一种基于天气预报的风电出力区域复合计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于天气预报的风电出力区域复合计算方法及系统，其中方法包括：风场数据处理及区域复合模型初始化，包括：对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据；基于指定高度的风场数据，生成全国盛行风向网络；设置风电场内部风机排布结构；计算考虑尾流效应的单一风电场的输出功率；对区域内的风电场分布地点进行配置；建立区域复合模型，包括：基于边界条件计算配置后的区域平均风电出力；基于历史概率天气预报以及区域平均风电出力计算风电出力的置信区间；基于未来天气预报，通过所述区域复合模型计算风电出力及其置信区间

【技术实现步骤摘要】
一种基于天气预报的风电出力区域复合计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及风电功率预测及出力特征分析
，更具体地，涉及一种基于天气预报的风电出力区域复合计算方法及系统
。

技术介绍

[0002]中国风能资源丰富，风电装机容量和发电量在清洁能源电力中均位列第二
(
仅次于水电
)
，而在省级尺度上，共有
13
个省级行政区风电装机量或发电量居可再生能源电力之首
。
然而，风电受制于天气条件，其发电功率并不稳定，不同天气状况对风电出力的影响也存在差异，尤其是区域性极端天气事件常常造成大面积风电出力波动
。
我国未来风电占比将进一步提升，与之相伴，风电出力的波动范围和不确定性也将增加，预测不同天气条件下省际风电出力的变化情况至关重要
。
[0003]风力发电的理论基础是将空气运动的动能转化为电能，单位体积内的风能与空气密度成正比
、
与风速的3次方成正比，但空气密度与风速还受到多种天气素的影响，实际转化为电力的风能还与风机参数
、
风电场结构等有关
。
[0004]目前研究天气影响风电出力的方法主要包括两种：一是利用历史时段气象数据和实测的出力数据，对比分析不同天气类型下风电出力的变化情况，如现有技术
1(
中国专利授权公告号
CN115994624A)
，公布了一种基于气象数据的风电功率预测系统及方法，现有技术1通过判断实时气象数据与历史气象数据的接近程度，选取历史相似天气型所对应的风电功率来预估未来时段的风电功率；二是利用短期天气预报预测气象条件变化，再建立风电功率对气象要素的响应模型，建模方法有基于遗传算法优化神经网络
(
中国专利授权公告号
CN105447572A)、
高斯回归算法与差分延迟算子相结合的两阶段动态优化
(
中国专利授权公告号
CN109190845A)
等
。
[0005]然而，目前研究天气影响风电出力的两种方法多以特定的风电场或较小的区域为案例开展，重点关注单一风电场内的优化布局，尚不能解决中国省际区域风电功率受天气影响的综合评估和区域差异问题，而将独立的风电功率对气象要素响应模型运用在较大区域时不仅需要考虑实际风电场所处的位置，还需根据各地盛行风向
(
即各地出现频率最多的风向
)
的特点考虑风电场的排布朝向，这也是现有技术中缺少的环节，此外，目前的数值天气预报采用多模式集成预报的方法，预报结果不是单一的确定量而是一定区间范围内的概率值，称为概率天气预报，但是天气预报的概率范围与风电出力置信区间的关系也尚不明确
。
因此，需要一种技术，在考虑概率天气预报不确定区间范围的基础上构建风场变化影响风电出力的区域复合模型，以实现省域平均风电输出功率和置信度的预测
。

技术实现思路

[0006]本专利技术技术方案提供一种基于天气预报的风电出力区域复合计算方法及系统，以解决如何考虑盛行风方向和概率天气预报的风电出力区域复合模型，根据各地盛行风向的特点考虑区域内风电场的排布朝向，对区域风电功率进行预测，也可用于研究复杂天气与
风电出力关系的区域差异
。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于天气预报的风电出力区域复合计算方法，所述方法包括：
[0008]风场数据处理及区域复合模型初始化，包括：对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据；基于指定高度的风场数据，生成全国盛行风向网络；设置风电场内部风机排布结构；计算考虑尾流效应的单一风电场的输出功率；对区域内的风电场分布地点进行配置；建立区域复合模型，包括：基于边界条件计算配置后的区域平均风电出力；基于历史概率天气预报以及区域平均风电出力计算风电出力的置信区间；
[0009]基于未来天气预报，通过所述区域复合模型计算风电出力及其置信区间
。
优选地，所述对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据，包括：
[0010]根据对数律对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理：
[0011][0012]其中
Z
为指定高度，
u(Z)
为指定高度
Z
处的风速，
u*
为摩擦速度常数，
K
为卡门常数，
Z0为地面粗糙长度
。
[0013]优选地，所述对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据，包括：
[0014]根据指数律对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理：
[0015][0016]其中
Z
为欲求风速的指定高度，
Z
A
为已知风速的高度，
u(Z)
和
u(Z
A
)
分别为高度
Z
和
Z
A
处的风速，
n
为赫尔曼指数
。
[0017]优选地，所述对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据，包括：
[0018]对于模拟风场数据，根据方差匹配方法向实际风场数据进行校正：
[0019]在选定的区域和校准时段内计算实测数据
O
的平均值
O
ave
和方差
O
var
，以及模拟数据
M
的平均值
M
ave
和方差
M
var
，最后依下式计算纠偏数据
M
adj
：
[0020][0021]基于所述纠偏数据
M
adj
对模拟风场数据进行纠偏
。
[0022]优选地，所述基于指定高度的风场数据，生成全国盛行风向网络，包括：
[0023]通过插值法，补充风场数据中的缺失值：
[0024]通过最近邻插值，将距离输出格点最近的输入格点的值赋给输出格点，补充输出格点的缺失值；或者
[0025]通过双线性插值，将距离输出格点最近的2×2邻点中的格点的加权平均值给输出格点，补充输出格点的缺失值；或者
[0026]通过双三次插值，将距离输出格点最近的4×4邻点中的格点的加权平均值给输出
格点，补充输出格点的缺失值
。
[0027]优选地，所述基于指定高度的风场数据，生成全国盛行风向网络，包括：
[0028]计算每个格点的风向频率分布图；基于所述风向频率分布图，采用极坐标系，将圆周按预设份数进行等份，盛行风向为统计数据时段内风向出现频率最高的方位，遍历所有格点，生成全国盛行风向网络
。
[0029]优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于天气预报的风电出力区域复合计算方法，所述方法包括：风场数据处理及区域复合模型初始化，包括：对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据；基于指定高度的风场数据，生成全国盛行风向网络；设置风电场内部风机排布结构；计算考虑尾流效应的单一风电场的输出功率；对区域内的风电场分布地点进行配置；建立区域复合模型，包括：基于边界条件计算配置后的区域平均风电出力；基于历史概率天气预报以及区域平均风电出力计算风电出力的置信区间；基于未来天气预报，通过所述区域复合模型计算风电出力及其置信区间
。2.
根据权利要求1所述的方法，所述对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据，包括：根据对数律对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理：其中
Z
为指定高度，
u(Z)
为指定高度
Z
处的风速，
u
*
为摩擦速度常数，
K
为卡门常数，
Z0为地面粗糙长度
。3.
根据权利要求1所述的方法，所述对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据，包括：根据指数律对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理：其中
Z
为欲求风速的指定高度，
Z
A
为已知风速的高度，
u(Z)
和
u(Z
A
)
分别为高度
Z
和
Z
A
处的风速，
n
为赫尔曼指数
。4.
根据权利要求1所述的方法，所述对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据，包括：对于模拟风场数据，根据方差匹配方法向实际风场数据进行校正：在选定的区域和校准时段内计算实测数据
O
的平均值
O
ave
和方差
O
var
，以及模拟数据
M
的平均值
M
ave
和方差
M
var
，最后依下式计算纠偏数据
M
adj
：基于所述纠偏数据
M
adj
对模拟风场数据进行纠偏
。5.
根据权利要求1所述的方法，所述基于指定高度的风场数据，生成全国盛行风向网络，包括：通过插值法，补充风场数据中的缺失值：通过最近邻插值，将距离输出格点最近的输入格点的值赋给输出格点，补充输出格点的缺失值；或者通过双线性插值，将距离输出格点最近的2×2邻点中的格点的加权平均值给输出格点，补充输出格点的缺失值；或者通过双三次插值，将距离输出格点最近的4×4邻点中的格点的加权平均值给输出格点，补充输出格点的缺失值
。
6.
根据权利要求1所述的方法，所述基于指定高度的风场数据，生成全国盛行风向网络，包括：计算每个格点的风向频率分布图；基于所述风向频率分布图，采用极坐标系，将圆周按预设份数进行等份，盛行风向为统计数据时段内风向出现频率最高的方位，遍历所有格点，生成全国盛行风向网络
。7.
根据权利要求1所述的方法，还包括：基于双权重平均法，计算计算配置后的区域平均风电出力：均风电出力：其中
P
i
为区域内第
i
个风电场的出力归一化值，
w
i
为对应的权重系数，
c
为常数，
S
为绝对中位差，是对样本偏差的一种鲁棒性测量：
S
＝
median{|P
i
‑
P
*
|}
利用区域风力出力的中位数计算
P*
作为初始值开始迭代计算，直至达到预设的收敛条件
。8.
一种基于天气预报的风电出力区域复合计算系统，所述系统包括：初始单元，用于：对全国近地面风场高分辨率格网化风场数据进行处理，获取指定高度的风场数据；基于指定高度的风场数据，生成全国盛行风向网络；设置风电场内部风机排布结构；计算考虑尾流效应的单一风电场的输出功率；对区域内的风电...

【专利技术属性】
技术研发人员：白婕，秦晓辉，许彦平，施浩波，赵明欣，丁保迪，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：