基于SVM支撐向量機的風(fēng)電風(fēng)速預(yù)測模型構(gòu)建與市場模式研究

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

基于SVM支撐向量機的風(fēng)電風(fēng)速預(yù)測模型構(gòu)建與市場模式研究

黃昌威

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

在今后的幾年里，風(fēng)電并網(wǎng)成本將會得到大幅度的增加，文章總結(jié)了歐洲主流國家的風(fēng)力發(fā)電補貼政策，分析了大規(guī)模風(fēng)電并入市場后導(dǎo)致的市場成本的變化，提出了幾種風(fēng)電參與電力市場的市場設(shè)計模式。

風(fēng)電；電力市場；風(fēng)速預(yù)測；支撐向量機

概述

伴隨歐盟的可再生能源指導(dǎo)和發(fā)布的2020年能源目標，風(fēng)力發(fā)電將會勢不可擋的大范圍的進入電力市場，伴隨風(fēng)力發(fā)電能力在整體的發(fā)電比例大量提升，國家電網(wǎng)和電能市場的方面，風(fēng)力發(fā)電有著很嚴重的影響。

1 分析西歐風(fēng)力發(fā)電補貼系統(tǒng)

我們在本文里面總述了三種被西歐各個國家大范圍實施鼓勵措施：補助上網(wǎng)費用措施、綠色證書貿(mào)易措施和溢價用網(wǎng)電價措施。

在丹麥是把市場的標價作為根基的，而且采取的上調(diào)用網(wǎng)電費溢價的措施也是以此為基礎(chǔ)的。根據(jù)市場電價為基礎(chǔ)，進行了上浮溢價政策。

在西班牙國家，大多數(shù)的風(fēng)能發(fā)電商一般會選擇在二十年以內(nèi)享用管制補助的電費，也有其他的發(fā)電商決定在二十年中進行市場電費的條件下享用變動溢價的貼補。西班牙風(fēng)力發(fā)電企業(yè)能夠進行一次在20年內(nèi)有一次二選一的機會，選項分別是，補助電價以及市場中電價與浮動價格補助進行疊加。

在頭五年中，德國著手實施上非變式的補助上網(wǎng)電費在以后的十五年之內(nèi)會將電價慢慢的減少。

法國在開始的十年之內(nèi)采用非變動式的補助上網(wǎng)電費，對于電費的補助在之后的五年中每年都會逐步的下降。

在荷蘭，從2008年開始，只要是風(fēng)力發(fā)電的商家，都能夠使用市場上電的價格，同樣能夠把電費的補貼和上調(diào)的溢價的補貼作為參照。二零零八年，依據(jù)當(dāng)前電價或者指導(dǎo)價格和浮動補貼疊加，荷蘭風(fēng)力發(fā)電商，從中二選一。

英國在進行市場電費的條件下，可以配合著可再生能源的分配的權(quán)證價錢。英國在這個問題是，提出了不同的政策辦法，使電價再配合一個可再生能源配額權(quán)證的價格。

從以上的幾種策略中可以得出，廣泛使用的政策就是電價補助，這樣以來，能夠給所有的風(fēng)能發(fā)電商的電量價格保證，全部都依據(jù)一個確定的價格結(jié)算，通常來看會高于市場的價格，能夠涵蓋風(fēng)能發(fā)電成本和環(huán)境補助。上網(wǎng)電價溢價政策是一種獎勵性的補助，以市場價格為基礎(chǔ)，多給予一個補助其提供可再生能源。

2 包括大范圍風(fēng)力發(fā)電接入的電力市場規(guī)劃

綠色可再生的能源有很多，風(fēng)能是主要的一種，在地里上具有分布相對廣泛，功率波動相對大的特點。在風(fēng)力發(fā)電大范圍的進入電網(wǎng)之后，它工作的不確定性和風(fēng)力短期預(yù)測的不穩(wěn)定性讓風(fēng)能發(fā)電很難在電力市場交易。

2.1 大范圍風(fēng)力發(fā)電進入市場之后造成市場成本的變化

因為風(fēng)力發(fā)電的不確定性，所以在

電力市場里面，造成了系統(tǒng)必須根據(jù)風(fēng)力發(fā)電的變化和負荷變化的不匹配性留有一部分來應(yīng)對這樣的特點，而只有燃氣機組或者抽水蓄能機組才能提供此部分的備用，交易的代價是十分巨大的，想要降低交易的費用，就需要風(fēng)力的測量在短時間內(nèi)要盡可能的精準。

2.2 大規(guī)模風(fēng)電參與日前電力市場的市場模式規(guī)劃

從不同國家實踐的情況來看，荷蘭針對風(fēng)力發(fā)電商的政策，如果發(fā)電商發(fā)電大于預(yù)測值，會有16歐元/MWh的獎勵，與之相對的，假設(shè)發(fā)電商達不到預(yù)定的電量，就會有120歐元/MWh的罰款，所以，發(fā)電商如果預(yù)測精度很低的話，收益的損失會巨大，達到50%以上。在丹麥，風(fēng)能發(fā)電的廠商要依據(jù)測量的風(fēng)電功率的誤差，另外花費約1.3-2.7歐元/MWh。

但是根據(jù)風(fēng)力發(fā)電參與相對活躍的市場，這樣的懲罰手段還是可以確定的風(fēng)能發(fā)電測量誤差的減小。

進行市場策劃時，會出現(xiàn)兩種狀況一，在風(fēng)力發(fā)電功率比實際風(fēng)力發(fā)電效率少時，所有風(fēng)力預(yù)測發(fā)電功率按照實際現(xiàn)貨價格結(jié)算，在風(fēng)力測量發(fā)點效率大于實踐中的功率時，處罰超出的部分是必須的，風(fēng)能發(fā)電廠商最終的收益是：二，在風(fēng)力發(fā)電測量發(fā)點效率小于實踐中的功率時獎賞超出的部分也是比不可少的風(fēng)能發(fā)電商的總收入是，，當(dāng)風(fēng)電預(yù)測功率比實際功率大時，和前一種情況相同。

3 大范圍風(fēng)力發(fā)電參與日前電力市場的幾種市場規(guī)劃的對比分析發(fā)電商，是目前歐洲電力市場的市場參與者，需要在日前的11點時分提交它第二日0點到24點各個時段的報價和容量申報，距離正式交易的時間延期有13小時至37小時的，同通常的傳統(tǒng)發(fā)電商相對來看，這影響不會特別巨大，但是對風(fēng)力發(fā)電商來說，風(fēng)力發(fā)電的功率預(yù)測對報價就顯示更加重要了。

4 基于支持向量回歸的風(fēng)速預(yù)測

風(fēng)速是影響風(fēng)電功率的主要影響因素，兩者間有固定的映射關(guān)系，能夠先預(yù)測風(fēng)速，再依據(jù)關(guān)系算出風(fēng)力發(fā)電功率的多少。不難看出風(fēng)速預(yù)測是進行風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測的基礎(chǔ)和前提，利用風(fēng)速預(yù)測和兩者的關(guān)系就可以開始風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測。因此，提高風(fēng)速預(yù)測精度，對于風(fēng)電發(fā)展，特別是大規(guī)模風(fēng)電并入電力市場至關(guān)重要。

4.1 算法模型

20世紀90年代，萬普尼克等專家指出，支持向量機，建立在統(tǒng)計里面和結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化之中的一種學(xué)習(xí)方法，能夠把分類、回歸類的問題改變?yōu)樽顑?yōu)化問題，成功的處理了“維數(shù)災(zāi)”和“過學(xué)習(xí)”等傳統(tǒng)困難[6-7]。用支持向量機的方法來進行功率預(yù)測的的數(shù)學(xué)模型如下式[8-11]：

式中，為x步后風(fēng)速測量的數(shù)字，v（t）是實際測量的數(shù)值，τ是停滯后的時間數(shù)，m是輸入維數(shù)，是以前的數(shù)據(jù)和以后的數(shù)據(jù)的函數(shù)相互映射的聯(lián)系。與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是比較相似的，用向量回歸解開上述的模型也是依據(jù)許多以往的數(shù)據(jù)實施的訓(xùn)練，表示出以往數(shù)據(jù)的持續(xù)性與反復(fù)性。

規(guī)避偶然情況的影響，進而讓訓(xùn)練出的模型可以應(yīng)對各種情況，只要未預(yù)測數(shù)據(jù)是里面的某一種情況，既可以獲得滿意的預(yù)測結(jié)果。

4.2 算例分析

這里我們以達坂城2006年5月連續(xù)28天風(fēng)電場30米處,每10分鐘采集一次得到的風(fēng)速數(shù)據(jù)[12-13]，繼續(xù)第二天5月29號的全日的風(fēng)速開始短期預(yù)測，該數(shù)據(jù)為每十分鐘采樣一點，一天共有144個風(fēng)速的采樣點。得到的結(jié)果我們以圖形顯示，圖1（a）給出了對于達坂城電廠前一天，前6-12小時和前，一個小時的市場策劃，風(fēng)速測量的狀況，和事實上風(fēng)速的關(guān)聯(lián)的比較圖。因此，依據(jù)五月份持續(xù)28抬得風(fēng)速的測量數(shù)值，聯(lián)動的測量以后一個星期24小時的風(fēng)速，一樣根據(jù)前一天，前6-12小時和前一小時的市場規(guī)劃。

圖1（a）5月29日達坂城電廠提前24h、提前6-12h，以及提前1h的風(fēng)速預(yù)測情況

Fig. 1 （a）The wind speed forcasting of Dabanchen power plant, 24h, 6-12h, and 1h before in 29th May

圖1（b）5月29日-6月4日達坂城電廠提前24小時、提前6-12小時，以及提前1小時的風(fēng)速預(yù)測情況

Fig. 1 （b） The wind speed forcasting of Dabanchen power plant, 24h, 6-12h, and 1h before, from 29th May to 4th June

能夠看出，預(yù)測時間和交易時間越近，風(fēng)速預(yù)測的精準性會有一定的提高，而且和風(fēng)速有正相關(guān)函數(shù)擬合關(guān)系的風(fēng)力發(fā)電的精確性也會有提高，這樣的市場規(guī)劃的交易成本會越來越小。

結(jié)語

世界電力之中，可再生能源以一種勢不可擋的發(fā)展趨勢，風(fēng)力發(fā)電是可再生能源的主力軍，文章中提出了幾類市場規(guī)劃方式，市場規(guī)劃越靈動，風(fēng)電生產(chǎn)商越是接近交易時段報價，可以準確提升風(fēng)力發(fā)電預(yù)測的精確性，進而減少市場運作成本，也只有這樣才能保障風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測精確性。

[1]Cristina L．Archer,Mark Z．Jacobson．Evaluation of Global Wind Power[R]．America: Department of Civil and Environmental Engineering, Stanford University,Stanford,CA,2005．

[2]Klaus Rave,Sven Teske,Steve Sawyer．Global Wind Energy Outlook 2010[R]．Global Wind Energy Council,2010．

[3]Steve Sawyer,Klaus Rave．Global Wind Report: Annual market update 2010[R]．Global Wind Energy Council,2010．

[4]肖創(chuàng)英．歐美風(fēng)電發(fā)展的經(jīng)驗與啟示[M]．北京：中國電力出版社，2010．

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