一種計及出力水平影響的風(fēng)電預(yù)測誤差模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)模擬方法技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種能計及出力水平對預(yù)測誤差分布特性影響的預(yù)測誤差模擬方法，流程如下：步驟1、根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，分不同的預(yù)測出力區(qū)間，求取預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)Fe；步驟2、t＝1，預(yù)測誤差模擬生成開始；步驟3、生成在[0,1]區(qū)間上服從均勻分布的隨機(jī)變量的一個樣本u；步驟4、根據(jù)所在區(qū)間的預(yù)測誤差分布函數(shù)的逆函數(shù)，確定t時刻的預(yù)測誤差模擬值步驟5、t＝t+1，模擬繼續(xù)，若t達(dá)到預(yù)先設(shè)定的模擬次數(shù)T，則模擬結(jié)束，輸出結(jié)果，否則轉(zhuǎn)到步驟③。該方法充分利用了歷史風(fēng)電預(yù)測誤差中蘊(yùn)含的信息，計及了出力水平對預(yù)測誤差的分布特性的影響，模擬結(jié)果可為電力調(diào)度等研究提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。
【專利說明】
一種計及出力水平影響的風(fēng)電預(yù)測誤差模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的模擬方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種計及出力水平影響的風(fēng) 電預(yù)測誤差模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，風(fēng)電發(fā)展迅速。風(fēng)能所固有的波動性特征，使風(fēng)電輸出功率難以準(zhǔn)確預(yù) 測。目前，商業(yè)化預(yù)測軟件的日前預(yù)測精度仍不甚理想，其預(yù)測誤差可達(dá)20%。而因為風(fēng)速 本身具有較大隨機(jī)性，風(fēng)電的預(yù)測精度難以大幅度提升。因此，在現(xiàn)有預(yù)測水平的基礎(chǔ)上， 分析和把握預(yù)測誤差的特性，并準(zhǔn)確表征風(fēng)電的不確定性，可能更有意義。
[0003] 在電力系統(tǒng)運行調(diào)度相關(guān)的研究中，經(jīng)常要在風(fēng)電預(yù)測值的期望值的基礎(chǔ)上，模 擬預(yù)測誤差的可能取值，進(jìn)而計算相關(guān)指標(biāo)，如棄風(fēng)期望等。傳統(tǒng)上，這一過程通常僅簡單 考慮預(yù)測誤差的分布情況，而沒有計及出力水平對預(yù)測誤差的分布特性的影響。實際上，預(yù) 測誤差的分布特性與風(fēng)電的出力水平相關(guān)，如果預(yù)測誤差的模擬不夠精細(xì)化，則可能會使 研究結(jié)果失之偏頗。因此，有必要探索一種能夠精細(xì)化表征預(yù)測誤差的分布特性的模擬方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)測誤差模擬精度較高的計及出力水平影響的風(fēng)電預(yù) 測誤差模擬方法。該方法在風(fēng)電預(yù)測誤差的模擬過程中，計及出力水平對預(yù)測誤差的分布 特性的影響，使得模擬更加精細(xì)化，從而可以為電力調(diào)度等研究提供更加準(zhǔn)確的依據(jù)。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種計及出力水平影響的風(fēng)電 預(yù)測誤差模擬方法，其特征在于：將已知的風(fēng)電出力預(yù)測期望值序列記為
該序列即為需要進(jìn)行預(yù)測誤差模擬的序列，將與之對應(yīng)的風(fēng)電預(yù)測誤差 的模擬值序列記為
；具體流程如下：
[0006] 步驟1，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，分不同的預(yù)測出力區(qū)間，求取預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)Fe3; 同時，確定f中各量的值；
[0007] 步驟2，t = 1，預(yù)測誤差模擬生成開始；
[0008] 步驟3,生成在[0，1]區(qū)間上服從均勻分布的隨機(jī)變量的一個樣本u;
[0009] 步驟4,根據(jù)圪所在區(qū)間的預(yù)測誤差分布函數(shù)的逆函數(shù)，確定t時刻的預(yù)測誤差模 擬值圮·，
[0010]
[0011]式中為已知的次日風(fēng)電預(yù)測出力期望值，心為對應(yīng)時刻的預(yù)測誤差模擬值；
[0012] 步驟5，t = t+Ι，模擬繼續(xù);若t達(dá)到預(yù)先設(shè)定的模擬次數(shù)T，則模擬結(jié)束，輸出結(jié)果， 否則轉(zhuǎn)到步驟3。
[0013] 本發(fā)明首先以某風(fēng)電場的實際運行數(shù)據(jù)為樣本，對預(yù)測誤差進(jìn)行分析，揭示其分 布特征的規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，利用對經(jīng)驗分布函數(shù)求逆的方法，提出了一種計及出力水平影 響的預(yù)測誤差模擬方法。實例仿真證明了本發(fā)明方法的有效性。
[0014] 本發(fā)明方法在風(fēng)電預(yù)測誤差的模擬過程中，將風(fēng)電出力對預(yù)測誤差的分布特性的 影響考慮到其中，以預(yù)測出力水平作為參數(shù)，當(dāng)預(yù)測出力水平不同的時候，選擇不同的預(yù)測 誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)，進(jìn)行預(yù)測誤差的模擬，以此考慮出力水平對預(yù)測誤差分布特性的影 響，從而使得模擬更加精細(xì)化，準(zhǔn)確表征風(fēng)電的不確定性。
[0015] 利用本發(fā)明所提出的計及出力水平影響的風(fēng)電預(yù)測誤差模擬方法，可更加充分利 用歷史風(fēng)電預(yù)測誤差中蘊(yùn)含的信息，實現(xiàn)對預(yù)測誤差的精細(xì)化模擬。其核心思想在于對預(yù) 測誤差經(jīng)驗分布函數(shù)的精細(xì)化處理。通過分不同出力區(qū)間求取的預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函 數(shù)，很好地計及了出力水平對預(yù)測誤差的縱向分布特性的影響，其模擬結(jié)果，可為電力調(diào)度 等領(lǐng)域的研究提供更準(zhǔn)確的依據(jù)
[0016] 下述為本發(fā)明的模擬方法的原理：
[0017] 風(fēng)電預(yù)測誤差可定義為風(fēng)電出力的實際值與預(yù)測值之差，如式（1)所示。預(yù)測誤差 的分布特性是指Pht的概率分布情況。
[0018]
[0019]式中:Pe,時刻的風(fēng)電預(yù)測誤差;Pr,t為實際值;Pf, t為預(yù)測值。
[0020] 為便于分析與比較，將式(1)中各量進(jìn)行歸一化：
[0021]
(2)
[0022 ] 式中：C為Px, t的歸一化值，X的取值為e、r、f; Pn為風(fēng)電裝機(jī)容量。
[0023]后續(xù)以某風(fēng)電場2014年的實際數(shù)據(jù)作為分析基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的時間分辨率為15min。 [0024]統(tǒng)計預(yù)測誤差的分布情況，以頻率直方圖表示，如圖1所示。圖1反映的是預(yù)測誤差 的概率密度分布情況，現(xiàn)已有多種對此進(jìn)行描述的函數(shù)形式，如貝塔分布、拉普拉斯分布、 分段指數(shù)分布、混合偏態(tài)分布等。但考慮到本發(fā)明的應(yīng)用實際，在此不對其進(jìn)行統(tǒng)計擬合， 而是求取預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)。
[0025]考慮到風(fēng)電出力水平對分布特性的影響，將預(yù)測誤差依預(yù)測出力大小分區(qū)間進(jìn)行 統(tǒng)計，能更準(zhǔn)確地反映預(yù)測誤差的分布情況。本發(fā)明將風(fēng)電出力水平分為從A、B、C、D、E五個 等長度的區(qū)間，與各預(yù)測出力區(qū)間對應(yīng)的預(yù)測誤差的集合如式(3)-(7)所示。
[0026] (3)
[0027] (4)
[0028] (5)
[0029] Φ)
[0030] (7)
[0031] 式中：?表示與預(yù)測出力區(qū)間A所對應(yīng)的預(yù)測誤差的集合;％表示與預(yù)測出力區(qū) 間B所對應(yīng)的預(yù)測誤差的集合；C表示與預(yù)測出力區(qū)間C所對應(yīng)的預(yù)測誤差的集合;4表 示與預(yù)測出力區(qū)間D所對應(yīng)的預(yù)測誤差的集合;％表示與預(yù)測出力區(qū)間E所對應(yīng)的預(yù)測誤 差的集合。
[0032] 各預(yù)測出力水平下，預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)如圖2所示。由圖2可見，出力水平不 同時，預(yù)測誤差的分布規(guī)律有所不同。由此說明，在預(yù)測誤差的模擬中，出力水平是不可忽 視的因素，采用分區(qū)間細(xì)化的表示方式可提高模擬的精度。在實際應(yīng)用中，出力區(qū)間數(shù)目的 劃分，可根據(jù)對精度的要求確定。在此，五區(qū)間的預(yù)測誤差經(jīng)驗分布函數(shù)可表示為：
[0033]
(?
[0034] 式中：以匕增；)為預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)，$為變量，私為參量。
[0035] 作為隨機(jī)變量的模擬問題，滿足特定分布函數(shù)F的一維隨機(jī)變量的模擬步驟為：
[0036] 步驟1，生成在[0，1]區(qū)間上服從均勻分布的隨機(jī)變量的一個樣本u。
[0037] 步驟2,計算X = F1(U)13其中，Γ1是F的偽逆，若F是嚴(yán)格增的，則偽逆函數(shù)就是通常 意義下的逆函數(shù)。
[0038] 步驟3,重復(fù)步驟1和步驟2,則由X構(gòu)成的一維變量X的分布函數(shù)即為F。
[0039]當(dāng)預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)確定后，利用這一原理可保證生成的預(yù)測誤差的分布 特性符合歷史誤差的統(tǒng)計規(guī)律。
【附圖說明】
[0040] 圖1為風(fēng)電預(yù)測誤差的頻率分布直方圖；其中：橫坐標(biāo)為預(yù)測誤差/p.u.，縱坐標(biāo)為 頻率；
[0041] 圖2為不同出力水平下預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù);其中：橫坐標(biāo)為預(yù)測誤差/p.u.， 縱坐標(biāo)為經(jīng)驗分布函數(shù)；
[0042]圖3為本發(fā)明流程圖；
[0043] 圖4為本發(fā)明方法生成的預(yù)測誤差與實際預(yù)測誤差的頻率分布特性對比的直方 圖；其中：橫坐標(biāo)為預(yù)測誤差/p. u .，縱坐標(biāo)為頻率；
[0044] 圖5為在預(yù)測誤差的模擬過程中未計及出力水平時的模擬結(jié)果。其中：橫坐標(biāo)為預(yù) 測誤差/p.u.，縱坐標(biāo)為分布函數(shù)。
【具體實施方式】
[0045] 本發(fā)明算法的流程如圖3所示。將已知的風(fēng)電出力預(yù)測期望值序列記為 if 該序列即為需要進(jìn)行預(yù)測誤差模擬的序列。將與之對應(yīng)的風(fēng)電預(yù)測誤差 的模擬值序列記為攻rj。根據(jù)前面的分析，本發(fā)明方法的具體流程如下：
[0046] 步驟1，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，分不同的預(yù)測出力區(qū)間，求取預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)Fe。 同時，確定踔中各量的值。
[0047]步驟2，t = l，預(yù)測誤差模擬生成開始。
[0048]步驟3,生成在[0，1]區(qū)間上服從均勻分布的隨機(jī)變量的一個樣本u。
[0049] 步驟4,根據(jù)4所在區(qū)間的預(yù)測誤差分布函數(shù)的逆函數(shù)，確定t時刻的預(yù)測誤差模 擬值圮。
[0050]
[0051 ]步驟5，t = t+l，模擬繼續(xù)。若t達(dá)到預(yù)先設(shè)定的模擬次數(shù)T，則模擬結(jié)束，輸出結(jié)果， 否則轉(zhuǎn)到步驟3。
[0052]應(yīng)用本發(fā)明提供方法的仿真分析如下：
[0053]對于
【發(fā)明內(nèi)容】
部分所述風(fēng)電場，根據(jù)其2014年的實際運行數(shù)據(jù)，確定相關(guān)的經(jīng)驗 分布及參數(shù)，按照本發(fā)明算法流程，仿真產(chǎn)生3.5萬個時間分辨率為15min的預(yù)測誤差模擬 值。下面對預(yù)測誤差的模擬值與實際值進(jìn)行對比分析。
[0054] 圖4為本發(fā)明方法生成的預(yù)測誤差與實際預(yù)測誤差的分布特性的對比，可見，兩者 的分布情況基本相同。此外，分不同預(yù)測出力區(qū)間統(tǒng)計的分布函數(shù)兩者也基本相同。由此說 明本發(fā)明方法能較好保持預(yù)測誤差的分布特性。
[0055] 圖5為在模擬過程中不計出力水平的影響，即經(jīng)驗分布函數(shù)的求取不分出力區(qū)間， 但在模擬結(jié)束后，對預(yù)測誤差模擬值的分布情況進(jìn)行分出力區(qū)間統(tǒng)計的結(jié)果。此時各條曲 線基本重合，模擬值不能反映預(yù)測誤差隨出力不同而分布特性有所差別的實際情況，說明 若模擬過程中不計及出力水平的影響，模擬的準(zhǔn)確度會降低。
[0056] 仿真分析證明：本發(fā)明所提供的一種計及出力水平對預(yù)測誤差分布特性影響的預(yù) 測誤差模擬方法，通過分不同出力區(qū)間求取的預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)，很好地計及了出 力水平對預(yù)測誤差的縱向分布特性的影響，其模擬結(jié)果，可為電力調(diào)度等領(lǐng)域的研究提供 更準(zhǔn)確的依據(jù)。
【主權(quán)項】
1. 一種計及出力水平影響的風(fēng)電預(yù)測誤差模擬方法，其特征在于:將已知的風(fēng)電出力 預(yù)測期望值序列記為療=(?，甩，吃rl·該序列即為需要進(jìn)行預(yù)測誤差模擬的序列，將與之 對應(yīng)的風(fēng)電預(yù)測誤差的模擬值序列記為茗=b具體流程如下： 步驟1，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，分不同的預(yù)測出力區(qū)間，求取預(yù)測誤差的經(jīng)驗分布函數(shù)Fe;同時， 確定踔中各量的值； 步驟2，t = 1，預(yù)測誤差模擬生成開始； 步驟3，生成在[0，1 ]區(qū)間上服從均勻分布的隨機(jī)變量的一個樣本u; 步驟4,根據(jù)碣所在區(qū)間的預(yù)測誤差分布函數(shù)的逆函數(shù)，確定t時刻的預(yù)測誤差模擬值 Kt'式中：霉為已知的次日風(fēng)電預(yù)測出力期望值，$為對應(yīng)時刻的預(yù)測誤差模擬值； 步驟5，t = t+Ι，模擬繼續(xù);若t達(dá)到預(yù)先設(shè)定的模擬次數(shù)T，則模擬結(jié)束，輸出結(jié)果，否則 轉(zhuǎn)到步驟3。
【文檔編號】G06Q50/06GK106056254SQ201610424782
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】吳興全, 鄭昕, 李秋鵬, 李志偉, 宋鋒, 蔣劍, 張洪源, 姚天亮, 劉科, 李召兄, 張健, 李艷
【申請人】中國能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計院有限公司