一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，主要包括以下步驟：(1)將風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站原始數(shù)據(jù)處理為建模所需數(shù)據(jù)；(2)分別建立風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列和光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列的自回歸滑動(dòng)平均模型；(3)利用Copula函數(shù)構(gòu)建晝間風(fēng)速序列和晝間光輻射強(qiáng)度序列的聯(lián)合概率分布函數(shù)；(4)根據(jù)步驟二和步驟三模擬產(chǎn)生具有相關(guān)性的白噪聲序列；(5)將白噪聲序列分別代入自回歸滑動(dòng)平均模型，得到模擬風(fēng)速序列和模擬光輻射強(qiáng)度序列；(6)將模擬風(fēng)速序列和模擬光輻射強(qiáng)度序列分別轉(zhuǎn)化為輸出功率。利用本發(fā)明的方法可兼顧風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站出力的自相關(guān)性和互相關(guān)性，從而更準(zhǔn)確的模擬風(fēng)電場(chǎng)光伏電站的聯(lián)合出力特性。
【專利說明】一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明屬于新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 間歇式能源并網(wǎng)在一定程度上緩解了能源危機(jī)和環(huán)境壓力，但由于風(fēng)電場(chǎng)、光伏 電站都具有隨機(jī)性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，間歇式能源大量接入的同時(shí)也給電力系統(tǒng)的可靠性和 電力電量平衡帶來了新的挑戰(zhàn)。上述問題的關(guān)鍵在于建立準(zhǔn)確的含風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的多 個(gè)間歇式能源場(chǎng)站的聯(lián)合出力模型。
[0003] 風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的聯(lián)合出力特性在時(shí)間上具有一定的自相關(guān)性，即單個(gè)風(fēng)電場(chǎng) 和光伏電站的出力具有一定的延續(xù)性，不能突變；在空間上具有一定的互相關(guān)性，即同一地 區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站出力并不是完全獨(dú)立的，具有一定的互補(bǔ)性。在現(xiàn)有的風(fēng)電場(chǎng)光伏 電站聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中，建模方法往往只能顧及其中某一特性，或?qū)L(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的出 力作為兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體單獨(dú)研究，只考慮它們各自出力的自相關(guān)性，或構(gòu)建風(fēng)電場(chǎng)、光伏電 站的出力聯(lián)合概率分布，只考慮它們出力的互相關(guān)性。本發(fā)明基于Copula函數(shù)和自回歸滑 動(dòng)平均模型，提出既能反映風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站出力自相關(guān)性又能反映兩者互相關(guān)特性的風(fēng) 電場(chǎng)和光伏電站聯(lián)合出力模擬方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種基于Copula函數(shù)和滑動(dòng)自回歸平均模型的，能夠兼顧 間歇式能源出力的自相關(guān)性和互相關(guān)性，從自相關(guān)特性、互相關(guān)特性、概率分布特性等多角 度更準(zhǔn)確的模擬聯(lián)合出力特性的風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一，首先從風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速序列卜匕中提取晝間風(fēng)速序列丨^，同時(shí)從 光伏電站實(shí)測(cè)光輻射強(qiáng)度序列丨中提取晝間光輻射強(qiáng)度序列^產(chǎn);，然后將風(fēng)速序列 卜，丨^、晝間光輻射強(qiáng)度序列p產(chǎn)分別按照如下變換方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到風(fēng)速平 穩(wěn)化時(shí)間序列卜么和晝間光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列丨: 「一 _vt - .Mv't _ - Mr,t
[0007] xt - ，y}-
[0008] 其中，t為時(shí)間，xt為風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列{^:^在t時(shí)刻的值，yt為晝間光輻射強(qiáng) 度平穩(wěn)化時(shí)間序列^丨^在t時(shí)刻的值，v t為風(fēng)速序列{^:^在t時(shí)刻的值，rtday為晝間光輻 射強(qiáng)度序列[，&在t時(shí)刻的值，?\為風(fēng)速序列vt的長(zhǎng)度，T2為晝間風(fēng)速序列{#'￡的長(zhǎng) 度，yv,t、〇v,t分別為風(fēng)電場(chǎng)附近氣象站歷史觀測(cè)風(fēng)速t時(shí)刻的均值與標(biāo)準(zhǔn)差，μ# 分別為光伏電站附近氣象站歷史觀測(cè)的晝間光輻射強(qiáng)度t時(shí)刻的均值與方差；
[0009] 步驟二，分別建立風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列和晝間光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列 {ML的自回歸滑動(dòng)平均模型；
[〇〇1〇] 步驟三，用Copula函數(shù)構(gòu)建晝間風(fēng)速序列和晝間光輻射強(qiáng)度序列(r/H 的聯(lián)合概率分布函數(shù)；
[0011] 步驟四，利用所述步驟三中得到的聯(lián)合概率分布函數(shù)和步驟二中得到的自回歸滑 動(dòng)平均模型中白噪聲序列的標(biāo)準(zhǔn)差，模擬產(chǎn)生具有相關(guān)性的白噪聲序列；
[0012] 步驟五，將所述步驟四得到的具有相關(guān)性的白噪聲序列代入到所述步驟二建立的 自回歸滑動(dòng)平均模型中，得到新的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)速序列和標(biāo)準(zhǔn)化光輻射強(qiáng)度序列，然后對(duì)所述 新的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)速序列和標(biāo)準(zhǔn)化光輻射強(qiáng)度序列分別進(jìn)行還原變化，得到晝間長(zhǎng)度為T 3、夜 間長(zhǎng)度為τ4的模擬風(fēng)速序列和模擬光輻射強(qiáng)度序列;
[0013] 步驟六，通過風(fēng)電場(chǎng)功率轉(zhuǎn)換模型將模擬風(fēng)速序列轉(zhuǎn)化為風(fēng)電場(chǎng)模擬輸 出功率，同時(shí)通過光伏電站功率轉(zhuǎn)換模型將模擬光輻射強(qiáng)度序列轉(zhuǎn)化為光伏電站 的模擬輸出功率。
[0014] 本發(fā)明方法進(jìn)一步的改進(jìn)中，步驟三的具體流程為：
[0015] 首先采用核密度估計(jì)法分別擬合晝間風(fēng)速序列和晝間光輻射強(qiáng)度序列 產(chǎn)的邊緣分布；同時(shí)計(jì)算晝間風(fēng)速序列和晝間光福射強(qiáng)度序列的相依 測(cè)度；
[0016] 然后采用最大似然估計(jì)法計(jì)算各個(gè)二元Copula的參數(shù)。
[0017] 本發(fā)明方法更進(jìn)一步的改進(jìn)中，步驟三中Copula函數(shù)為以下任一種：橢圓族 Copula函數(shù)、阿基米德族Copula函數(shù)、以多個(gè)Copula函數(shù)的加權(quán)組合得到的混合Copula 函數(shù)。
[0018] 本發(fā)明方法更進(jìn)一步的改進(jìn)中，步驟三中采用歐式距離最小的Copula函數(shù)。
[〇〇19] 本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟四的具體流程為：
[〇〇2〇] (1)產(chǎn)生服從所述步驟三構(gòu)建的聯(lián)合概率分布函數(shù)的、長(zhǎng)度為T3的二維隨機(jī)數(shù)序 列[(&,、)￡，uv，t和為二維隨機(jī)數(shù)序列[(?，〇￡在t時(shí)刻的一組值；
[0021] (2)令t時(shí)刻的晝間風(fēng)速白噪聲C =σ", x〇w)、t時(shí)刻的晝間光輻射強(qiáng)度白 噪聲<?' χ?Τ+ι)，得到服從步驟三構(gòu)建的聯(lián)合概率分布函數(shù)的晝間風(fēng)速白噪聲序列 和晝間光輻射強(qiáng)度白噪聲序列kr 。其中，〇 π是風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列xt的自回 歸滑動(dòng)平均模型中的白噪聲序列標(biāo)準(zhǔn)差，ση是晝間光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列yt的自回 歸滑動(dòng)平均模型中的白噪聲序列標(biāo)準(zhǔn)差，Φ (·)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；
[0022] (3)對(duì)所述風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列卜,匕的自回歸滑動(dòng)平均模型中風(fēng)速白噪聲 序列服從的正態(tài)分布采用隨機(jī)抽樣的方法，即可產(chǎn)生長(zhǎng)度為T 4的夜間風(fēng)速白噪聲序列 ，其中V%與晝夜時(shí)間比相等；
[0023] (4)按照晝夜劃分情況和日期順序交替組合晝間風(fēng)速白噪聲序列和夜間 風(fēng)速白噪聲序列{《fH，得到風(fēng)速白噪聲序列，將其與所述流程（2)得到的晝 間光輻射強(qiáng)度白噪聲序列}^共同構(gòu)成具有相關(guān)性的白噪聲序列。
[0024] 本發(fā)明方法的上述優(yōu)選方案中，步驟（4)中組合晝間風(fēng)速白噪聲序列 夜間風(fēng)速白噪聲序列的具體方法為：首先按照晝夜劃分情況，將屬于同一天的晝 間風(fēng)速白噪聲序列與夜間風(fēng)速白噪聲序列按照時(shí)間順序連接在一起，得到每一天的風(fēng)速白 噪聲序列，然后按照日期順序?qū)⑺雒恳惶斓娘L(fēng)速白噪聲序列連接在一起。
[0025] 有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1.本發(fā)明方法采用將Copula函數(shù)與自回歸滑動(dòng)平均模型有機(jī)結(jié)合的方式來模擬 風(fēng)電場(chǎng)光伏電站的聯(lián)合出力，而現(xiàn)有技術(shù)僅米用Copula函數(shù)來模擬風(fēng)電場(chǎng)光伏電站的聯(lián) 合出力。本發(fā)明方法首先利用自回歸滑動(dòng)平均模型描述風(fēng)速序列、光輻射強(qiáng)度序列各自的 自相關(guān)特性，同時(shí)利用Copula函數(shù)產(chǎn)生具有相關(guān)性的白噪聲序列來描述風(fēng)速序列、光輻射 強(qiáng)度序列間的互相關(guān)特性，進(jìn)而將白噪聲序列代入自回歸滑動(dòng)平均模型，通過控制白噪聲 序列間的相關(guān)結(jié)構(gòu)來控制風(fēng)速序列、光輻射強(qiáng)度序列間的相關(guān)結(jié)構(gòu)，因而能夠兼顧風(fēng)電場(chǎng)、 光伏電站出力的自相關(guān)性和互相關(guān)性，提高了多個(gè)間歇式能源聯(lián)合出力的模擬精度?，F(xiàn)有 技術(shù)僅采用Copula理論建立風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站出力的聯(lián)合概率分布，模擬數(shù)據(jù)雖然能夠計(jì) 及風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站出力的相關(guān)性，但卻忽略了單個(gè)電場(chǎng)自身出力的自相關(guān)特性，無法適用 于對(duì)時(shí)序性有要求的場(chǎng)合。
[0027] 2.本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于自回歸滑動(dòng)模型的加入，使模擬的聯(lián)合出力 具有時(shí)序性，因而可有效應(yīng)用于大規(guī)模間歇式能源電場(chǎng)的選址、可靠性評(píng)估以及置信容量 評(píng)估等方面，為大規(guī)模間歇式能源基地的規(guī)劃和發(fā)展提供更為精確的依據(jù)。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法示意圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例的風(fēng)速、光輻射強(qiáng)度聯(lián)合概率密度函數(shù)示意圖。
[0030] 圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的風(fēng)速、光輻射強(qiáng)度自相關(guān)特性示意圖。 【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了更清楚的說明本發(fā)明，以下結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干可以預(yù)期的改 進(jìn)和等同替換，這些對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0032] 參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，具體包含 以下步驟：
[0033] 1.將風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的原始數(shù)據(jù)處理為建模所需數(shù)據(jù)
[〇〇34] 首先從風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速序列卜^中提取晝間風(fēng)速序列·[vfH，同時(shí)從光伏電站 實(shí)測(cè)光輻射強(qiáng)度序列卜丨;^中提取晝間光輻射強(qiáng)度序列^產(chǎn)^，然后將風(fēng)速序列卜,&、晝 間光輻射強(qiáng)度序列卜產(chǎn)分別按照如下變換方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到平穩(wěn)的時(shí)間序列
[0035] xt= ，yt=
[0036] 其中，t為時(shí)間，xt為風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列"匕在t時(shí)刻的值，yt為晝間光輻射強(qiáng) 度平穩(wěn)化時(shí)間序列在t時(shí)刻的值，v t為風(fēng)速序列{v,}；L，在t時(shí)刻的值，rtday為晝間光輻 射強(qiáng)度序列}=在t時(shí)刻的值，?\為風(fēng)速序列vt的長(zhǎng)度，T2為晝間風(fēng)速序列卜廣;^的長(zhǎng) 度，μ vt、分別為風(fēng)電場(chǎng)附近氣象站歷史觀測(cè)風(fēng)速t時(shí)刻的均值與標(biāo)準(zhǔn)差，μ μ、 分別為光伏電站附近氣象站歷史觀測(cè)的晝間光輻射強(qiáng)度t時(shí)刻的均值與方差；
[0037] 2.分別建立平穩(wěn)化時(shí)間序列丨的自回歸滑動(dòng)平均模型
[0038] 自回歸滑動(dòng)平均（Autoregressive and Moving Average，ARMA)模型是一類常用 的時(shí)間序列分析模型，由博克斯（Box)和詹金斯（Jenkins)創(chuàng)立，也稱B-J方法。
[0039] ARMA模型通?？梢杂孟率奖硎荆?br> [0040] p q Xk,t = +￡k,t ~^E^k,jSk,t-j /=1 j=\
[0041 ] 式中，xk，t表示第k個(gè)ARM模型t時(shí)刻的序列值；Θ u分別為自回歸和滑 動(dòng)平均參數(shù)；P和q為模型階數(shù)；ε k，t是均值為0,方差為σ k2的高斯白噪聲，g卩ε k，t? NID(0, 〇k2)。
[0042] 利用AIC準(zhǔn)則（Akaike信息準(zhǔn)則）確定ARMA (p，q)模型中p、q的值：
[0043] AIC = ηΙησ2α +2(p + q + l)
[0044] 式中：n為樣本個(gè)數(shù)；σ()為殘差序列{aj的方差。對(duì)任何可能的p、q分別計(jì)算AIC 值，AIC最小時(shí)的p、q就是模型的階數(shù)。
[0045] 采用最大似然估計(jì)法對(duì)參數(shù)灼.々_ = 1，2，?，/?)、01^(」=1，2，《"，9)和{81^}的 方差〇k2進(jìn)行估計(jì)。
[0046] 采用上述方法建立風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列和晝間光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列 的自回歸滑動(dòng)平均模型如下：
[0047] 搞似' (/'，A ): A = lX/ + ?'- ?Χ /，.,-)，?') i^l j=l
[0048] A RMAv (pr ,qy): yt = Υ^ φ,.,; + - X Θ,. ： arl ：/ " 6； , - NID(0,a：) /-1 7-1
[0049] 3.用Copula函數(shù)構(gòu)建晝間風(fēng)速序列{v產(chǎn);^和晝間光輻射強(qiáng)度序列}"產(chǎn)匕的聯(lián)合 概率分布函數(shù)。
[0050] Copula理論的是由Sklar在1959年提出的，Sklar指出，任意一個(gè)η維聯(lián)合累積 分布函數(shù)都可以分解為η個(gè)邊緣累積分布和一個(gè)Copula函數(shù)。Copula模型中常用的有兩 類模型，一類是橢圓族Copula函數(shù)，主要包括Normal-Copula、t-Copula，另一類是阿基米 德族Copula函數(shù)。為了充分利用不同Copula函數(shù)的特點(diǎn)，可以根據(jù)需要將某些具有不同特 點(diǎn)的Copula函數(shù)通過一定的方式組合在一起，構(gòu)成一個(gè)新的Copula函數(shù)-混合Copula 函數(shù)。
[0051] Copula模型的構(gòu)造可分為以下兩步：
[0052] (1)分別確定晝間風(fēng)速序列jvf t和晝間光輻射強(qiáng)度序列·^' ；^的邊緣分布采用 核密度估計(jì)方法估計(jì)邊緣分布。設(shè)&，X2，…，Xn是取自連續(xù)總體的樣本，在任意點(diǎn)X處的總 體密度函數(shù)f(x)的核密度估計(jì)定義為
[0053]
[0054] 其中，Κ()稱為核函數(shù)（kernel function)，h稱為窗寬。
[0055] 采用上述核密度估計(jì)法得到晝間風(fēng)速序列的概率密度分布函數(shù)及 光輻射強(qiáng)度序列·!的概率密度分布函數(shù)產(chǎn)v }，其中，vday為晝間風(fēng)速變量，rday為晝間 光輻射強(qiáng)度變量，進(jìn)而分別對(duì);;做如下積分運(yùn)算得到晝間風(fēng)速序列的 邊緣分布函數(shù)F(v day)和晝間光輻射強(qiáng)度序列[;產(chǎn)的邊緣分布函數(shù)F(rday)。
[0056] 尸(產(chǎn)）=[:又 W# F(rAn=C ?
[0057] (2) Copula函數(shù)參數(shù)估計(jì)
[0058] 由于邊緣分布采用非參數(shù)核密度估計(jì)，因此無需對(duì)邊緣分布進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，只需 估計(jì)Copula模型的參數(shù)Θ，一般采用極大似然法來估計(jì)Copula模型的參數(shù)。
[0059] 晝間風(fēng)速序列卜產(chǎn);^和晝間光輻射強(qiáng)度序列{r廣匕的聯(lián)合概率分布函數(shù)為：
[0060] H(vday,rday, θ ) = C[F(vday),G(rday) ； θ ]
[0061] ( vf' rtda〇的聯(lián)合密度函數(shù)為： η2 it
[0062] h(vd'產(chǎn).，θ) = = c[F(vdanMrdar )；0]f(vdng(rdm')
[0063] 由此容易得到樣本的對(duì)數(shù)似然函數(shù)求解對(duì)數(shù)似然函數(shù)的最大值點(diǎn)，可得Copula 函數(shù)中參數(shù)Θ的最大似然估計(jì)如下：
[0064] Θ = arg max In L(0)
[0065] (3) Copula 函數(shù)選擇
[0066] 本發(fā)明采用基于經(jīng)驗(yàn)Copula (Empirical Copula, EMC)函數(shù)的最短距離法選取最 優(yōu)Copula函數(shù)，EMC可表示為：
[0067] = ?, ?, 1, t~\
[0068] 式中，I (V，R)為指示函數(shù)，若括號(hào)內(nèi)條件滿足，則I = 1 ;反之為0 ; (F，i?) = 為容量為Τ2的2維觀測(cè)樣本；/，沁為順序統(tǒng)計(jì)量且1彡iv，仁彡η。 EMC與理論Copula(Theoretical Copula，THC)函數(shù)之間的歐式距離可通過下式計(jì)算：
[T2 T2 ( j j Λ ( j f λ ~
[0069] d{C,Ce) = J· ΧΣ C ~Ce '
[0070] 依據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，選擇具有最短距離的Copula函數(shù)作為最優(yōu)Copula,將最 優(yōu)Copula作為晝間風(fēng)速序列和晝間光輻射強(qiáng)度序列{，廣'匕的聯(lián)合分布函數(shù)，記作 C (uv, ur)，其中 uv = F (vday)、ur = F (rday)。
[0071] 4.模擬產(chǎn)生具有相關(guān)性的白噪聲序列
[0072] 利用所述步驟三中得到的聯(lián)合概率分布函數(shù)和所述步驟二中得到的自回歸滑動(dòng) 平均模型中白噪聲服從的概率分布，可以模擬產(chǎn)生具有相關(guān)性的白噪聲序列。
[〇〇73] 具體的模擬過程如下：
[0074] (1)產(chǎn)生服從所述聯(lián)合概率分布函數(shù)、長(zhǎng)度為T3的二維隨機(jī)數(shù)序列[(、，、)￡ ; 生成二維聯(lián)合分布函數(shù)隨機(jī)數(shù)的方法可以歸結(jié)為生成兩個(gè)一維隨機(jī)數(shù)：首先產(chǎn)生一個(gè)服從 (〇, 1)上均勻分布的隨機(jī)數(shù)\t，然后對(duì)所述聯(lián)合分布函數(shù)C(uv，i〇求逆，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)\ t = ΓΗι^Ιιι^)，由此求得一組二維隨機(jī)數(shù)（uv，t，u^)。重復(fù)上述步驟1~ 3次，得到二維隨機(jī)數(shù)序
[0075] (2)令t時(shí)刻的晝間風(fēng)速白噪聲<f = X疒(w,,)、t時(shí)刻的晝間光輻射強(qiáng)度白 噪聲ισ,,χζΤ1(心,），得到服從步驟三構(gòu)建的聯(lián)合概率分布函數(shù)的晝間風(fēng)速白噪聲序列 {<}:和晝間光福射強(qiáng)度白噪聲·。其中，。m是風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列的自回歸 滑動(dòng)平均模型中的白噪聲序列標(biāo)準(zhǔn)差，σ n是晝間光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列仏丨^的自回 歸滑動(dòng)平均模型中的白噪聲序列標(biāo)準(zhǔn)差，Φ (·)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；
[0076] (3)夜間風(fēng)速白噪聲序列服從均值為零，方差為〇m2的正態(tài)分布，因此 只需對(duì)所述正態(tài)分布采用隨機(jī)抽樣的方法，即可產(chǎn)生長(zhǎng)度為T 4的夜間風(fēng)速白噪聲序列 {<f }=;其中Τ3/Τ4與晝夜時(shí)間比相等；
[0077] (4)按照晝夜劃分情況和日期組合晝間風(fēng)速白噪聲序列·{(A'fjP夜間風(fēng)速白噪 聲序列，得到風(fēng)速白噪聲序列。將其與所述流程（2)得到的晝間光輻射 強(qiáng)度白噪聲序列共同構(gòu)成具有相關(guān)性的白噪聲序列。所述"組合"的方法就是按照 實(shí)測(cè)風(fēng)速序列的晝夜劃分情況，將屬于同一天的晝間風(fēng)速白噪聲序列與夜間風(fēng)速白噪聲序 列按照時(shí)間順序連接在一起，得到每一天的風(fēng)速白噪聲序列，然后把每一天的風(fēng)速白噪聲 序列按照日期順序連接在一起。
[0078] 5.將具有相關(guān)性的白噪聲序列代入自回歸滑動(dòng)平均模型中，進(jìn)而得到模擬風(fēng)速序 列{(力和模擬光福射強(qiáng)度序列{&; 4;
[0079] 這一步的本質(zhì)是通過風(fēng)速白噪聲序列[(& f 4和光輻射強(qiáng)度白噪聲序列 間的相關(guān)結(jié)構(gòu)來控制風(fēng)速序列k匕和光輻射強(qiáng)度序列卜,&間的相關(guān)結(jié)構(gòu)。
[0080] (1)將風(fēng)速白噪聲序列代入xt的自回歸滑動(dòng)平均模型ARMAx(p x，qx)中， 模擬得到新的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)速序列，
[0081] ⑵令SVt = μ v,t+sxv,tX σ v,t，得到風(fēng)電場(chǎng)Τ3+Τ4時(shí)段的模擬風(fēng)速序列{w},;
[0082] (3)將光輻射強(qiáng)度晝間白噪聲序列代入yt的自回歸滑動(dòng)平均模型 沒，0中，模擬得到新的標(biāo)準(zhǔn)化晝間光輻射強(qiáng)度序列{嘆￡，
[0083] (4)令srt = μ y+sytX 〇 y，得到光伏電站T3時(shí)段的模擬晝間光輻射強(qiáng)度序列 ，然后按照晝夜交替的規(guī)律，在晝間光輻射強(qiáng)度模擬值序列中插入模擬夜間 光輻射強(qiáng)度序列丨〇,匕，得到光伏電站時(shí)段τ3+τ4的模擬光輻射強(qiáng)度序列丨《;丨^" 4
[0084] 6.將模擬風(fēng)速序列轉(zhuǎn)化為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率，將模擬光輻射強(qiáng)度序列 轉(zhuǎn)化為光伏電站輸出功率
[0085] 風(fēng)電轉(zhuǎn)換模型如下所示： Ο Ο < < vci, 5V? > vcj
[0086] Psw =< (A + Bsv + Csvf ), vd < svf < vr Pr vr < 5V, < Vc〇
[0087] 式中：A、B、C是與切入風(fēng)速Vc;i、額定風(fēng)速\和切出風(fēng)速v。。有關(guān)的常數(shù)。
[0088] 光電轉(zhuǎn)換模型如下所示： 廠
[0089] = YPV (― )[\ +aP(TC - TSTC)] ^STC
[0090] 對(duì)于溫度序列可以仿照溫度序列的獲得建相似的模型，式中分別為太陽 電池組件的實(shí)際輸出功率和額定功率；sr t為模擬光輻射強(qiáng)度；RST。為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的太 陽輻射強(qiáng)度；a P為太陽電池組件的功率溫度系數(shù)；T。為太陽電池組件的實(shí)際溫度；TST。為標(biāo) 準(zhǔn)測(cè)試條件下的電池溫度。
[0091] 為了更進(jìn)一步地說明發(fā)明實(shí)施例提供的一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法， 下面參照附圖給出步驟二、三的實(shí)施例詳細(xì)情況并對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析：
[0092] 以美國(guó)愛荷華州潛在風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的3年每小時(shí)實(shí)測(cè)風(fēng)速序列!v,]丨ΙΓ3、光輻 射強(qiáng)度序列為例進(jìn)行研究。
[〇〇93] (1)步驟二建立的平穩(wěn)化序列的自回歸滑動(dòng)平均模型如下：
[0094] 風(fēng)速：ARMAX (4, 5):
[0095] xt = 0· 9033χη+0· 02941xt_2_0· 99xt_3+0. 8771xt_4+ ε v，t-〇. 3104 ε ν，Η_〇· 03674 ε V， t_2+0. 9661 ε v，t_3-〇. 3 ε v，t_4-〇. 00281 ε v，t_5
[0096] ε ν t e NID(0, 0· 55052)
[0097] 光輻射強(qiáng)度：ARMAy(5, 5):
[0098] y (t) = 1. 062yt_「0. 557yt_2+l. 197yt_3_0· 8689yt_4+0. 1159yt_5+ ε r，t-〇. 4232 ε γ，η+ 0. 3695 ε r；t_2_〇· 9492 ε r；t_3+〇. 2954 ε r；t_4+〇. 0005563 ε r t_5
[0099] ε r t e NID(0, 0· 63632)
[0100] (2)步驟三構(gòu)建的聯(lián)合概率分布函數(shù)及其歐式距離如下：
[0101] 表 1
[0102]
【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： 步驟一，首先從風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速序列中提取晝間風(fēng)速序列，同時(shí)從光伏電 站實(shí)測(cè)光輻射強(qiáng)度序列丨中提取晝間光輻射強(qiáng)度序列·H，然后將風(fēng)速序列丨V,丨;^、 晝間光輻射強(qiáng)度序列分別按照如下變換方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間 序列k}；!,和晝間光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列: _ Vt ~^v,t _ rtay ^ Mr,t xt = 5 yt ~ 其中，t為時(shí)間，xt為風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列丨χ,}1在t時(shí)刻的值，yt為晝間光輻射強(qiáng)度平 穩(wěn)化時(shí)間序列{乃匕在t時(shí)刻的值，vt為風(fēng)速序列{^匕在t時(shí)刻的值，rtday為晝間光輻射強(qiáng) 度序列在t時(shí)刻的值，?\為風(fēng)速序列vt的長(zhǎng)度，T2為晝間風(fēng)速序列jvf t的長(zhǎng)度， μ v，t、σ v，t分別為風(fēng)電場(chǎng)附近氣象站歷史觀測(cè)風(fēng)速t時(shí)刻的均值與標(biāo)準(zhǔn)差，μ y、〇 y分別 為光伏電站附近氣象站歷史觀測(cè)的晝間光輻射強(qiáng)度t時(shí)刻的均值與方差； 步驟二，分別建立風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列卜匕和晝間光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列 的自回歸滑動(dòng)平均模型； 步驟三，用Copula函數(shù)構(gòu)建晝間風(fēng)速序列和晝間光輻射強(qiáng)度序列卜廣的聯(lián) 合概率分布函數(shù)； 步驟四，利用所述步驟三中得到的聯(lián)合概率分布函數(shù)和所述步驟二中得到的自回歸滑 動(dòng)平均模型中白噪聲服從的概率分布，模擬產(chǎn)生具有相關(guān)性的白噪聲序列； 步驟五，將所述步驟四得到的具有相關(guān)性的白噪聲序列代入到所述步驟二建立的自回 歸滑動(dòng)平均模型中，得到新的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)速序列和標(biāo)準(zhǔn)化光輻射強(qiáng)度序列，然后對(duì)所述新的 標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)速序列和標(biāo)準(zhǔn)化光輻射強(qiáng)度序列分別進(jìn)行還原變化，得到晝間長(zhǎng)度為T 3、夜間長(zhǎng) 度為Τ4的模擬風(fēng)速序列和模擬光輻射強(qiáng)度序列沁ff4; 步驟六，通過風(fēng)電場(chǎng)功率轉(zhuǎn)換模型將模擬風(fēng)速序列pv, 轉(zhuǎn)化為風(fēng)電場(chǎng)模擬輸出功 率，同時(shí)通過光伏電站功率轉(zhuǎn)換模型將模擬光輻射強(qiáng)度序列tr1轉(zhuǎn)化為光伏電站的模 擬輸出功率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，其特征在于：所述 步驟三的具體流程為： 首先采用核密度估計(jì)法分別擬合晝間風(fēng)速序列·Kll和晝間光輻射強(qiáng)度序列 的邊緣分布；同時(shí)計(jì)算晝間風(fēng)速序列卜產(chǎn)'丨二和晝間光輻射強(qiáng)度序列{，產(chǎn)￡的相依測(cè)度； 然后采用最大似然估計(jì)法計(jì)算各個(gè)二元Copula函數(shù)的參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，其特征在于：所述 步驟三中的Copula函數(shù)為以下任一種：橢圓族Copula函數(shù)、阿基米德族Copula函數(shù)、以多 個(gè)Copula函數(shù)的加權(quán)組合得到的混合Copula函數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，其特征在于：所述 步驟三中采用歐式距離最小的Copula函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，其特征在于： 所述步驟四的具體流程為： (1) 產(chǎn)生服從所述步驟三構(gòu)建的聯(lián)合概率分布函數(shù)的、長(zhǎng)度為T3的二維隨機(jī)數(shù)序列 i，uv，t和?為二維隨機(jī)數(shù)序列[(?，、)€在t時(shí)刻的一組值； (2) 令t時(shí)刻的晝間風(fēng)速白噪聲#Γ =心\?^.,)、t時(shí)刻的晝間光輻射強(qiáng)度白噪 聲=〇；'#1(?,..,)，得到服從步驟三構(gòu)建的聯(lián)合概率分布函數(shù)的晝間風(fēng)速白噪聲序列 ^:'丨:和晝間光福射強(qiáng)度白噪聲序列，其中，。 m是風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列丨xJL的自 回歸滑動(dòng)平均模型中的白噪聲序列標(biāo)準(zhǔn)差，σ n是晝間光輻射強(qiáng)度平穩(wěn)化時(shí)間序列的 自回歸滑動(dòng)平均模型中的白噪聲序列標(biāo)準(zhǔn)差，φ (·)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)； (3) 對(duì)所述風(fēng)速平穩(wěn)化時(shí)間序列的自回歸滑動(dòng)平均模型中風(fēng)速白噪聲序列服從 的正態(tài)分布進(jìn)行隨機(jī)抽樣，得到長(zhǎng)度為τ4的夜間風(fēng)速白噪聲序列f i，其中T3/T4與晝 夜時(shí)間比相等； (4) 按照晝夜劃分情況和日期順序組合晝間風(fēng)速白噪聲序列夜間風(fēng)速白噪 聲序列，得到風(fēng)速白噪聲序列，將其與所述流程⑵得到的晝間光福射 強(qiáng)度白噪聲序列[dl共同構(gòu)成具有相關(guān)性的白噪聲序列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種風(fēng)電場(chǎng)光伏電站聯(lián)合出力模擬方法，其特征在于：所述 步驟（4)中組合晝間風(fēng)速白噪聲序列·}(<，g和夜間風(fēng)速白噪聲序列的具體方法 為：首先按照晝夜劃分情況，將屬于同一天的晝間風(fēng)速白噪聲序列與夜間風(fēng)速白噪聲序列 按照時(shí)間順序連接在一起，得到每一天的風(fēng)速白噪聲序列，然后按照日期順序?qū)⑺雒恳?天的風(fēng)速白噪聲序列連接在一起。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104091077SQ201410332527
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】陳麗娟, 徐瓊, 曾平良, 許曉慧, 徐青山, 吳馳 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 中國(guó)電力科學(xué)研究院