基于馬爾科夫鏈的風(fēng)電場同調(diào)機(jī)群劃分方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于馬爾科夫鏈的風(fēng)電場同調(diào)機(jī)群劃分方法，將風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組的有功、無功數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使數(shù)據(jù)具有馬爾科夫性；構(gòu)造隨機(jī)過程矩陣，并進(jìn)行高斯權(quán)重處理，求得馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣；頻譜分析馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣，求解其特征值、左特征向量和右特征向量，確定劃分為同調(diào)機(jī)群的個(gè)數(shù)；計(jì)算任意兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組之間的轉(zhuǎn)移概率距離，并與設(shè)定門檻值比較以確定是否劃入同一個(gè)機(jī)群；綜合修正同調(diào)機(jī)群劃分結(jié)果；該劃分方法利用了風(fēng)電場的實(shí)際物理數(shù)據(jù)，更能反映風(fēng)電場的真實(shí)特性，為完整、準(zhǔn)確的分析規(guī)模型風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的影響奠定了基礎(chǔ)，對于提升電網(wǎng)的運(yùn)行水平具有積極影響。
【專利說明】基于馬爾科夫鏈的風(fēng)電場同調(diào)機(jī)群劃分方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源發(fā)電技術(shù)中的風(fēng)電場等值建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于馬爾科 夫鏈的風(fēng)電場同調(diào)機(jī)群劃分方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日益進(jìn)步、風(fēng)電機(jī)組制造水平的不斷提高，在國家"建設(shè)大基 地、融入大電網(wǎng)"風(fēng)電發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電場(簡稱并網(wǎng)型風(fēng)電場）成為風(fēng) 力發(fā)電的主流，風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中的比例越來越大，成為除水力發(fā)電以外最成熟、最現(xiàn)實(shí)的 一種清潔能源發(fā)電方式。
[0003] 然而由于風(fēng)能的隨機(jī)性和不可控性，風(fēng)電場的并網(wǎng)運(yùn)行對電網(wǎng)的電能質(zhì)量、安全 穩(wěn)定等諸多方面帶來負(fù)面的影響，隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電特性對電網(wǎng)的影響也 愈加顯著，成為制約風(fēng)電場容量和主要障礙。為了更加充分地開發(fā)利用風(fēng)力資源，需要深入 研究大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行問題。這對風(fēng)電場的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行都有重要的指導(dǎo)意義。但 是由于多種原因，風(fēng)電場的數(shù)學(xué)建模工作沒有取得突破，已經(jīng)阻礙了風(fēng)電場接入電網(wǎng)的相 關(guān)研究工作。因此，開展反映風(fēng)電場實(shí)際特性的風(fēng)電場等值建模方法研究具有重要的理論 價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于馬爾科夫鏈的風(fēng)電場同調(diào)機(jī)群劃分方法，以實(shí)現(xiàn)風(fēng) 電場等值建模過程中機(jī)組分布不規(guī)則型風(fēng)電場同調(diào)機(jī)群的準(zhǔn)確劃分，便于衡量風(fēng)電場的發(fā) 電質(zhì)量。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于馬爾科夫鏈的風(fēng)電場同調(diào)機(jī)群劃分方法的步驟如 下：
[0006] (1)將風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組的有功、無功數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使數(shù)據(jù)具有馬爾科夫性；
[0007] (2)根據(jù)步驟（1)所得風(fēng)電場中各風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)構(gòu)造隨機(jī)過程矩陣，并進(jìn)行高斯權(quán) 重處理，求得馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣；
[0008] (3)頻譜分析馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣，確定同調(diào)機(jī)群劃分的個(gè)數(shù)；
[0009] (4)計(jì)算任意兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組之間的分布距離，并與設(shè)定門檻值比較以確定是否劃 入同一個(gè)機(jī)群；

【權(quán)利要求】
1. 基于馬爾科夫鏈的風(fēng)電場同調(diào)機(jī)群劃分方法，其特征在于，該方法的步驟如下： (1) 將風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組的有功、無功數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使數(shù)據(jù)具有馬爾科夫性； (2) 根據(jù)步驟（1)所得風(fēng)電場中各風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)構(gòu)造隨機(jī)過程矩陣，并進(jìn)行高斯權(quán)重處 理，求得馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣； (3) 頻譜分析馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣，確定同調(diào)機(jī)群劃分的個(gè)數(shù)； (4) 計(jì)算任意兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組之間的分布距離，并與設(shè)定門檻值比較以確定是否劃入同 一個(gè)機(jī)群； (5) 綜合修正同調(diào)機(jī)群劃分結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟（1)中進(jìn)行處理的公式為 (1) 式中，y(i)代表第i時(shí)刻采樣點(diǎn)的值，y(t)為處理后得到的輸出平均值，X(t)為兩個(gè) 連續(xù)時(shí)段的差值，η表示在一個(gè)時(shí)段t內(nèi)的采樣點(diǎn)總數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（2)中每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的采樣數(shù)據(jù) x(t)集合構(gòu)成該風(fēng)電機(jī)組的隨機(jī)過程向量Xi=[x(l)，x(2),. . .，x(t),…，x(m)]T, t為時(shí)間 變量，設(shè)風(fēng)電場共有n臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，構(gòu)造隨機(jī)過程矩陣為X={Xl，x2,... xn} e RnXn ;對數(shù)據(jù)進(jìn) 行高斯權(quán)重處理，得到相似矩陣A e RnXn :
，其中i，j分別表示第i列和第j 列，'表示第i行第j列的A矩陣的數(shù)值，σ為矩陣數(shù)據(jù)相鄰的寬度參數(shù)；設(shè)數(shù)據(jù)點(diǎn)Xi為 一個(gè)具有馬爾可夫鏈性質(zhì)的隨機(jī)過程向量，根據(jù)相似矩陣A定義隨機(jī)過程樣本集X的馬爾 可夫轉(zhuǎn)移矩陣P e RnXn如下：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（3)的具體過程如下： A. 求解馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣P，獲得其特征值、左特征向量和右特征向量λ，f和Ψ ; B. 令λ ρ %和^分布表示P矩陣的第i個(gè)特征值，左特征向量和右特征向量；將矩 陣P的特征值從大到小順序排列，且1彡λ2> λ3彡…彡Xi彡…彡λη彡0,相應(yīng) 的左特征向量和右特征向量分別為和Vi, Ψ2，Ψ3，···，Vi，···，Ψη，則 馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣ρ的分解形式為：
(7) C. 若矩陣Ρ擁有q (q〈n)個(gè)主導(dǎo)特征值，目卩λ λ 2, λ 3，…λ q這q個(gè)特征值大小相差 不大且接近于1，且λ q+1 << λ q，則可以用前q個(gè)特征值和特征向量形成矩陣P的秩為q 的近似矩陣；若矩陣P的特征值不滿足前述條件，觀察矩陣P相鄰特征值的差值，若存在某 個(gè)突然變小的特征值X(J +1，即Xk_Xk+1，其中q+lSkSn，且A q+1的值很小， 則同樣可取前q個(gè)特征值和特征向量形成矩陣P的秩為q的近似矩陣； D. 矩陣P的秩為q的近似矩陣P,的譜分解形式如下：
(8) E.矩陣P的特征向量空間的維數(shù)約減為q，則風(fēng)電場的同調(diào)機(jī)群數(shù)為q。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（4)的具體過程如下： A. 定義映射：
V仍然是在Rn - Rn，任意兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組Xi和\的分布 距離為：
(15) B. 取前面q個(gè)主導(dǎo)特征值可導(dǎo)出分布距離的簡化表達(dá)式：
(16) C. 設(shè)定門檻值δ>〇,若D2(Xi，xp彡δ，則表明這兩臺(tái)機(jī)組應(yīng)劃入同一個(gè)機(jī)群；若 D2(Xi，χρ > δ，則這兩臺(tái)機(jī)組不應(yīng)劃入同一個(gè)機(jī)群。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟（5)修正的具體原則 如下： a) 類型、運(yùn)行方式不同的風(fēng)電機(jī)組不劃入同一同調(diào)機(jī)群； b) 風(fēng)向相同、風(fēng)速大小接近的風(fēng)電機(jī)組劃入同一同調(diào)機(jī)群； c) 對于馬爾科夫方法，用有功功率和無功功率兩組采樣數(shù)據(jù)開展劃分，若有功功率采 樣數(shù)據(jù)分析與無功功率采樣數(shù)據(jù)分析的差別很大時(shí)，以有功功率分析結(jié)果為準(zhǔn)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104143013SQ201310552000
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】王世謙, 張麗華, 于琳琳, 田春箏, 孫思培, 程昱明, 袁鵬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院