太阳能光伏电源输出功率的时序概率建模方法技术

一种太阳能光伏电源输出功率的时序概率建模方法，属于电力系统电源输出功率的概率建模技术领域。本发明专利技术方法利用计算机，通过程序，首先输入光伏电源输出功率及日功率输出起止时刻的实测数据；再基于非参数核密度估计理论估计光伏电源日功率输出起止时刻的概率密度函数，并产生随机样本；然后，基于非参数核密度估计和条件概率理论依次估计光伏电源各时刻输出功率的概率密度函数，并产生随机样本。本发明专利技术方法具有方法简单，实用性强，估计的准确度高，通用性强，便于推广应用的特点。本发明专利技术可广泛用于电力系统中建立光伏电源输出功率的时序概率模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统电源输出功率的概率建模
，具体涉及电力系统中太阳能光伏电源(简称光伏电源)输出功率的概率建模方法。
技术介绍
电力系统中存在大量的不确定因素，如电源输出功率和负荷的随机波动、网络运行方式的改变等。近年来，随着输出功率具有随机波动性的绿色能源，如风电、太阳能光伏电源(简称光伏电源)等大规模并网运行，使得电力系统的不确定性进一步增强。因此，准确模拟光伏电源等绿色能源输出功率的概率分布特性，是评估电力系统对绿色能源的消纳能力及相关分析计算的基础，对实现电力系统节能减排、提高绿色能源利用率有着重要的现实意义。绿色能源中光伏电源是典型的间歇式绿色能源，其输出功率受太阳辐照度、温度、风速等气象条件的影响较大，因此，具有显著的不确定性。光伏电源接入电力系统后，对电力系统的规划与运行产生重要影响。为了准确评估光伏电源接入对电力系统的影响、电力系统对光伏电源的消纳能力以及光伏电源接入所带来的节能减排效益等，就必须要解决光伏电源输出功率的时序概率建模难题。现有的光伏电源输出功率的时序概率建模方法，如2011年第31卷第I期《中国电机工程学报》中“含分布式电源的地区电网动态概率潮流计算”一文，公开的方法是:首先，采用时间的正弦函数表示光伏电源输出功率随时间变化的规律性；其次，用服从某种参数分布的随机数表不各时刻光伏电源输出功率的随机性；最后，将两者结合即可实现光伏电源输出功率的时序概率模拟。但是该方法的主要缺点是:1)该方法假定光伏电源日功率输出的开始时刻和停止时刻是固定的，而该假设会带来较大误差，这是因为受太阳升落时刻等不确定因素的影响，光伏电源在一天中开始和停止输出功率的时刻是随机的、不确定的；2)该方法需要假设参数分布来模拟光伏电源输出功率的随机性，然而参数分布的选取依靠主观经验，理论依据并不充分，会带来较大的误差，而且所选参数分布并不是总能够得到令人满意的结果，也就是说，所选参数分布可能适用于某些地区光伏电源输出功率的概率建模，但并不具有普遍适用性；3)该方法认为光伏电源各时刻输出功率间的随机变化是相互独立的，未计及光伏电源各时刻输出功率之间的相关关系，不能够准确实现光伏电源各时刻输出功率及日输出电量概率分布的准确模拟。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的太阳能光伏电源输出功率时序概率建模方法的不足，提供一种，具有准确计及太阳能光伏电源(简称光伏电源)日功率输出开始和停止时刻的不确定性，准确模拟光伏电源各时刻输出功率的随机变化特征及其之间的相关关系，从而实现光伏电源各时刻输出功率及日输出电量概率分布的准确模拟，进而可提高含光伏电源电力系统概率分析的准确性；并具有普遍适用性。实现本专利技术目的之技术方案是:一种，利用计算机，通过程序，先输入太阳能光伏电源(简称光伏电源)的输出功率及日功率输出开始、停止时刻的实测数据，再基于非参数核密度估计理论估计光伏电源日功率输出开始、停止时刻的概率密度函数,并产生随机样本；然后,基于非参数核密度估计和条件概率理论依次估计光伏电源各时刻输出功率的概率密度函数,并产生随机样本。所述方法的具体步骤如下: (I)输入实测数据 输入太阳能光伏电源(以下简称光伏电源)/ 天每天t个整点时刻输出功率的实测数据ik=l, 2，…，n, i=l, 2，-,t) -,n天的日功率输出开始时刻ts的实测数据为/；=[&，Ts2,..，TJ 'n天的日功率输出停止时刻te的实测数据为/；=[&，Te2,..，TJ。产生光伏电源日功率输出开始和停止时刻的随机样本 第(I)步完成后，根据第(I)步输入的实测数据，基于非参数核密度估计理论估计光伏电源日功率输出的开始时刻ts和停止时刻te的概率密度函数，并产生随机样本tss与tes,具体步骤如下: 1)估计ts和te的概率密度函数 根据第(I)步输入的光伏电源日功率输出的开始时刻匕的实测数据7；和日功率输出的停止时刻te的实测数据/；，采用内点法求解公式(I)所示的优化问题，确定非参数核密度估计的带宽参数久和怠。公式(I)为:权利要求1.一种，其特征在于所述方法的具体步骤如下: (1)输入实测数据 输入太阳能光伏电源，即光伏电源/7天每天t个整点时刻输出功率的实测数据为{k=l, 2，…，n,i=\, 2，…， ) ；/ 天的日功率输出开始时刻ts的实测数据为/；=[&，Ts2,..，TJ 'n天的日功率输出停止时刻te的实测数据为/；=[&，Te2,..，TJ ； (2)产生光伏电源日功率输出开始和停止时刻的随机样本 第(I)步完成后，根据第(I)步输入的实测数据，基于非参数核密度估计理论估计光伏电源日功率输出的开始时刻ts和停止时刻te的概率密度函数，并产生随机样本tss与tes,具体步骤如下: 1)估计ts和te的概率密度函数 根据第(I)步输入的光 伏电源日功率输出的开始时刻G的实测数据7；和日功率输出的停止时刻te的实测数据/；，采用内点法求解公式(I)所示的优化问题，确定非参数核密度估计的带宽参数久和怠，公式(I)为:全文摘要一种，属于电力系统电源输出功率的概率建模
本专利技术方法利用计算机，通过程序，首先输入光伏电源输出功率及日功率输出起止时刻的实测数据；再基于非参数核密度估计理论估计光伏电源日功率输出起止时刻的概率密度函数，并产生随机样本；然后，基于非参数核密度估计和条件概率理论依次估计光伏电源各时刻输出功率的概率密度函数，并产生随机样本。本专利技术方法具有方法简单，实用性强，估计的准确度高，通用性强，便于推广应用的特点。本专利技术可广泛用于电力系统中建立光伏电源输出功率的时序概率模型。文档编号G06F17/50GK103106314SQ201310077949公开日2013年5月15日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日专利技术者赵霞, 任洲洋, 余娟, 颜伟, 周桢钧, 赵科, 廖龙飞, 李一铭 申请人:重庆大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能光伏电源输出功率的时序概率建模方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：(1)输入实测数据输入太阳能光伏电源，即光伏电源n天每天t个整点时刻输出功率的实测数据为pki (k=1,2,…,n，i=1,2,…,t)；n天的日功率输出开始时刻ts的实测数据为Ts=[Ts1, Ts2,.., Tsn]；n天的日功率输出停止时刻te的实测数据为Te=[Te1, Te2,.., Ten]；(2)产生光伏电源日功率输出开始和停止时刻的随机样本第(1)步完成后，根据第(1)步输入的实测数据，基于非参数核密度估计理论估计光伏电源日功率输出的开始时刻ts和停止时刻te的概率密度函数，并产生随机样本tss与tes，具体步骤如下：1)估计ts和te的概率密度函数根据第(1)步输入的光伏电源日功率输出的开始时刻ts的实测数据Ts和日功率输出的停止时刻te的实测数据Te，采用内点法求解公式(1)所示的优化问题，确定非参数核密度估计的带宽参数hs和he，公式(1)为： (1)式中：n为光伏电源日功率输出开始、停止时刻的实测数据数，exp表示指数函数，Tsi，Tei分别为第i天光伏电源日功率输出开始、停止时刻的实测数据，Tsj，Tej分别为第j天光伏电源日功率输出开始、停止时刻的实测数据，hs和he为非参数核密度估计的带宽参数；然后，基于非参数核密度估计理论估计光伏电源日功率输出的开始时刻ts和停止时刻te的概率密度函数f(ts, te)，计算公式为：(2)式中：n为光伏电源日功率输出开始、停止时刻的实测数据数，exp表示指数函数，Tsi，Tei分别为第i天光伏电源日功率输出开始、停止时刻的实测数据，hs和he为非参数核密度估计的带宽参数；2)计算ts和te的取值区间第(2)——1)步完成后，根据光伏电源日功率输出的开始时刻ts的实测数据Ts和日功率输出的停止时刻te的实测数据Te，求取光伏电源日功率输出开始时刻ts的取值区间[ats, bts]以及停止时刻te的取值区间[ate, bte]，计算公式为：(3)(4)(5)(6)式中：ats，bts分别为光伏电源日功率输出开始时刻ts的取值上、下限，ate，bte分别为光伏电源日功率输出停止时刻te的取值上、下限，n为光伏电源日功率输出开始、停止时刻的实测数据数，Ts1，Ts2，Tsn分别为第1、2、n天光伏电源日功率输出开始时刻的实测数据，Te1，Te2，Ten分别为第1、2、n天光伏电源日功率输出停止时刻的实测数据；3)计算ts和te的概率密度函数最大值第(2)——2)步完成后，将光伏电源日功率输出的开始时刻ts的实测数据Ts和日功率输出的停止时刻te的实测数据Te依次代入公式(2)，求取f(ts, te)在各实测数据处的函数值f(Ts1, Te1)，f(Ts2, Te2)，…，f(Tsn, Ten)，从而计算ts和te的概率密度函数最大值ftmax，计算公式为：(7)式中：Ts1，Ts2，Tsn分别为第1、2、n天光伏电源日功率输出开始时刻的实测数据，Te1，Te2，Ten分别为第1、2、n天光伏电源日功率输出停止时刻的实测数据，f(Ts1, Te1)为Ts1和Te1的概率密度函数值，f(Ts2, Te2)为Ts2和Te2的概率密度函数值，f(Tsn, Ten)为Tsn和Ten的概率密度函数值；4)产生ts和te的随机样本第(2)——3)步完成后，利用计算机，在区间[0, 1]内产生服从均匀分布的随机数rt及随机向量Rt=[Rts, Rte]，根据公式(8)和(9)计算随机样本ets和ete，并按照四舍五入的原则对ets和ete取整，公式(8)、(9)为：(8)(9)然后，根据公式(2)计算ets和ete的概率密度函数值f(ets, ete)，当满足公式(10)所示条件时，将ets作为光伏电源日功率输出开始时刻ts的随机样本tss，将ete作为光伏电源日功率输出停止时刻te的随机样本tes，并令tss=ets，tes=ete；否则，利用计算机，重新在[0,1]区间内产生随机数rt及随机向量Rt，并计算ets、ete和f(ets, ete)，直至公式(10)所示条件满足为止，公式(10)为：(10)式中：ftmax为ts和te的概率密度函数最大值；(3)产生光伏电源各时刻输出功率的随机样本第(2)步完成后，设光伏电源在一天各时刻的输出功率分别为p1, p2,…, pt，随机样本Ps=[ps1, ps2,…, pst]，初始化循环变量i，并令i=tss，在时段1~tss以及tes~t内光伏电源的输出功率均为0，那么，接下来需要估计时段tss~tes内光伏电源各时刻输出功率的概率密度函数并产生随机样本，具体步骤如下：1)估计时刻i光伏电源输出功率的概率密度函数根据光伏电源第i、i‑1个时刻的输出功率p...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵霞，任洲洋，余娟，颜伟，周桢钧，赵科，廖龙飞，李一铭，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85