專利名稱：風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測的方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對低碳生活的呼吁、智能電網(wǎng)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為一種清潔可再生能源得大規(guī)模的利用。然而風(fēng)能的隨機(jī)性和間歇性，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力不能像傳統(tǒng)的火力發(fā)電機(jī)組一樣可控，因而給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來很大的不確定性，也給電網(wǎng)調(diào)度帶來很大的難度，降低了風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性。隨著大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)電機(jī)組的出力需要實(shí)時、準(zhǔn)確的預(yù)測，才能滿足電網(wǎng)實(shí)時調(diào)度的需求，進(jìn)行正常的并網(wǎng)運(yùn)行，因而風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測是亟待解決的技術(shù)難題。近些年來，人們借助于線性自回歸模型、非參數(shù)回歸模型、支持向量機(jī)、卡爾曼濾波法、人工智能方法、以及組合預(yù)測等理論方法對風(fēng)電場超短期風(fēng)速進(jìn)行了探索，并取得了一定的成果。但是這些方法都存在很大的誤差，難以滿足電力系統(tǒng)對風(fēng)電機(jī)組的調(diào)度要求。目前風(fēng)電場風(fēng)速預(yù)測中，采用的誤差修正方法主要是從風(fēng)電場風(fēng)速預(yù)測系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和尾流效應(yīng)誤差等方面進(jìn)行的。系統(tǒng)誤差是由風(fēng)速預(yù)測方法決定的，通過改進(jìn)算法的計(jì)算精度可減小誤差存在一定的空間；由于風(fēng)電機(jī)組間所處的地理位置不同，風(fēng)電機(jī)組的尾流效應(yīng)會影響別的機(jī)組出力，而這種影響程度存在一定的不確定性，使得消除由尾流效應(yīng)引起的誤差有一定的難度。在現(xiàn)有的專利和文獻(xiàn)中，關(guān)于風(fēng)速的預(yù)測均以單臺風(fēng)電機(jī)組所處位置的風(fēng)速值建立時間序列進(jìn)行風(fēng)速的預(yù)測，沒有考慮到風(fēng)電場空間的風(fēng)速變化情況。專利CN101793907A中提出的風(fēng)電場短期風(fēng)速預(yù)測方法，采用支持向量機(jī)的預(yù)測方法，但并沒有考慮風(fēng)電場集群空間的影響，沒有考慮到誤差的修正；專利CN101871948A中提出的風(fēng)電場風(fēng)速預(yù)測方法，采用卡爾曼濾波的方法進(jìn)行預(yù)測，誤差修正時采用的是高斯白噪聲方法進(jìn)行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的在預(yù)測模型的計(jì)算誤差和風(fēng)電機(jī)組間由于尾流效應(yīng)造成的建模不準(zhǔn)確而造成的誤差，采用風(fēng)電機(jī)組間的風(fēng)速曲線和相似曲線對t匕，消除預(yù)測中的模型誤差和尾流效應(yīng)造成的誤差，提出一種新的風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測方法。本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是本發(fā)明著眼于風(fēng)電機(jī)組間的風(fēng)速變化情況，形成以風(fēng)電機(jī)組為變量的風(fēng)速曲線，風(fēng)電機(jī)組間的相互影響完全隱性地包含在風(fēng)速曲線之中，從歷史數(shù)據(jù)中獲取相似曲線簇構(gòu)成樣本，并采用相似曲線的預(yù)測值對預(yù)測誤差進(jìn)行修正，消除了預(yù)測的系統(tǒng)誤差，可取得較高的風(fēng)速預(yù)測精度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方法步驟如下( I)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組所處位置對機(jī)組進(jìn)行編號，按照風(fēng)電機(jī)組的標(biāo)號和時間間隔建立歷史風(fēng)速值數(shù)據(jù)庫；
(2)按照風(fēng)電機(jī)組標(biāo)號，建立各個時段風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速曲線；(3)獲取需要預(yù)測風(fēng)速時段的前一時段風(fēng)速曲線，并從歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)庫中搜索、提取與前一時段風(fēng)速曲線相似的曲線簇，組成輸入曲線集合；搜索各相似曲線的下一時刻的風(fēng)速曲線,組成輸出曲線集合；(4)將輸入曲線集合和輸出曲線集合分別作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出樣本，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；(5)將需要預(yù)測時段的前一時段風(fēng)速曲線作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸入，得到初步的風(fēng)速預(yù)測值；(6)分別以輸入曲線集合中的曲線為輸入，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算，得到各相似曲線的預(yù)測值；(7)用各相似曲線的預(yù)測值與各相似曲線的下一時段風(fēng)速曲線中的風(fēng)速值進(jìn)行比較，得到各相似曲線的預(yù)測誤差值，并求取誤差值的平均值；(8)用步驟(7)求得的誤差值的平均值修正初步的風(fēng)速預(yù)測值，得到需要預(yù)測的風(fēng)速值。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(I)中，所述的風(fēng)電機(jī)組所處位置的歷史數(shù)據(jù)采集時間間隔為I lOmin。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的步驟(2)中，以風(fēng)電機(jī)組標(biāo)號為變量建立空間風(fēng)速變化曲線。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(7 )和(8 )中，誤差值的平均值的獲得是通過各相似曲線的預(yù)測值和各相似曲線的下一時段風(fēng)速曲線中的風(fēng)速值比較，得到各相似曲線的預(yù)測誤差值，并求取各相似曲線的預(yù)測誤差值的平均值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出一種新的風(fēng)速超短期預(yù)測方法及其誤差消除方法，由歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)得至IJ風(fēng)電機(jī)組間的風(fēng)速歷史曲線，并篩選得到相似曲線，以相似曲線為樣本進(jìn)行訓(xùn)練得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并以相似曲線為輸入，得到相應(yīng)的預(yù)測值，求取形似曲線的誤差平均值，用誤差值修正預(yù)測值，得到最終的風(fēng)速預(yù)測值。


圖1是本發(fā)明的進(jìn)行超短期風(fēng)速預(yù)測方法流程圖。圖2是本發(fā)明的相似曲線簇搜索方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖1所示，發(fā)明風(fēng)電場風(fēng)速短期預(yù)測方法的步驟如下(I)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組所處位置對機(jī)組進(jìn)行編號，按照標(biāo)號和時間間隔建立歷史風(fēng)速值數(shù)據(jù)庫；(2)按照風(fēng)電機(jī)組標(biāo)號，建立各個時段風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速曲線；(3)獲取需要預(yù)測風(fēng)速時段的前一時段風(fēng)速曲線，并從所述的歷史風(fēng)速值數(shù)據(jù)庫中搜索、提取與前一時段風(fēng)速曲線相似的曲線簇以及相應(yīng)的下一時段風(fēng)速曲線，分別建立輸入曲線集合和輸出曲線集合。相似曲線簇搜索可按照以下步驟進(jìn)行，如圖2所示I)以風(fēng)電機(jī)組標(biāo)號為橫坐標(biāo)，各臺風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速值為縱坐標(biāo)，繪制每個時間段的風(fēng)速曲線。風(fēng)電機(jī)組在每個時間段的風(fēng)速曲線是一條折線，每個折點(diǎn)都對應(yīng)一臺風(fēng)機(jī)。N臺風(fēng)電機(jī)組的折線就有N-1條折線，每條折線用L表示，則第i條折線表示為Li = {(xLi, yLi)，(xEi, yEi), kj (I)其中，(xLi, yLi)表示折線的左端點(diǎn)坐標(biāo)，(xEi, yEi)為折線的右端點(diǎn)坐標(biāo)，ki表示折線的斜率。2)進(jìn)行曲線相似度提取，定義兩條曲線間的相似距離D為
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測方法，其特征在于所述的方法包括以下步驟 (I)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組所處位置對機(jī)組進(jìn)行編號，按照風(fēng)電機(jī)組的標(biāo)號和時間間隔建立歷史風(fēng)速值數(shù)據(jù)庫； (2 )按照風(fēng)電機(jī)組標(biāo)號，建立各個時段風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速曲線； (3)獲取需要預(yù)測風(fēng)速時段的前一時段風(fēng)速曲線，并從歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)庫中搜索、提取與前一時段風(fēng)速曲線相似的曲線簇，組成輸入曲線集合；搜索各相似曲線的下一時段風(fēng)速曲線，組成輸出曲線集合； (4)將輸入曲線集合和輸出曲線集合分別作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出樣本，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)； (5)將需要預(yù)測時段的前一時段風(fēng)速曲線作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸入，得到初步的風(fēng)速預(yù)測值； (6)分別以輸入曲線集合中的曲線為輸入，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算，得到各相似曲線的預(yù)測值； (7)用各相似曲線的預(yù)測值與各相似曲線的下一時段風(fēng)速曲線中的風(fēng)速值進(jìn)行比較，得到各相似曲線的預(yù)測誤差值，并求取誤差值的平均值； (8)用步驟(7)求得的誤差值的平均值修正初步的風(fēng)速預(yù)測值，得到需要預(yù)測的風(fēng)速值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測方法，其特征是所述的風(fēng)電機(jī)組的歷史數(shù)據(jù)采集時間間隔為f lOmin。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測方法，其特征是在所述步驟(3)中，所述相似曲線簇搜索按照以下步驟進(jìn)行 O以風(fēng)電機(jī)組標(biāo)號為橫坐標(biāo)，各臺風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速值為縱坐標(biāo)，繪制每個時間段的風(fēng)速曲線風(fēng)電機(jī)組在每個時間段的風(fēng)速曲線為一條折線，每個折點(diǎn)對應(yīng)一臺風(fēng)機(jī)，N臺風(fēng)電機(jī)組的折線有N-1條折線，每條折線用L表示，則第i條折線表示為Li 一 { (Xli) Yli)，(xEi) Yri)，kj (I) 其中，(xLi, yLi)表示折線的左端點(diǎn)坐標(biāo)，(xEi, yEi)為折線的右端點(diǎn)坐標(biāo)，h表示折線的斜率； 2)進(jìn)行相似曲線提取，定義兩條曲線間的相似距離D為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測方法，其特征是在所述步驟(7)中，通過各相似曲線的預(yù)測值與各相似曲線的下一時段風(fēng)速曲線中的風(fēng)速值進(jìn)行比較，獲得誤差值的平均值err_bp。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測方法，其特征是在所述步驟(8)中，.用誤差值的平均值err_bp修正初步的風(fēng)速預(yù)測值Wind_speed_bp,得到需要預(yù)測的風(fēng)速值 ffind_speed = Wind_speed_bp+err_bp,其中Wind_speed_bp 為初步的風(fēng)速預(yù)測值，err_bp 為誤差值的平均值。
全文摘要
一種風(fēng)電場超短期風(fēng)速預(yù)測方法，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組所處位置的歷史風(fēng)速值建立數(shù)據(jù)庫；建立需要預(yù)測風(fēng)速的前一時段風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速曲線；從數(shù)據(jù)庫中提取相似曲線簇及其相應(yīng)的下一時段的風(fēng)速曲線建立訓(xùn)練樣本集合；以相似曲線為訓(xùn)練輸入，對應(yīng)的下一時段風(fēng)速曲線為輸出，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；以需要預(yù)測時段風(fēng)速的上一時段風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速曲線作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，得到初步的風(fēng)速預(yù)測值；分別以所有相似曲線為輸入，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到相似曲線的計(jì)算預(yù)測值；用計(jì)算預(yù)測值與各相似曲線下一時段風(fēng)速曲線中的風(fēng)速值比較，得出各條相似曲線的預(yù)測誤差值，求取誤差值的平均值；用誤差值的平均值修正初步的風(fēng)速預(yù)測值，得到最終的風(fēng)速預(yù)測值。
文檔編號G06Q10/04GK103020743SQ201210581828
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者張志剛, 楊冰, 廖承林, 王麗芳, 孫廣星 申請人:中國科學(xué)院電工研究所