[发明专利]基于每时晴空指数的大规模电站光伏出力序列生成方法

权利要求书

1.一种基于每时晴空指数的大规模电站光伏出力序列生成方法，其特征在于：其步骤是：

(1)通过聚类分析对大规模光伏电站进行空间分群；

步骤1-1：计算光伏每日晴空指数：

太阳辐射的每日晴空指数K_d为：

式中：I_t^means表示t时刻太阳辐射实测值；I_t^sim表示t时刻全球水平太阳辐射理论模拟值；时间t从日出到日落；

步骤1-2：提取光伏出力波动量：

光伏出力波动量ΔP_t为：

ΔP_t＝P_t-K_dP_t^sim (2)

式中：P_t为t时刻光伏实际出力大小；K_d为电站每日晴空指数；为t时刻光伏理论出力大小；

步骤1-3：确定最优聚类数

假设待聚类的观测集为X＝{x₁,x₂,…,x_i,…,x_n},每个观测值有p维变量，两个观测值之间的欧几里得距离d_ij定义为：

式中：x_ip和x_jp分别为第i和第j个观测值的第p维变量；p是变量的个数；

最优聚类数目通过轮廓系数确定， 轮廓系数s(i)是类的密集与分散程度的评价指标；

式中：a(i)为样本i到同类其他样本的平均距离；b(i)为样本i到其他某类所有样本的平均距离；a(i)是测量类内的相似度,b(i)是测量类间的相似度，s(i)范围从-1到1；

(2)划分典型电站和波动电站；

将不同天气下始终同属一个聚类集合的电站选为典型电站，对不属于同一集合的电站定义为波动电站；

(3)计算典型电站每时晴空指数序列；

光伏出力的每时晴空指数表示为：

式中：表示t时刻光伏出力实测值；表示t时刻光伏出力理论模拟值；

(4)对不平稳序列进行平稳化处理；

在不为0的条件下形成新的平稳序列u_t

定义线性分段函数f为：

式中：f_a为日出到中午时段的函数；f_b为中午到日落时段的函数；

f_a和f_b的目的是改进日出和日落时段光伏理论出力的模拟值，表达式如下：

式中：为一天中光伏理论模拟最大值；α_a,b,β_a,b,γ为使u_t标准差最小化的优化参数；β_a,b∈(0,2)；

(5)建立VAR模型；

步骤(5-1)：VAR模型参数估计

VAR模型表示为:

式中：p为时间最大滞后量；U_t＝(u_1,t,u_2,t,…,u_m,t)'为m维平稳化序列；B^l为滞后期l的m×m维待估计系数矩阵；η为一列m维常数向量；a_t＝(a_1,t,a_2,t,…,a_m,t)'为方差待估计的m维白噪声向量；

模型中待估计的参数为系数矩阵B^l和白噪声向量a_t的方差—协方差矩阵∑，对于一阶VAR模型其形式如下：

其中，B¹中非对角元素表征各电站之间的相互影响，分别为a_t中各元素的方差和协方差；

步骤5-2：VAR模型阶数确定

AIC值表达式如下：

式中：T为每时晴空指数记录总天数；为拟合VAR(p)模型时方差－协方差矩阵Σ的极大似然估计；

对p＝0,1,…,P阶VAR模型，分别估计模型参数，计算对应的AIC(p)，选取AIC最小值对应的阶数即为模型阶数；

(6)对VAR模型进行平稳性检验；

对VAR模型进行平稳性检验，若检验通过，根据模型可生成任意长度的模拟时间序列否则重新建立模型；

(7)模拟时间序列进行数值转化；

将模拟时间序列与对应电站理论出力值相乘，得到最终光伏出力模拟序列；

(8)典型电站映射波动电站光伏出力；

计算序列的互相关函数公式为：

式中：u_i(t),u_j(t)为2组平稳序列；为2组平稳序列平均值；D(u_i(t)),D(u_j(t))为2组平稳序列方差；E为序列的期望；k为时间延迟数。