一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法，將現(xiàn)有技術(shù)中分兩次預(yù)測的風(fēng)電功率與光伏功率采用同一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域風(fēng)電場及光伏電站的輸出功率預(yù)測，在簡化預(yù)測方法的同時(shí)提高預(yù)測準(zhǔn)確度，從而具有更廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】—種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種發(fā)電功率預(yù)測方法，特別是涉及一種風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的混合功率預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在各國政府的大力支持下，分布式發(fā)電技術(shù)得到了快速的發(fā)展，尤其是具有清潔環(huán)保、無污染、分布廣泛、可再生等優(yōu)點(diǎn)的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。然而，隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電大規(guī)模的接入電網(wǎng)，風(fēng)電、光伏出力的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了前所未有的壓力，不但影響電能質(zhì)量，加劇電網(wǎng)的調(diào)峰運(yùn)行負(fù)擔(dān)，而且也得電網(wǎng)的調(diào)度工作帶來很大的困難。
[0003]為了應(yīng)對(duì)大規(guī)模風(fēng)電及光伏發(fā)電接入對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，我國各高校及電力企業(yè)相繼開展了對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電功率預(yù)測的研究工作，目前已有風(fēng)電、光伏功率預(yù)測系統(tǒng)正在運(yùn)行中。風(fēng)電、光伏功率預(yù)測系統(tǒng)對(duì)于減小風(fēng)電和光伏發(fā)電功率波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，目前國內(nèi)現(xiàn)有的功率預(yù)測系統(tǒng)大部分都是獨(dú)立的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)或是獨(dú)立的光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)，隨著風(fēng)光混合供電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，研究風(fēng)光混合功率預(yù)測方法，開發(fā)出風(fēng)光混合的功率預(yù)測系統(tǒng)是非常必要的。
[0004]如《寧夏電網(wǎng)風(fēng)光一體化功率預(yù)測系統(tǒng)》(寧夏電力)提供了一種方案，風(fēng)電功率采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法進(jìn)行預(yù)測，光伏發(fā)電功率采用物理方法進(jìn)行預(yù)測。如《基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率短期預(yù)測模型》(電力系統(tǒng)保護(hù)與控制)披露了一種采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行光伏發(fā)電功率預(yù)測的方案。
[0005]以上方案中，風(fēng)電功率預(yù)測和光伏功率預(yù)測都是分別獨(dú)立進(jìn)行的，雖然兩次預(yù)測都可以采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，但預(yù)測的準(zhǔn)確性仍有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法，用以解決現(xiàn)有預(yù)測方法準(zhǔn)確率低的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
[0008]一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法，采用一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型同時(shí)預(yù)測風(fēng)力發(fā)電功率和光伏發(fā)電功率。
[0009]所述預(yù)測模型包括輸入層、隱含層和輸出層。
[0010]所述輸入層至少包括:風(fēng)向、風(fēng)速、環(huán)境溫度、濕度、云量、氣壓、法向直射輻照度、散射輻照度、總輻照度；風(fēng)電機(jī)組類型、風(fēng)電機(jī)組的容量、輪轂高度、葉輪直徑、功率曲線、風(fēng)機(jī)位置、海拔高度、風(fēng)速測量的高度、風(fēng)向測量的高度、經(jīng)度、緯度、光伏電站容量、組串的開路電壓和短路電流、最大功率點(diǎn)電壓及電流。
[0011]所述輸出層包括風(fēng)電場的功率預(yù)測結(jié)果和光伏電站的功率預(yù)測結(jié)果。
[0012]所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型建立的步驟為:首先選取設(shè)定時(shí)間的實(shí)際測得的歷史氣象數(shù)據(jù)、風(fēng)電場及光伏電站的輸出功率作為用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，然后確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將預(yù)處理過的數(shù)據(jù)輸入到網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訓(xùn)練，并對(duì)預(yù)測模型進(jìn)行驗(yàn)證及修正，當(dāng)誤差達(dá)到要求時(shí)即形成訓(xùn)練完成的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。
[0013]本發(fā)明的特點(diǎn)在于，將現(xiàn)有技術(shù)中分兩次預(yù)測的風(fēng)電功率與光伏功率采用同一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域風(fēng)電場及光伏電站的輸出功率預(yù)測，在簡化預(yù)測方法的同時(shí)提高預(yù)測準(zhǔn)確度，從而具有更廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0014]之所以能夠提高預(yù)測準(zhǔn)確度，是由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法本身是一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，能夠根據(jù)不能解耦的、大量的輸入?yún)?shù)進(jìn)行自適應(yīng)的學(xué)習(xí)，得到輸出結(jié)果。而現(xiàn)有技術(shù)中，都是將光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電作為獨(dú)立的過程去看待，人為的、按照它們是否與光伏發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電相關(guān)而將它們分割開來，分別利用學(xué)習(xí)算法去求解。風(fēng)力涉及的參數(shù)條件與光伏涉及的參數(shù)條件雖然看似能夠區(qū)分開，但實(shí)際上由于地球物理環(huán)境的復(fù)雜性，它們之間仍然是有著一定的耦合關(guān)系的，這時(shí)候便能夠發(fā)揮BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法的優(yōu)越性，將這些參數(shù)全部作為輸入，直接輸出光伏發(fā)電功率預(yù)測值和風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測值，起到提高預(yù)測準(zhǔn)確度的作用，而且一次完成兩項(xiàng)預(yù)測，簡化了預(yù)測方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是用于風(fēng)光混合功率預(yù)測的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0017]首先建立準(zhǔn)確的風(fēng)光混合功率預(yù)測的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，本實(shí)施例以三層前饋網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行說明，如圖1所示。選取一個(gè)月以上的實(shí)測歷史氣象數(shù)據(jù)、風(fēng)電場及光伏電站的輸出功率作為用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理(比如對(duì)所選數(shù)據(jù)的合理性和完整性進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)缺測和異常數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和修正，并進(jìn)行歸一化處理)，建立用于訓(xùn)練BP網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸入到建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行訓(xùn)練，并進(jìn)行預(yù)測模型的驗(yàn)證及修正，最后得到訓(xùn)練完成的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
[0018]然后綜合考慮各類對(duì)風(fēng)電場和光伏電站輸出功率的影響因素，并對(duì)從中國氣象局獲取的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、風(fēng)電場及光伏電站實(shí)際測得的數(shù)據(jù)以及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、風(fēng)電場及光伏電站的特性數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，建立用于功率預(yù)測的預(yù)測庫。
[0019]最后，從預(yù)測庫中獲取用于預(yù)測未來O?72小時(shí)功率的預(yù)測數(shù)據(jù)即圖1中輸入層所包含的數(shù)據(jù)，輸入到訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型中進(jìn)行功率預(yù)測，并分別輸出風(fēng)電場及光伏電站次日零時(shí)起72小時(shí)內(nèi)的某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的功率預(yù)測結(jié)果，通過多次預(yù)測即可獲得風(fēng)電場及光伏電站次日零時(shí)起72小時(shí)內(nèi)的功率預(yù)測曲線(時(shí)間分辨率為15分鐘)。
[0020]本實(shí)施例所采用的預(yù)測方法是按照每個(gè)輸出點(diǎn)來進(jìn)行預(yù)測，而非按日進(jìn)行預(yù)測的，這樣每次預(yù)測輸出的只是某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的輸出功率，通過減少模型單次輸出的功率點(diǎn)數(shù)可以提高預(yù)測精度；所采用的圖1所示的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以不斷自學(xué)習(xí)進(jìn)行修正，提高預(yù)測精度，能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行合理性和完整性檢驗(yàn)，同時(shí)考慮風(fēng)機(jī)故障、逆變器故障、停機(jī)、限電等各種情況，并對(duì)風(fēng)電場及光伏電站周邊的物理信息進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)和詳細(xì)考慮，使得風(fēng)電和光伏的預(yù)測結(jié)果得到大幅度提高，即使存在缺測數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)測結(jié)果也不會(huì)產(chǎn)生影響；另外，預(yù)測模型的輸入層所包含的預(yù)測數(shù)據(jù)，綜合考慮了影響風(fēng)電和光伏出力的共同氣象因素和不同的影響因素，因此，只需要建立一個(gè)預(yù)測模型，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的風(fēng)光混合功率預(yù)測，并可分別輸出風(fēng)電場和光伏電站的功率預(yù)測結(jié)果，簡化了以往對(duì)風(fēng)電場和光伏電站建立獨(dú)立的預(yù)測模型的步驟及工作量，有助于風(fēng)光混合供電系統(tǒng)的調(diào)度人員提前做好發(fā)電計(jì)劃，做好發(fā)供平衡，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0021]風(fēng)光混合功率預(yù)測模型，為經(jīng)過足夠訓(xùn)練的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其訓(xùn)練數(shù)據(jù)為至少一個(gè)月以上的實(shí)際測得的歷史氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)電場及光伏電站的輸出功率，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)至少包括一個(gè)輸入層、一個(gè)隱含層和一個(gè)輸出層。輸入層包含:數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)(如I?15層的風(fēng)速、I?3層的風(fēng)向、環(huán)境溫度、濕度、云量、氣壓、法向直射輻照度、散射輻照度及總輻照度)、風(fēng)電場及光伏電站的物理模型(風(fēng)電機(jī)組類型、各類風(fēng)電機(jī)組的容量、輪轂高度、葉輪直徑、功率曲線、風(fēng)機(jī)位置、海拔高度、I?15層風(fēng)速測量的高度、I?3層風(fēng)向測量的高度、經(jīng)度、緯度、光伏電站容量、組串的開路電壓和短路電流、最大功率點(diǎn)電壓及電流等)輸出層包含次日零時(shí)起72小時(shí)內(nèi)的某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的風(fēng)電場的功率預(yù)測結(jié)果和光伏電站的功率預(yù)測結(jié)果。
[0022]關(guān)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)的訓(xùn)練、計(jì)算等均屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0023]以上給出了一種具體的實(shí)施方式，如一個(gè)月的數(shù)據(jù)、72小時(shí)、15分鐘等，但這些具體參數(shù)可以人為選定，本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述方案，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出各種變形的模型、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法，其特征在于，采用一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型同時(shí)預(yù)測風(fēng)力發(fā)電功率和光伏發(fā)電功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法，其特征在于，所述預(yù)測模型包括輸入層、隱含層和輸出層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法，其特征在于，所述輸入層至少包括:風(fēng)向、風(fēng)速、環(huán)境溫度、濕度、云量、氣壓、法向直射輻照度、散射輻照度、總輻照度；風(fēng)電機(jī)組類型、風(fēng)電機(jī)組的容量、輪轂高度、葉輪直徑、功率曲線、風(fēng)機(jī)位置、海拔高度、風(fēng)速測量的高度、風(fēng)向測量的高度、經(jīng)度、緯度、光伏電站容量、組串的開路電壓和短路電流、最大功率點(diǎn)電壓及電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法，其特征在于，所述輸出層包括風(fēng)電場的功率預(yù)測結(jié)果和光伏電站的功率預(yù)測結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于風(fēng)光混合模型的功率預(yù)測方法，其特征在于，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型建立的步驟為:首先選 取設(shè)定時(shí)間的實(shí)際測得的歷史氣象數(shù)據(jù)、風(fēng)電場及光伏電站的輸出功率作為用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，然后確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將預(yù)處理過的數(shù)據(jù)輸入到網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訓(xùn)練，并對(duì)預(yù)測模型進(jìn)行驗(yàn)證及修正，當(dāng)誤差達(dá)到要求時(shí)即形成訓(xùn)練完成的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。
【文檔編號(hào)】H02S10/12GK103904682SQ201410100480
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】張新昌, 孔波利, 李現(xiàn)偉, 沈志廣, 丁釗, 王兆慶, 熊焰, 崔麗艷 申請(qǐng)人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司