用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法技術

本發明專利技術公開了用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，主要包括：假設待測風電基地共有N座測風塔，獲取每個測風塔Ti(i＝1,2,...,N)前預設小時數的歷史風速數據；在每個整小時點根據前預設小時數的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類，找到待求點與所有測風塔Ti(i＝1,2,...,N)的地理距離Ri最小的測風塔Ti(i＝1,2,...,N)；確定測風塔Ti所在組別中的其他測風塔，對選取的測風塔用反距離加權方法插值得到未知點的風速風向估計值。本發明專利技術所述用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，可以克服現有技術中風資源利用率低、供電可靠性差和電力系統運行穩定性差等缺陷，以實現風資源利用率高、供電可靠性好和電力系統運行穩定性好的優點。

【技術實現步驟摘要】
用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法
本專利技術涉及大型風電基地風資源分析
，具體地，涉及用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法。
技術介紹
我國自然資源分布稟賦決定了大型風電基地多數位于遠離負荷中心且當地沒有大型電源支撐的區域，大規模風電集中并網導致輸電線路功率大幅波動給電力系統安全穩定運行帶來巨大挑戰。由于風電場建設速度普遍快于電網建設速度，在風電規模化高速開發的背景下，我國多數大型風電基地出現棄風限電問題。對大型風電基地的可發電風資源分布情況進行分析評估，有助于合理進行風電場規劃，同時，可提前1-2年規劃并建設配套輸變電工程，有效提高風資源利用率、減少棄風限電，從而促進新能源的健康持續發展。針對千萬千瓦級大型風電基地可發電風資源分析問題，未見相關專利申請。在實現本專利技術的過程中，專利技術人發現現有技術中至少存在風資源利用率低、供電可靠性差和電力系統運行穩定性差等缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，針對上述問題，提出用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，以實現風資源利用率高、供電可靠性好和電力系統運行穩定性好的優點。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，主要包括：a、假設待測風電基地共有N座測風塔，獲取每個測風塔Ti(i＝1,2,...,N)前預設小時數的歷史風速數據；b、在每個整小時點根據前預設小時數的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類，找到待求點與所有測風塔Ti(i＝1,2,...,N)的地理距離Ri最小的測風塔Ti(i＝1,2,...,N)；c、確定測風塔Ti所在組別中的其他測風塔，對選取的測風塔用反距離加權方法插值得到未知點的風速風向估計值。進一步地，在步驟b中，還包括：根據各測風塔的經緯度坐標及待求點的經緯度坐標，計算待求點與所有測風塔Ti(i＝1,2,...,N)的地理距離Ri。進一步地，所述計算待求點與所有測風塔Ti(i＝1,2,...,N)的地理距離Ri的操作，具體包括：設待測點坐標為(xk,yk)，已知測點坐標為(xi,yi)，其中i＝1,2,...,N，N為測風塔個數，則待測點到第i座測風塔的地理距離為進一步地，所述找到待求點與所有測風塔Ti(i＝1,2,...,N)的地理距離Ri最小的測風塔Ti(i＝1,2,...,N)的操作，具體包括：求minRi，所對應的測風塔即為待測點到第i座測風塔的地理距離Ri最小的測風塔。進一步地，在步驟b中，所述在每個整小時點根據前預設小時數的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類的操作，具體包括：首先，定義類與類的距離為兩類中所有個體之間距離的最小值；其次，構造待聚類的m個元素的距離矩陣(m×m)，然后在此矩陣的非對角元素中，對距離最小的對象Gp和Gq進行歸并，得到新類Gr＝{Gp,Gq}；再次，按公式drk＝min{dpk,dqk}(k≠p,q)計算新類Gr與原來各類之間的距離，如此可得到一個新的(m-1)階距離矩陣；最后，回到第二步，直到類別數量滿足要求，聚類算法終止。進一步地，所述對距離最小的對象Gp和Gq進行歸并，得到新類Gr＝{Gp,Gq}的操作，具體包括：根據最短距離聚類法的定義，類與類的距離為兩類中所有個體之間距離的最小值，那么類Gp和類Gq之間的距離Dpq則表示為：在此基礎上，構造待聚類的m個元素的距離矩陣(m×m)，然后在此矩陣的非對角元素中，對距離最小的對象Gp和Gq進行歸并，得到新類Gr＝{Gp,Gq}。進一步地，在步驟b中，所述在每個整小時點根據前預設小時數的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類的操作，具體還包括：風速數據相關性計算方法為：兩個測風塔的風速序列看作兩個隨機變量X、Y，則相關系數如下式所示：進一步地，在步驟c中，所述確定測風塔Ti所在組別中的其他測風塔的操作，具體包括：根據每次的聚類結果，獲得每個測風塔所屬的組別，確定該組別中的其他測風塔。進一步地，在步驟c中，所述反距離加權方法具體是以待求點到已知點距離的函數作為權重函數，對已知點的數據進行加權得到待求點的估計值；所述權重函數W(r)有多種形式，包括：W(r)＝1/r2；其中，r為未知點與已知點之間的距離，R為影響半徑，表示距離超過該半徑的已知點對未知點的數據沒有參考價值，m是大于1的整數；顯然，在這種插值方法中，已知點離未知點越近，則權重越大。進一步地，在步驟c中，所述對選取的測風塔用反距離加權方法插值得到未知點的風速風向估計值的操作，具體包括：充分利用了“距離越近，資源特點相似性越高”的規律，采用W(r)＝1/r2的形式進行建模；于是，U、V兩個方向即x、y方向的插值風速矢量表示為：本專利技術各實施例的用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，由于主要包括：假設待測風電基地共有N座測風塔，獲取每個測風塔Ti(i＝1,2,...,N)前預設小時數的歷史風速數據；在每個整小時點根據前預設小時數的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類，找到待求點與所有測風塔Ti(i＝1,2,...,N)的地理距離Ri最小的測風塔Ti(i＝1,2,...,N)；確定測風塔Ti所在組別中的其他測風塔，對選取的測風塔用反距離加權方法插值得到未知點的風速風向估計值；從而可以克服現有技術中風資源利用率低、供電可靠性差和電力系統運行穩定性差的缺陷，以實現風資源利用率高、供電可靠性好和電力系統運行穩定性好的優點。本專利技術的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。下面通過附圖和實施例，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。附圖說明附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本專利技術的實施例一起用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的限制。在附圖中：圖1為本專利技術用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法的流程示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。根據本專利技術實施例，如圖1所示，提供了用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法。本實施例的用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，主要包括以下步驟：步驟S10，假設該風電基地共有N座測風塔，獲取每個測風塔Ti(i＝1,2,...,N)前6個小時的歷史風速數據；步驟S20，在每個整小時點根據前6小時的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類；在步驟S20中，所述最短距離聚類的具體方法如下：最短距離聚類方法屬于系統聚類方法的一種。系統聚類方法的基本思想是按照某種標準計算各類別之間的相似程度(或距離)，然后對待分類的樣品不斷將最為相近的兩類合并為一類，同時重新計算新類和其他類的相似程度(或距離)，如此循環進行，直至樣品的類別數達到設定值為止。由于本研究問題只考慮風速序列之間的簡單關系，為了實現初步的前期數據分組目標，無需采用復雜的聚類方法，而考慮到最短距離聚類方法物理意義明確、模型簡單的優勢，下文采用該方法進行聚類分組。EquationSection3根據最短距離聚類法的定義，類與類的距離為兩類中所有個體之間距離的最小值，那么類Gp和類Gq之間的距離Dpq則表示為：本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，其特征在于，主要包括：a、假設待測風電基地共有N座測風塔，獲取每個測風塔Ti(i＝1,2,...,N)前預設小時數的歷史風速數據；b、在每個整小時點根據前預設小時數的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類，找到待求點與所有測風塔Ti(i＝1,2,...,N)的地理距離Ri最小的測風塔Ti(i＝1,2,...,N)；c、確定測風塔Ti所在組別中的其他測風塔，對選取的測風塔用反距離加權方法插值得到未知點的風速風向估計值。

【技術特征摘要】
1.用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，其特征在于，主要包括：a、假設待測風電基地共有N座測風塔，獲取每個測風塔Ti前預設小時數的歷史風速數據；b、在每個整小時點根據前預設小時數的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類，找到待求點與所有測風塔Ti的地理距離Ri最小的測風塔Ti；c、確定每個測風塔Ti所在組別中的其他測風塔，對選取的測風塔用反距離加權方法插值得到未知點的風速風向估計值；在步驟b中，所述在每個整小時點根據前預設小時數的測風塔風速均值之差對測風塔進行最短距離聚類的操作，具體包括：首先，定義類與類的距離為兩類中所有個體之間距離的最小值；其次，構造待聚類的m個元素的距離矩陣m×m，然后在此矩陣的非對角元素中，對距離最小的對象Gp和Gq進行歸并，得到新類Gr＝{Gp,Gq}；再次，按公式drk＝min{dpk,dqk}計算新類Gr與原來各類之間的距離，如此可得到一個新的m-1階距離矩陣；最后，回到第二步，直到類別數量滿足要求，聚類算法終止。2.根據權利要求1所述的用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，其特征在于，在步驟b中，還包括：根據各測風塔的經緯度坐標及待求點的經緯度坐標，計算待求點與所有測風塔Ti的地理距離Ri。3.根據權利要求2所述的用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，其特征在于，所述計算待求點與所有測風塔Ti的地理距離Ri的操作，具體包括：設待測點坐標為(xk,yk)，已知測點坐標為(xi,yi)，其中i＝1,2,...,N，N為測風塔個數，則待測點到第i座測風塔的地理距離為：4.根據權利要求3所述的用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，其特征在于，所述找到待求點與所有測風塔Ti的地理距離Ri最小的測風塔Ti的操作，其中i＝1,2,...,N，具體包括：求minRi，所對應的測風塔即為待測點到第i座測風塔的地理距離Ri最小的測風塔。5.根據權利要求1所述的用于千萬千瓦風電基地的可發電風資源分布估計方法，其特征在于，所述對距離最小的對象Gp和Gq進行歸并，得到新類Gr＝{Gp,Gq}的操作，具體包括：根據最短距離聚類法的定義，類與類的距離為兩類中所有個體之間距離的最小值，那么類Gp和類Gq之間的距離Dpq則表示為：

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪寧渤，路亮，丁坤，趙龍，喬穎，魯宗相，李劍楠，
申請(專利權)人：國家電網公司，國網甘肅省電力公司，甘肅省電力公司風電技術中心，
類型：發明
國別省市：北京;11