo)優(yōu)化的問題。
[000引具體步驟為：
[0009]第一步，選取能夠有效反映出尾部特性的Copula函數(shù)，通過將反映不同特性的 Copula函數(shù)進行組合來構(gòu)成新的Mixed-Copula函數(shù)用W描述相鄰兩列風(fēng)機風(fēng)速的聯(lián)合概 率分布；
[0010] 通過考慮風(fēng)速存在尾部特性，選用能夠反映出對稱尾部特性的化ank-Copula函數(shù) 和能夠反映出非對稱尾部特性隨機變量的相關(guān)關(guān)系的G皿bel-Copula和Clayton-Copula函 數(shù)組成Mixed-Copula函數(shù)，其表達式如下：
[0011] (1)
[0012] 其中，Ci分別表不不同的Copula函數(shù)，λ?分別表不FYank-Copula函數(shù)、Gumbel- Copula和Clayton-Copula函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，表示在Mixed-Copula函數(shù)中占據(jù)的比例；目i則 表示的不同Copula分布函數(shù)的相關(guān)系數(shù)，表征隨機變量之間相關(guān)系數(shù);U，V表示兩個隨機變 量服從[0，1]之間的均勻分布。
[001引第二步，通過非層級聚類的EM算法進行Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)估計，估計出每 個Copula函數(shù)的反映尾部特征的權(quán)系數(shù)和反映風(fēng)速節(jié)點相關(guān)性的相關(guān)系數(shù)，最終得到相鄰 兩列節(jié)點風(fēng)速的聯(lián)合概率分布；
[0014] EM是一個在已知部分相關(guān)變量的情況下，估計未知變量的迭代技術(shù)，其思想是獲 得的參量期望最大化。通過EM法實現(xiàn)Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)估計，具體實現(xiàn)步驟如下：
[0015] 首先初始化參數(shù)，引入一個未知變量Z表征位置：
[0016] z = {zi,Z2,Z3L Zi}，i取1,2,3...k (2)
[0017] 其中，Zi有且僅有一個為1，其余均為0,用來表征所屬的Copula函數(shù)。并且在zi = l 時可W獲得(3)式，p(z)表示隨機變量Z的概率；
[0020]對于觀測樣本x=(y，z)，y = (u，v)其條件概率的表達式為：
[0024] 其中，攀--(:?蔡為采樣點數(shù)，k為分布個數(shù)，X為整個采樣樣本
[0025] 然后構(gòu)造一個最大似然函數(shù)并求取其期望，分別如式(8)、（9)表示：
[002引其中，
[0029] 得到初始化參數(shù)后，確定初值進行EM算法的求解，主要分兩步：
[0030] E步驟:第一步是計算期望Q，利用對隱藏變量的現(xiàn)有估計值，計算其最大似然估計 值；
[0031] Μ步驟:求解到最大化的Q，最大化的實現(xiàn)是在E步上求得的最大似然值來計算參數(shù) 的值。Μ步上找到的參數(shù)估計值被用于下一個Ε步計算中，運個過程不斷交替進行。當(dāng)滿足收 斂條件時，停止計算，得到此時條件下的待估參數(shù)，從而確定Mixed-Copula函數(shù)的待估計的 參數(shù)。
[0032] 第Ξ步，在獲得相鄰兩列節(jié)點風(fēng)速的聯(lián)合概率分布之后，根據(jù)風(fēng)速服從威布爾分 布進行逆變換，然后將整個風(fēng)電場的風(fēng)速特性進行重新劃分，再結(jié)合每個節(jié)點所處的實際 地貌特征，計及相對風(fēng)電場最低點的海拔高度，將風(fēng)速進行轉(zhuǎn)化得到整個風(fēng)電場新的風(fēng)速 分布；
[0033] 確定Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)后，便可W通過（1)式獲得表征相鄰兩列節(jié)點風(fēng)速 的聯(lián)合概率分布，進而通過威布爾逆變換得到新的風(fēng)速，同理全部風(fēng)電場進行風(fēng)速重新劃 分，得到新的風(fēng)電場風(fēng)速分布。
[0034] 又因為實際風(fēng)電場地貌特征也會對實際風(fēng)電場風(fēng)速的分布產(chǎn)生影響，所W每個節(jié) 點除了要考慮節(jié)點的相關(guān)性，還應(yīng)該根據(jù)地形對風(fēng)速進行根據(jù)經(jīng)驗公式轉(zhuǎn)化，經(jīng)驗公式如 下（10)式：
[0035]
V 10 >
[0036] 其中，Vo表示假設(shè)整個風(fēng)電場都位于海平面高度時候的風(fēng)速值，Η表示風(fēng)機的輪穀 高度，h為每個節(jié)點實際地形高度距離風(fēng)電場海平面的海拔高度，α為經(jīng)驗數(shù)值。
[0037] 第四步，然后根據(jù)風(fēng)機有功出力和風(fēng)速的計算公式獲得風(fēng)電場實際有功出力；基 于風(fēng)電場重新劃分的風(fēng)速分布，根據(jù)(11)式風(fēng)機有功出力和風(fēng)速的Ξ次方成比例的計算公 式獲得風(fēng)電場實際有功出力。
[003引
（Π )
[0039] 式中，Pwf是風(fēng)電場基于實時風(fēng)速計算的風(fēng)機有功出力，Μ、Ν分別表示風(fēng)電場按照Μ X細巧!J分布的行和列，Ρ為空氣密度，fN為電網(wǎng)額定頻率，為相應(yīng)節(jié)點風(fēng)機的獎距角 和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，G為齒輪箱變比，P為風(fēng)力發(fā)電機的極對數(shù)，Cp為風(fēng)力機特性函數(shù)，VU為考慮重 新規(guī)劃后的當(dāng)前節(jié)點的風(fēng)速。
[0040] 第五步，根據(jù)獲取最大旋轉(zhuǎn)備用容量為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，在可調(diào)節(jié)的獎距角和轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速的區(qū)間內(nèi)確定最優(yōu)轉(zhuǎn)速和獎距角，W實現(xiàn)風(fēng)電場的經(jīng)濟效益最大化;建立W最大旋 轉(zhuǎn)備用容量為目標(biāo)函數(shù)，滿足相應(yīng)的約束條件，W實現(xiàn)風(fēng)電場經(jīng)濟最大化，同時可W減小棄 風(fēng)量的目的。具體目標(biāo)函數(shù)和約束條件如下：
[oow min(PMPPT-Pwf) (12)
[0042]
[0043] 式中，Pmppt(i，j)表示每個節(jié)點的風(fēng)機工作在最大功率點時的有功功率，Η為發(fā)電 機時間常數(shù)，W_〇ptij為當(dāng)風(fēng)機運行在最大功率點時候的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，Tres為一次調(diào)頻時間， Pre為參考功率，《max和Pmax分別代表最大的轉(zhuǎn)速限制和獎距角限制，Pg是風(fēng)機實際有功出 力，AE為轉(zhuǎn)子慣性動能，0為置信水平。
[0044] 由于（13)式中存在非線性等式約束條件，因此直接求解存在困難，選擇用內(nèi)點法 可W解決運一問題，最終確定滿足約束條件的最優(yōu)解，實現(xiàn)風(fēng)電場能夠提供的旋轉(zhuǎn)備用容 量最大化，W及增大經(jīng)濟效益。
[0045] 第六步，通過內(nèi)點法求解該非線性約束目標(biāo)優(yōu)化的問題。
【附圖說明】
[0046] 圖1是本發(fā)明的機遇Mixed-Copula函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法的總體實 施流程圖。
[0047] 圖2是本發(fā)明中EM算法流程框圖。
[004引圖3是本發(fā)明中Mixed-Copula函數(shù)聯(lián)合分布概率密度示意圖。
[0049] 圖4是本發(fā)明中風(fēng)電場風(fēng)速重新分布圖。
【具體實施方式】
[0050] 本發(fā)明提出了一種基于Mixed-Copula函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法。該方 法通過考慮風(fēng)電場內(nèi)部的單臺風(fēng)機實際地貌特征即風(fēng)機安裝節(jié)點的海拔高度，W及計及相 鄰列之間的風(fēng)速相關(guān)性的特征基礎(chǔ)上，將更為接近真實的實際風(fēng)電功率的輸出進行風(fēng)電場 的旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化，W達到最小棄風(fēng)量的目標(biāo)，同時優(yōu)化的結(jié)果可W給調(diào)頻提供更多的 有功支持。因為對于MXN排列的風(fēng)電場內(nèi)部的每臺風(fēng)機所處節(jié)點的風(fēng)速實際并不完全相 同，在關(guān)于風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化的研究中，現(xiàn)有文獻將每個迎風(fēng)面的一排風(fēng)機等效為 一個風(fēng)機的假設(shè)，并不能夠完全反映風(fēng)電場的實際風(fēng)功率分布效果。基于上述原因，本發(fā)明 首先通過構(gòu)造一種Mixed-Copula函數(shù)，利用其聯(lián)合概率分布求取相鄰兩列風(fēng)機風(fēng)速的聯(lián)合 概率分布，再通過威布爾逆變換得到兩列的計及相關(guān)性的風(fēng)速值，并且根據(jù)每個節(jié)點的地 貌特征進行風(fēng)速轉(zhuǎn)化，按照此方法可W重新劃分整個風(fēng)電場的風(fēng)速分布;然后根據(jù)風(fēng)機有 功出力與風(fēng)速關(guān)系的計算公式獲得風(fēng)電場實際有功出力，根據(jù)獲得最大化的旋轉(zhuǎn)備用容量 的目標(biāo)，確定在此目標(biāo)下的優(yōu)化指令，即風(fēng)力機組的轉(zhuǎn)速和獎距角;最后求解該非線性約束 的優(yōu)化目標(biāo)，實現(xiàn)風(fēng)電場獲得更大的經(jīng)濟效益。
[0051 ]結(jié)合圖1-圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，具體優(yōu)化方法的實現(xiàn)步驟如下：
[0052]第一步，選取能夠有效反映出尾部特性的Copula函數(shù)，通過將反映不同特性的 Copula函數(shù)進行組合來構(gòu)成新的Mixed-Copula函數(shù)用W描述相鄰兩列風(fēng)機風(fēng)速的聯(lián)合概 率分布；
[0053]通過考慮風(fēng)速存在尾部特性，選用能夠反映出對稱尾部特性的化ank-Copula函數(shù) 和能夠反映出非對稱尾部特性隨機變量的相關(guān)關(guān)系的G皿bel-Copula和Clayton-Copula函 數(shù)組成Mixed-Copula函數(shù)，其表達式如下：
[0化4] II)
[0055] 其中，Ci分別表不不同的Copula函數(shù)，λ?分別表不化日111<-〔〇口111日函數(shù)、Gumbel- Copula和Clayton-Copula函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，表示在Mixed-Copula函數(shù)中占據(jù)的比例；目i則 表示的不同Copula分布函數(shù)的相關(guān)系數(shù)，表征隨機變量之間相關(guān)系數(shù);U，V表示兩個隨機變 量服從[0，1]之間的均勻分布。
[0化6] Gumbe]_-Copula 函數(shù)：
[0062] λ?和θ?是待估參數(shù)。
[0063] 第二步，通過非層級聚類的ΕΜ算法進行Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)估計，估計出每 個Copula函數(shù)的反映尾部特征的權(quán)系數(shù)和反映風(fēng)速節(jié)點相關(guān)性的相關(guān)系數(shù)，最終得到相鄰 兩列節(jié)點風(fēng)速的聯(lián)合概率分布；
[0064] EM是一個在已知部分相關(guān)變量的情況下，估計未知變量的迭代技術(shù)，其思想是獲 得的參量期望最大化。通過EM法實現(xiàn)Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)估計，具體實現(xiàn)步驟如下：
[0065] 首先初始化參數(shù)，引入一個未知變量Z表征位置：
[0066] z = {zi,Z2,Z3L Zi}，i取1,2,3...k 巧）
[0067] 其中，Zi有且僅有一個為1，其余均為0,用來表征所屬的Copula函數(shù)。并且在zi = l 時可W獲得(6)式，p(z)表示隨機變量Z的概率；
[007；3]
(10)
[0074] 其中，勢(足沒），N為采樣點數(shù)，k為分布個數(shù)，X為整個采樣樣本
[0075] 然后構(gòu)造一個最大似然函數(shù)并求取其期望，分別如式(11)、（12)表示：
[0079] 得到初始化參數(shù)后，確定初值進行EM算法的求解，主要分兩步：
[0080] 第一步化步）：第一步是計算期望Q，利用對隱藏變量的現(xiàn)有估計值，計算其最大似 然估計值；
[0081] 第二步(M步）：求解到最大化的Q，最大化的實現(xiàn)是在E步上求得的最大似然值來計 算參數(shù)的值。Μ步上找到的參數(shù)估計值被用于下一個E步計算中，運個過程不斷交替進行。當(dāng) 滿足收斂條件時，停止計算，得到此時條件下的待估參數(shù)，從而確定Mixed-Copula函數(shù)的待 估計的參數(shù)。求解得到的Mixed-Copula函數(shù)表征的計及風(fēng)速和地貌特征的聯(lián)合風(fēng)速概率密 度分布。
[0082] 第Ξ步，獲得相鄰兩列節(jié)點風(fēng)速的聯(lián)合概率分布之后，根據(jù)風(fēng)速服從威布爾分布 進行逆變換，然后將整個風(fēng)電場的風(fēng)速特性進行重新劃分，再結(jié)合每個節(jié)點所處的實際地 貌特征，計及相對風(fēng)電場最低點的海拔高度，將風(fēng)速進行轉(zhuǎn)化得到整個風(fēng)電場新的風(fēng)速分 布；
[0083] 確定Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)后，便可W通過（1)式獲得表征相鄰兩列節(jié)點風(fēng)速 的聯(lián)合概率分布，進而通過威布爾逆變換得到相鄰兩列的計及相關(guān)性的風(fēng)速，同理全部風(fēng) 電場進行風(fēng)速重新劃分，得到新的風(fēng)電場風(fēng)速分布。
[0084] 又因為實際風(fēng)電場地貌特征也會對實際風(fēng)電場風(fēng)速的分布產(chǎn)生影響，所W每個節(jié) 點除了要考慮節(jié)點的相關(guān)性，還應(yīng)該根據(jù)地形對風(fēng)速進行根據(jù)經(jīng)驗公式轉(zhuǎn)化，經(jīng)驗公式如 下（13)式：
[0085]
(13)
[0086] 其中，Vo表示假設(shè)整個風(fēng)電場都位于海平面高度時候的風(fēng)速值，Η表示風(fēng)機的輪穀 高度，h為每個節(jié)點實際地形高度距離風(fēng)電場海平面的海拔高度，α表示經(jīng)驗參數(shù)。
[0087] 第四步，然后根據(jù)風(fēng)機有功出力和風(fēng)速的Ξ次方成比例的計算公式獲得風(fēng)電場實 際有功出力;基于風(fēng)電場重新劃分的風(fēng)速分布。
[0088] 根據(jù)(14)式風(fēng)機有功出力和風(fēng)速的計算公式獲得風(fēng)電場實際有功出力。
[0089]
(14)式中，p村是風(fēng)電場 基于實時風(fēng)速計算的風(fēng)機有功出力，M、N分別表示風(fēng)電場按照MXN排列分布的行和列，P為 空氣密度，fN為電網(wǎng)額定頻率，柏、ω ij為相應(yīng)節(jié)點風(fēng)機的獎距角和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，G為齒輪箱變 比，P為風(fēng)力發(fā)電機的極對數(shù)，Cp為風(fēng)力機特性函數(shù)，VU為考慮重新規(guī)劃后的當(dāng)前節(jié)點的風(fēng) 速。
[0090] 第五步，根據(jù)獲取最大旋轉(zhuǎn)備用容量為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，在可調(diào)節(jié)的獎距角和轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速的區(qū)間內(nèi)確定最優(yōu)轉(zhuǎn)速和獎距角，W實現(xiàn)風(fēng)電場的經(jīng)濟效益最大化;建立W最大旋 轉(zhuǎn)備用容量為目標(biāo)函數(shù)，滿足相應(yīng)的約束條件，W實現(xiàn)風(fēng)電場經(jīng)濟最大化，同時可W減小棄 風(fēng)量的目的。具體目標(biāo)函數(shù)和約束條件如下：
[0093] 式中，Pmppt(i，j)表示每個節(jié)點的風(fēng)機工作在最大功率點時的有功功率，Η為發(fā)電 機時間常數(shù)，W_〇ptij為當(dāng)風(fēng)機運行在最大功率點時候的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，Tres為一次調(diào)頻時間， Pre為參考功率，《max和Pmax分別代表最大的轉(zhuǎn)速限制和獎距角限制，Pg是風(fēng)機實際有功出 力，AE為轉(zhuǎn)子慣性動能，0為置信水平。
[0094] 目標(biāo)函數(shù)表示考慮調(diào)頻裕量時風(fēng)力機應(yīng)該減少的出力值，因為考慮風(fēng)電場的內(nèi)部 風(fēng)速相關(guān)性W及實際節(jié)點的海報高度后，其每個節(jié)點的功率分布可W按照獨立性直接累 加，從而求得整個電場的功率分布。
[00%]由于（16)式中存在非線性等式約束條件，因此直接求解存在困難，選擇用內(nèi)點法 可W解決運一問題，最終確定滿足約束條件的最優(yōu)解，實現(xiàn)風(fēng)電場能夠提供的旋轉(zhuǎn)備用容 量最大化，W及增大經(jīng)濟效益。
[0096] 第六步，通過內(nèi)點法求解該非線性約束目標(biāo)優(yōu)化的問題。
[0097] 選取一個MX N排列的風(fēng)電場，其中Μ值為5，N值為6,按照上面的步驟先選取Copula 函數(shù)，然后通過EM求解函數(shù)的權(quán)重系數(shù)和相關(guān)系數(shù)。EM計算的初始權(quán)重參數(shù)為[1/3,1/3,1/ 3]，初始的相關(guān)參數(shù)為[6,1，4];經(jīng)過EM求解計算后得到新的權(quán)重系數(shù)[0.30,0.31,0.39]和 相關(guān)參數(shù)[8.84，4.23，8.72]，得到的Mixed-Copula函數(shù)表征的計及風(fēng)速和地貌特征的聯(lián)合 風(fēng)速概率密度分布如圖3所示，能夠反映出風(fēng)速的尾部特性，即能夠?qū)︼L(fēng)速出現(xiàn)極大值和極 小值得情況進行體現(xiàn)，圖中兩個尖峰值分別反映的是上下尾部特性的影響。
[0098] 重新劃分的風(fēng)速分布如圖4所示。兩個風(fēng)速進行比較可W看出重新規(guī)劃的風(fēng)速也 能夠擬合威布爾分布，同時又包含了風(fēng)速相關(guān)性和風(fēng)電場實際地形中海拔高度的不同影 響。
[0099] 然后，再根據(jù)步驟四、五、六進行旋轉(zhuǎn)備用容量的優(yōu)化，最終求解出優(yōu)化方案，在可 調(diào)節(jié)的獎距角和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的區(qū)間內(nèi)確定最優(yōu)轉(zhuǎn)速和獎距角，W實現(xiàn)風(fēng)電場的經(jīng)濟效益最大 化。
[0100]本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可 作各種的改動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于Mixed-Copula函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法，包括以下的步驟： 1) 將反映不同特性的Copula函數(shù)進行組合來構(gòu)成新的Mixed-Copula函數(shù)，用以描述相 鄰兩列風(fēng)機風(fēng)速的聯(lián)合概率分布； 2) 通過非層級聚類的EM算法進行Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)估計，估計出每個Copula函 數(shù)的反映尾部特征的權(quán)系數(shù)和反映風(fēng)速節(jié)點相關(guān)性的相關(guān)系數(shù)，最終得到相鄰兩列節(jié)點風(fēng) 速的聯(lián)合概率分布； 3) 在獲得相鄰兩列節(jié)點風(fēng)速的聯(lián)合概率分布之后，根據(jù)風(fēng)速服從威布爾分布進行逆變 換，然后將整個風(fēng)電場的風(fēng)速特性進行重新劃分，再結(jié)合每個節(jié)點所處的實際地貌特征，計 及相對風(fēng)電場最低點的海拔高度，將風(fēng)速進行轉(zhuǎn)化得到整個風(fēng)電場新的風(fēng)速分布； 4) 根據(jù)風(fēng)機有功出力與風(fēng)速關(guān)系的計算公式獲得風(fēng)電場實際有功出力； 5) 根據(jù)獲取最大旋轉(zhuǎn)備用容量為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，在可調(diào)節(jié)的槳距角和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的區(qū) 間內(nèi)確定最優(yōu)轉(zhuǎn)速和槳距角，以實現(xiàn)風(fēng)電場的經(jīng)濟效益最大化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Mi xed-Copu la函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法，其 特征在于，所述步驟1)中，通過考慮風(fēng)速存在尾部特性，選用能夠反映出對稱尾部特性的 Frank-Copula函數(shù)、對下尾部變化比較敏感Gumbel-Copula函數(shù)以及對上尾部相關(guān)變化敏 感Clayton-Copula函數(shù)組成Mixed-Copula函數(shù)，其表達式如下：其中，Ci分別表示不同的Copula函數(shù)，λ!分別表示Frank-Copula函數(shù)、Gumbel-Copula和 Clayton-Copula函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，表示在Mixed-Copula函數(shù)中占據(jù)的比例；91貝1|表示的不 同Copula分布函數(shù)的相關(guān)系數(shù)，表征隨機變量之間相關(guān)系數(shù);u，v表示兩個隨機變量，服從 [〇，1]之間的均勻分布。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Mixed-Copula函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法，其 特征在于，所述步驟2)和3)中，確定Mixed-Copula函數(shù)的參數(shù)后，通過式（1)獲得表征相鄰 兩列節(jié)點風(fēng)速的聯(lián)合概率分布，進而通過威布爾逆變換得到相鄰兩列的計及相關(guān)性的風(fēng) 速，同理全部風(fēng)電場進行風(fēng)速重新劃分，得到新的風(fēng)電場風(fēng)速分布； 根據(jù)地形對風(fēng)速進行根據(jù)經(jīng)驗公式轉(zhuǎn)化，經(jīng)驗公式如下式(2):其中，V〇表示假設(shè)整個風(fēng)電場都位于海平面高度時候的風(fēng)速值，Η表示風(fēng)機的輪轂高度， h為每個節(jié)點實際地形高度距離風(fēng)電場海平面的海拔高度，α為經(jīng)驗值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Mi xed-Copu la函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法，其 特征在于，所述步驟4)中，基于風(fēng)電場重新劃分的風(fēng)速分布，根據(jù)式(3)的風(fēng)機有功出力和 風(fēng)速關(guān)系的計算公式獲得風(fēng)電場實際有功出力：式中，Pwf是風(fēng)電場基于實時風(fēng)速計算的風(fēng)機有功出力，M、N分別表示風(fēng)電場按照MXN排 列分布的行和列，p為空氣密度，fN為電網(wǎng)額定頻率，&j、ωυ為相應(yīng)節(jié)點風(fēng)機的槳距角和轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速，G為齒輪箱變比，p為風(fēng)力發(fā)電機的極對數(shù)，CP為風(fēng)力機特性函數(shù)，Vlj為考慮重新規(guī) 劃后的當(dāng)前節(jié)點的風(fēng)速。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Mixed-Copula函數(shù)的風(fēng)電場旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化方法，其 特征在于所述步驟5)中，建立以最大旋轉(zhuǎn)備用容量為目標(biāo)函數(shù)，滿足相應(yīng)的約束條件，以實 現(xiàn)風(fēng)電場經(jīng)濟最大化，同時可以減小棄風(fēng)量的目的;具體目標(biāo)函數(shù)和約束條件如下：式中，Pmppt(i，j)表示每個節(jié)點的風(fēng)機工作在最大功率點時的有功功率，Η為發(fā)電機時間 常數(shù)，《_〇ptij為當(dāng)風(fēng)機運行在最大功率點時候的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，Tres為一次調(diào)頻時間，Pre為參 考功率，ω max和βΜΧ分別代表最大的轉(zhuǎn)速限制和槳距角限制，Pg是風(fēng)機實際有功出力，Δ E為 轉(zhuǎn)子慣性動能，?為置信水平。
【文檔編號】H02J3/38GK106058920SQ201610395800
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】卜京, 劉馨月, 孫震宇, 馬迪, 張夢月, 楊陽, 王俊, 殷明慧, 謝云云
【申請人】南京理工大學(xué)