風(fēng)電場(chǎng)中基于核密度估計(jì)法的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置

宋志惠，許 玥

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)國(guó)際工程有限公司

風(fēng)電場(chǎng)中基于核密度估計(jì)法的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置

宋志惠，許 玥

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前言

儲(chǔ)能系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)吸收能量并適時(shí)釋放的特點(diǎn)，能有效彌補(bǔ)風(fēng)電的間歇性、波動(dòng)性缺點(diǎn)，改善風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的可控性，提升穩(wěn)定水平。在并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)中配置適量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，可提高風(fēng)電場(chǎng)出力的可控性，使得風(fēng)電場(chǎng)成為靈活可控的電源。

1 儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率以跟蹤功率預(yù)測(cè)值

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際輸出功率和電網(wǎng)給風(fēng)電場(chǎng)下達(dá)的發(fā)電指令目標(biāo)（功率預(yù)測(cè)值），儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)充電或放電實(shí)現(xiàn)縮減或消除前兩者偏差的目的。通過(guò)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)快速、精確的功率吞吐能力，可以調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)出力平穩(wěn)跟隨發(fā)電指令目標(biāo)，使得風(fēng)電場(chǎng)像常規(guī)電場(chǎng)一樣具有按照發(fā)電曲線(xiàn)運(yùn)行的能力。

2 非參數(shù)核密度估計(jì)方法

參數(shù)估計(jì)是假定數(shù)據(jù)總體的分布類(lèi)型已知的情況下對(duì)參數(shù)的估計(jì)，參數(shù)確定則概率密度完全確定，但實(shí)際中很多數(shù)據(jù)的分布類(lèi)型是無(wú)法事先假定的。

核密度估計(jì)是非參數(shù)估計(jì)類(lèi)型的一種，它可以很好的描述連續(xù)的密度函數(shù)。其定義:對(duì)于數(shù)據(jù)x1,…,xn,核密度估計(jì)有如下形式：

這是一個(gè)加權(quán)平均，而核函數(shù)K(·)是一個(gè)權(quán)函數(shù)。核函數(shù)的形狀和值域控制著用來(lái)估計(jì)f(x)在點(diǎn)x的值時(shí)所用數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和利用的程度。

帶寬的大小對(duì)估計(jì)量有很大的影響，小的帶寬會(huì)將密度分配得太局限于觀測(cè)數(shù)據(jù)附近，導(dǎo)致估計(jì)密度函數(shù)有很多錯(cuò)誤的峰值；而大的帶寬會(huì)將密度貢獻(xiàn)分布得太開(kāi)，從而會(huì)因光滑而遺失掉的一些特征。選擇合適的帶寬需要相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，漸進(jìn)積分均方誤差（AMISE）計(jì)算公式如下：

將其最小化計(jì)算可得：

3 儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的確定

在一段時(shí)間內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)功率在時(shí)間上的積分即可得到儲(chǔ)能系統(tǒng)能量的變化。為了確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量，取一天內(nèi)能量的最大值的絕對(duì)值，記作||Emax，記錄250天的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)。對(duì)其進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)，并用核密度估計(jì)法估計(jì)概率密度函數(shù)，具體為圖1所示。

圖1 ||Emax的概率密度函數(shù)

上圖中核密度函數(shù)為高斯核函數(shù)，n取值100，按照式（3）和（4）計(jì)算得出高斯核函數(shù)的帶寬h為1.0595。對(duì)圖1中的概率密度求其累計(jì)分布函數(shù)，其結(jié)果如圖2所示。

圖2||Emax的累積分布函數(shù)

圖2 為||Emax的累積分布函數(shù)，為滿(mǎn)足98%儲(chǔ)能容量的日需求，圖中標(biāo)出紅點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值即為儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量，其額定容量為38MWh。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于核密度估計(jì)法的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置的方法。該方法是建立在統(tǒng)計(jì)風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)誤差分布的基礎(chǔ)之上得出的儲(chǔ)能容量配置的方法。它是一種針對(duì)某一特定的預(yù)測(cè)方法，不需要知道分布類(lèi)型，直接對(duì)其統(tǒng)計(jì)，可以很好地解決風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)誤差的分布模型受外界擾動(dòng)因素較多的問(wèn)題，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。在此方法統(tǒng)計(jì)下得出了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量和額定功率，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能容量配置的目的。