[發(fā)明專利]一種基于Copula函數(shù)的時(shí)空相關(guān)風(fēng)光序列模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811375697.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109492315B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 別朝紅;潘超瓊;王燦;趙子嫣;王金浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06N7/00;G06F111/08;G06F113/06
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Copula函數(shù)的時(shí)空相關(guān)風(fēng)光序列模擬方法，該方法由多維風(fēng)光空間和時(shí)間相關(guān)性數(shù)據(jù)的模擬生成兩部分組成；首先，基于核密度估計(jì)法得出多維歷史風(fēng)光序列的邊緣概率分布函數(shù)；其次，基于風(fēng)光空間相關(guān)性由風(fēng)速和光輻照度的條件分布函數(shù)模擬產(chǎn)生空間相關(guān)性數(shù)據(jù)；最后，基于風(fēng)光時(shí)間相關(guān)性由一階馬爾科夫過(guò)程的特性以及風(fēng)速和光輻照度的條件分布函數(shù)模擬產(chǎn)生時(shí)間相關(guān)性數(shù)據(jù)，得到多維時(shí)空相關(guān)風(fēng)光序列模擬數(shù)據(jù)；本發(fā)明方法可以準(zhǔn)確地刻畫多維風(fēng)光序列之間的空間特性以及每個(gè)風(fēng)光序列自身的時(shí)間特性，模擬產(chǎn)生更符合實(shí)際的時(shí)空相關(guān)風(fēng)光序列，為風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的規(guī)劃和運(yùn)行提供指導(dǎo)，具有較強(qiáng)的通用性和工程實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)能發(fā)電和光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種考慮時(shí)空相關(guān)性的風(fēng)光序列的模擬方法。

背景技術(shù)

發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為人類社會(huì)的普遍共識(shí)，可再生新能源開(kāi)發(fā)浪潮席卷全球。近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電和光伏裝機(jī)大幅增加，隨著風(fēng)能和太陽(yáng)能的大規(guī)模利用，同一地區(qū)將會(huì)有多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站同時(shí)接入系統(tǒng)。由于新能源基地的大規(guī)模集中建設(shè)，風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站之間的距離較近，風(fēng)速和光輻照度序列之間的時(shí)空相關(guān)性較強(qiáng)，這將會(huì)對(duì)場(chǎng)站的規(guī)劃和運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，而且隨著風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站裝機(jī)容量的不斷增大和廠址密集程度的不斷增加，這種影響會(huì)更加明顯。因此，十分有必要研究如何準(zhǔn)確地刻畫多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站之間的時(shí)空相關(guān)性模型。

目前，基于風(fēng)光相關(guān)性對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的影響的研究較多，研究?jī)?nèi)容包括電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估、概率最優(yōu)潮流以及電力市場(chǎng)等，都對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。盡管取得了一系列成果，但大多數(shù)研究者僅針對(duì)風(fēng)光序列單一的時(shí)間相關(guān)性或者空間相關(guān)性進(jìn)行模擬生成技術(shù)的研究，而沒(méi)有同時(shí)考慮風(fēng)光序列的時(shí)空相關(guān)性。另外，很多研究者僅針對(duì)風(fēng)光之間的時(shí)空相關(guān)性進(jìn)行分析說(shuō)明并得出相應(yīng)的結(jié)論而未涉及序列的模擬生成技術(shù)。

因此，有必要提出一種基于Copula的考慮時(shí)空相關(guān)性的風(fēng)光序列的模擬方法，對(duì)于大規(guī)模集中建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的規(guī)劃選址和裝機(jī)容量的選取等方面具有重要意義。

發(fā)明目的

針對(duì)現(xiàn)有時(shí)空相關(guān)風(fēng)光序列模擬技術(shù)研究的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于Copula函數(shù)的時(shí)空相關(guān)風(fēng)光序列模擬方法，該方法考慮了多維風(fēng)速和光輻照度序列之間的時(shí)空相關(guān)性，可以準(zhǔn)確地刻畫多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站風(fēng)光序列之間的空間特性以及每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站風(fēng)光序列自身的時(shí)間特性，模擬產(chǎn)生更符合實(shí)際的時(shí)空相關(guān)風(fēng)光序列，為風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的規(guī)劃和運(yùn)行提供指導(dǎo)，具有較強(qiáng)的通用性和工程實(shí)用性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于Copula函數(shù)的時(shí)空相關(guān)風(fēng)光序列模擬方法，包括以下步驟：

1)通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站獲取測(cè)量得到的N個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)和M個(gè)光伏電站的歷史光輻照度數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際需要確定需模擬的時(shí)間長(zhǎng)度T；

2)采用核密度估計(jì)法來(lái)估計(jì)風(fēng)電場(chǎng)的歷史風(fēng)速序列和光伏電站的歷史光輻照度序列的邊緣密度函數(shù)，從風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站歷史風(fēng)光序列中采樣得隨機(jī)樣本{x₁,x₂,…,x_n}，在任意點(diǎn)x處的核密度估計(jì)函數(shù)為：

其中，k(·)為核函數(shù)，h為窗寬，n為樣本容量，x_i為樣本風(fēng)速或光輻照度；

核密度估計(jì)法中最核心的兩個(gè)問(wèn)題是核函數(shù)的選取和窗寬的選取，根據(jù)實(shí)證，窗寬取為：

其中為樣本標(biāo)準(zhǔn)差，n為樣本容量；

當(dāng)窗寬確定后，核函數(shù)的選取對(duì)核密度估計(jì)影響不大，選取高斯核函數(shù)，即

由核密度估計(jì)函數(shù)積分得多維歷史風(fēng)速序列和歷史光輻照度序列的邊緣分布函數(shù)；