一種基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)建模領(lǐng)域，具體是一種基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電是實現(xiàn)風(fēng)能大規(guī)模開發(fā)利用的重要途徑，是實現(xiàn)低碳電力的重要選擇。 近幾年，風(fēng)電場的規(guī)模不斷擴(kuò)大，使得風(fēng)電在電網(wǎng)中所占的比例不斷提高。日益成熟的風(fēng)力 發(fā)電技術(shù)使得越來越多的大規(guī)模風(fēng)電場實現(xiàn)了并網(wǎng)運行，風(fēng)電場將成為電力系統(tǒng)的重要組 成部分風(fēng)電基地也將實現(xiàn)千萬千瓦風(fēng)電的集中送出。
[0003] 隨著風(fēng)電場規(guī)模增加大型風(fēng)場中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)量甚至達(dá)到上千臺風(fēng)機(jī)，如在建 模過程中把每臺風(fēng)機(jī)都進(jìn)行詳細(xì)建模，將會導(dǎo)致電力系統(tǒng)"維數(shù)災(zāi)"的發(fā)生，運算領(lǐng)巨大甚 至無法進(jìn)行仿真。后續(xù)研究風(fēng)電場的基礎(chǔ)，為準(zhǔn)確評估大容量風(fēng)電場和電力系統(tǒng)之間的相 互影響，開展對風(fēng)電場等值建模的研究就顯得尤為必要。
[0004] 實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組分群是多機(jī)等值首各群內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行單機(jī)等值的重要依據(jù)。
[0005] 聚類又稱為分割，即將樣本集合劃分為若干類，使類內(nèi)的樣本之間有較高的相似 度，而類間的樣本差別盡可能大。在實際應(yīng)用中，聚類采用的指標(biāo)必須與專業(yè)知識相結(jié)合， 要求用于表征各風(fēng)力發(fā)電機(jī)的距離指標(biāo)能客觀、準(zhǔn)確地描述各樣本之間的相似關(guān)系，并具 有明確的物理意義和較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] -種基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟a :運用風(fēng)電場實測的運行數(shù)據(jù)，應(yīng)用基于延時相空間的幾何模板匹配方法 計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的樣本距離矩陣；
[0010] 步驟b :依照樣本距離矩陣，基于路徑聚合的圖聚類算法對風(fēng)電場進(jìn)行機(jī)群劃分。
[0011] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟a包括以下具體步驟：
[0012] (al)運行數(shù)據(jù)選取風(fēng)電場在擾動期間給定時間段內(nèi)的各風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實測有功 功率曲線，作為延時相空間的實測數(shù)據(jù)矩陣；
[0013] (a2)針對任意兩樣本，確定各自的重構(gòu)維數(shù)m及延遲參數(shù)τ后進(jìn)行相空間重構(gòu)， 對重構(gòu)后的相空間進(jìn)行幾何模板匹配得到樣本相似度；
[0014] (a3)定義樣本距離函數(shù)，用兩樣本間的距離表征樣本之間的相似度，形成風(fēng)力發(fā) 電機(jī)的樣本距離矩陣。
[0015] 作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟b包括以下具體步驟：
[0016] (bl)搭建雙饋風(fēng)電場等值模型，給定風(fēng)機(jī)功率控制器和電流控制器參數(shù)，機(jī)組參 數(shù)按照風(fēng)機(jī)容量的變化作等比例增加，風(fēng)輪半徑保持不變；
[0017] (b2)定義目標(biāo)函數(shù)為風(fēng)機(jī)模型仿真曲線和參考曲線的均方根，作為粒子的適應(yīng)度 函數(shù)；
[0018] (b3)選擇待辨識參數(shù)電子電阻Rs、定子漏抗Ls、歸算后的轉(zhuǎn)子電阻L轉(zhuǎn)子電抗 Lp，設(shè)定粒子數(shù)大小，初始化粒子群體位置和速度，設(shè)定粒子群位置和速度的限制、全局和 局部最優(yōu)權(quán)重系數(shù)、收斂條件；
[0019] (b4)計算粒子的適應(yīng)度，更新個體最優(yōu)值及全局最優(yōu)值；
[0020] (b5)更新粒子飛行速度和位置；
[0021] (b6)計算判斷當(dāng)前是否需要變異；
[0022] (b7)重復(fù)步驟（b4)至步驟（b6)，直到適應(yīng)度滿足收斂精度要求或達(dá)到迭代次數(shù)， 取全局最優(yōu)的粒子參數(shù)作為等值風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各項參數(shù)。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 1、本發(fā)明利用一段時間內(nèi)的實測曲線，基于狀態(tài)空間重構(gòu)度量風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間相 似性，可以綜合考慮了風(fēng)電的非線性特性及風(fēng)速等因素，
[0025] 2、本發(fā)明利用基于路徑聚合的圖聚類算法，基于狀態(tài)空間重構(gòu)度量風(fēng)力發(fā)電機(jī)之 間相似性，可以綜合考慮了風(fēng)電的非線性特性及風(fēng)速等因素，分群后的等值模型能夠準(zhǔn)確 的反映風(fēng)電場并網(wǎng)點的動態(tài)特性。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0027] -種基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值方法，包括以下步驟：
[0028] 步驟a :利用運行數(shù)據(jù)，選取能反映擾動下的風(fēng)電機(jī)組的特征變量；
[0029] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率響應(yīng)曲線，與風(fēng)機(jī)模型、風(fēng)速變化、風(fēng)機(jī)位置均有聯(lián)系，從 同一風(fēng)電組群具有相同或者相近的動態(tài)過程的角度考慮，利用重構(gòu)相空間對非線性系統(tǒng)描 述的能力，可以考慮風(fēng)機(jī)模型、風(fēng)速、風(fēng)機(jī)位置。同時，幾何模板匹配適應(yīng)于不同長度數(shù)據(jù)的 對比，可以對不同參數(shù)系下重構(gòu)的相空間進(jìn)行相似性度量。
[0030] 本實施例采用擾動期間實測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率作為聚類分群的特征變量，具 體包括以下步驟：
[0031] (1)首先選取風(fēng)電場在擾動期間設(shè)定時間段內(nèi)各發(fā)電機(jī)組的實測有功功率數(shù)據(jù)為 運行數(shù)據(jù)樣本，樣本的測量數(shù)據(jù)點數(shù)據(jù)為L，將N臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功功率曲線P hP2,. ..，PN 構(gòu)成樣本空間P ;
[0032] (2)針對每一條有功功率曲線P1，嵌入維數(shù)m從小到大取值并計算每一個嵌入維 數(shù)下的自相關(guān)函數(shù)R( τ )，選取R( τ )的極小峰值對應(yīng)時間延遲和嵌入維度分別為P1的時 間延遲T1和嵌入維度mi。R(T)的計算方法為：
[0034] 其中，
為時間序列P1Uk), k= 1，2,…，T的平均值，k，j分別為 累加符號Σ中的計數(shù)變量，分別取1，…，M和1，…，m-1 T1 (tk)和P1 (tk+j τ )為時間序列 P1 (tk)，k = 1，2,…，T的第鞏和t k+j τ處的值；函數(shù)f (P1 (tk))為一個多項式函數(shù)，取為：
[0035] f (X) = 1+Pi (tk) +Pi (tk) 2+L+Pi (tk)m 1
[0036] ⑶求兩樣本Pj重構(gòu)嵌入維數(shù)IH = IiiaxIm1，mj}，用參數(shù)m、TjtPi相空間重構(gòu) 得到重構(gòu)空間O 1，用參數(shù)m、τ ^對P j相空間重構(gòu)得到重構(gòu)空間〇 j:
[0037] O1 (t) = (P1 (t)，P1 (t+ τ J，L，P1 (t+ (m-1) τ J)
[0038] t = I, 2, L,M ；Μ = T-(m-l) τ χ
[0039] Oj (t) = (x(t), x(t+τ j), L, x(t+(m-l) Tj))
[0040] t = I, 2, L, Μ' ；M' = T-(m-1) τ j
[0041] ⑷計算重構(gòu)空間OjP 0 j的相似度，
[0043] 式中=Oi (U)表示向量數(shù)據(jù)組Oi (tk)，k = 1，2,…，M中的第u個向量；Oj (U)表示向 量數(shù)據(jù)組Oj (tk，），k' = 1，2,…，M中的第u個向量；I I I I表示求取向量的2范數(shù)，nu,廣^ 為 IIO1(U)-Oj(W) Il 的泛函數(shù)。
[0048] 式中，5;(?)為01(11)在0沖1^鄰近元素二范數(shù)的平均值 ；0,> + 1)為01(11+1)在 (^中k鄰近元素二范數(shù)的平均值；
[0049] 計算兩樣本P1、P j的距離
[0050] d (Oi, Oj) = exp (-S (Oi, Oj))
[0051] 作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)ij的樣本距離d(i，j)。
[0052] (5)重復(fù)步驟（3)至（4)得到整個樣本空間距離矩陣Dist。
[0053] 步驟b :基于路徑聚合的圖聚類算法，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)分群；
[0054] 本實施例采用擾動期間實測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率作為聚類分群的特征變量，具 體包括以下步驟：
[0055] (1)確定K鄰近個數(shù)，根據(jù)樣本空間距離矩陣Dist構(gòu)建K鄰近圖結(jié)構(gòu)，并計算邊的 權(quán)重矩陣W = wij:

[0058] 其中Nf為P1的K臨近樣本。
[0059] (2)建立隨機(jī)游走模型，計算轉(zhuǎn)移概率矩陣P :
[0062] (3)運用最鄰近算法確定初始聚類，得到η。個初始聚類C。= {C i，...，Cn。};
[0063] (4)設(shè)定最終聚類數(shù)巧，重復(fù)以下過程直到搜索滿足
的Ca，Cb兩類并合并，其中判別函數(shù)4,,.^的計算方法如下：
[0065]式中 z 取 0.01。
[0066] 本發(fā)明利用一段時間內(nèi)的實測曲線，基于狀態(tài)空間重構(gòu)度量風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間相似 性，可以綜合考慮了風(fēng)電的非線性特性及風(fēng)速等因素，利用基于路徑聚合的圖聚類算法，基 于狀態(tài)空間重構(gòu)度量風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間相似性，可以綜合考慮了風(fēng)電的非線性特性及風(fēng)速等 因素，分群后的等值模型能夠準(zhǔn)確的反映風(fēng)電場并網(wǎng)點的動態(tài)特性。
[0067] 上面對本專利的較佳實施方式作了詳細(xì)說明，但是本專利并不限于上述實施方 式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下 做出各種變化。
【主權(quán)項】
1. 一種基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟（a):運用風(fēng)電場實測的運行數(shù)據(jù)，應(yīng)用基于延時相空間的幾何模板匹配方法計算 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的樣本距離矩陣； 步驟（b):依照樣本距離矩陣，基于路徑聚合的圖聚類算法對風(fēng)電場進(jìn)行機(jī)群劃分。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值方法，其特征在于，所 述步驟（a)包括以下具體步驟： (al)運行數(shù)據(jù)選取風(fēng)電場在擾動期間給定時間段內(nèi)的各風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實測有功功率 曲線，作為延時相空間的實測數(shù)據(jù)矩陣； (a2)針對任意兩樣本，確定各自的重構(gòu)維數(shù)m及延遲參數(shù)τ后進(jìn)行相空間重構(gòu)，對重 構(gòu)后的相空間進(jìn)行幾何模板匹配得到樣本相似度； (a3)定義樣本距離函數(shù)，用兩樣本間的距離表征樣本之間的相似度，形成風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的樣本距離矩陣。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值方法，其特征在于，所 述步驟（b)包括以下具體步驟： (bl)搭建雙饋風(fēng)電場等值模型，給定風(fēng)機(jī)功率控制器和電流控制器參數(shù)，機(jī)組參數(shù)按 照風(fēng)機(jī)容量的變化作等比例增加，風(fēng)輪半徑保持不變； (b2)定義目標(biāo)函數(shù)為風(fēng)機(jī)模型仿真曲線和參考曲線的均方根，作為粒子的適應(yīng)度函 數(shù)； (b3)選擇待辨識參數(shù)電子電阻_、定子漏抗1?、歸算后的轉(zhuǎn)子電阻豐、轉(zhuǎn)子電抗_， 設(shè)定粒子數(shù)大小，初始化粒子群體位置和速度，設(shè)定粒子群位置和速度的限制、全局和局部 最優(yōu)權(quán)重系數(shù)、收斂條件； (b4)計算粒子的適應(yīng)度，更新個體最優(yōu)值及全局最優(yōu)值； (b5)更新粒子飛行速度和位置； (b6)計算判斷當(dāng)前是否需要變異； (b7)重復(fù)步驟（b4)至步驟（b6)，直到適應(yīng)度滿足收斂精度要求或達(dá)到迭代次數(shù)，取 全局最優(yōu)的粒子參數(shù)作為等值風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各項參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場動態(tài)分群等值方法，包括以下步驟：步驟a：運用風(fēng)電場實測的運行數(shù)據(jù)，應(yīng)用基于延時相空間的幾何模板匹配方法計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的樣本距離矩陣；步驟b：依照樣本距離矩陣，基于路徑聚合的圖聚類算法對風(fēng)電場進(jìn)行機(jī)群劃分。本發(fā)明利用一段時間內(nèi)的實測曲線，基于狀態(tài)空間重構(gòu)度量風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間相似性，可以綜合考慮了風(fēng)電的非線性特性及風(fēng)速等因素，利用基于路徑聚合的圖聚類算法，基于狀態(tài)空間重構(gòu)度量風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間相似性，可以綜合考慮了風(fēng)電的非線性特性及風(fēng)速等因素，分群后的等值模型能夠準(zhǔn)確的反映風(fēng)電場并網(wǎng)點的動態(tài)特性。
【IPC分類】G06Q10/06, G06Q50/06
【公開號】CN105303319
【申請?zhí)枴緾N201510732292
【發(fā)明人】吳文兵, 萬月忠, 李樂萍, 孫炳申, 杜偉華, 李淑會, 崔玉軍, 張相群, 張建峰, 徐躍東, 宋寧, 楊昕, 楊衛(wèi)東, 李洋, 郭瑞
【申請人】國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月1日