計(jì)及斷面約束的風(fēng)電場(chǎng)群功率預(yù)測(cè)算法研究

郁云

摘要：對(duì)區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)群功率進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是目前一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)有的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法以網(wǎng)省級(jí)電網(wǎng)的總體風(fēng)電為研究對(duì)象，因而無(wú)法描述電網(wǎng)中具有特定網(wǎng)絡(luò)斷面約束的風(fēng)電場(chǎng)群的出力特性。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)潮流斷面進(jìn)行劃分的基礎(chǔ)上，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)斷面劃分的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法的算法模型。通過(guò)算例分析證明了該方法的有效性和實(shí)用性。研究結(jié)論表明，可以實(shí)現(xiàn)多空間尺度的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，對(duì)于提高區(qū)域風(fēng)電預(yù)測(cè)的精度，可以為優(yōu)化調(diào)度決策提供了重要支持。

關(guān)鍵詞：電力潮流斷面；斷面約束；區(qū)域風(fēng)電預(yù)測(cè)；調(diào)度決策；預(yù)測(cè)精度

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）21-0200-02

Research on Power Forecasting of Wind Farm Groups Algorithm Considering Interface Restraints

YU Yun

（Information Service Department， Nanjing College of Information Technology， Nanjing 210046， China）

Abstract： Accurate regional wind power forecasting guarantees the security and economics of the power system integrated with large scale of wind power， which become a hotspot. Aiming at the gross wind power output of the whole regional grid area， existing regional wind power forecasting methods fails to characterize the locally gross output power of the wind farm group forming a power flow interface with specified flow restraints. In this paper， the power flow restraints oriented regional wind power forecasting algorithm based on the analysis of the concept and data of interface restraints was presented. The case study proved the feasibility and effectiveness of our method. The conclusion indicates that the algorithm presented in this paper implements a multiple temporal and spatial scale regional win power forecasting technology， which can obviously improve the accuracy of regional wind power forecasting， relieve the pressure for the grid side and improve the utilization rate of wind power.

Key words： power flow interface； interface restraints； regional wind power forecasting； dispatching decision-making； prediction accuracy

隨著我國(guó)各大風(fēng)電基地建設(shè)，并網(wǎng)型風(fēng)電總體規(guī)模的不斷增加，電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力問(wèn)題逐步凸顯。對(duì)區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)群功率進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)是目前一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，它可以在大規(guī)模風(fēng)電接入條件下減少系統(tǒng)的備用容量、降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本[1-2]?，F(xiàn)有的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法[3][6]的技術(shù)路線是：根據(jù)區(qū)域氣候特點(diǎn)，區(qū)域各風(fēng)電場(chǎng)自然狀態(tài)下出力相關(guān)性進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)研究，充分利用了風(fēng)電場(chǎng)群出力平滑效應(yīng)[3][4][5]，實(shí)現(xiàn)了高精度的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)。但上述方法的局限性在于，模型設(shè)計(jì)以網(wǎng)省級(jí)電網(wǎng)的風(fēng)電總體為研究對(duì)象，因而無(wú)法有效地進(jìn)行局部風(fēng)電功率變化特征的描述。因此，對(duì)于電網(wǎng)中具有特定約束條件的潮流斷面中包含的風(fēng)電場(chǎng)群的出力特性，需要有新的方法進(jìn)行研究。

本文在研究全網(wǎng)區(qū)域功率預(yù)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，首先提出了基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行區(qū)域劃分的技術(shù)路線。然后闡述了基于潮流斷面劃分的區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)群功率預(yù)測(cè)算法的數(shù)學(xué)模型。最后在算例分析中以實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)證明了該算法的有效性和實(shí)用性。本文中描述的研究成果將為網(wǎng)省級(jí)電網(wǎng)提供更為精細(xì)，同時(shí)應(yīng)用目標(biāo)更為具體的區(qū)域風(fēng)電預(yù)測(cè)結(jié)果，為電網(wǎng)調(diào)度部門對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的調(diào)度與計(jì)劃提供更有效的決策支持。

1 相關(guān)概念及數(shù)據(jù)描述

1.1 基于潮流斷面的區(qū)域劃分

在電力系統(tǒng)中，潮流斷面是由若干交流直流線路構(gòu)成。由于系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求各斷面在運(yùn)行中存在控制限額，調(diào)度機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)整機(jī)組出力控制斷面?zhèn)魉凸β?，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行呈現(xiàn)分區(qū)、分片特點(diǎn)[8]?；诔绷鲾嗝婕s束的區(qū)域劃分依據(jù)是電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的斷面信息，其中與斷面劃分相關(guān)的數(shù)據(jù)主要有：集電線路名稱、電壓等級(jí)、所屬區(qū)域、覆蓋風(fēng)電場(chǎng)明細(xì)、潮流限制及其約束條件等。

1.2 數(shù)據(jù)描述

為建立潮流斷面區(qū)域功率預(yù)測(cè)模型，所需進(jìn)行的數(shù)據(jù)包括：

1）風(fēng)電場(chǎng)計(jì)劃申報(bào)考核信息

風(fēng)電場(chǎng)計(jì)劃申報(bào)考核信息主要取自系統(tǒng)軟件平臺(tái)，其中包括：日均方根誤差、日合格率、月均方根誤差和月通達(dá)率等。網(wǎng)省級(jí)電網(wǎng)接收的風(fēng)電場(chǎng)計(jì)劃申報(bào)統(tǒng)計(jì)中，如部分風(fēng)電場(chǎng)計(jì)劃申報(bào)通達(dá)率較為理想，且上報(bào)短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)穩(wěn)定在較高的預(yù)報(bào)水平，則無(wú)須對(duì)上述場(chǎng)站進(jìn)行短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)研究。

2）風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率建模信息

該類信息主要針對(duì)計(jì)劃申報(bào)考核信息中，考核水平滯后的風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行收集。目的是通過(guò)自主建模，改善預(yù)測(cè)精度，進(jìn)而服務(wù)于該風(fēng)電場(chǎng)從屬斷面的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)。

上述所涉及的所有數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)有效的預(yù)處理流程才能作為算法的有效輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟包括：1）數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。依據(jù)相應(yīng)規(guī)范，對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行整編、核對(duì)和檢驗(yàn)，篩除數(shù)據(jù)集中的異常信息。2）建立自定義潮流斷面數(shù)據(jù)集。確定潮流斷面的識(shí)別碼，完成斷面上各風(fēng)電場(chǎng)接入時(shí)間、短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)水平、上報(bào)通達(dá)率情況，以及斷面風(fēng)電總功率時(shí)間序列的整編。

2 算法與模型

2.1 算法流程

本文所述的斷面風(fēng)電場(chǎng)群功率預(yù)測(cè)算法的基本思路為：依據(jù)潮流斷面的劃分，選取一個(gè)或多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)為代表風(fēng)電場(chǎng)，首先確定單風(fēng)電場(chǎng)短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)[7]，然后對(duì)風(fēng)電場(chǎng)和區(qū)域出力歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸分析，率定各代表風(fēng)場(chǎng)出力在各斷面總出力中的權(quán)重系數(shù)，最終確定每個(gè)潮流斷面的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)。其算法流程可由圖1描述：

根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和風(fēng)電場(chǎng)從屬關(guān)系，將全網(wǎng)劃分成若干個(gè)潮流斷面；

輸入風(fēng)電場(chǎng)歷史功率數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸分析，分別建立各潮流斷面區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型；

選取各斷面的代表性風(fēng)電場(chǎng)，輸入代表風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電短期預(yù)測(cè)結(jié)果到區(qū)域風(fēng)電預(yù)測(cè)模型，從而確定各潮流斷面區(qū)域的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果；

對(duì)區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià)，用來(lái)修正區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型。

3 算例分析

以上算法在中國(guó)東北電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用案例如下：選取兩個(gè)潮流斷面的風(fēng)電場(chǎng)作為代表風(fēng)電場(chǎng)，A斷面4座代表風(fēng)電場(chǎng)， 裝機(jī)容量為244MW，B斷面2座代表風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)容量為108MW。兩個(gè)斷面的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)與測(cè)試結(jié)果如表1。

經(jīng)過(guò)計(jì)算后分別得到兩個(gè)斷面代表風(fēng)電場(chǎng)的回歸系數(shù)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到東北電網(wǎng)A斷面和B斷面的總風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果。統(tǒng)一用2011中旬?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量較好的5000條數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本，1000條數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本，結(jié)果顯示A斷面的訓(xùn)練誤差為8.22%，測(cè)試誤差為15.10%，B斷面的訓(xùn)練誤差為11.63%，測(cè)試誤差為12.14%。

4 總結(jié)

隨著近年來(lái)風(fēng)電在中國(guó)的快速集中發(fā)展，為確保大規(guī)模風(fēng)電安全、可靠、高效的并網(wǎng)運(yùn)行，開(kāi)展區(qū)域性風(fēng)電場(chǎng)群功率預(yù)測(cè)技術(shù)的研究非常關(guān)鍵。而現(xiàn)有的區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)群功率預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)于電網(wǎng)中具有特定約束條件的潮流斷面中包含的風(fēng)電場(chǎng)群的出力特性無(wú)法有效描述從而無(wú)法輸出實(shí)用的預(yù)測(cè)結(jié)果。本文提出了一種面向潮流斷面的區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的目標(biāo)是針對(duì)網(wǎng)省級(jí)電網(wǎng)根據(jù)其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的約束而自定義的潮流斷面，基于統(tǒng)計(jì)分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)各級(jí)斷面風(fēng)電總出力的預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)該算法理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的闡述，我們可以得到如下結(jié)論：1）依據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母髯远x斷面進(jìn)行短期風(fēng)電場(chǎng)群功率預(yù)測(cè)，是實(shí)現(xiàn)區(qū)域預(yù)測(cè)多空間尺度的必要技術(shù)手段；2）斷面區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)有助于網(wǎng)省級(jí)電網(wǎng)提高大規(guī)模風(fēng)電調(diào)度計(jì)劃的科學(xué)性，對(duì)于緩解源網(wǎng)壓力和提高風(fēng)電利用率具有重要作用；3）斷面區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)具備深化研究的特點(diǎn)，能夠有效規(guī)避風(fēng)電場(chǎng)上報(bào)功率預(yù)測(cè)的誤差疊加效應(yīng)。

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