一種計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，能源需求激增，風(fēng)力發(fā)電得到大力發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī) 容量快速增長。由于風(fēng)電輸出功率具有波動性，大規(guī)模風(fēng)電集中接入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的安 全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)峻的考驗(yàn)。對風(fēng)電場出力進(jìn)行短期預(yù)測，減少風(fēng)電出力的不可控性，是解 決風(fēng)電并網(wǎng)難題的一個重要途徑。若能夠?qū)︼L(fēng)電場未來72h內(nèi)出力進(jìn)行高精度的預(yù)測，將 預(yù)測結(jié)果上報(bào)電力調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)電場預(yù)測出力合理安排發(fā)電計(jì)劃，能夠有效 地減少風(fēng)電對電網(wǎng)的沖擊，提高風(fēng)電的并網(wǎng)率，減少電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。
[0003] 風(fēng)電功率預(yù)測按照預(yù)測方法可以分為物理預(yù)測方法和統(tǒng)計(jì)預(yù)測方法。統(tǒng)計(jì)模型預(yù) 測需要風(fēng)電場大量的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，而新建風(fēng)電場由于缺少歷史數(shù)據(jù)往往不能采用統(tǒng)計(jì)模 型進(jìn)行預(yù)測。為了實(shí)現(xiàn)對新建風(fēng)電場的功率預(yù)測，較多采用基于風(fēng)速的風(fēng)電功率物理預(yù)測 方法。
[0004] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)：
[0005] 基于非參數(shù)回歸模型的短期風(fēng)電功率預(yù)測（王彩霞，魯宗相，喬穎等.基于非 參數(shù)回歸模型的短期風(fēng)電功率預(yù)測[J].電力系統(tǒng)自動化，2010, 34(16) :78-82.)通過 NWP(Numeric weather prediction的縮寫，即數(shù)值天氣預(yù)報(bào)）數(shù)據(jù)可以得到風(fēng)電功率的點(diǎn) 預(yù)測值及其概率區(qū)間，但是該模型是基于統(tǒng)計(jì)預(yù)測方法建立的，不適合新建風(fēng)電場的功率 預(yù)測。
[0006] Wind Prediction Based on Improved BP Artificial Neural Network in Wind Farm (Keyuan Huang, Lang Dai, Shoudao Huang. Wind Prediction Based on Improved BP Artificial Neural Network in Wind Farm[C].ICECE. IEEE, 2010:2548-2551.)采用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法，預(yù)測結(jié)果精度高，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對模型的訓(xùn)練時間較長，需要不斷調(diào) 試。
[0007] 申請?zhí)枮?01110105289. X的中國發(fā)明專利，提出一種風(fēng)電功率短期預(yù)測方法，利 用量子進(jìn)化算法選擇最優(yōu)樣本進(jìn)行風(fēng)電功率預(yù)測，但是沒有考慮尾流效應(yīng)，精度有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法，本發(fā) 明方法充分考慮尾流效應(yīng)和實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率的精確預(yù)測。
[0009] 本發(fā)明方法通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法，其 特征在于：包括如下步驟：
[0010] ⑴根據(jù)風(fēng)速的空間分布一致性，采用距離反比法對NWP的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行空間差 值，得到X處的風(fēng)速
I X表示空間坐標(biāo)，X1表示采 樣位置i的空間坐標(biāo)，U (X1)表示采樣位置i的風(fēng)速數(shù)據(jù)，λ i表示采樣位置i的權(quán)重，1 1表 示歐幾里得距離；
[0011] ⑵使用風(fēng)垂直切變冪律，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的高度差值，得到高度h2處的風(fēng)速V2= V1Oi2/ 印°，其中，α為垂直風(fēng)切變指數(shù)，V2為高度h 2處的風(fēng)速，V1為高度Ill處的風(fēng)速；
[0012] (3)根據(jù)尾流模型和風(fēng)機(jī)位置數(shù)據(jù)，得到實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速；
[0013] (4)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線，得到風(fēng)機(jī)對應(yīng)的功率。
[0014] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明采用距離反比法對風(fēng)速進(jìn)行 空間差值，使用風(fēng)垂直切變冪律實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的高度差值，由數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中若干點(diǎn)的風(fēng)速外 推到整個風(fēng)電場，得到風(fēng)電場中各個風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，然后考慮尾流效應(yīng)的影響，再結(jié)合實(shí)際運(yùn) 行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電功率的精確預(yù)測。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明風(fēng)電功率預(yù)測方法的原理框圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明中根據(jù)尾流模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的具體流程圖；
[0017] 圖3為預(yù)測功率曲線與實(shí)際功率曲線的對照圖；
[0018] 圖4為圖3中預(yù)測功率的平均絕對百分比誤差曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0020] 本發(fā)明計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法，包括如下步驟：
[0021] 如圖1所示，第一步：獲取NWP數(shù)據(jù)，根據(jù)風(fēng)速的空間分布一致性，采用距 離反比法對NWP的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行空間差值，得到X處的風(fēng)速

' X表示空間坐標(biāo)，Xi表示采樣位置i的空間坐標(biāo)，U (X i)表示采樣位置i 的風(fēng)速數(shù)據(jù)，λ i表示采樣位置i的權(quán)重，I i表示歐幾里得距離；
[0022] 第二步：使用風(fēng)垂直切變冪律，對NWP的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)速的高度差值，得到高度 乂2處的風(fēng)速V 2= V i OVh1) α，其中，α為垂直風(fēng)切變指數(shù)，V2為高度h 2處的風(fēng)速，V i為高度 Ii1處的風(fēng)速；
[0023] 第三步：根據(jù)尾流模型和風(fēng)機(jī)位置數(shù)據(jù)，得到實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，具體流程如 圖2所示：
[0024] 獲取風(fēng)機(jī)位置數(shù)據(jù)，并從NWP數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中獲取風(fēng)向序列，根據(jù)t時刻的風(fēng)向?qū)?風(fēng)機(jī)的坐標(biāo)進(jìn)行變換，橫坐標(biāo)為風(fēng)向坐標(biāo)，按照橫坐標(biāo)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行排序，計(jì)算第i臺風(fēng)機(jī)時 遍歷剩余的n-i臺風(fēng)機(jī)，若在第i臺風(fēng)機(jī)的尾流范圍內(nèi)，則利用改進(jìn)的詹森（Jensen)模型 (模型的詳細(xì)介紹請參見1983年出版的《A note on wind generator interaction》），更 新所述剩余的n-i臺風(fēng)機(jī)中受第i臺風(fēng)機(jī)尾流影響的風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，直到計(jì)算完所有風(fēng)機(jī)的 風(fēng)速，得到實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速；
[0025] 第四步：根據(jù)實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線，得到風(fēng)機(jī)對應(yīng)的功率：
[0026] 實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線獲取方式如下：
[0027] (4. 1)采樣各臺實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)；
[0028] (4. 2)按風(fēng)速從小到大的順序排列步驟（4. 1)中各臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)，并根 據(jù)設(shè)定的風(fēng)速間隔〇. 5m/s將各臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)速數(shù)據(jù)劃分成若干個區(qū)間，計(jì)算每個區(qū)間內(nèi)所 有風(fēng)速對應(yīng)的功率的算數(shù)平均值，濾除掉所述算數(shù)平均值以下的風(fēng)速-功率樣本數(shù)據(jù)；
[0029] (4.3)重復(fù)步驟（4.2)，直到收斂條件滿足，收斂條件：區(qū)間內(nèi)功率的算數(shù)平均 值-對應(yīng)區(qū)間最小功率值〈單機(jī)功率/3。
[0030] 以某實(shí)際風(fēng)電場為例，具體介紹下本發(fā)明風(fēng)電功率預(yù)測方法的實(shí)現(xiàn)過程和效果：
[0031] 實(shí)際風(fēng)電場的出力數(shù)據(jù)由電網(wǎng)公司調(diào)度部門提供，選取的字段是1#主變高壓 側(cè)有功值，數(shù)據(jù)為15分鐘一個點(diǎn)，觀測數(shù)據(jù)時間為2013-01-01 00:00:00到2013-07-31 23:45:00。
[0032] 獲取NWP數(shù)據(jù)點(diǎn)的經(jīng)煒度數(shù)據(jù)如表1所示，NWP數(shù)據(jù)的時間分辨率為15min，空間 分辨率為27km。根據(jù)測風(fēng)塔實(shí)測數(shù)據(jù)擬合出來的風(fēng)切變指數(shù)為0. 106。
[0033] 表 1
[0034]
[0035] 根據(jù)本發(fā)明預(yù)測該風(fēng)電場未來72h的風(fēng)電場出力情況，每個小時4個點(diǎn)，一共288 個點(diǎn)，預(yù)測功率曲線與實(shí)際功率曲線的對照圖如圖3所示，預(yù)測功率的平均絕對百分比誤 差如圖4所示。
[0036] 由圖3可知：預(yù)測功率曲線在大部分時間內(nèi)能夠較好地跟隨風(fēng)電功率的變化趨 勢，在風(fēng)電場功率突然變化時能夠?qū)崿F(xiàn)較好的跟隨；但在風(fēng)電場出力較小的情況下，預(yù)測結(jié) 果不夠準(zhǔn)確，主要原因是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的精度不夠，小范圍的風(fēng)速波動不能夠反應(yīng)在數(shù)值 天氣預(yù)報(bào)里面。
[0037] 由圖4可知：預(yù)測的誤差基本上和預(yù)測時間間隔沒有關(guān)系，能夠適應(yīng)沒有足夠運(yùn) 行歷史數(shù)據(jù)的風(fēng)電場，在沒有足夠運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)時，也能提供足夠精度的風(fēng)電功率預(yù)測，滿 足新建風(fēng)電場對于風(fēng)電功率預(yù)測的需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 根據(jù)風(fēng)速的空間分布一致性，采用距離反比法對NWP的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行空間差值，得置i的空間坐標(biāo)，u(X1)表示采樣位置i的風(fēng)速數(shù)據(jù)，Ai表示采樣位置i的權(quán)重，Ii表示歐 幾里得距離； (2) 使用風(fēng)垂直切變冪律，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的高度差值，得到高度h2處的風(fēng)速V2=ViQi2A1) '其中，a為垂直風(fēng)切變指數(shù)，V2為高度h2處的風(fēng)速，V1為高度Ill處的風(fēng)速； (3) 根據(jù)尾流模型和風(fēng)機(jī)位置數(shù)據(jù)，得到實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速； (4) 根據(jù)實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線，得到風(fēng)機(jī)對應(yīng)的功率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟 (3)具體包括如下步驟： 獲取風(fēng)機(jī)位置數(shù)據(jù)，并從NWP數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中獲取風(fēng)向序列，風(fēng)向序列包括風(fēng)向和時 間，根據(jù)t時刻的風(fēng)向?qū)︼L(fēng)機(jī)的坐標(biāo)進(jìn)行變換，橫坐標(biāo)為風(fēng)向坐標(biāo)，按照橫坐標(biāo)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行 排序，計(jì)算第i臺風(fēng)機(jī)時遍歷剩余的n-i臺風(fēng)機(jī)，若在第i臺風(fēng)機(jī)的尾流范圍內(nèi)，則利用改 進(jìn)的詹森模型，更新所述剩余的n-i臺風(fēng)機(jī)中受第i臺風(fēng)機(jī)尾流影響的風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，直到計(jì) 算完所有風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，得到實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法，其特征在于，步驟（4)中 實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線獲取方式如下： (4. 1)采樣各臺實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)； (4. 2)按風(fēng)速從小到大的順序排列步驟（4. 1)中各臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè) 定的風(fēng)速間隔AV將各臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)速數(shù)據(jù)劃分成若干個區(qū)間，計(jì)算每個區(qū)間內(nèi)所有風(fēng)速對 應(yīng)的功率的算數(shù)平均值，濾除掉所述算數(shù)平均值以下的風(fēng)速-功率樣本數(shù)據(jù)； (4. 3)重復(fù)步驟（4. 2)，直到收斂條件滿足，收斂條件：區(qū)間內(nèi)功率的算數(shù)平均值-對應(yīng) 區(qū)間最小功率值〈單機(jī)功率/3。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法，其特征在于，所述風(fēng)速 間隔AV= 0. 5m/s。
【專利摘要】一種計(jì)及尾流效應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)根據(jù)風(fēng)速的空間分布一致性，采用距離反比法對NWP的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行空間差值，得到x處的風(fēng)速其中x表示空間坐標(biāo)，xi表示采樣位置i的空間坐標(biāo)，u(xi)表示采樣位置i的風(fēng)速數(shù)據(jù)，λi表示采樣位置i的權(quán)重，li表示歐幾里得距離；(2)使用風(fēng)垂直切變冪律，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的高度差值，得到高度h2處的風(fēng)速v2＝v1(h2/h1)α，其中，α為垂直風(fēng)切變指數(shù)，v2為高度h2處的風(fēng)速，v1為高度h1處的風(fēng)速；(3)根據(jù)尾流模型和風(fēng)機(jī)位置數(shù)據(jù)，得到實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速；(4)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線，得到風(fēng)機(jī)對應(yīng)的功率。本發(fā)明方法充分考慮尾流效應(yīng)和實(shí)際運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率曲線，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率的精確預(yù)測。
【IPC分類】G06Q10/04, G06Q50/06
【公開號】CN105046349
【申請?zhí)枴緾N201510359847
【發(fā)明人】陳曉科, 曾杰, 徐曉剛, 楊蘋, 楊汾艷, 李鑫, 張弛, 黃嘉健, 李蘭芳, 汪進(jìn)鋒, 黃楊玨, 鄒澍, 許志榮, 梁裕恒, 肖子龍, 蔡玲瓏
【申請人】廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月25日