一种基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法技术方案

在平滑海上风电场出力波动的应用场景下，本发明专利技术提出一种基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法。该方法首先基于小波包分解算法对海上风电出力数据处理得到储能系统每日运行曲线，针对模糊C均值(fuzzy c

【技术实现步骤摘要】
一种基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法


[0001]本专利技术涉及一种基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法，属于海上风电场储能配置领域。
技术背景
[0002]随着能源危机和环境污染问题的日渐凸显，各国政府都在积极推动发展新能源产业。其中，我国海上风电发展规模正呈现爆发式增长态势，截止2019年年底，我国海上风电装机规模已达到了684万kW。海上风电出力的随机性、波动性较大，导致系统的供需不平衡，使得出现弃风限电现象。而海上风电场配建储能装置能有效平滑海上风电出力波动，提升海上风电的可控性和可调性。目前储能造价较为昂贵，且海上风电由于自身特性使得其自身度电成本较陆上风电更高。在考虑海上风电场的出力平滑效果和经济性因素基础上，如何对储能系统合理优化配置是提高海上风电消纳能力的关键问题之一。
[0003]目前，国内有很多新能源配建储能的示范应用项目，用于平滑新能源出力波动的储能设施一般选用电化学储能。电化学储能具有能量密度大、响应速度快等优点，有助于平滑海上风电出力波动，但同时存在寿命短、成本高等缺点，造成储能系统的造价较高，因此需要从海上风电平滑效果和经济性角度出发，合理配置海上风电场的储能容量和功率。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，从海上风电平滑效果和经济性角度出发，如何利用海上风电场处理数据，合理配置海上风电场的储能容量和功率。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法,包括如下步骤：
[0006](1)输入海上风电场全年出力数据；
[0007](2)基于自适应小波包分解法求解储能系统全年出力曲线；
[0008](3)储能出力曲线进行归一化；
[0009](4)求取储能系统各个时刻的出力频率分布曲线；
[0010](5)计算云模型分布函数；
[0011](6)更新频率分布函数；
[0012](7)求取一条初始聚类中心曲线；
[0013](8)求取初始聚类中心；
[0014](9)FCM算法参数初始化；
[0015](10)根据阈值判断FCM算法是否停止迭代；
[0016](11)提取k条典型聚类曲线，代入储能配置模型进行求解，输出储能系统所需配置功率和容量。
[0017]作为优选，所述的步骤(2)所述的基于自适应小波包分解法求解储能系统全年出
力曲线方法，具体表述为：
[0018]依据我国现行国家标准规定的正常运行情况下风电场接入电网有功功率变化最大限值建立海上风电场目标出力并网波动允许范围指标，然后基于小波包分解法处理海上风电出力曲线。逐步增加分解层数n，当海上风电输出功率低频分量P
n,0
满足风电并网波动允许范围指标时，停止分解。此时分解层数n0为小波包分解最优分解层数，海上风电场输出功率经过n0层小波包分解后的低频信号分量即为海上风电场的目标出力P
O
，储能系统的出力P
S
即为海上风电场的输出功率P与目标出力之差。海上风电场的输出功率P、目标出力P
O
和储能系统的出力P
S
满足如下关系：
[0019][0020]作为优选，所述的步骤(3)所述的储能出力曲线进行归一化，具体表述为：
[0021]分别求出储能系统365条出力曲线在各个时刻的出力绝对值最大值p
max
＝{p
1,max
,p
2,max
,
…
p
s,max
}，其中p
h,max
(h＝1,2,
…
s)为t时刻储能出365个数值的绝对值最大值。令p
max
为标准化因子，则第i天储能出力曲线t时刻的出力p
jt
经归一化后值为p
jt,pu
＝p
jt
/p
t,max
，故p
jh,pu
∈[
‑
1,1]，经归一化后的储能出力曲线集合为P
pu
＝{p
1,pu
,p
2,pu
,
…
,p
365,pu
}。
[0022]作为优选，所述的步骤(4)所述的求取储能系统各个时刻的出力频率分布曲线方法，具体表述为：
[0023]根据归一化后的储能系统处理数据P
pu
得到储能系统各个时刻的出力，得到共计s条储能出力频率分布曲线F，F＝{f1(x),f2(x),
…
,f
s
(x)}，其中t时刻的储能出力频率分布曲线为f
t
(x)。
[0024]作为优选，所述的步骤(5)所述的计算云模型分布函数，具体表述为：
[0025]由云滴的期望Ex和熵En可以确定具有正态分布形式的云期望曲线方程：
[0026][0027]令t＝1，在曲线f
h
(x)上寻求最大值，记为F
kt
，此时F
kh
所对应的横坐标即为云模型的期望E
x1
。求出最大值F
kh
两侧相邻波谷位置所对应的横坐标值，分别记为x1、x2，令X＝min{|E
x1
‑
x1|,|x2
‑
E
x1
|}。采用曲线f
t
(x)在区间(E
x1
‑
X,E
x1
+X)上的数据点作为云模型的输入，用逆向云发生器算法得出云模型的期望、熵和超熵，然后云期望曲线方程计算出云模型分布函数。
[0028]作为优选，所述的步骤(6)所述的更新频率分布函数，具体表述为：
[0029]用储能出力频率分布曲线f
t
(x)减去步骤(5)得到的云模型分布函数，得出更新后的频率分布函数。
[0030]作为优选，所述的步骤(7)所述的求取一条初始聚类中心曲线，具体表述为：
[0031]逐步增大t值，对曲线F
kt
进行分析，直至遍历全天所有时刻，此时得到的期望集合E1＝[E
x1
,E
x2
,
…
,E
xs
]，即为第一个初始聚类中心。
[0032]作为优选，所述的步骤(8)所述的求取初始聚类中心，具体表述为：
[0033]判断频率分布曲线峰值是否小于频率阈值，若否，令k＝k+1,重复步骤(5)、(6)和(7)，得到期望集合E
k
；若频率分布曲线峰值小于频率阈值，此时得到的k条期望曲线集合C
＝{E1,E2,
…
,E
k
}即为初始聚类中心。
[0034]作为优选，所述的步骤(9)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，输入海上风电场全年出力数据；步骤2，基于自适应小波包分解法求解储能系统全年出力曲线；步骤3，储能出力曲线进行归一化；步骤4，求取储能系统各个时刻的出力频率分布曲线；步骤5，计算云模型分布函数；步骤6，更新频率分布函数；步骤7，求取一条初始聚类中心曲线；步骤8，求取初始聚类中心；步骤9，FCM算法参数初始化；步骤10，根据阈值判断FCM算法是否停止迭代；步骤11，提取k条典型聚类曲线，代入储能配置模型进行求解，输出储能系统所需配置功率和容量。2.根据权利要求1所述的基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法，其特征在于，步骤2所述的基于自适应小波包分解法求解储能系统全年出力曲线方法，具体表述为：依据我国现行国家标准规定的正常运行情况下风电场接入电网有功功率变化最大限值建立海上风电场目标出力并网波动允许范围指标，然后基于小波包分解法处理海上风电出力曲线，逐步增加分解层数n，当海上风电输出功率低频分量P
n,0
满足风电并网波动允许范围指标时，停止分解；此时分解层数n0为小波包分解最优分解层数，海上风电场输出功率经过n0层小波包分解后的低频信号分量即为海上风电场的目标出力P
O
，储能系统的出力P
S
即为海上风电场的输出功率P与目标出力之差，海上风电场的输出功率P、目标出力P
O
和储能系统的出力P
S
满足如下关系：3.根据权利要求1所述的基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法，其特征在于，步骤3所述的储能出力曲线进行归一化，具体表述为：分别求出储能系统365条出力曲线在各个时刻的出力绝对值最大值p
max
＝{p
1,max
,p
2,max
,
…
p
s,max
}，其中p
h,max
(h＝1,2,
…
s)为t时刻储能出365个数值的绝对值最大值；令p
max
为标准化因子，则第i天储能出力曲线t时刻的出力p
jt
经归一化后值为p
jt,pu
＝p
jt
/p
t,max
，故p
jh,pu
∈[
‑
1,1]，经归一化后的储能出力曲线集合为P
pu
＝{p
1,pu
,p
2,pu
,
…
,p
365,pu
}；步骤4所述的求取储能系统各个时刻的出力频率分布曲线方法，具体表述为：根据归一化后的储能系统处理数据P
pu
得到储能系统各个时刻的出力，得到共计s条储能出力频率分布曲线F，F＝{f1(x),f2(x),
…
,f
s
(x)}，其中t时刻的储能出力频率分布曲线为f
t
(x)。4.根据权利要求1所述的基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法，
其特征在于，步骤5所述的计算云模型分布函数，具体表述为：由云滴的期望Ex和熵En可以确定具有正态分布形式的云期望曲线方程：令t＝1，在曲线f
h
(x)上寻求最大值，记为F
kt
，此时F
kh
所对应的横坐标即为云模型的期望E
x1
；求出最大值F
kh
两侧相邻波谷位置所对应的横坐标值，分别记为x1、x2，令X＝min{|E
x1
‑
x1|,|x2
‑
E
x1
|}；采用曲线f
t
(x)在区间(E
x1
‑
X,E
x1
+X)上的数据点作为云模型的输入，用逆向云发生器算法得出云模型的期望、熵和超熵，然后云期望曲线方程计算出云模型分布函数。5.根据权利要求1所述的基于云模型和FCM算法的海上风电场储能系统优化配置方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海，姜文瑾，杨晓东，易锦桂，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：