本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種區(qū)域電網(wǎng)光伏電站集群劃分方法。

背景技術(shù)：

隨著全球化石能源的緊缺，光伏發(fā)電等間歇性能源在世界范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展。光伏電站是一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，它是一種利用太陽光能、采用特殊材料諸如晶硅板、逆變器等電子元件組成的發(fā)電體系。光伏電站與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力。隨著我國光伏發(fā)電的迅速發(fā)展，將會出現(xiàn)短時間內(nèi)大量光伏電站建成投產(chǎn)的情況，同時也會帶來一系列的問題。

光伏電站規(guī)劃設(shè)計中，需要工作人員根據(jù)光伏出力受到輻照度等氣象因素來確定光伏電站最佳的安裝位置和安裝容量。此時需要消耗大量的人力資源和計算資源對光伏電站預(yù)備建設(shè)地地區(qū)的歷史氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的仿真分析。就預(yù)測建模而言，若對每個光伏電站進(jìn)行預(yù)測建模，將會消耗大量計算存儲資源。同時，由于新建電站缺乏當(dāng)?shù)貧v史數(shù)據(jù)的積累，新建電站數(shù)據(jù)完備性低，導(dǎo)致預(yù)測模型精度差。

現(xiàn)有的光伏電站規(guī)劃設(shè)計多采用光伏電站的出力特性對其進(jìn)行集群劃分，根據(jù)光伏電站的出力特性找出一定地理范圍內(nèi)具有代表性的出力模式。依據(jù)集群劃分結(jié)果選取與待預(yù)測站點具有相似出力特性的其他光伏電站，并利用它們之間的相關(guān)性進(jìn)行功率預(yù)測，也會降低光伏電站的預(yù)測建模難度，同時滿足預(yù)測模型精度的要求。因此采用光伏電站集群劃分的方式大大降低了光伏電站規(guī)劃選址的工作量，加快了光伏電站的建設(shè)進(jìn)程。光伏電站群的合理集群劃分有利于縮短建設(shè)工期，節(jié)約計算資源，減少區(qū)域預(yù)測模型對單個光伏電站數(shù)據(jù)完備性的依賴。

然而，現(xiàn)有的光伏電站集群劃分方法僅根據(jù)光伏電站地理位置上的遠(yuǎn)近進(jìn)行劃分，劃分依據(jù)過于單一，劃分結(jié)果不能真實反映各個光伏電站的實際出力特性，因此亟待尋找一種更科學(xué)合理的光伏電站集群劃分方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種區(qū)域電網(wǎng)光伏電站集群劃分方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中光伏電站集群劃分方法僅依據(jù)光伏電站地理位置進(jìn)行劃分，劃分結(jié)果無法真實反映各個光伏電站的實際出力特性，導(dǎo)致區(qū)域預(yù)測模型精度差的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例公開了如下技術(shù)方案：

一種區(qū)域電網(wǎng)光伏電站集群劃分方法，區(qū)域電網(wǎng)光伏電站集群劃分方法包括：采集光伏電站的初始輸出功率數(shù)據(jù)，得到輸出功率序列；根據(jù)輸出功率序列計算集群劃分指標(biāo)集；根據(jù)集群劃分指標(biāo)集建立集群劃分模型；根據(jù)集群劃分模型對光伏電站進(jìn)行多次聚類；根據(jù)多次聚類結(jié)果計算多個聚類評價指標(biāo)聚類離散度，選取多個聚類評價指標(biāo)聚類離散度中數(shù)值最小的一個聚類結(jié)果作為光伏電站的集群劃分的結(jié)果。

優(yōu)選的，采集光伏電站的初始輸出功率數(shù)據(jù)，得到輸出功率序列的方法包括：對初始輸出功率數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化的輸出功率序列。

優(yōu)選的，根據(jù)輸出功率序列計算光伏電站集群劃分指標(biāo)集的方法包括：

提取光伏電站的輸出功率序列的特征參數(shù)，形成光伏電站的集群劃分特征矩陣；

根據(jù)集群劃分特征矩陣得到光伏電站集群劃分指標(biāo)集。

優(yōu)選的，特征參數(shù)包括平均波動率、容量因數(shù)、功率最大值和輸出功率的偏度。

優(yōu)選的，根據(jù)集群劃分指標(biāo)集建立集群劃分模型的方法包括，采用K-means聚類算法將集群劃分指標(biāo)集計算得到集群劃分模型，其中，K-means聚類算法的聚類數(shù)為4類。

優(yōu)選的，利用集群劃分模型對光伏電站進(jìn)行多次聚類中，多次聚類中每次聚類的初始聚類中心不同。

由以上技術(shù)方案可見，本發(fā)明提供的一種區(qū)域電網(wǎng)光伏電站集群劃分方法，包括采集光伏電站的初始輸出功率數(shù)據(jù)，得到輸出功率序列；根據(jù)輸出功率序列計算集群劃分指標(biāo)集；根據(jù)集群劃分指標(biāo)集建立集群劃分模型；根據(jù)集群劃分模型對光伏電站進(jìn)行多次聚類；根據(jù)多次聚類結(jié)果計算多個聚類評價指標(biāo)聚類離散度，選取多個聚類評價指標(biāo)聚類離散度中數(shù)值最小的一個聚類結(jié)果作為光伏電站的集群劃分的結(jié)果。本發(fā)明采用了光伏電站的初始輸出功率數(shù)據(jù)對光伏電站進(jìn)行集群劃分，相比于根據(jù)光伏電站地理位置遠(yuǎn)近劃分方法，利用光伏電站初始輸出功率得到的劃分結(jié)果可以真實反映各個光伏電站的實際出力特性，有利于提高光伏電站規(guī)劃設(shè)計預(yù)測模型的精確度，減少了預(yù)測模型對單個光伏電站數(shù)據(jù)完備性的依賴。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種區(qū)域電網(wǎng)光伏電站集群劃分方法流程示意圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種區(qū)域電網(wǎng)光伏電站集群劃分方法流程示意圖，由圖1可知，區(qū)域電網(wǎng)光伏電站集群劃分方法包括：

S101：采集光伏電站的初始輸出功率數(shù)據(jù)，得到輸出功率序列；

其中，采集光伏電站的初始輸出功率數(shù)據(jù)，得到輸出功率序列的方法包括：對初始輸出功率數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化的輸出功率序列。具體步驟為：對每個光伏電站一定時間段內(nèi)的輸出功率數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集到的輸出功率數(shù)據(jù)記為P_i,i＝1,2,...,n，其中i＝1,2,...,n為光伏電站序號，n代表光伏電站的總數(shù)，P_i表示序號為ⁱ的光伏電站初始輸出功率序列。每個光伏電站的初始輸出功率序列P_i對應(yīng)電站功率采樣點集合{p_i(t₁),p_i(t₂),...,p_i(t_N)}，其中t_j,j＝1,2,...,N表示各功率采樣點的采集時刻，N表示該光伏電站該段時間內(nèi)輸出功率數(shù)據(jù)采樣點個數(shù)，p_i(t_j)表示序號為i的光伏電站t_j時刻的輸出功率。

為了消除因不同電站裝機(jī)容量不同而對劃分結(jié)果造成的影響，將光伏電站的初始輸出功率數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，歸一化公式如下：

其中，P_i表示編號為i的光伏電站初始輸出功率序列，表示該光伏電站的裝機(jī)容量。P_i*為歸一化后的輸出功率序列，其所對應(yīng)的電站功率采樣點集合為

S102：根據(jù)輸出功率序列計算集群劃分指標(biāo)集；

其中，根據(jù)輸出功率序列計算光伏電站集群劃分指標(biāo)集的方法包括：提取光伏電站的輸出功率序列的特征參數(shù)，形成光伏電站的集群劃分特征矩陣；根據(jù)集群劃分特征矩陣得到光伏電站集群劃分指標(biāo)集。特征參數(shù)包括平均波動率、容量因數(shù)、功率最大值和輸出功率的偏度。具體步驟為：

對各光伏電站的輸出功率序列P_i^*,i＝1,2,...,n，提取如下特征參數(shù)以形成光伏電站的集群劃分特征矩陣：

a、平均波動率

其中表示第i個光伏電站的第一個特征即平均波動率，表示t_j時刻第i個光伏電站的輸出功率序列，N表示功率采樣點的個數(shù)；

b、容量因數(shù)

其中表示第i個光伏電站的第二個特征即容量因素，表示t_j時刻第i個光伏電站的輸出功率序列，N表示功率采樣點的個數(shù)；

c、功率最大值

其中表示第i個光伏電站的第三個特征即功率最大值，表示t_j時刻第i個光伏電站的輸出功率序列，N表示功率采樣點的個數(shù)；

d、輸出功率的偏度

其中表示t_j時刻第i個光伏電站的輸出功率，N表示功率采樣點的個數(shù)，表示電站功率采樣點集合的平均值，s表示采樣點集合的標(biāo)準(zhǔn)差；

每個光伏電站可由上述四個特征組成的一個特征向量進(jìn)行描述，其中第i個電站的特征向量可表示為F_i＝{F_i¹,F_i²,F_i³,F_i⁴}，則所有的光伏電站可組成特征矩陣F。F可由下式進(jìn)行計算：特征矩陣F即為光伏電站集群劃分指標(biāo)集。

S103：根據(jù)集群劃分指標(biāo)集建立集群劃分模型；

其中，根據(jù)集群劃分指標(biāo)集建立集群劃分模型的方法包括：采用K-means聚類算法將集群劃分指標(biāo)集計算得到集群劃分模型，K-means聚類算法的聚類數(shù)為4類。具體為：

將步驟S102中確定的光伏電站特征矩陣F作為輸入，建立基于K-means聚類算法的光伏電站集群劃分模型，將光伏電站集群劃分的結(jié)果記為C＝{C₁,C₂,…,C_K}，其中表示第k個集群的聚類中心。其可通過計算第k類內(nèi)包含的所有光伏電站的特征向量平均值得到。

S104：根據(jù)集群劃分模型對光伏電站進(jìn)行多次聚類；

其中，利用集群劃分模型對光伏電站進(jìn)行多次聚類中，多次聚類中每次聚類的初始聚類中心不同。本實施例中，利用集群劃分模型對光伏電站進(jìn)行M次聚類。

S105：根據(jù)多次聚類結(jié)果計算多個聚類評價指標(biāo)聚類離散度，選取多個聚類評價指標(biāo)聚類離散度中數(shù)值最小的一個聚類結(jié)果作為光伏電站的集群劃分的結(jié)果。

具體為：采用聚類評價指標(biāo)聚類離散度(Clustering Dispersion Indicator，CDI)對聚類結(jié)果進(jìn)行評價，其計算公式如下：

其中表示各聚類中心之間的平均距離，距離采用歐式距離進(jìn)行計算，其中第k類聚類中心與第k-1類聚類中心之間的距離可由下式計算：

其中，表示第i類所包含的各個光伏電站特征向量之間的平均距離，其中該類中第m個與第m-1個之間的距離為：

重復(fù)步驟S103至S105M次，且每次隨機(jī)選取K-means的初始聚類中心，選取這M次聚類結(jié)果中聚類評價指標(biāo)聚類離散度指標(biāo)最小的一次聚類結(jié)果作為光伏電站集群劃分的最終結(jié)果，完成對光伏電站的集群劃分。

本發(fā)明采用了光伏電站的初始輸出功率數(shù)據(jù)對光伏電站進(jìn)行集群劃分，相比于根據(jù)光伏電站地理位置遠(yuǎn)近劃分方法，利用光伏電站初始輸出功率得到的劃分結(jié)果可以真實反映各個光伏電站的實際出力特性，有利于提高光伏電站規(guī)劃設(shè)計預(yù)測模型的精確度，減少了預(yù)測模型對單個光伏電站數(shù)據(jù)完備性的依賴。

通過以上的方法實施例的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可以是個人計算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本發(fā)明的具體實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。