风电场集群动态划分方法、装置、设备及存储介质

摘要

本发明公开了一种风电场集群动态划分方法、装置、设备及存储介质，其中方法包括：获取各风电场的出力预测曲线时间序列和开机容量曲线时间序列并进行标幺化；计算各风电场出力波动率序列；计算任意两个风电场的出力波动率序列之间的相关系数；将相关性系数小于阈值的两个风电场组合为一个等效风电场，所有等效风电场与剩余风电场构成新的集群，并返回重新计算相关系数矩阵，依此迭代，直到不存在小于阈值的相关系数时，输出集群划分结果。基于各风电场出力预测数据，通过分析风电场群广域自平滑作用，根据不同风电场之间出力相关性指标进行分组，优先利用风电场之间波动率互补特性平抑总的风电波动，进而减少储能参与平抑风电波动所需的资源。

权利要求

1.一种风电场集群动态划分方法，其特征在于，包括：S1：获取调度控制区域内各风电场的出力预测曲线时间序列和开机容量曲线时间序列；

S2：根据各风电场的开机容量曲线时间序列将出力预测曲线时间序列进行标幺化处理；

S3：计算各风电场标幺化后的出力预测曲线时间序列在各调度时段的波动率，得到出力波动率序列；

S4：计算任意两个风电场的出力波动率序列之间的相关系数，得到相关系数矩阵；

S5：判断相关系数矩阵中是否存在小于预设阈值的元素，若存在，则将小于预设阈值的元素各自对应的两个风电场组合为一个等效风电场，并计算各等效风电场的出力波动率序列，所有等效风电场与剩余风电场构成新的集群，并返回步骤S4，直到相关系数矩阵中不存在小于预设阈值的元素时，转入步骤S6；

S6：输出集群划分结果。

2.根据权利要求1所述的风电场集群动态划分方法，其特征在于，出力预测曲线时间序列记为 ，开机容量曲线时间序列记为，其中，表示调度控制区域内的第 个风电场， 表示序列的时段数量， 表示第 个风电场在时段 时的出力预测值， 表示第 个风电场在时段时的开机容量；

标幺化后的出力预测曲线时间序列记为 ，其中， 。

3.根据权利要求2所述的风电场集群动态划分方法，其特征在于，出力波动率序列表示为 ，其中 , 第 个风电场在时段 时的波动率 通过下式计算得到： 。

4.根据权利要求3所述的风电场集群动态划分方法，其特征在于，相关系数的计算方法如下：其中， 表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列之间的相关系数，和 分别表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列的均值。

5.根据权利要求1所述的风电场集群动态划分方法，其特征在于，等效风电场的出力波动率序列为该等效风电场包含的所有风电场的出力波动率序列代数和。

6.一种风电场集群动态划分装置，其特征在于，包括：数据获取模块，用于获取调度控制区域内各风电场的出力预测曲线时间序列和开机容量曲线时间序列；

标幺化处理模块，用于根据各风电场的开机容量曲线时间序列将出力预测曲线时间序列进行标幺化处理；

出力波动率计算模块，用于计算各风电场标幺化后的出力预测曲线时间序列在各调度时段的波动率，得到出力波动率序列；

集群划分模块，用于计算任意两个风电场的出力波动率序列之间的相关系数，得到相关系数矩阵；并判断相关系数矩阵中是否存在小于预设阈值的元素，若存在，则将小于预设阈值的元素各自对应的两个风电场组合为一个等效风电场，并计算各等效风电场的出力波动率序列，所有等效风电场与剩余风电场构成新的集群，返回重新计算新的集群的相关系数矩阵依此进行循环迭代，直到相关系数矩阵中不存在小于预设阈值的元素时，输出集群划分结果。

7.根据权利要求6所述的风电场集群动态划分装置，其特征在于，出力预测曲线时间序列记为 ，开机容量曲线时间序列记为，其中，表示调度控制区域内的第 个风电场， 表示序列的时段数量， 表示第 个风电场在时段 时的出力预测值， 表示第 个风电场在时段时的开机容量；

标幺化后的出力预测曲线时间序列记为 ，其中， ；

出力波动率序列表示为 ，其中 ，第 个风电场

在时段 时的波动率 通过下式计算得到： 。

8.根据权利要求7所述的风电场集群动态划分装置，其特征在于，相关系数的计算方法如下：其中， 表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列之间的相关系数，和 分别表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列的均值。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，其存储有计算机程序；

处理器，用于加载并执行所述计算机程序实现如权利要求1至5任一项所述的风电场集群动态划分方法。

10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的风电场集群动态划分方法。

说明书

风电场集群动态划分方法、装置、设备及存储介质

技术领域

[0001] 本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种风电场集群动态划分方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

[0002] 风电出力特性受天气条件影响严重，具有显著的随机性和波动性。为了保证电网的安全稳定运行，在风电场接入电网规范GB/T 19963.1‑2021等标准中对不同容量风电场的波动率进行了严格的限制。但是随着风电规模的迅速扩大，区域电网中也包含了越来越多的风电场，这些风电场共同构成了地理分布广泛的风电场集群。由于风速分布不同和相邻风电场间尾流效应的影响，同一时刻、同一阵风引起的不同地理分布的风电场的风况将不一致。这种空间特性使得集群中的风电场的运行工况各不相同，最终导致整个风电场集群的功率波动幅度和频率相对单一风电场而言大大减少，区域电网中的大型风电场集群往往显示出相对于单一风电场更好的功率平滑输出特性。同时，为了实现风电集群的友好并网，保证电网的安全稳定运行，各风电场均配置有15%‑20%左右的储能装置。但是直接利用这些储能对单一风电场出力波动率进行限制的方法将显得过于保守，而是应该将区域内分散的规模化风储集群作为一个整体，采用群控域控的方式统一调度才能实现全局的优化运行，并充分利用区域电网中不同地理位置的风电场集群互补聚合后产生的平滑效应，在保证区域电网安全稳定运行的前提下，减小各风电场用于自身出力平滑控制的成本。因此，如何对区域电网内的风电场集群进行合理的分组，从而达到减小平抑风电波动所需的资源是亟待解决的问题。

发明内容

[0003] 正对上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种风电场集群动态划分方法、装置、设备及存储介质，实现对区域电网内的风电场集群进行合理分组，进而便于采用群控域控的方式统一调度，减少平抑风电出力波动所需的资源。

[0004] 第一方面，提供了一种风电场集群动态划分方法，包括：

[0005] S1：获取调度控制区域内各风电场的出力预测曲线时间序列和开机容量曲线时间序列；

[0006] S2：根据各风电场的开机容量曲线时间序列将出力预测曲线时间序列进行标幺化处理；

[0007] S3：计算各风电场标幺化后的出力预测曲线时间序列在各调度时段的波动率，得到出力波动率序列；

[0008] S4：计算任意两个风电场的出力波动率序列之间的相关系数，得到相关系数矩阵；

[0009] S5：判断相关系数矩阵中是否存在小于预设阈值的元素，若存在，则将小于预设阈值的元素各自对应的两个风电场组合为一个等效风电场，并计算各等效风电场的出力波动率序列，所有等效风电场与剩余风电场构成新的集群，并返回步骤S4，直到相关系数矩阵中不存在小于预设阈值的元素时，转入步骤S6；

[0010] S6：输出集群划分结果。

[0011] 进一步地，出力预测曲线时间序列记为 ，开机容量曲线时间序列记为 ，其中， 表示调度控制区域内的第 个风电
场， 表示序列的时段数量， 表示第 个风电场在时段t时的出力预测值， 表示第 个风电场在时段t时的开机容量；

[0012] 标幺化后的出力预测曲线时间序列记为 ，其中，。

[0013] 进一步地，出力波动率序列表示为 ，其中 , 第 个风电场在时段 时的波动率 通过下式计算得到：
。

[0014] 进一步地，相关系数的计算方法如下：

[0015]

[0016] 其中， 表示第 个风电场和第j个风电场的出力波动率序列之间的相关系数， 和 分别表示第 个风电场和第j个风电场的出力波动率序列的均值。

[0017] 进一步地，等效风电场的出力波动率序列为该等效风电场包含的所有风电场的出力波动率序列代数和。

[0018] 第二方面，提供了一种风电场集群动态划分装置，包括：

[0019] 数据获取模块，用于获取调度控制区域内各风电场的出力预测曲线时间序列和开机容量曲线时间序列；

[0020] 标幺化处理模块，用于根据各风电场的开机容量曲线时间序列将出力预测曲线时间序列进行标幺化处理；

[0021] 出力波动率计算模块，用于计算各风电场标幺化后的出力预测曲线时间序列在各调度时段的波动率，得到出力波动率序列；

[0022] 集群划分模块，用于计算任意两个风电场的出力波动率序列之间的相关系数，得到相关系数矩阵；并判断相关系数矩阵中是否存在小于预设阈值的元素，若存在，则将小于预设阈值的元素各自对应的两个风电场组合为一个等效风电场，并计算各等效风电场的出力波动率序列，所有等效风电场与剩余风电场构成新的集群，返回重新计算新的集群的相关系数矩阵依此进行循环迭代，直到相关系数矩阵中不存在小于预设阈值的元素时，输出集群划分结果。

[0023] 进一步地，出力预测曲线时间序列记为 ，开机容量曲线时间序列记为 ，其中，表示调度控制区域内的第 个风
电场， 表示序列的时段数量， 表示第 个风电场在时段 时的出力预测值， 表示第 个风电场在时段 时的开机容量；

[0024] 标幺化后的出力预测曲线时间序列记为 ，其中，；

[0025] 出力波动率序列表示为 ，其中 , 第 个风电场在时段 时的波动率 通过下式计算得到： 。

[0026] 进一步地，相关系数的计算方法如下：

[0027]

[0028] 其中， 表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列之间的相关系数， 和 分别表示第 个风电场和第j个风电场的出力波动率序列的均值。

[0029] 第三方面，提供了一种电子设备，包括：

[0030] 存储器，其存储有计算机程序；

[0031] 处理器，用于加载并执行所述计算机程序实现如上所述的风电场集群动态划分方法。

[0032] 第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的风电场集群动态划分方法。

[0033] 本发明提出了一种风电场集群动态划分方法、装置、设备及存储介质, 主要是基于各风电场的出力预测数据，通过分析风电场群的广域自平滑作用，根据不同风电场之间出力的相关性指标，进行合理分组，以便将同一组内的所有风电场作为一个统一的整体进行优化调度与控制，不仅可以显著降低调度控制对象的数量，而且能够充分发挥不同地理位置间风电场的出力互补特性，优先利用风电场之间波动率的互补特性平抑总的风电波动，进而减少储能参与平抑风电波动所需的资源。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1是本发明实施例提供的一种风电场集群动态划分方法流程图。

具体实施方式

[0036] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

[0037] 实施例1

[0038] 本实施例提供了一种风电场集群动态划分方法，包括：

[0039] S1：获取调度控制区域内各风电场的短期或超短期出力预测曲线时间序列和开机容量曲线时间序列。其中，出力预测曲线时间序列记为 ，开机容量曲线时间序列记为 ，下标 表示调度控制区域内的第
个风电场， 表示序列的时段数量， 表示第 个时段， 表示第 个风电场在时段 时的出力预测值， 表示第 个风电场在时段 时的开机容量。

[0040] S2：根据各风电场的开机容量曲线时间序列将出力预测曲线时间序列进行标幺化处理。标幺化后的出力预测曲线时间序列记为 ，标幺化时的具体计算过程为：

[0041] 。

[0042] S3：计算各风电场标幺化后的出力预测曲线时间序列在各调度时段的波动率，得到出力波动率序列。出力波动率序列记为 ，其中，各风电场在各调度时刻的波动率计算方法为：

[0043] 。

[0044] S4：计算任意两个风电场的出力波动率序列之间的相关系数，得到相关系数矩阵。相关系数的计算方法如下：

[0045]

[0046] 其中， 表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列之间的相关系数， 和 分别表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列的均值。

[0047] S5：判断相关系数矩阵中是否存在小于预设阈值的元素，若存在，则将小于预设阈值的元素各自对应的两个风电场组合为一个等效风电场，组合后的等效风电场的出力预测曲线时间序列为等效前对应两个风电场出力预测曲线时间序列的代数和，等效后的出力波动率序列为等效前对应两个风电场波动率序列的代数和，所有等效风电场与剩余风电场构成新的集群，并返回步骤S4，依此重复迭代，直到相关系数矩阵中不存在小于预设阈值的元素时，转入步骤S6；

[0048] S6：输出集群划分结果，最终得到的每个等效风电场中包含的风电场即为一个新的集群。然后可将每个新的集群中包含的风电场作为一个整体，此时的波动率如果依然超出允许值，则利用各新的集群中的储能进行调节。优先利用风电场之间波动率的互补特性平抑总的风电波动，进而减少储能参与平抑风电波动所需的资源。

[0049] 实施例2

[0050] 本实施例提供了一种风电场集群动态划分装置，包括：

[0051] 数据获取模块，用于获取调度控制区域内各风电场的出力预测曲线时间序列和开机容量曲线时间序列；

[0052] 标幺化处理模块，用于根据各风电场的开机容量曲线时间序列将出力预测曲线时间序列进行标幺化处理；

[0053] 出力波动率计算模块，用于计算各风电场标幺化后的出力预测曲线时间序列在各调度时段的波动率，得到出力波动率序列；

[0054] 集群划分模块，用于计算任意两个风电场的出力波动率序列之间的相关系数，得到相关系数矩阵；并判断相关系数矩阵中是否存在小于预设阈值的元素，若存在，则将小于预设阈值的元素各自对应的两个风电场组合为一个等效风电场，并计算各等效风电场的出力波动率序列，所有等效风电场与剩余风电场构成新的集群，返回重新计算新的集群的相关系数矩阵依此进行循环迭代，直到相关系数矩阵中不存在小于预设阈值的元素时，输出集群划分结果。

[0055] 具体地，其中出力预测曲线时间序列记为 ，开机容量曲线时间序列记为 ，其中，表示调度控制区域
内的第 个风电场， 表示序列的时段数量， 表示第 个风电场在时段 时的出力预测值， 表示第 个风电场在时段 时的开机容量；

[0056] 标幺化后的出力预测曲线时间序列记为 ，其中，；

[0057] 出力波动率序列表示为 ，其中 , 第 个风电场在时段 时的波动率 通过下式计算得到： 。

[0058] 本实施例中，相关系数的计算方法如下：

[0059]

[0060] 其中， 表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列之间的相关系数， 和 分别表示第 个风电场和第 个风电场的出力波动率序列的均值。

[0061] 其他未详细记载的实现方案参见实施例1，在此不再赘述。应当理解，本实施例中的功能单元模块可以集中在一个处理单元中，也可以是各个单元模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上的单元模块集成在一个单元模块中，可以采用硬件或软件的形式来实现。

[0062] 实施例3

[0063] 本实施例提供了一种电子设备，包括：

[0064] 存储器，其存储有计算机程序；

[0065] 处理器，用于加载并执行所述计算机程序实现如实施例1所述的风电场集群动态划分方法。

[0066] 该电子设备还包括：通信接口，用于与外界设备进行通信，进行数据交互传输。

[0067] 其中，存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性除颤器，例如至少一个磁盘存储器。

[0068] 如果存储器、处理器和通信接口独立实现，则存储器、处理器和通信接口可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。所述总线可以是工业标准体系结构总线，外部设备互联总线或扩展工业标准体系结构总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。

[0069] 可选的，在具体实现上，如果存储器、处理器和通信接口集成在一块芯片上，则存储器、处理器即通信接口可以通过内部接口完成相互之间的通信。

[0070] 各个步骤的具体实现过程请参照前述方法的阐述。

[0071] 应当理解，在本发明实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field‑Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

[0072] 实施例4

[0073] 本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例1所述的风电场集群动态划分方法。

[0074] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

[0075] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0076] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0077] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0078] 可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

[0079] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

[0080] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。