標桿風機的選取方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種標桿風機的選取方法，包括以下步驟：對目標風電場各風機的實測歷史風速序列進行經驗正交函數(shù)分解，得出風速序列的空間特征向量及對應的方差貢獻率；將方差貢獻率由大到小排序，選出前幾個方差貢獻率較高且有規(guī)律性分布的空間特征向量進行分組，選出的各風速序列的空間特征向量的方差貢獻率達到90％以上；根據(jù)空間特征向量的分組特征選擇標桿風機和分配系數(shù)。
【專利說明】標桿風機的選取方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種標桿風機的選取方法，尤其涉及一種基于經驗正交函數(shù)(Empirical Orthogonal Funct1n, EOF)分解的標桿風機的選取方法,屬于電力系統(tǒng)新能源發(fā)電領域。

【背景技術】
[0002]風電是一種間歇式能源，并網之后為電網的安全穩(wěn)定運行帶來很多不利的影響，受電網輸送能力等因素限制，實際風電并網運行過程中存在明顯的限電情況。
[0003]為了掌握風場在自然狀態(tài)下的理論發(fā)電量并進一步估算棄風電量，一般利用標桿風機的歷史數(shù)據(jù)通過某種數(shù)學計算得到風場理論發(fā)電量。利用有限標桿風機估算整體發(fā)電量的過程，實際上便是利用風場內資源的空間分布特性把點擴展到面的過程，那么，選擇的測點在資源空間特性方面的代表性以及整體資源情況的估算方法都會影響理論發(fā)電量估計效果。
[0004]因此充分考慮風電場內地形和風資源的差異，建立合適的標桿風機選取方法，對精確計算風電場棄風電量、指導實際風場運行具有重大意義。


【發(fā)明內容】

[0005]綜上所述，確有必要提供一種充分考慮風電場內地形和風資源的差異、精確計算風電場棄風電量的標桿風機的選取方法。
[0006]一種標桿風機的選取方法，包括以下步驟:對目標風電場各風機的實測歷史風速序列進行經驗正交函數(shù)分解，得出風速序列的空間特征向量及與空間特征向量對應的方差貢獻率；將方差貢獻率由大到小排序，選出前幾個方差貢獻率較高且有規(guī)律性分布的空間特征向量進行分組，選出的各風速序列的空間特征向量的方差貢獻率達到90%以上；根據(jù)空間特征向量的分組特征選擇標桿風機和分配系數(shù)。
[0007]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的標桿風機的選取方法，以EOF分解為基礎，利用EOF分解在挖掘資源共性與特性方面的優(yōu)勢進行標桿風機的選擇，可用于風電場自然發(fā)電量和棄風電量的計算，更加適應存在明顯地形起伏和風資源差異的區(qū)域，優(yōu)化了標桿風機的選擇，提聞了棄風電量估算的精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明提供的標桿風機的選取方法的流程圖。
[0009]圖2為圖1所示的標桿風機的選取方法中EOF分解結果的示意圖。

【具體實施方式】
[0010]下面根據(jù)說明書附圖并結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案進一步詳細表述。
[0011]請參閱圖1，本發(fā)明提供的風機標桿的選取方法包括如下步驟:
[0012]步驟S10，對目標風電場各風機的實測歷史風速序列進行經驗正交函數(shù)分解，得出各風速序列的空間特征向量及與空間特征向量對應的方差貢獻率；
[0013]步驟S20，將方差貢獻率由大到小排序，選出前幾個方差貢獻率較高且有規(guī)律性分布的空間特征向量，選出的各風速序列的空間特征向量的方差貢獻率達到90%以上；
[0014]步驟S30，根據(jù)空間特征向量的分組特征選擇標桿風機和分配系數(shù)。
[0015]在步驟SlO中，所述各空間特征向量及其對應的方差貢獻率的計算包括如下步驟。
[0016]步驟S11，對風電場的風機進行編號，并獲取各風機的實測風速序列；
[0017]假設風場有m臺風機，則某時刻t風場所有風機的風速可以用一個m維向量Xt來表示，設已知有η個時刻的實測風速序列:
[0018]Xt = (xlt, x2t,...，Xij,...，xmt)T, t = 1，2，...，η(I)
[0019]式中，Xij為i號風機在時刻j時的風速。
[0020]步驟S12，根據(jù)實測風速序列構建實測風速序列的協(xié)方差矩陣Σ。
[0021]所述協(xié)方差矩陣Σ為一個m行m列的矩陣，它的第i行第j列元素具體表示如下:
[0022]Σ = XilXjJXi2Xj2+…+XinXjn (2)
[0023]步驟S13，計算協(xié)方差矩陣Σ的特征值λ，即解下式方程得到:
[0024]I Σ —入 I I =0 (3)
[0025]式中，I為單位矩陣。設解式⑶可得到k個解，記為λ i，i = 1，2，…k。
[0026]步驟S14,針對每個特征值Ai,求所述特征值λ i對應的單位特征向量
[0027]所述單位特征向量Vi可通過以下公式求解:
[0028](Σ -入 I)V = O (4)
[0029]k個特征值λ i可以得到k個單位特征向量，記為Vi, i = 1，2，…k，每個單位特征向量Vi又稱為描述空間特征的空間特征向量。
[0030]步驟S15，計算每個單位特征向量Vi的方差貢獻率Qi。
[0031]所述方差貢獻率Qi可通過以下公式計算:
Q1 =^^xl()()%
[0032]之'
戶丨J(5)
[0033]在步驟S20中，所述方差貢獻率的選取包括如下步驟:
[0034]步驟S21，按照方差貢獻率％的大小將單位特征向量Vi由大到小進行排
[0035]列。
[0036]步驟S22，選出前幾個方差貢獻率較高的空間特征向量，保證選出的各個空間特征向量的方差貢獻率達到90%以上，將其余空間特征向量舍去不考慮。
[0037]在步驟S30中，所述標桿風機和分配系數(shù)的選取可包括如下步驟:
[0038]步驟S31，以準確地描述風電場各臺風機的風資源特點為標準選取空間特征向量，并按照空間特征向量的分組特征選擇標桿風機。
[0039]請一并參閱圖2，假設選出的空間特征向量是圖中的第一和第二空間特征向量，則可以發(fā)現(xiàn)風機可以明顯地分為三組，每組內的風機風資源特征是相似的，組間風機的風資源特征則具有較大差異，因此在每組選一臺標桿風機。
[0040]步驟S32，選取每臺標桿風機所在分組的風機臺數(shù)為每臺標桿風機的分配系數(shù)。
[0041]相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的標桿風機的選取方法，以EOF分解為基礎，利用EOF分解在挖掘資源共性與特性方面的優(yōu)勢進行標桿風機的選擇，可用于風電場自然發(fā)電量和棄風電量的計算，更加適應存在明顯地形起伏和風資源差異的區(qū)域，優(yōu)化了標桿風機的選擇，提聞了棄風電量估算的精度。
[0042]另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內作其它變化，當然這些依據(jù)本發(fā)明精神所作的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種標桿風機的選取方法，包括以下步驟: 對目標風電場各風機的實測歷史風速序列進行經驗正交函數(shù)分解，得出風速序列的空間特征向量及與空間特征向量對應的方差貢獻率； 將方差貢獻率由大到小排序，選出前幾個方差貢獻率較高且有規(guī)律性分布的空間特征向量進行分組，選出的各風速序列的空間特征向量的方差貢獻率達到90%以上； 根據(jù)空間特征向量的分組特征選擇標桿風機和分配系數(shù)。
2.如權利要求1所述的標桿風機的選取方法，其特征在于，方差貢獻率的計算包括如下步驟: 對風電場的風機進行編號，并獲取各風機的實測風速序列； 根據(jù)實測風速序列構建實測風速序列的協(xié)方差矩陣Σ ； 計算協(xié)方差矩陣Σ的特征值λ，得到k個解，記為= l，2^"k; 針對每個特征值Xi，求所述特征值λ i對應的單位特征向量Vi,所述單位特征向量Vi即為描述空間特征的空間特征向量； 計算每個單位特征向量Vi的方差貢獻率Qi。
3.如權利要求2所述的標桿風機的選取方法，其特征在于，設風電場有m臺風機，以m維向量Xt來表示某時刻t所述風電場內所有風機的風速，則η個時刻的實測風速序列:
Xt (Xit，...，xij，...，Xmt)，t Ij 2,...j π ； 式中，Xu為i號風機在時刻j時的風速。
4.如權利要求3所述的標桿風機的選取方法，其特征在于，所述協(xié)方差矩陣Σ為一個m行m列的矩陣，它的第i行第j列元素具體表示如下:
Σ = XilX^Xi2Xj2+…+XinXJn。
5.如權利要求4所述的標桿風機的選取方法，其特征在于，協(xié)方差矩陣Σ的特征值λ通過解下式方程得到:
Σ -λ 1| = O ; 式中，I為單位矩陣。
6.如權利要求5所述的標桿風機的選取方法，其特征在于，所述單位特征向量Vi通過以下公式求解:
(Σ - λ I) V = O ； k個特征值λ j得到k個單位特征向量,記為Vi, i = 1，2，…k。
7.如權利要求6所述的標桿風機的選取方法，其特征在于，所述方差貢獻率Qi可通過以下公式計算:
2
ΣΛ.片


O
8.如權利要求2所述的標桿風機的選取方法，其特征在于，所述方差貢獻率的選取包括如下步驟: 按照方差貢獻率Qi的大小將單位特征向量Vi由大到小進行排列； 選出前幾個方差貢獻率較高的空間特征向量，保證選出的空間特征向量的方差貢獻率達到90%以上，將其余空間特征向量舍去不考慮。
9.如權利要求1所述的標桿風機的選取方法，其特征在于，所述標桿風機和分配系數(shù)的選取包括如下步驟: 以風電場各臺風機的風資源特點為標準選取空間特征向量，并按照空間特征向量的分組特征選擇標桿風機； 選取每臺標桿風機所在分組的風機臺數(shù)為每臺標桿風機的分配系數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK104200001SQ201410354065
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權日:2014年7月23日
【發(fā)明者】喬穎, 魯宗相, 吳林林 申請人:清華大學, 國家電網公司, 華北電力科學研究院有限責任公司