灰色系統在風力預測中的應用

史冀

摘 要：文章分析了灰色系統理論在風能預測中的應用，希望可以為相關工作提供借鑒。

關鍵詞：灰色系統；風力預測；應用

1 背景介紹

全球變暖問題日益嚴重，風能作為一種新型的清潔能源正快速發展。但風能具有隨機性強，不穩定的特點，這一切都制約著風能的大規模發展。而對風能的有效預測可以使人們得以合理安排風能的使用，提供預警，對風能的發展起到促進作用。文章將討論灰色系統理論在風能預測中的應用。

灰色系統理論1982年由華中理工大學鄧聚龍教授首先提出，是一種研究少數據、貧信息不確定性問題的新方法。主要解決一些包含未知因素的特殊領域的問題，被廣泛應用于農業、地質、氣象等學科。

2 GM（1，1）模型

灰色系統預測為一時間序列預測模型，具體流程如下：

定義歷史功率數據序列為

（1）

對原始數據進行累加處理得到

（2）

（3）

設x（1）滿足一階微分方程

（4）

式（4）中a為灰色系數，b為灰色控制系數。其計算方式如式（5）所示：

（5）

式（5）中B，Y的定義如式（6），（7）所示

（6）

（7）

其中，-z（1）（i）為x（1）（k）與x（1）（k-1）的平均數，再由式（4）可得：

（8）

其中 為GM（1，1）的擬合序列，而

為模型預測出的風電功率輸出值，對于文章所研究的短期預測，我們僅取三個預測值。

3 預測模型的應用

使用華北某風場下午13：00至17：00的4小時的風電數據，分別用5分鐘與15分鐘作為采樣周期，對模型進行檢測。結果如圖1所示：

由圖1可以看出，預測結果與原始數據趨勢基本相同。相比于15分鐘預測數據，5分鐘預測數據更接近真實值。可推測，采樣頻率越高，短期預測的精確度越高。

為進一步證明，引入誤差系數I，其計算方式如式（9）所示，其中t為時間。

（9）

由式（9）可以看出，當I越小，預測結果越準確。計算結果如表1所示，評價標準如表2所示。

表1 結果對比

表2 評測標準

由表1可得，5分鐘采樣的預測結果要好于15分鐘預測結果，推測成立。

4 結束語

本模型使用灰色系統中的GM（1，1）模型對短期風電功率進行預測。經檢驗可知，當使用5分鐘采樣數據時，預測結果較為準確。可知本模型的在風電功率短期預測方面具有良好的應用前景。

參考文獻

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