一种基于空间相关特征的超短期风电功率预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空间相关特征的超短期风电功率预测方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明专利技术根据空间特征判断风电场是否空间相关，对空间相关的风电场，从以往历史数据中抽取风电场在时效窗口内风电功率时间序列的空间相关特征，并根据空间相关特征划分特征子集，根据特征子集的类型进行相应功率预测离线建模，根据功率预测模型预测目标风电场功率。本发明专利技术充分考虑了不同位置风电功率的空间相关特征与规律，能够有效提高风电空间相关功率预测方法的强壮性，并作为传统时序预测方法的有效补充，与传统方法相互校验，提升预测精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统自动化
，具体而言，本专利技术涉及一种基于空间相关特征的超短期风电功率预测方法。
技术介绍
风电具有间歇性和波动性。小时级风电功率波动受太阳对地面和空气加热效果的影响，变化数值通常较大，具有较强的规律性，相对易于预测；分钟级风电功率波动主要由湍流引起，变化数值较小，呈现较强的随机性，难以准确预测，最大瞬时误差可能较大。当风电并网容量很大时，小时间尺度的风电功率波动会对发电运行充裕性、电网调度和运行产生影响。风电功率预测技术的发展有助于降低风电功率的模糊性，能够为电网安全稳定运行、发电计划制定及实时控制提供了有效技术手段。传统的风电时序功率预测方法都是从某个风电场的风电功率时间相关性角度开展超短期预测方法研究。然而，对于特定风电场的风电功率除在时间尺度上具有自相关性外，还在空间尺度上与处于不同位置的风电场风电功率存在相关性。掌握空间相关性能够对传统风电功率预测方法做有效补充，与传统功率预测方法互相校验。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服传统空间相关风电功率预测方法不能全面反映风电功率空间动态关联导致强壮性差的缺点，提供一种基于空间相关特征的超短期风电功率或风速预测方法。具体地说，本专利技术是采用以下技术方案实现的，包括下列步骤：1)根据空间特征判断风电场是否空间相关，当两个处于不同位置的风电场满足空间相关地形条件且距离不大时认为风电场为空间相关；2)对空间相关的风电场，从以往历史数据中抽取风电场在时效窗口内风电功率时间序列的空间相关特征，所述空间相关特征包括时间特征和气象特征；3)根据步骤2)获得的空间相关特征划分特征子集；4)根据特征子集的类型进行相应功率预测离线建模；5)根据功率预测模型，预测目标风电场功率。进一步而言，所述步骤1)中，设两个处于不同位置风电场所处的地形为α1、风电场间距离为α2，并设a为风速或功率空间相关的可能地形集合、b为风电场之间距离的限值，则当空间特征满足以下条件时认为风电场为空间相关：α1∈a∩α2≤b(1)。进一步而言，所述时间特征是时效窗口内风向一致持续时间与风在两个风电场间传播时间的比值α3；所述气象特征为根据时效窗口内的数据统计得到的区间变量特征，包括主导风向α4、风向角范围α5、气压差异α6、温度差异α7和上游风速α8。进一步而言，所述步骤3)具体包括以下步骤：3-1)判断步骤2)获得的时间特征和气象特征是否满足以下条件：时间特征应满足两个风电场风向一致的持续时间应不小于风在风电场之间传播的时间，即α3≥1(2)气象特征应满足两个风电场的主导风向应属于满足条件的主导风向集合且风向角、气压和温度差异满足取值要求，即α4∈c∩d1≤|α5|≤d2∩e1≤|α6|≤e2∩f1≤|α7|≤f2(3)其中，c为满足条件的主导风向集合，(d1,d2)为风向角取值范围，(e1,e2)为气压差异取值范围，(f1,f2)为温度差异取值范围；3-2)若时效窗口内风电功率时间序列的时间特征和气象特征满足上述条件，则进一步根据时效窗口内的上游风速和功率形态划分子集，划分的判断条件如下：条件1：α8<g1，表明上游风速过小，当风传播到至下游时下游风速小于切入风速；条件2：g1≤α8<g2，表明上游风速足够大，但小于额定风速，此时上游的风传播至下游足以使下游风电场发电，但两个风电场均未满发；条件3：g2≤α8<g3，表明上游风电场满发，但风传播至下游时不足以使下游风电场满发；条件4：α8≥g3，表明上游风电场满发，且风传播至下游时亦能使下游风电场满发；条件5：风电功率时间序列为平稳序列；条件6：风电功率时间序列为非平稳序列；其中，g1，g2和g3为上游风速的不同限值，g2取为额定风速，g1表示为风传播到至下游时能够使下游风速等于切入风速的上游风速限值，g3表示风传播至下游时能够使下游风电场满发的上游风速限值；根据上述判断条件划分子集的标准如下：子集S1：满足条件1；子集S2：满足条件4；子集S3：同时满足条件2和条件5；子集S4：除了子集S1、S2和S3外的其它情况。进一步而言，所述步骤4)具体为：对于子集S1，采用传统风电时序功率预测方法预测下游风电场的功率；对于子集S2，预测功率为下游风电场的装机容量，并考虑机组实际运行状态对预测功率进行修正；对于子集S3，利用参考风电场和目标风电场功率的关联性建立目标风电场的功率预测模型，所述功率预测模型根据满足特征条件的历史功率数据以及目标风电场相对于参考风电场的功率变化系数函数和目标时刻相对于参考时刻的时延函数确定目标风电场在目标时刻的预测功率；对于子集S4，利用参考风电场和目标风电场风速的关联性建立目标风电场的风速预测模型，所述风速预测模型根据满足特征条件的历史风速数据以及目标风电场相对于参考风电场的风速变化系数函数和目标时刻相对于参考时刻的时延函数确定目标风电场在目标时刻的预测风速，再根据风速-功率曲线计算得到目标风电场在目标时刻的预测功率。进一步而言，所述步骤5)具体包括以下步骤：5-1)从临近实测数据中提取用于目标风电场功率预测的参考风电场功率和气象数据；5-2)根据步骤5-1)中获得的参考风电场功率和气象数据以及未来时间目标风电场的气象预报信息，在线计算空间相关特征，通过特征匹配识别所属的子集，若识别失败，则采用传统风电时序功率预测方法进行预测；5-3)对于匹配成功的子集，调用该子集对应的功率预测模型预测目标风电场功率。本专利技术的有益效果如下：本专利技术充分考虑了不同位置风电功率的空间相关特征与规律，通过离线建模和在线识别的方式进行风电场超短期风电功率预测。该方法能够有效提高风电空间相关功率预测方法的强壮性，并可以作为传统时序预测方法的有效补充，与传统方法相互校验，提升预测精度。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图。图2为实施例一中风电场的位置关系。具体实施方式下面参照附图并结合实例对本专利技术作进一步详细描述。但是本专利技术不限于所给出的例子。实施例1：本专利技术的一个实施例，选择风电场D和X作为预测对象。其中，风电场D容量为300MW，风电场X容量为201MW。两个风电场的位置关系如图2所示，位于南山和北山构成的走廊，地形为东西走向的狭长平地，东西长约1000km，南北宽百余公里，风电场间距离约为45km，风电场连线方向基本为东西向。本实施例的预测方法，其步骤如图1所示，主要包括空间相关识别、提取空间相关特征、划分特征子集、进行功率预测离线建模以及在线特征计算及特征匹配、最后进行功率预测这几个步骤。具体而言，步骤1为空间相关识别步骤，是根据空间特征判断风电场是否空间相关，当两个处于不同位置的风电场满足空间相关地形条件且距离不大时认为风电场为空间相关。设两个处于不同位置风电场所处的地形为α1、风电场间距离为α2，并设a为风速或功率空间相关的可能地形集合、b为风电场之间距离的限值，则当空间特征满足以下条件时认为风电场为空间相关：α1∈a∩α2≤b(1)。本实施例中，风电场D和X满足上述条件，故为空间相关的风电场。步骤2为提取空间相关特征步骤，是对空间相关的风电场，从以往历史数据中抽取风电场在时效窗口内风电功率时间序列的空间相关特征，所述空间相关特征包括时间特征和气象特征。时间特征是时效窗口内风向一致持续时间与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间相关特征的超短期风电功率预测方法，其特征在于包括如下步骤：1)根据空间特征判断风电场是否空间相关，当两个处于不同位置的风电场满足空间相关地形条件且距离不大时认为风电场为空间相关；2)对空间相关的风电场，从以往历史数据中抽取风电场在时效窗口内风电功率时间序列的空间相关特征，所述空间相关特征包括时间特征和气象特征；3)根据步骤2)获得的空间相关特征划分特征子集；4)根据特征子集的类型进行相应功率预测离线建模；5)根据功率预测模型，预测目标风电场功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间相关特征的超短期风电功率预测方法，其特征在于包括如下步骤：1)根据空间特征判断风电场是否空间相关，当两个处于不同位置的风电场满足空间相关地形条件且距离不大时认为风电场为空间相关；2)对空间相关的风电场，从以往历史数据中抽取风电场在时效窗口内风电功率时间序列的空间相关特征，所述空间相关特征包括时间特征和气象特征；3)根据步骤2)获得的空间相关特征划分特征子集；4)根据特征子集的类型进行相应功率预测离线建模；5)根据功率预测模型，预测目标风电场功率。2.根据权利要求1所述的基于空间相关特征的超短期风电功率预测方法，其特征在于，所述步骤1)中，设两个处于不同位置风电场所处的地形为α1、风电场间距离为α2，并设a为风速或功率空间相关的可能地形集合、b为风电场之间距离的限值，则当空间特征满足以下条件时认为风电场为空间相关：α1∈a∩α2≤b(1)。3.根据权利要求1所述的基于空间相关特征的超短期风电功率预测方法，其特征在于，所述时间特征是时效窗口内风向一致持续时间与风在两个风电场间传播时间的比值α3；所述气象特征为根据时效窗口内的数据统计得到的区间变量特征，包括主导风向α4、风向角范围α5、气压差异α6、温度差异α7和上游风速α8。4.根据权利要求3所述的基于空间相关特征的超短期风电功率预测方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括以下步骤：3-1)判断步骤2)获得的时间特征和气象特征是否满足以下条件：时间特征应满足两个风电场风向一致的持续时间应不小于风在风电场之间传播的时间，即α3≥1(2)气象特征应满足两个风电场的主导风向应属于满足条件的主导风向集合且风向角、气压和温度差异满足取值要求，即α4∈c∩d1≤|α5|≤d2∩e1≤|α6|≤e2∩f1≤|α7|≤f2(3)其中，c为满足条件的主导风向集合，(d1,d2)为风向角取值范围，(e1,e2)为气压差异取值范围，(f1,f2)为温度差异取值范围；3-2)若时效窗口内风电功率时间序列的时间特征和气象特征满足上述条件，则进一步根据时效窗口内的上游风速和功率形态划分子集，划分的判断条件如下：条件1：α8<g1，表明上游风速过小，当风传播到至下游时下游风速小于切入风速；条件2：g1≤α8<g2，表明上游风速足够大，但小于额定风...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛禹胜，陈宁，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32