本發(fā)明屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種基于層次聚類(lèi)法的風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)的風(fēng)電場(chǎng)普遍存在棄風(fēng)限電問(wèn)題。2013年，我國(guó)風(fēng)電發(fā)電量1350億千瓦時(shí)，棄風(fēng)電量162億千瓦時(shí)，棄風(fēng)率11%；2014年，我國(guó)風(fēng)電發(fā)電量1534億千瓦時(shí)，棄風(fēng)率8%；2015年，我國(guó)風(fēng)電發(fā)電量1863億千瓦時(shí)，平均棄風(fēng)率15%。居高不下的棄風(fēng)率造成了能源資源的浪費(fèi)、巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何較為準(zhǔn)確地計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)理論功率，科學(xué)評(píng)估棄風(fēng)電量越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。2013年年初國(guó)家電監(jiān)會(huì)發(fā)布《風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量計(jì)算辦法（試行）》，在全國(guó)范圍內(nèi)推廣標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法。標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法是指在風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生限電時(shí)，對(duì)選取的標(biāo)桿風(fēng)機(jī)不限電，以其發(fā)電量按照某一分配系數(shù)擴(kuò)大來(lái)推算風(fēng)電場(chǎng)理論發(fā)電量，再與實(shí)際發(fā)電量相減，得出風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量。標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法可以較準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)的棄風(fēng)電量，但是風(fēng)電場(chǎng)標(biāo)桿風(fēng)機(jī)的選取和分配系數(shù)的確定是該方法的關(guān)鍵，不同的選擇方法造成的誤差差異明顯。本發(fā)明基于層次聚類(lèi)法，提出一種更科學(xué)合理選取標(biāo)桿風(fēng)機(jī)的方法，從而能夠較準(zhǔn)確地反應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)情況。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于層次聚類(lèi)法的風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量評(píng)估方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
設(shè)計(jì)一種基于層次聚類(lèi)法的風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量評(píng)估方法，包括以下步驟：
步驟S10，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化矩平處理；
步驟S20，將標(biāo)準(zhǔn)化矩平處理后的風(fēng)速矩陣進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解；
步驟S30，基于經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解結(jié)果，計(jì)算各空間型的方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率；
步驟S40，使用層次聚類(lèi)法對(duì)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解得到的空間型矩陣進(jìn)行聚類(lèi)分析；
步驟S50，基于層次聚類(lèi)分析的結(jié)果，畫(huà)出聚類(lèi)樹(shù)狀圖；
步驟S60，基于聚類(lèi)樹(shù)狀圖，對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行劃分，并選擇標(biāo)桿風(fēng)機(jī)，確定分配系數(shù)；
步驟S70，使用標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法計(jì)算棄風(fēng)電量。
在所述步驟S40中，層次聚類(lèi)法分析的輸入數(shù)據(jù)是經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解得到的空間型矩陣V，其中V由V1,V2,...,VM組成，V1,V2,...,VM即為經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解后得到的特征向量。
在所述步驟S40中，層次聚類(lèi)法包括以下步驟：
步驟S40-1，在初始時(shí)構(gòu)造N個(gè)類(lèi)，每個(gè)類(lèi)包含1組樣本，即空間型矩陣V的一列；
步驟S40-2，計(jì)算N個(gè)樣本兩兩間的歐式距離得到距離矩陣d；
步驟S40-3，利用離差平方和法計(jì)算類(lèi)間距離，確定并合并距離最相近的2個(gè)類(lèi)為1個(gè)新類(lèi)；
步驟S40-4，若類(lèi)的個(gè)數(shù)不等于1，則重復(fù)執(zhí)行步驟S40-3，否則執(zhí)行步步驟S40-5；
步驟S40-5，畫(huà)聚類(lèi)圖，得到聚類(lèi)結(jié)果。
在所述步驟S50中，聚類(lèi)樹(shù)狀圖的橫坐標(biāo)表示聚類(lèi)樣本，即為風(fēng)電場(chǎng)中的所有風(fēng)機(jī)。
在所述步驟S60中，基于聚類(lèi)結(jié)果，取類(lèi)的數(shù)目為所需標(biāo)桿風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)，則每一類(lèi)被劃分為一組風(fēng)機(jī)，從每組風(fēng)機(jī)中選擇一臺(tái)作為標(biāo)桿風(fēng)機(jī)，該類(lèi)中風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)即為分配系數(shù)。
實(shí)施本發(fā)明基于層次聚類(lèi)法的風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量評(píng)估方法，具有以下有益效果：
本發(fā)明基于層次聚類(lèi)法選取風(fēng)電場(chǎng)標(biāo)桿風(fēng)機(jī)和確定分配系數(shù)，減少標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法的誤差，從而能夠較準(zhǔn)確地反應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)情況。
附圖說(shuō)明
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：
圖1是本發(fā)明中聚類(lèi)樹(shù)狀圖。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。
本發(fā)明基于層次聚類(lèi)法的風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量評(píng)估方法，包括以下步驟：
步驟S10，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化矩平處理。
設(shè)風(fēng)電場(chǎng)中所有風(fēng)機(jī)的風(fēng)速數(shù)據(jù)樣本組成原始數(shù)據(jù)矩陣X。從空間維度上看，設(shè)X的列數(shù)為M，M即為風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)機(jī)數(shù)量。在時(shí)間維度上看，X的行數(shù)表示樣本數(shù)量，設(shè)為N。則X可表示為Xt＝(x1t,x2t,...,xmt)T,t＝1,2,...,n。
對(duì)矩陣X進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到新矩陣Y。設(shè)xm為X中的第m列，則標(biāo)準(zhǔn)化后的新矩陣Y中的第n行第m列元素為：
式中：xnm表示矩陣X中的第n行第m列元素；和sm分別為矩陣X中第m列數(shù)據(jù)的樣本均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)差。
步驟S20，將標(biāo)準(zhǔn)化矩平處理后的風(fēng)速矩陣進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解。
計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Y的協(xié)方差矩陣R，其中R＝Y(jié)YT。
計(jì)算矩陣R的特征根，并將特征根按照大小排序使λ1≥λ2≥...≥λM≥0，各特征根對(duì)應(yīng)的特征向量分別為V1,V2,...,VM，其中V1,V2,...,VM即為原始場(chǎng)的的空間型，V1,V2,...,VM構(gòu)成空間向量矩陣V的各列。
步驟S30，基于經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解結(jié)果，計(jì)算各空間型的方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。
計(jì)算各空間型的方差貢獻(xiàn)率，空間型Vm的方差貢獻(xiàn)率為前k個(gè)空間型的貢獻(xiàn)率之和稱(chēng)為前k個(gè)空間型的累計(jì)貢獻(xiàn)率。
步驟S40，使用層次聚類(lèi)法對(duì)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解得到的空間型矩陣進(jìn)行聚類(lèi)。
聚類(lèi)是指將物理或抽象對(duì)象的數(shù)據(jù)集合分組成多個(gè)類(lèi)或簇的過(guò)程，通過(guò)聚類(lèi)劃分到各簇中的數(shù)據(jù)應(yīng)該滿足同簇內(nèi)的數(shù)據(jù)差異度最小、不同簇內(nèi)的數(shù)據(jù)差異度最大的原則。層次聚類(lèi)法為常用聚類(lèi)方法，它不需要先驗(yàn)地指定聚類(lèi)個(gè)數(shù)。首先從所有樣本出發(fā)，逐漸合并“距離”相近的樣本為一類(lèi)，最后將所有樣本聚為一個(gè)大類(lèi)。
采用層次聚類(lèi)法對(duì)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解得到的空間型矩陣V進(jìn)行聚類(lèi)分析，具體過(guò)程如下：
步驟S40-1，在初始時(shí)構(gòu)造N個(gè)類(lèi)，每個(gè)類(lèi)包含1組樣本，即空間向量矩陣V的一列。
步驟S40-2，計(jì)算N個(gè)樣品兩兩間的歐式距離得到距離矩陣d。其中dij表示距離矩陣d的第i行第j列，Vi,k和Vj,k表示空間向量Vi和Vj的第k個(gè)元素，其中i，j=1，2，3，…，M。
步驟S40-3，利用離差平方和法計(jì)算類(lèi)間距離，確定并合并距離最相近的2個(gè)類(lèi)為1個(gè)新類(lèi)。
步驟S40-4，若類(lèi)的個(gè)數(shù)不等于1，則重復(fù)執(zhí)行步驟S40-3，否則執(zhí)行步驟S40-5。
步驟S40-5，畫(huà)聚類(lèi)圖，得到聚類(lèi)結(jié)果。
步驟S50，基于層次聚類(lèi)分析的結(jié)果，畫(huà)出聚類(lèi)樹(shù)狀圖。
聚類(lèi)樹(shù)狀圖的示例如圖1所示，圖中橫軸表示聚類(lèi)的索引號(hào)，即為聚類(lèi)樣本，即為風(fēng)電場(chǎng)中的所有風(fēng)機(jī)，縱軸表示當(dāng)前聚類(lèi)內(nèi)分支類(lèi)之間距離。
步驟S60，基于聚類(lèi)樹(shù)狀圖，對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行劃分，并選擇標(biāo)桿風(fēng)機(jī)，確定分配系數(shù)。
基于聚類(lèi)結(jié)果，取類(lèi)的數(shù)目為所需標(biāo)桿風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)，則每一類(lèi)被劃分為一組風(fēng)機(jī)，從每組風(fēng)機(jī)中選擇一臺(tái)作為標(biāo)桿風(fēng)機(jī)，該類(lèi)中風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)即為分配系數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，若所需標(biāo)桿風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)為3，則在圖1中選擇在類(lèi)間距離為4時(shí)進(jìn)行“切樹(shù)”，得到風(fēng)機(jī)的3組聚類(lèi)，從每組中選擇一臺(tái)風(fēng)機(jī)作為標(biāo)桿風(fēng)機(jī)，該類(lèi)的樣本數(shù)量即為分配系數(shù)。
步驟S70，使用標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法計(jì)算棄風(fēng)電量。
基于步驟S60中標(biāo)桿風(fēng)機(jī)的選擇結(jié)果，通過(guò)標(biāo)桿風(fēng)機(jī)推算得出理論發(fā)電量，并與風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際發(fā)電量相減得出棄風(fēng)電量。
上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。