李達(dá)揚(yáng)

摘 要：新能源憑借著綠色低碳、環(huán)保零污染的優(yōu)勢逐漸成為新增電源的主流選擇，但新能源對自然資源的絕對依賴給電力系統(tǒng)提出了新的運(yùn)行難題，特別是大容量的海上風(fēng)電場和集中式光伏電站的并網(wǎng)規(guī)模日益劇增，對新能源功率預(yù)測的多樣性和準(zhǔn)確性需求也同步提升。鑒于此，基于電網(wǎng)對新能源中長期功率預(yù)測的需求，研究置信區(qū)間在新能源中長期功率預(yù)測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：新能源;功率預(yù)測;置信區(qū)間

1??? 研究背景

在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)重點(diǎn)工作的推動下，新能源的發(fā)展速度再次得到提升，并即將成為我國各類型電源中的主力軍。

與常規(guī)電源不同，新能源對自然資源存在絕對依賴，導(dǎo)致了新能源具有布點(diǎn)集中和波動隨機(jī)兩個(gè)特點(diǎn)。新能源的電源布點(diǎn)具有很強(qiáng)的資源導(dǎo)向性，體現(xiàn)為新能源場站的分布高度集中，導(dǎo)致布點(diǎn)集中區(qū)域的電能輸出同時(shí)率高，對電能的消納和輸送提出了更高的要求。新能源功率變化由電源所在區(qū)域的天氣變化決定，風(fēng)速、光照輻射度等氣象因素的微小變化都將帶動整個(gè)片區(qū)內(nèi)新能源功率隨之波動，給維持電力系統(tǒng)的供需平衡帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，為保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，新能源功率預(yù)測的必要性隨之提高。

現(xiàn)今，超短期和短期預(yù)測是新能源功率預(yù)測中應(yīng)用最廣泛的指標(biāo)：超短期滾動預(yù)測未來4 h內(nèi)的出力情況，短期滾動預(yù)測未來72 h的出力情況。由于氣象預(yù)測準(zhǔn)確度隨著時(shí)間的推移而下降，這就加大了新能源中長期功率預(yù)測的難度[1]。本文通過概率統(tǒng)計(jì)的分析思維，基于實(shí)際場景應(yīng)用提出以置信區(qū)間作為指標(biāo)的新能源中長期功率預(yù)測方法。

2??? 新能源中長期功率預(yù)測的需求

新能源超短期和短期預(yù)測只能覆蓋距離預(yù)測節(jié)點(diǎn)一周以內(nèi)的功率變化情況，無法滿足距離預(yù)測節(jié)點(diǎn)時(shí)間較長或預(yù)測周期較長的新能源功率預(yù)測需求[2]，同時(shí)，在電源規(guī)劃和調(diào)度運(yùn)行的過程中需要估算新能源的發(fā)電能力。因此，新能源中長期預(yù)測的需求隨并網(wǎng)體量的增加而加大。

（1）電源規(guī)劃。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對電力供應(yīng)體量的需求不斷上升，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)能源清潔替代，高碳排量的火電機(jī)組在逐步退役，為新能源提供了巨大的擴(kuò)容空間。但新能源功率的隨機(jī)性讓規(guī)劃人員在面對新能源的供應(yīng)、消納與送出配套問題時(shí)無從下手。因此，規(guī)劃部門需要對布點(diǎn)地區(qū)在一般情況下新能源的功率輸出范圍進(jìn)行估值，為規(guī)劃電源容量提供判斷的依據(jù)。

（2）調(diào)度運(yùn)行。為保證電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的供求平衡，調(diào)度部門需要對中長期的發(fā)電供應(yīng)裕度和負(fù)荷需求量進(jìn)行評估，如年度發(fā)電計(jì)劃、月度發(fā)電計(jì)劃，或特殊時(shí)段如迎峰度夏、保供電等分析周期開展新能源的出力評估。調(diào)度人員可以通過新能源在相應(yīng)時(shí)間周期內(nèi)的功率波動范圍抽取極值，為供需極端情況提供假設(shè)場景。

3??? 新能源功率置信區(qū)間預(yù)測方法

3.1??? 預(yù)測方法選取

采用新能源功率置信區(qū)間作為預(yù)測指標(biāo)可以突出預(yù)測功率的分布特征。因?yàn)槿绮捎镁底鳛樾履茉粗虚L期功率預(yù)測指標(biāo)，將無法體現(xiàn)功率分布的離散程度;如采用極值作為指標(biāo)，將無法體現(xiàn)大概率情況下的出力水平[3]。因此，本文運(yùn)用概率論的分析思維，采用置信區(qū)間作為新能源中長期的功率預(yù)測指標(biāo)，以避免均值和極值作為指標(biāo)的缺陷。新能源中長期功率置信區(qū)間預(yù)測可分解為三步：描繪功率分布曲線、求出樣本均值和獲得置信區(qū)間。其中，分布曲線將功率的出現(xiàn)概率分布散點(diǎn)連接成線，使新能源的功率分布概率特征更清晰、直觀;樣本均值是置信區(qū)間的中心點(diǎn)，作為置信區(qū)間的選取起點(diǎn);置信區(qū)間基于新能源的功率分布，給出新能源功率預(yù)測的可取范圍，作為電網(wǎng)運(yùn)行的分析數(shù)據(jù)依據(jù)，一般可根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用精確度的要求，選用80%或95%置信區(qū)間作為考量精度。

3.2??? 樣本選取

一般情況下，分析人員選取統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)新能源的實(shí)時(shí)功率作為統(tǒng)計(jì)樣本。但考慮到統(tǒng)計(jì)周期和預(yù)測周期內(nèi)新能源的裝機(jī)容量在不斷變化，所以本文采用新能源的出力水平作為新能源功率預(yù)測的統(tǒng)計(jì)樣本[4]，用出力水平的置信區(qū)間折算出預(yù)測目標(biāo)周期的功率置信區(qū)間。新能源出力水平計(jì)算方法如下所示：

出力水平=當(dāng)期功率/當(dāng)期裝機(jī)容量??????????? （1）

3.3??? 分析過程

新能源功率置信區(qū)間預(yù)測過程具體如下：

（1）描繪分布曲線。X表示新能源出力水平的統(tǒng)計(jì)樣本，記為X1，X2，X3，…，Xi;P表示新能源出力水平在對應(yīng)區(qū)間的發(fā)生概率，P的計(jì)算方法如下所示：

P=n/N????????????????????????????????? （2）

式中：n表示區(qū)間[a，b）有n個(gè)X;N表示新能源出力水平總樣本數(shù)。

以X為橫坐標(biāo)、P為縱坐標(biāo)描繪出新能源出力水平—概率的分布曲線，以2020年A地區(qū)新能源出力水平—概率曲線為例，如圖1所示。

（2）計(jì)算樣本均值X，如下所示：

X=

Xi/N??????????? （3）