一种风电场时空动态相关性建模的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风电场时空动态相关性建模的方法和系统，通过构造描述风速与风力发电机有功出力之间的时空动态相关性的混合Copula函数，并根据风电场的历史实测风速样本，获取混合Copula函数中各个子Copula函数的参数估计值和相应的权重系数；通过所构造的混合Copula函数以及风速与风力发电机输出功率的关系，获取具有相关性的风电输出分布函数，能够更准确地描述风电场的风速与风力发电机输出功率的时空动态相关性，提高了与风电场实际风速的匹配度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种风电场时空动态相关性建模的方法和系统。
技术介绍
风力发电由于技术成熟、经济性好成为近年来发展最快的可再生能源之一。截止2015年，我国投入运行的风电装机容量达到1亿千瓦，风电年均发电量占全国总发电量中的比例超过3％，达到1900亿千瓦时。目前我国风电主要采取集中大规模开发方式，其中河北、蒙东、蒙西、甘肃酒泉、吉林、江苏沿海和山东沿海等大型风电基地所在地区风电装机容量达到7900万千瓦，海上风电装机容量达到500万千瓦。然而在风电基地内，由于地理位置的接近，处于同一风带，使得临近风电场的风速具有一定的相关性，当具有较强的风速相关性时，风电场间出力同增同减特性明显将对电力系统运行造成一定的隐患，运行人员常常以一定的经济代价来缓解电力系统运行压力；而当风速具有负相关性时，风电场间出力互补特性明显会减缓电力系统的运行压力和风险。因此，不能将风电基地内的风电场看作独立的个体，必须建立其相关性模型。在下列四篇文献中：[1]LiX,DuDJ,PeiJX,etal.ProbabilisticloadflowcalculationwithLatinhypercubesamplingappliedtogrid-connectedinductionwindpowersystem[J].TransactionsoftheInstituteofMeasurementandControl,2013,35(1):56-65.[2]邓威,李欣然,徐振华,等.考虑风速相关性的概率潮流计算及影响分析[J].电网技术,2012,36(4):45-50.[3]杨洪明,王爽,易德鑫,等.考虑多风电场出力相关性的电力系统随机优化调度[J].电力自动化设备,2013,33(1):114-120.[4]李俊芳,张步涵,刘怡芳,等.考虑随机变量相关性的交流概率潮流风险评估[J].高电压技术,2010,36(2):519-524.文献[1]基于蒙特卡罗模拟法MCSM进行随机潮流计算，仅仅考虑了风速的随机特性，风速之间如何关联，并未深入探讨。文献[2]考虑了风电场的风速相关性，但并未深入论述风速的相关结构，只是假设风速之间存在线性相关。文献[3-4]针对风速之间相关结构的复杂性，引入Copula函数，但只是根据经验公式，选取某一种Copula函数进行描述。如：文献[3]采用GumbelCopula函数，只能反映风速的上尾特性，不能体现风速的下尾特性；文献[4]采用正态Copula函数，只适用于描述风速的对称相关特性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一至少在于，针对上述现有技术存在的问题，提供一种风电场时空动态相关性建模的方法和系统，能够更准确地描述风电场的风速与风力发电机输出功率的时空动态相关性，提高了与风电场实际风速的匹配度。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种风电场时空动态相关性建模的方法，包括以下步骤：根据风电场的历史实测风速样本，获取风速的第一参数概率密度函数；根据风速与风力发电机输出功率的关系函数，获取风力发电机有功出力的概率密度函数；构造描述风速与风力发电机有功出力之间的时空动态相关性的混合Copula函数，并根据风电场的历史实测风速样本，获取混合Copula函数中各个子Copula函数的参数估计值和相应的权重系数；通过所构造的混合Copula函数以及风速与风力发电机输出功率的关系，获取具有相关性的风电输出分布函数。优选地，所述第一参数概率密度函数为：Weibull分布、Raylcigh分布、Γ分布、或者Gumbel分布概率密度函数。优选地，当所述第一参数概率密度函数为Weibull分布时，第一参数概率密度函数其中：v为风速，k为Weibull分布的形状参数，反映风速分布的特点；c为Weibull分布的尺度参数，反映风电场所在地区平均风速的大小。优选地，所述风速v与风力发电机输出功率Pw的关系函数为：其中，Pr为风力发电机的额定功率；vci为切入风速；vr为额定风速；vco为切出风速。优选地，所述风力发电机有功出力的概率密度函数优选地，其特征在于，所述混合Copula函数其中，Ci(u1,u2,···,un,θi)为子Copula函数，θi为参数估计值；ωi为相应的权重系数，ωi∈[0,1]且n为子Copula函数的个数。优选地，所述子Copula函数的个数n为3，相应的C1,C2,C3分别为GumbelCopula函数、FrankCopula函数、Clayton函数。优选地，所述风电场的历史实测风速样本为预设天数内的每一天同一时段的风速样本。一种风电场时空动态相关性建模的系统，包括通过网络连接的：样本存储模块，用于存储历史实测风速样本；概率分布计算模块，用于根据风电场的历史实测风速样本，获取风速的第一参数概率密度函数；根据风速与风力发电机输出功率的关系，获取风力发电机有功出力的概率密度函数；混合Copula函数构造模块，用于构造描述风速与风力发电机有功出力之间的时空动态相关性的混合Copula函数，并根据风电场的历史实测风速样本，获取混合Copula函数中各个子Copula函数的参数估计值和相应的权重系数；以及概率分布模型建立模块，用于通过所构造的混合Copula函数以及风速与风力发电机输出功率的关系，获取具有相关性的风电输出分布函数，以描述风电场的风电功率相关性。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：构造描述风速与风力发电机有功出力之间的时空动态相关性的混合Copula函数，并根据风电场的历史实测风速样本，获取混合Copula函数中各个子Copula函数的参数估计值和相应的权重系数；通过所构造的混合Copula函数以及风速与风力发电机输出功率的关系，获取具有相关性的风电输出分布函数，能够更准确地描述风电场的风速与风力发电机输出功率的时空动态相关性，提高了与风电场实际风速的匹配度。附图说明图1是本专利技术一实施例提供的一种风电场时空动态相关性建模的方法的流程图；图2是本专利技术一实施例提供的风力发电机出力与风速的关系函数曲线；图3是本专利技术一实施例提供的一种风电场时空动态相关性建模的系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，以使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一通过风速的概率分布模型，结合风速和风力发电机输出功率的关系，得到风力发电机出力的概率分布模型，从而确定风电场的风电随机模型。如图1所示，本专利技术实施例一公开的风电场时空动态相关性建模的方法包括以下步骤：步骤101：根据风电场的历史实测风速样本，获取风速的第一参数概率密度函数风速的概率分布模型是风能资源分析的基础，近年来已有大量文献对风速的概率分布进行研究，采用不同的理论分布对风速进行拟合，主要的理论分布有：威布尔(Weibull)分布、瑞利(Raylcigh)分布、Γ(Gamma)分布及耿贝(Gumbel)分布等。其中威布尔(Weibull)分布常被用于风能计算中，不仅形式简单且与实际风速分布能较好的拟合。本专利技术采用二参数威布尔(Weibull)分布描述风速的随机性。二参数威布尔(Weib本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电场时空动态相关性建模的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据风电场的历史实测风速样本，获取风速的第一参数概率密度函数；根据风速与风力发电机输出功率的关系函数，获取风力发电机有功出力的概率密度函数；构造描述风速与风力发电机有功出力之间的时空动态相关性的混合Copula函数，并根据风电场的历史实测风速样本，获取混合Copula函数中各个子Copula函数的参数估计值和相应的权重系数；通过所构造的混合Copula函数以及风速与风力发电机输出功率的关系，获取具有相关性的风电输出分布函数。

【技术特征摘要】
1.一种风电场时空动态相关性建模的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据风电场的历史实测风速样本，获取风速的第一参数概率密度函数；根据风速与风力发电机输出功率的关系函数，获取风力发电机有功出力的概率密度函数；构造描述风速与风力发电机有功出力之间的时空动态相关性的混合Copula函数，并根据风电场的历史实测风速样本，获取混合Copula函数中各个子Copula函数的参数估计值和相应的权重系数；通过所构造的混合Copula函数以及风速与风力发电机输出功率的关系，获取具有相关性的风电输出分布函数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一参数概率密度函数为：Weibull分布、Raylcigh分布、Γ分布、或者Gumbel分布概率密度函数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一参数概率密度函数为Weibull分布时，第一参数概率密度函数其中：v为风速，k为Weibull分布的形状参数，反映风速分布的特点；c为Weibull分布的尺度参数，反映风电场所在地区平均风速的大小。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风速v与风力发电机输出功率Pw的关系函数为：其中，Pr为风力发电机的额定功率；vci为切入风速；vr为额定风速；vco为切出风速。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述风力发电机有功出力的概率密度函数6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李茜，何豪，张安安，林钰，曾蕊，张珂嘉，张阳，李中云，左芸裴，葛茗瑞，陈位发，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51