一種基于經(jīng)驗Copula函數(shù)進行風速預測的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于經(jīng)驗Copula函數(shù)進行風速預測的方法，該方法對邊緣分布和聯(lián)合分布沒有限制，避免多元隨機變量聯(lián)合分布函數(shù)的直接構造的難點，能靈活的根據(jù)構造的經(jīng)驗Copula函數(shù)求出各種條件風速下的統(tǒng)計情況，從而得到概率取值最大的風速，作為下一時刻的預測風速。對區(qū)間的劃分，使得一定范圍內的風速具有了相同的特點，最終使得風速樣本數(shù)據(jù)劃分成不同特點數(shù)據(jù)的集合。在已知上一時刻風速對應的概率下，下一時刻風速在不同概率下的情況，最終選擇使得概率值最高的下一時刻風速的概率對應的風速作為預測風速；還能得出置信度為1-α下的置信區(qū)間，對提高電網(wǎng)運行水平，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟性，減少溫室氣體排放均具有重大意義。
【專利說明】—種基于經(jīng)驗Copula函數(shù)進行風速預測的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源【技術領域】，更具體地，涉及一種基于經(jīng)驗Copula函數(shù)進行風速預測的方法。
【背景技術】[0002]近年來，受全球能源危機以及傳統(tǒng)能源所帶來的嚴重污染的影響，以風電為代表的可再生清潔能源得到了大力發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至到2013年12月末，中國風電累計裝機容量達到9174.46萬千瓦，位于全球第一。然而，風電出力受自然因素的影響，具有隨機性大、波動性強等特點，雖然學者們已經(jīng)對風電功率預測做了大量的相關研究工作，但仍難以獲得準確的預測結果，風電出力的不確定性還將長期存在。一般來說，預測周期越短，預測地點的風速變化越緩和，預測誤差就會越?。环粗?，預測誤差就會越大。風電輸出功率預測方法一般有兩類:一類是直接根據(jù)風力發(fā)電量來預測；另一類是根據(jù)風電場風速的方向和風速通過非線性映射來預測輸出功率，其映射關系經(jīng)常依賴風機設計。從電力系統(tǒng)運行來看，后一類方法更可取，因為相鄰的風電場雖然安裝的風機不一致，但是風速卻有很強的相關性，在局部區(qū)域風速相同，各風電場可根據(jù)各自的風速發(fā)電量映射關系預測輸出功率。
[0003]目前，關于風電場風速預測方法的研究較為豐富，已有方法大致可以分為時間序列方法、智能方法以及統(tǒng)計學習方法這3類。時間序列方法的低階模型往往不能反映所有樣本的性能，高階模型的估計較為復雜，在計算中消耗時間，同時不易尋找到合適的階數(shù)。智能方法對其預測機理和結果沒有很好的解釋，且非常依賴模型的參數(shù)整定，而基于統(tǒng)計模型的方法則能對預測結果給出合理的解釋，對預測結果給出不確定性的度量方法。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于經(jīng)驗Copula函數(shù)進行風速預測的方法，旨在解決現(xiàn)有技術中風速預測精度低，且置信區(qū)間不易確定的技術問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種基于經(jīng)驗Copula函數(shù)進行風速預測的方法，包括下述步驟:
[0006](I)獲取數(shù)據(jù):
[0007]所述數(shù)據(jù)為風速序列X=Ix1,…，χΝ}，從所述風速序列中截取第一序列X1=Ix1,…，Xn-J和第二序列X2= {X2，…，XnI ;其中，N為樣本容量，X1,…，Xn分別為樣本觀測值；相鄰兩個樣本觀測值之間相隔t時間長度，t為記錄風速的時間尺度；
[0008](2)確定風速序列X的經(jīng)驗分布函數(shù):
[0009](2.1)對所述風速序列X=Ix1, -,xN}從小到大進行排序，獲得排序后的風速序列
X⑴，…，X(N);
[0010](2.2)根據(jù)所述排序后的風速序列獲得風速序列X的經(jīng)驗分布函數(shù)F(X):
[0011](3)將區(qū)間[0，I]劃分為 K 個區(qū)間 S1，…，Sk，其中 S1=EO, δ], δ =1/K, Sj = ((j-1)δ , j δ], j=2,…，K，K 一般取區(qū)間[20，50]中的整數(shù)；[0012](4)根據(jù)所述經(jīng)驗分布函數(shù)和所述風速序列X= Ix1，…，xN}中的各個觀測值X1，…，Xn獲得與各個觀測值X1,…，Xn對應的經(jīng)驗分布函數(shù)值F(X1),…，F(xiàn)(Xn);
[0013](5)根據(jù)經(jīng)驗分布函數(shù)值F(X1),…，F(xiàn)(Xn)在區(qū)間集{S1;…，SK}中所對應的區(qū)間獲得所述經(jīng)驗分布函數(shù)值F(Xl)，…，F(xiàn)(Xn)的區(qū)間數(shù)j1;..., jn,…，jN，并分別獲得第一序列 X1=U1,..., xN_J 和第二序列 X2= {x2,..., xN}的經(jīng)驗分布函數(shù)值 F1 = (F(X1),...,F (Xp1) }、F2= {F (X2),..., F(xN)}的區(qū)間數(shù) Jl=IJ1,…，jN-J、J2={j2,…，jN};其中，jn 在 I到 K的整數(shù)中取值，η = 1，…，N;
[0014]其中經(jīng)驗分布函數(shù)值F(Xl)，"^F(Xn)在區(qū)間集(S1，…，SJ中所對應的區(qū)間是根據(jù)以下方法確定的:若O≤F(Xi)≤S，則F (xi)落于區(qū)間S1中；若(j-1) X δ〈F (Xi)≤jX δ，則F(Xi)落于區(qū)間S」中，j=2,..., K。
[0015](6)獲得第一序列X1和第二序列X2的經(jīng)驗Copula函數(shù)值；
[0016](6.1)將第一序列X1=U1,..., Xn-J和第二序列X2= {x2，…，xN}組合成樣本矩
陣
【權利要求】
1.一種基于經(jīng)驗Copula函數(shù)進行風速預測的方法，其特征在于，包括下述步驟: (1)獲取數(shù)據(jù): 所述數(shù)據(jù)為風速序列X= Ix1,…，％}，從所述風速序列中截取第一序列X1=Ix1,…，Xn-J和第二序列X2= {x2，…，XnI ;其中，N為樣本容量，X1,…，Xn分別為樣本觀測值；相鄰兩個樣本觀測值之間相隔t時間長度，t為記錄風速的時間尺度； (2)確定風速序列X的經(jīng)驗分布函數(shù): (2.1)對所述風速序列X=Ix1,…，xN}從小到大進行排序，獲得排序后的風速序列X⑴，…，X(N); (2.2)根據(jù)所述排序后的風速序列獲得風速序列X的經(jīng)驗分布函數(shù)F(X): (3)將區(qū)間[0,1]劃分為K 個區(qū)間 S1,…，Sk，其中 S1=LO, δ]，δ =1/K, Sj = ((j_l) δ，j δ]，j = 2，…，K，K 一般取區(qū)間[20，50]中的整數(shù)； (4)根據(jù)所述經(jīng)驗分布函數(shù)和所述風速序列X=Ix1,…，χΝ}中的各個觀測值X1,…，χΝ獲得與各個觀測值X1,…，xN對應的經(jīng)驗分布函數(shù)值F(X1),…，F(xiàn)(Xn); (5)根據(jù)經(jīng)驗分布函數(shù)值F(X1),…，F(xiàn)(Xn)在區(qū)間集{S1;…，SK}中所對應的區(qū)間獲得所述經(jīng)驗分布函數(shù)值F(Xl)，…，F(xiàn)(Xn)的區(qū)間數(shù)j1;…，jn，…，jN，并分別獲得第一序列X1=U1,…，Xn-J和第二序列X2= {χ2，…，xN}的經(jīng)驗分布函數(shù)值F1=IF(X1)，…，F(xiàn)(Xp1)KF2= {F(χ2),…，F(xiàn)(xN)}的區(qū)間數(shù) Jl=U1,…，jN_J、J2={j2，…，jN};其中，」?在1 到 K 的整數(shù)中取值，n=l，…，N; (6)獲得第一序列X1和第二序列X2的經(jīng)驗Copula函數(shù)值； (6.1)將第一序列X1=U1,…，Xn-J和第二序列X2=Uy…，xN}組合成樣本矩陣
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，所述經(jīng)驗分布函數(shù)值F(X1), -,F(xn)的區(qū)間數(shù)的獲取方法具體為: 判斷經(jīng)驗分布函數(shù)值F(X1)，…，F(xiàn)(Xn)所對應的區(qū)間S1,…，Sk: 若O SF(Xi) ≤ SJJF(Xi)落于區(qū)間S1，區(qū)間數(shù)等于I; 若(j-1) X δ〈F(Xi)≤jX SJljF(Xi)落于區(qū)間S」，F(xiàn)(Xi)的區(qū)間數(shù)等于j, j=2,…，K0
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2.2)中，所述經(jīng)驗分布函數(shù)

4.如權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括下述步驟: (8)對置信度為l-α的風速置信區(qū)間進行風速預測: (8.1)在條件區(qū)間數(shù)矩陣中統(tǒng)計區(qū)間數(shù)[jn，jkp]的行數(shù)，記為ikf ,Jkp=L…，K;m為條件區(qū)間數(shù)矩陣么|,?丨的行數(shù)； (8.2)根據(jù)統(tǒng)計區(qū)間數(shù)[jn，jkp]的行數(shù)獲得滿足
【文檔編號】G06F19/00GK103902837SQ201410152755
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權日:2014年4月16日
【發(fā)明者】黎靜華, 蘭飛, 農(nóng)植貴, 韋化 申請人:廣西大學