[发明专利]一种山区大型风电场风速建模方法

说明书

技术领域：

本发明属于电力系统风电场建模领域，尤其涉及一种山区大型风电场风速建模方法。

背景技术：

风能是一种绿色清洁能源，大力发展风电有利于减少化石能源消耗、降低碳排放水平。做好风速建模及风速预测工作，得到更准确的风电功率预测结果，可为分析风速特性对电网安全稳定影响、风电消纳、风电场规划选址等问题提供有力的帮助及相关技术支撑。

当前风速建模预测方法可分为基于物理模型和基于历史数据这两种。前者一般采用数值天气预报数据进行风速预测，而后者是利用风电场的历史风速进行外推预测。风力资源的分布具有一定地域特性，但现阶段风速建模研究中大多未考虑同一风场内部不同位置风力发电机组风速的相关性，而是假设风电场内各风机所处位置的风速在同一时刻相等。这对于山区大型风电场，该假设显然不能真实有效地反映出风电场内部的风速具有相关性这一特点。由于风电场内部风速的相关性直接影响风电场出力，进而影响电力系统电力电量分配及其安全运行，因此要做好风电场规划选址、风电消纳工作、含风电场电力系统的安全稳定性分析及经济性分析，就必须要建立拟合度较好的风电场风速相关性模型。

目前常用来建立风速相关性模型的方法主要有三种。一是期刊《中国电机工程学报》2009年第29卷第4期一文中所提出的基于自回归滑动平均模型和时移技术法建立时间序列相关性的风速序列；二是基于线性相关系数矩阵的Cholesky分解的正交变换法，即期刊《IEEETransonPowerSystems》2009年第24卷第2期、《中国电机工程学报》2012年第32卷第7期以及2012年第32卷第13期相关文献所采用的基于正交变换法的风场群风速建模预测方法；三是考虑风速线性相关矩阵与标准正态分布变量线性相关矩阵关系的Nataf变换方法，即期刊《电力系统自动化》2013年第37卷第6期、《IEEETransonPowerSystems》2011年第26卷第2期以及《中国电机工程学报》2013年第33卷第16期相关文章所采用的Nataf变换法建立风电场群内各个风电场的相关风速模型。

上述建立风速相关性模型的方法都假设具有相关性的风速序列都满足同参数的分布，例如假设都满足相同的威布尔分布参数，而且均假设同一个风电场内风速处处相等。针对实际风电场的风速常呈现不同的分布，即使建模认为分布类型相同，分布参数也不一样，因而需要采用一种较好的方法来建立不同分布类型及分布参数的风电场内部相关风速模型。

发明内容：

本发明要解决的技术问题：提供一种山区大型风电场风速建模方法，以解决现有技术对山区大型风电场风速建模预测存在的不能真实有效地反映出风电场内部的风速具有相关性这一特点。由于风电场内部风速的相关性直接影响风电场出力，进而影响电力系统电力电量分配及其安全运行等技术问题。

本发明技术方案：

一种山区大型风电场风速建模方法，它包括：

步骤1、对风电场历史记录风速采样，并计算风电场各个风机群风速威布尔分布的参数c和k；

步骤2、计算风电场内各个风机群的秩相关系数并构成该风电场的历史风速秩相关矩阵R_r；

步骤3、计算风电场的相关风速正态Copula函数，进而得到具有相关性的建模预测风速的联合概率分布函数及各个风机群风速的边缘概率分布函数u₁,…,u_n；

步骤4、对风机群风速的边缘概率分布函数作服从威布尔分布参数c和k的等概率逆变换，实现风速预测。

步骤1所述的计算风电场各个风机群风速威布尔分布的参数c和k的计算公式为：

式中v是风速，c和k分别为尺度参数和形状参数。

步骤2所述的计算风电场内各个风机群的秩相关系数的计算公式为：

式中：分别为秩X_R、Y_R的均值，为随机向量X,Y的Spearman秩相关系数。

步骤3所述的计算风电场的相关风速正态Copula函数的计算公式为：

式中：R_r为n元正态分布变量的相关矩阵；为相关矩阵为R_r的n元标准正态分布的分布函数；i＝1,2,…,n为标准正态分布函数的逆函数。

步骤4所述的对风机群风速的边缘概率分布函数作服从威布尔分布参数c和k的等概率逆变换公式为：