一种长时间尺度光伏出力时间序列建模方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种长时间尺度光伏出力时间序列建模方法和装置，包括：采集光伏电站的历史数据，选取时间长度为1年且时间分辨率为15min的光伏出力；从气象站获取光伏出力对应的各日天气类型，分别计算各天气之间的转移概率；生成预设时间尺度内光伏出力的模拟时间序列并验证其有效性。该方法可以根据不同需求获取年度、月度符合光伏时序随机波动规律的模拟时间序列，为含大规模新能源的时序生产模拟仿真提供有利条件和数据支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种建模方法和装置，具体涉及一种长时间尺度光伏出力时间序列建模方法和装置。
技术介绍
光伏发电是继风电后具有最大潜力和应用价值的可再生能源技术，在我国一系列配套政策支持下，光伏发电发展迅速。随着光伏发电占整个电力系统电源比重的增加，深刻认识光伏出力本身所具有的特性规律可以准确把握光伏并网对电力系统的影响，使电力系统可以更有效地解决光伏接入难题。现有的天气模拟技术仅能实现光伏的年/月电量预测，无法实现长时间尺度的功率预测，不能直接得到可用于电力系统时序生产模拟仿真的时间序列，因此需要对光伏出力时间序列进行建模，以准确把握光伏发电出力变化规律，为含大规模新能源的时序生产模拟仿真、年度新能源消纳能力分析、年度计划制定提供必不可少的基础数据。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术提供一种长时间尺度光伏出力时间序列建模方法，通过分析光伏出力时间序列的特性，并采用马尔科夫链模拟各类天气的转移过程，获取转移概率，来生成模拟光伏序列,为构造未来光伏出力场景提出了新的方法。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种长时间尺度光伏出力时间序列的建模方法，所述方法包括：(1)采集光伏电站的历史数据，选取时间长度为1年且时间分辨率为15min的光伏出力；(2)从气象站获取光伏出力对应的各日天气类型，包括晴天、多云、阴天和变化天气；(3)分别计算各类天气之间的转移概率；(4)生成预设时间内尺度光伏出力的模拟时间序列；(5)验证所述模拟时间序列的有效性。优选的，所述步骤(3)包括：采用马尔科夫链模拟各类天气的转移过程，获取各天气类型之间的转移概率，其表达式为：式(1)中，Pk为晴天转移为其他天气类型的概率；k表示天气类型，Nk为转移次数；N1为出现晴天天气的次数。进一步地，利用所述晴天转移其他天气类型的概率计算方法，依次获得其他天气类型之间的转移概率。优选的，所述步骤(4)包括：根据所述各天气类型之间的转移概率，序贯随机抽取预设时间尺度内的天气类型以及对应的相对出力；并计算相对出力与预定阈值的乘积，生成光伏出力的模拟时间序列；所述模拟时间序列为曲线图，用于反映多时间尺度光伏出力的概率分布特征、自相关特征和短时波动特征的变化；所述短时波动特征为：时间尺度为t时，光伏出力的最大概率分布特征，15min≤t≤60min；所述最大概率分布特征为该时间尺度t内最大出力与最小出力的差值；所述最大出力出现在最小出力之后，则差值为正，若出现在所述最小出力之前，则差值为负。优选的，所述步骤(5)中验证模拟时间序列的有效性包括：5-1分别定义模拟时间序列的概率分布特征Cf、短时波动特征Cd和自相关特征Cr；5-2采用各项特征的均方根误差RMSE，定量评价时间序列的有效性，其表达式为：其中，为单位向量，表示模拟时间序列各项特征的函数值；yi表示与模拟时间序列各项特征相对应的历史时间序列各项特征函数值；n为时间序列各项特征函数值集合的长度,所述RMSE小于ε，其取值范围为0.1～0.2。一种长时间尺度光伏出力时间序列的建模装置，其特征在于，所述装置包括：数据采集单元，用于采集光伏电站的历史数据，选取时间长度为1年且时间分辨率为15min的光伏出力；获取单元，用于从气象站获取光伏出力对应的各日天气类型，包括晴天、多云、阴天和变化天气；处理单元，用于分别计算各类天气之间的转移概率；生成单元，用于生成预设时间尺度光伏出力的模拟时间序列；评估单元，用于验证模拟时间序列的有效性。与现有技术比，本专利技术达到的有益效果是：本文提出一种长时间尺度光伏出力时间序列建模方法和装置，采用马尔科夫链模拟各类天气的转移过程，计算天气类型间的转移概率；模拟了光伏的随机性与波动性等不确定性特点，构造结果相比其它方法更符合光伏出力特性，真实准确地表征了光伏的未来出力情况。可以根据需求产生年度、月度符合光伏时序随机波动规律的光伏出力模拟时间序列，为含大规模新能源的时序生产模拟仿真、年度新能源消纳能力分析、年度计划制定提供必不可少的基础数据。附图说明图1是本专利技术提供的一种长时间尺度光伏出力时间序列建模方法流程图；图2是本专利技术提供的历史时间序列与模拟时间序列的参数对比示意图；其中，(a)为概率分布示意图；(b)为15min概率分布示意图；(c)为60min概率分布示意图；(d)为自相关系数对比示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。如图1所示，一种长时间尺度光伏出力时间序列的建模方法，所述方法包括：(1)采集光伏电站的历史数据，选取时间长度为1年且时间分辨率为15min的光伏出力；(2)从气象站获取光伏出力对应的各日天气类型，包括晴天、多云、阴天和变化天气；(3)分别计算各类天气之间的转移概率；采用马尔科夫链模拟各类天气的转移过程，获取各天气类型之间的转移概率，其表达式为：式(1)中，Pk为晴天转移为其他天气类型的概率；k表示天气类型，Nk为转移次数；N1为出现晴天天气的次数。利用所述晴天转移其他天气类型的概率计算方法，依次获得其他天气类型之间的转移概率。例如计算多云天气转移其他天气类型的概率，其表达式为：式中，下标为1的为多云天气类型，下标为2的为晴天天气类型，下标为3的为阴天天气类型，下标为4的为变化天气类型；P(1-1)、P(1-2)、P(1-3)、P(1-4)分别表示多云天气转移到其他天气类型的概率，N(1-1)、N(1-2)、N(1-3)、N(1-4)分别表示多云转移到其他天气类型的次数，N(1)表示出现多云天气类型的次数，同理可计算阴天和变化天气的转移概率。(4)生成预设时间内尺度光伏出力的模拟时间序列；根据所述各天气类型之间的转移概率，序贯随机抽取预设时间尺度内的天气类型以及对应的相对出力；并计算相对出力与预定阈值的乘积，生成光伏出力的模拟时间序列；所述预定阈值是根据历史光伏数据和历史时间序列为参考依据，自定义设定的标准值；所述模拟时间序列为曲线图，用于反映多时间尺度光伏出力的概率分布特征(probabilitydensityfunction，PDF)、自相关特征(autocorrelationfunction，ACF)和短时波动特征的变化；所述短时波动特征为：时间尺度为t时，光伏出力的最大概率分布特征，15min≤t≤60min；所述最大概率分布特征为该时间尺度t内最大出力与最小出力的差值；所述最大出力出现在最小出力之后，则差值为正，若出现在所述最小出力之前，则差值为负。(5)验证所述模拟时间序列的有效性。如图2所示，5-1分别定义模拟时间序列的概率分布特征Cf、短时波动特征Cd和自相关特征Cr；5-2采用各项特征的均方根误差RMSE，定量评价时间序列的有效性，其表达式为：其中，为单位向量，表示模拟时间序列各项特征的函数值；yi表示与模拟时间序列各项特征相对应的历史时间序列各项特征函数值；n为时间序列各项特征函数值集合的长度,所述RMSE小于ε，其取值范围为0.1～0.2。如图2中(a)所示，当时，表示模拟时间序列的概率分布特征函数值，此时yi表示与模拟时间序列概率分布特征相对应的历史时间序列概率分布特征函数值；如图2中(b)和(c)所示,当时，表示模拟时间序列的短时波动特征函数值，此时yi表示与模拟时间序列短时波动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长时间尺度光伏出力时间序列的建模方法，其特征在于，所述方法包括：(1)采集光伏电站的历史数据，选取时间长度为1年且时间分辨率为15min的光伏出力；(2)从气象站获取光伏出力对应的各日天气类型，包括晴天、多云、阴天和变化天气；(3)分别计算各类天气之间的转移概率；(4)生成预设时间尺度内光伏出力的模拟时间序列；(5)验证所生成模拟时间序列的有效性。

【技术特征摘要】
1.一种长时间尺度光伏出力时间序列的建模方法，其特征在于，所述方法包括：(1)采集光伏电站的历史数据，选取时间长度为1年且时间分辨率为15min的光伏出力；(2)从气象站获取光伏出力对应的各日天气类型，包括晴天、多云、阴天和变化天气；(3)分别计算各类天气之间的转移概率；(4)生成预设时间尺度内光伏出力的模拟时间序列；(5)验证所生成模拟时间序列的有效性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：采用马尔科夫链模拟各类天气的转移过程，获取各天气类型之间的转移概率，其表达式为：Pk=NkN1---(1)]]>式(1)中，Pk为晴天转移为其他天气类型的概率；k表示天气类型，Nk为转移次数；N1为出现晴天天气的次数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述晴天转移其他天气类型的概率计算方法，依次获得其他天气类型之间的转移概率。4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：根据所述各天气类型之间的转移概率，序贯随机抽取预设时间尺度内的天气类型以及对应的相对出力；并计算相对出力与预定阈值的乘积，生成光伏出力的模拟时间序列；所述模拟时间序列为曲线图，用于反映多时间尺度光伏出力的概率分布特征、自相关特征和短时波动特征的变化；所述短时波动特征为：时间尺度为t时，光伏出力...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟胜，刘纯，李驰，黄越辉，王跃峰，董存，刘德伟，张楠，礼晓飞，高云峰，马烁，许晓艳，许彦平，潘霄锋，李丽，王江元，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，中电普瑞张北风电研究检测有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11