CN116667453B - 一种无监测分布式光伏出力功率估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无监测分布式光伏出力功率估算方法，包括：步骤1、观测现有的聚合体以及低压式分布电源，构造低压分布式电源的估计点，根据其地理位置或所属馈线确定低压分布式电源分区或者聚合体；步骤2、基于分布式电源电量数据和功率数据之间的相关性的一致性，采用线性估计模型对参数进行估计；步骤3、根据累计电量误差判定是否重新进行聚合求解和状态估计参数计算，对状态估计策略进行滚动修正。本发明可以解决缺失实时数据的低压式无监督的光伏出力估算问题，以聚合体的形式减少计算的复杂度，提高估算的效率，同时结合出力曲线修正，保证了光伏出力功率估算的准确性。
Description
技术领域
本发明属于新能源领域，具体涉及一种无监测分布式光伏出力功率估算方法。
背景技术
大力推动新能源的发展，越来越多光伏发电设备应用到电力系统当中。现如今局部分布式光伏发电设备越来越多，局部地区的分布式光伏渗透率将超过50％。由于气候以及自然环境的影响导致光伏发电具有随机性，波动性，分布式光伏出力将会影响电网的正常运行，光伏设备的状态估计对于电网的安全稳定运行的意义日益重要。现今高比例可再生能源以及信息物理系统的建设大大增加电网的运行成本，提高电力系统的灵活性与安全性，发挥分布式发电、分布式储能等资源的灵活性价值，才能有降低运行成本，因此分布式发电装置在电网运行中有重要意义。
但现在大部分对光伏发电状态估计和出力估计的预测主要针对集中式光伏电站以及数据完备的分布式光伏发电设备，对于实际存在的低压无监测的分布式光伏发电设备则少有研究。低压式无监测分布式光伏发电设备由于缺少发电的的实时数据，调度决策时无法准确考虑电网的实时运行状态，因此，研究低压无监督分布式光伏出力评估方法具有重要意义。
目前已有相关研究针对光伏发电出力估计展开，如中国专利申请CN 113487100A将单个光伏电站预测结果进行数值累加，得到区域电网光伏发电出力全局预测值，建立时序误差图并估计出下一时刻的预测误差；结合气象信息修正误差；中国专利申请CN112861363A基于区域光照强度数据确定光伏发电的状态总数以及光伏发电状态转移矩阵基于当前的光伏发电状态转移矩阵以及当前状态的持续时间确定下一时刻光伏发电的所处状态；中国专利申请CN 108574300A基于分布式光伏有功时序曲线数据特征建立了分布式光伏k-means聚合模型，提出基于电量数据计算低压分布式光伏发电功率状态估计参数的方法,最后,提出了根据累计估计误差判定聚合求解和状态估计参数计算的策略；但这些方案的前提条件是数据比较充分，但在实际应用中存在较多低压无监督的光伏发电装置，目前还没有相关专利研究此类问题，因此本发明针对低压无监督的光伏发电装置进行研究，提出了状态估计的方法。
发明内容
为克服现有技术的缺点，本发明提出一种无监测分布式光伏出力功率估算方法。由于低压分布式电源没有实时量测数据，对于低压分布式电源，可根据其地理位置或所属馈线确定其分区或者聚合体，在将低压分布式电源纳入聚合体的基础上，对低压分布式电源出力数据进行估计。基于分布式电源电量数据和功率数据之间相关性的一致性进行分布式光伏出力估算。同时从长期尺度上做电量误差反馈的分布式光伏出力曲线修正。因此本发明可以解决缺失实时数据的低压式无监督的光伏出力估算问题，以聚合体的形式减少计算的复杂度，提高估算的效率，同时结合出力曲线修正，保证了光伏出力功率估算的准确性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无监测分布式光伏出力功率估算方法，包括如下步骤：
步骤1、观测现有的聚合体以及低压式分布电源，构造低压分布式电源的估计点，根据其地理位置或所属馈线确定低压分布式电源分区或者聚合体；
步骤2、基于分布式电源电量数据和功率数据之间的相关性的一致性，采用线性估计模型对参数进行估计；
步骤3、根据累计电量误差判定是否重新进行聚合求解和状态估计参数计算，对状态估计策略进行滚动修正。
进一步地，所述步骤1包括：
(1)记分布式电源的电量数据的集合，即S＝{Si|i＝1,2,...,N}；记自动化采集的分布式电源的功率数据的集合，即P＝{Pi|i＝1,2,...,M}；记待估计的分布式电源的功率数据的集合，即
其中，N为一个聚合区内包含的分布式电源的个数，Si为其功率，M为一个聚合区内包含的实现自动化采集的功率数据的分布式电源的个数，Pi为采集的功率数据，为其待估计的功率数据；
(2)对于低压分布式电源，根据其地理位置或所属馈线确定其分区或者聚合体；当存在距离3km以内的10kV分布式电源时，将该低压分布式电源纳入距离最近的10kV分布式电源所在聚合体；如果不存在距离3km以内的10kV分布式电源，但存在9km以内的10kV分布式电源时，将该低压分布式电源纳入同馈线且最近的10kV分布式电源所在聚合体，如果同馈线没有10kV分布式电源，则将该低压分布式电源纳入距离最近的10kV分布式电源所在聚合体；否则不将该低压分布式电源纳入任何聚合体。
进一步地，所述步骤2包括：
采用线性估计模型，如公式(1)：
其中，F(N-M,M)为待求解得状态估计参数，其下标表示矩阵的行列数，其求解公式如下：
其中，inv是矩阵求逆运算符；T(T＞M)是历史电量数据的个数；F(i)，i＝M+1,...,N，表示矩阵的第i行，即分布式电源i的状态估计参数。
进一步地，所述步骤3包括：
(1)定义累计估计误差Ei，i＝M+1,...,N，通过功率估计结果基于公式(3)计算得到的电量与实际电量的差值的均方根和：
其中，δt为前后两个电量数据记录时刻之间的有功数据采集的个数；；τ为估计电量的时刻点；
(2)对相似性聚合体进一步聚合，参与主网调度运行，使用以下标准进行再聚合：
当Ei＜ε时，不重新进行聚合求解或状态估计参数计算，否则重新聚合并计算状态估计参数，其中，ε为误差允许阈值。
有益效果：
本发明解决了低压式无监测分布式光伏发电设备由于缺少发电的的实时数据的问题，可以在现有比较少数据的基础上快速估计，同时结合电量的反馈矫正，可以进一步提高估计的精度。
附图说明
图1为本发明的一种无监测分布式光伏出力功率估算方法流程图。
具体实施方式
本发明提出的低压无监测分布式光伏出力估算方法使用聚合估计出力，解决了无监测分布式光伏出力缺少实时数据的问题，提高了估计效率，通过通过累计误差修正出力曲线保证了估计的准确性，对相似性聚合体进一步聚合，参与主网调度运行，具有较好的应用前景。
如图1所示，本发明的无监测分布式光伏出力功率估算方法主要包括如下步骤：
步骤1、观测现有的聚合体以及低压式分布电源，构造低压分布式电源的估计点，根据其地理位置或所属馈线确定低压分布式电源分区或者聚合体；具体包括：
(1)记分布式电源的电量数据的集合，即S＝{Si|i＝1,2,...,N}；记自动化采集的分布式电源的功率数据的集合，即P＝{Pi|i＝1,2,...,M}；记待估计的分布式电源的功率数据的集合，即
其中，N为一个聚合区内包含的分布式电源的个数，Si为其功率，M为一个聚合区内包含的实现自动化采集的功率数据的分布式电源的个数，Pi为采集的功率数据，为其待估计的功率数据。
(2)对于低压分布式电源，可根据其地理位置或所属馈线确定其分区或者聚合体。当存在距离3km以内的10kV分布式电源时，将该低压分布式电源纳入距离最近的10kV分布式电源所在聚合体；如果不存在距离3km以内的10kV分布式电源，但存在9km以内的10kV分布式电源时，将该低压分布式电源纳入同馈线且最近的10kV分布式电源所在聚合体，而如果同馈线没有10kV分布式电源，则将该低压分布式电源纳入距离最近的10kV分布式电源所在聚合体；否则不将该低压分布式电源纳入任何聚合体。
步骤2、基于分布式电源电量数据和功率数据之间的相关性的一致性，采用线性估计模型对参数进行估计；具体包括：
采用线性估计模型，如公式(1)：
其中，F(N-M,M)为待求解得状态估计参数，其下标表示矩阵的行列数，其求解公式如下：
其中，inv是矩阵求逆运算符；T(T＞M)是历史电量数据的个数；F(i)，i＝M+1,...,N，表示矩阵的第i行，即分布式电源i的状态估计参数；
步骤3、根据累计电量误差判定是否重新进行聚合求解和状态估计参数计算，对状态估计策略进行滚动修正，具体包括：
(1)定义累计估计误差Ei，i＝M+1,...,N，通过功率估计结果基于公式(3)计算得到的电量与实际电量的差值的均方根和：
其中，δt为前后两个电量数据记录时刻之间的有功数据采集的个数，τ为估计电量的时刻点。
(2)通过以上相似性聚合，得到的相似性聚合体数量往往仍较多，直接参与主网调度运行仍比较复杂，且相似性聚合体没有利用分布式电源之间的互补性，调控能力参差不齐，不能实现统一调控。对相似性聚合体进一步聚合，参与主网调度运行，因此使用以下标准进行再聚合。
当Ei＜ε时，不需要重新进行聚合求解或状态估计参数计算，否则重新聚合并计算状态估计参数，其中，ε为误差允许阈值。
Claims (3)
1.一种无监测分布式光伏出力功率估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、观测现有的聚合体以及低压式分布电源，构造低压分布式电源的估计点，根据其地理位置或所属馈线确定低压分布式电源分区或者聚合体，包括：
（1）记分布式电源的电量数据的集合，即；记自动化采集的分布式电源的功率数据的集合，即/>；记待估计的分布式电源的功率数据的集合，即/>；
其中，为一个聚合区内包含的分布式电源的个数，/>为其电量，/>为一个聚合区内包含的实现自动化采集的功率数据的分布式电源的个数，/>为采集的功率数据，/>为其待估计的功率数据；
（2）对于低压分布式电源，根据其地理位置或所属馈线确定其分区或者聚合体；当存在距离3km以内的10kV分布式电源时，将该低压分布式电源纳入距离最近的10kV分布式电源所在聚合体；如果不存在距离3km以内的10kV分布式电源，但存在9km以内的10kV分布式电源时，将该低压分布式电源纳入同馈线且最近的10kV分布式电源所在聚合体，如果同馈线没有10kV分布式电源，则将该低压分布式电源纳入距离最近的10kV分布式电源所在聚合体；否则不将该低压分布式电源纳入任何聚合体；
步骤2、基于分布式电源电量数据和功率数据之间的相关性的一致性，采用线性估计模型对无监测分布式光伏出力功率进行状态估计参数计算；
步骤3、根据累计电量误差判定是否重新进行聚合求解和状态估计参数计算，对状态估计策略进行滚动修正。
2.根据权利要求1所述的一种无监测分布式光伏出力功率估算方法，其特征在于，所述步骤2包括：
采用线性估计模型，如公式（1）：
（1）
其中，为已知参考电站发电功率， />为待求解得状态估计参数，其下标表示矩阵的行列数，其求解公式如下：
（2）
其中，是矩阵求逆运算符；/>是历史电量数据的个数，/>；/>，/>，表示矩阵的第/>行，即分布式电源/>的状态估计参数。
3.根据权利要求2所述的一种无监测分布式光伏出力功率估算方法，其特征在于，所述步骤3包括：
（1）定义累计估计误差，/>，通过功率估计结果基于公式（3）计算得到的电量与实际电量的差值的均方根和：
（3）
其中，为前后两个电量数据记录时刻之间的有功数据采集的个数；/>为估计电量的时刻点；
（2）对相似性聚合体进一步聚合，参与主网调度运行，使用以下标准进行再聚合：
当时，不重新进行聚合求解或状态估计参数计算，否则重新聚合并计算状态估计参数，其中，/>为误差允许阈值。
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