CN115173408A - 一种基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法 - Google Patents

一种基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法。通过对各个分布式光伏电站之间的相关性进行计算，将地区划分为若干个子地区，并选取能够代表该子地区所有光伏电站发电情况的光伏电站作为基准光伏电站，构建地区基准光伏电站信息表，根据基准光伏电站的气象台预测辐照度和预测温度，确定各子地区的基准光伏电站的预测功率，然后对各子地区的基准光伏电站预测功率进行归一化处理，得到各子地区所有光伏电站发电功率，最后累加计算，得出聚合全地区光伏电站的预测功率值。本发明通过计算出基准光伏电站的预测功率得到地区所有光伏电站的总功率，不需要对所有光伏电站进行气象和运行情况监测，降低了光伏电站的建设运行成本。

Description

一种基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法
技术领域
本发明涉及一种光伏发电技术领域，具体涉及一种基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法。
背景技术
光伏电站是一种利用太阳能电池的光伏效应，将太阳辐射转换为电能的一种发电系统，从应用范围分为集中式和分布式光伏发电，与集中式光伏电站相比，分布式光伏电站可以充分利用分散的太阳能，并且布点方便，可以根据气象、地理、经济等因素灵活建设，但由于分布式光伏电站的数量多，分布范围广，带来了以下问题：一是光伏电站发电功率取决于天气及太阳辐射强度，很多分布式光伏电站不具备建立气象监测站进行气象监测的条件，也就难以对其发电功率进行预测；二是如果大量分布式光伏电站全部安装运行监测装置，建设成本将会大为提高，监测数据接入电网调度端会带来数据传输堵塞、调度困难等问题。因此对于分布式光伏电站，电网调度端难以全部监测并进行准确分析调度，亟需通过技术手段提升分布式光伏电站功率的聚合预测的能力水平。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种分布式光伏电站功率的聚合预测方法，以解决分布式光伏电站发电预测以及运行监测困难，以及电网调度人员调度监测分布式光伏电站的效率低下问题，整体提升工作效率，降低分布式光伏电站的投资建设及运行成本。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法，包括以下步骤：
步骤一，将同一自然聚集区所有光伏电站的容量进行合并累加，等效成一个光伏电站；
步骤二，以15分钟为时间尺度，基于各光伏电站的历史发电功率记录，计算各个光伏电站之间的皮尔逊相关系数；以各光伏电站之间的皮尔逊相关系数最大为原则，采用K值聚类法将地区划分为多个子地区，对子地区并进行编号、命名。
步骤三，选取各子地区的在K值聚类法计算中得到的质心光伏电站作为子地区基准光伏电站，并将该子地区基准光伏电站的名称、容量、标准工况下的输出电流、接入电网的电压等级、平均光照辐射度、平均温度作为属性信息进行储存；
步骤四，对地区所有基准光伏电站进行统计，按照子地区编号、子地区名称、子地区基准光伏电站名称、子地区基准光伏电站容量、子地区基准光电站标准工况下的输出电流、子地区基准光伏电站接入电网的电压等级、子地区基准光伏电站平均光照辐射度、子地区基准光伏电站预测光照辐射度、子地区基准光伏电站平均温度、子地区基准光伏电站预测温度、子地区基准光伏电站预测功率进行按列分布，生成地区基准光伏电站信息表；
步骤五，读取地区基准光伏电站信息表，根据基准光伏电站的气象台的天气预测情况，对所有子地区基准光伏电站功率预测。
将子地区基准光伏电站预测光照辐射度、子地区基准光伏电站预测温度子地区基准光伏电站预测功率存储进地区基准光伏电站信息表；
步骤六，根据各子地区代表电站的额定功率，计算出本子地区光伏电站预测功率如下：
Figure BDA0003768297610000011
其中：Pi是第i个子地区光伏电站总预测功率，PCN.i是第i个子地区基准光伏电站的额定功率，PiN.j第i个子地区第j个光伏电站的额定功率，m是该子地区光伏电站的总数；
步骤七，将各子地区光伏电站预测功率进行累加计算，得到聚合全地区光伏电站的预测功率值。
进一步的，所述步骤二中不同光伏电站之间的皮尔逊相关系数如下：
Figure BDA0003768297610000021
其中：tA.B为A、B光伏电站之间的皮尔逊相关系数，PAt为A光伏电站在t时刻记录的发电功率，PBt为B光伏电站在t时刻记录的发电功率，
Figure BDA0003768297610000022
为A光伏电站最近一年记录的发电功率的平均值，
Figure BDA0003768297610000023
为B光伏电站最近一年记录的发电功率的平均值，n为一年内时间尺度的个数，
Figure BDA0003768297610000024
进一步的，所述步骤三中采用K值聚类法计算质心光伏电站的步骤为：将r个光伏电站划分成k个簇类，则首先从r个光伏电站中随机选取k个光伏电站作为初始聚类质心，按照以k个质心光伏电站分别与其他r-k个光伏电站之间的皮尔逊相似系数的平均值最大为原则，将剩余r-k个光伏电站分别划分到k个簇中，将该簇中每个光伏电站与其他光伏电站的皮尔斯相关系数重新进行比较，生成新的质心光伏电站，按照上述规则，再重新划分簇，如此不断迭代，直至每个簇的质心光伏电站不再变化。
进一步的，所述步骤五中所有子地区基准光伏电站功率预测计算公式为：
Figure BDA0003768297610000025
其中：PC.i是第i个子地区基准光伏电站的预测功率，UPN.i是第i个子地区基准光伏电站接入电网的电压等级，Imref.i是第i个子地区基准光伏电站标准工况下的输出电流，Gref.i是第i个子地区基准光伏电站平均光照辐射度，Ge.i是第i个子地区光伏电站气象台的预测光照幅度，αi是第i个子地区光伏电站的补偿系数，Ti是第i个子地区光伏电站气象台的预测温度，Tref.i是第i个子地区基准光伏电站的平均温度。
本发明的有益效果：本发明根据地区光伏电站的分布，采用皮尔逊相关系数方法将地区划分为若干个子地区，采用K值聚类法进行基准电站的选取，计算出基准光伏电站的预测功率，通过对基准光伏电站发电功率的预测结果进行统计计算，能够得到地区所有光伏电站的总功率，不需要对所有光伏电站进行气象和运行情况监测，减少了监测装置安装成本，避免了大规模的信息储存及传输，有效地简化了光伏电站发电功率的预测及相关计算，降低了光伏电站的建设运行成本，减轻了电网调度员对分布式光伏电站的调度压力。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明中采用K值聚类法选取质心光伏电站的流程图。
具体施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明一种基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法，其步骤如下：
步骤一：光伏电站预处理，对于分布着多个光伏电站的同一自然聚集区(如工业园区、村镇等)，将该自然聚集区的所有光伏电站的容量进行合并累加，等效成一个光伏电站；
步骤二：子地区划分，首先进行光伏电站之间的相关性计算，以15分钟为时间尺度，统计地区所有光伏电站最近一年内的历史发电功率，基于各光伏电站的历史发电功率记录，计算各个光伏电站之间的皮尔逊相关系数：
A光伏电站与B光伏电站之间的皮尔逊相关系数如下：
Figure BDA0003768297610000031
其中：tA.B为A、B光伏电站之间的皮尔逊相关系数，PAt为A光伏电站在t时刻记录的发电功率，PBt为B光伏电站在t时刻记录的发电功率，
Figure BDA0003768297610000032
为A光伏电站最近一年记录的发电功率的平均值，
Figure BDA0003768297610000033
为B光伏电站最近一年记录的发电功率的平均值，n为一年内时间尺度(15分钟)的个数，
Figure BDA0003768297610000034
根据地区各光伏电站之间的相关性，读取地区电力系统地理接线图，对地区的光伏电站进行划分，考虑以下要求:
1)划分子地区时应以电网规划为约束，保证同一子地区内的光伏电站属于同一电网区域；
2)在划分子地区时，既要保证子地区内光伏电站的预测精度，也要保证预测效率；
3)一个子地区必须是一个整体，不得出现互不相连分割的情况；
在满足以上条件的情况下，基于地区各光伏电站之间的皮尔逊相关系数，以各光伏电站之间的皮尔逊相关系数最大为原则，采用K值聚类法(如图2所示)将地区划分为k个子地区。
K值聚类法是一种常用的集群划分方法。假设要将r个光伏电站划分成k个簇类，则首先从r个光伏电站中随机选取k个光伏电站作为初始聚类质心，然后按照以k个质心光伏电站分别与其他r-k个光伏电站之间的皮尔逊相似系数的平均值最大为原则，将剩余r-k个光伏电站分别划分到k个簇中。将该簇中每个光伏电站与其他光伏电站的皮尔斯相关系数重新进行比较，生成新的质心光伏电站，按照上述规则，再重新划分簇，如此不断迭代，直至每个簇的质心光伏电站不再变化)
从而确定子地区并进行编号、命名；
步骤三：子地区基准光伏电站选取，选取各子地区的在K值聚类法计算中得到的质心光伏电站，即与本子地区其他光伏电站之间的皮尔逊系数平均值最高的光伏电站，作为基准光伏电站，并将该子地区基准光伏电站的名称、容量、标准工况下的输出电流、接入电网的电压等级、平均光照辐射度、平均温度作为属性信息进行储存；
步骤四：地区基准光伏电站信息表生成，对地区所有基准光伏电站进行统计，按照子地区编号、子地区名称、子地区基准光伏电站名称、子地区基准光伏电站容量、子地区基准光电站标准工况下的输出电流、子地区基准光伏电站接入电网的电压等级、子地区基准光伏电站平均光照辐射度、子地区基准光伏电站预测光照辐射度、子地区基准光伏电站平均温度、子地区基准光伏电站预测温度、子地区基准光伏电站预测功率进行按列分布，生成地区基准光伏电站信息表；
步骤五：基准光伏电站功率预测，读取地区基准光伏电站信息表，根据基准光伏电站的气象台的天气预测情况，按照下述公式进行所有子地区基准光伏电站功率预测：
Figure BDA0003768297610000041
其中：PC.i是第i个子地区基准光伏电站的预测功率，UPN.i是第i个子地区基准光伏电站接入电网的电压等级，Imref.i是第i个子地区基准光伏电站标准工况下的输出电流，Gref.i是第i个子地区基准光伏电站平均光照辐射度，Ge.i是第i个子地区光伏电站气象台的预测光照幅度，αi是第i个子地区光伏电站的补偿系数，Ti是第i个子地区光伏电站气象台的预测温度，Tref.i是第i个子地区基准光伏电站的平均温度；
将子地区基准光伏电站预测光照辐射度、子地区基准光伏电站预测温度子地区基准光伏电站预测功率存储进地区基准光伏电站信息表；
步骤六：子地区光伏电站预测功率计算，根据各子地区代表电站的额定功率，选择常用的归一化公式，计算出本子地区光伏电站预测功率。
子地区光伏电站预测功率计算：
Figure BDA0003768297610000042
其中：Pi是第i个子地区光伏电站总预测功率，PCN.i是第i个子地区基准光伏电站的额定功率，PiN.j第i个子地区第j个光伏电站的额定功率，m是该子地区光伏电站的总数；
步骤七：地区光伏电站预测功率计算，将各子地区光伏电站预测功率进行累加计算，得到聚合全地区光伏电站的预测功率值。

Claims (4)

1.一种基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将同一自然聚集区所有光伏电站的容量进行合并累加，等效成一个光伏电站；
步骤二，以15分钟为时间尺度，基于各光伏电站的历史发电功率记录，计算各个光伏电站之间的皮尔逊相关系数；以各光伏电站之间的皮尔逊相关系数最大为原则，采用K值聚类法将地区划分为多个子地区，对子地区并进行编号、命名。
步骤三，选取各子地区的在K值聚类法计算中得到的质心光伏电站作为子地区基准光伏电站，并将该子地区基准光伏电站的名称、容量、标准工况下的输出电流、接入电网的电压等级、平均光照辐射度、平均温度作为属性信息进行储存；
步骤四，对地区所有基准光伏电站进行统计，按照子地区编号、子地区名称、子地区基准光伏电站名称、子地区基准光伏电站容量、子地区基准光电站标准工况下的输出电流、子地区基准光伏电站接入电网的电压等级、子地区基准光伏电站平均光照辐射度、子地区基准光伏电站预测光照辐射度、子地区基准光伏电站平均温度、子地区基准光伏电站预测温度、子地区基准光伏电站预测功率进行按列分布，生成地区基准光伏电站信息表；
步骤五，读取地区基准光伏电站信息表，根据基准光伏电站的气象台的天气预测情况，对所有子地区基准光伏电站功率预测。
将子地区基准光伏电站预测光照辐射度、子地区基准光伏电站预测温度子地区基准光伏电站预测功率存储进地区基准光伏电站信息表；
步骤六，根据各子地区代表电站的额定功率，计算出本子地区光伏电站预测功率如下：
Figure FDA0003768297600000011
其中：Pi是第i个子地区光伏电站总预测功率，PCN.i是第i个子地区基准光伏电站的额定功率，PiN.j第i个子地区第j个光伏电站的额定功率，m是该子地区光伏电站的总数；
步骤七：将各子地区光伏电站预测功率进行累加计算，得到聚合全地区光伏电站的预测功率值。
2.根据权利要求1所述的基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法，其特征在于，所述步骤二中不同光伏电站之间的皮尔逊相关系数如下：
Figure FDA0003768297600000012
其中：tA.B为A、B光伏电站之间的皮尔逊相关系数，PAt为A光伏电站在t时刻记录的发电功率，PBt为B光伏电站在t时刻记录的发电功率，
Figure FDA0003768297600000013
为A光伏电站最近一年记录的发电功率的平均值，
Figure FDA0003768297600000014
为B光伏电站最近一年记录的发电功率的平均值，n为一年内时间尺度的个数，
Figure FDA0003768297600000015
3.根据权利要求1所述的基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法，其特征在于，所述步骤三中采用K值聚类法计算质心光伏电站的步骤为：将r个光伏电站划分成k个簇类，则首先从r个光伏电站中随机选取k个光伏电站作为初始聚类质心，按照以k个质心光伏电站分别与其他r-k个光伏电站之间的皮尔逊相似系数的平均值最大为原则，将剩余r-k个光伏电站分别划分到k个簇中，将该簇中每个光伏电站与其他光伏电站的皮尔斯相关系数重新进行比较，生成新的质心光伏电站，按照上述规则，再重新划分簇，如此不断迭代，直至每个簇的质心光伏电站不再变化。
4.根据权利要求1所述的基于皮尔逊相关系数的分布式光伏电站聚合预测方法，其特征在于，所述步骤五中所有子地区基准光伏电站功率预测计算公式为：
Figure FDA0003768297600000021
其中：PC.i是第i个子地区基准光伏电站的预测功率，UPN.i是第i个子地区基准光伏电站接入电网的电压等级，Imref.i是第i个子地区基准光伏电站标准工况下的输出电流，Gref.i是第i个子地区基准光伏电站平均光照辐射度，Ge.i是第i个子地区光伏电站气象台的预测光照幅度，αi是第i个子地区光伏电站的补偿系数，Ti是第i个子地区光伏电站气象台的预测温度，Tref.i是第i个子地区基准光伏电站的平均温度。
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