[發明專利]一種基于隨機偏微分方程的風速波動特性建模方法

在審

• 申請號: 201510274015.1
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104850710A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: 吳峰;周宇;孔衛亞;陳永祥;楊曉梅;黃俊輝;王海潛;謝珍建;喬黎偉;祁萬春;談健;趙宏大;鞠平;金宇清
• 申請（專利權）人: 河海大學;國家電網公司;江蘇省電力公司;江蘇省電力公司電力經濟技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 王培松;朱顯國

技術領域

本發明提出了一種基于隨機偏微分方程的風速波動特性建模方法，屬于可再生能源發電建模技術領域。

背景技術

在可再生能源快速發展的大背景下，風力發電在電力系統中的比重逐漸加大，風電的接入給電力系統的規劃和運行帶來了重要影響。風速的隨機波動性本身對電力系統的運行帶來沖擊和影響，是一項不確定因素；另外風電的接入增加了系統節點電壓、頻率和支路潮流的隨機波動性。因此建立真實的風速變化模型，確定其變化規律，是研究含風電的電力系統動態特性的重要前提。

目前國內外學者已經提出了一系列的風速建模方法，但整體上分為兩大類：概率分布模型和時間序列模型。風速概率分布通常有Rayleigh或Weibull函數擬合，可以反映風速長時間的概率分布特性，常用來作為風能資源統計特性的指標。有些研究從風速功率譜密度的角度出發，將風速序列看作是白噪聲序列通過整形濾波器的輸出。另外一些通過擬合風速分布的參數來獲得風速模型。然而風速的波動是影響含風電的電力系統運行情況的關鍵，概率分布無法反映風速的動態變化規律，因此也就不適用于對風電系統的動態運行和控制的仿真研究。一般意義上的時間序列模型可在一定時間尺度上反映特定區域的風速變化規律。現有的針對時間序列模型的研究一般以單一時間尺度為立足點建立時間序列模型，并仿真得到可以反映該時間尺度統計特性的風速序列。一些研究針對風速隨機變化的特性，用自回歸滑動平均方法建立了滿足一定功率譜密度特性的風速模型。另有一些考慮了風速和風向在時間和空間上具有相關性，將風速和風向兩個時間序列轉化為包括風速和風向兩變量的風向量時間序列。這些模型較好地模擬了風速變化的頻率特性，但由于他們都以恒定的平均風速常量作為低頻分量，在對應的單一時間尺度內，風速趨勢相對單一不變，無法反映風速變化的各種趨勢，更無法體現風速在中小時間尺度上的統計特性。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種基于隨機偏微分方程的風速波動特性建模方法。在充分考慮風速概率分布條件的基礎上，對風速的波動特性進行求解，最終建立起既能體現風速波動特性、又符合風速概率分布條件的風速建模方法。

本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。

為達成上述目的，本發明提出一種基于隨機偏微分方程的風速波動特性建模方法，包括：根據樣本風速數據構建關于風速變化量的隨機偏微分方程，通過求解該隨機偏微分方程求得一組典型的風速變化序列；隨后通過擬合樣本風速的概率分布函數隨機生成一組風速序列，利用解得的典型風速變化序列，按照最小二乘法的原則對隨機風速序列進行重構，即得到最終的風速模型；最后通過與實測風速序列的對比驗證了該方法的正確性。

在一些實施例中，前述的風速波動特性建模方法的具體實現包括：

步驟A：根據風速的變化具有顯著的馬爾科夫性，采用分析擴散過程的方法來分析，利用擴散過程的自相關函數表示出關于風速的隨機微分方程，如下：

dXt=-θ(Xt-μ)dt+v(Xt)dWt]]>

其中，X_t為風速幅值，θ≥0，W_t為布朗運動，v(X_t)是定義在(l,u)上的非負函數，并且：