一种基于三次样条插值曲线拟合的风电功率考核方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统风力预测领域，具体涉及一种基于三次样条插值曲线拟合的 风电功率考核方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的发展，煤炭，石油等一次性能源不足问题日趋严峻。加快发展以风 力发电为代表的新能源产业成为大势所趋。风电有出力不稳，风力易变的缺点，如若不能合 理制定风场发电的整体规划，风功率不稳定将给城乡供电系统稳定性带来冲击，增加维护 成本，严重时更会影响城市居民的正常生活。风电场大规模建设，加大了地区电网制定合理 电网规划的难度，给电网规划和运行带来了挑战。电网能否稳定运行的关键在于网架结构， 坚强的网架结构来源于合理的电网规划。制定出一个良好的电网规划方案，关系到一个地 区电网建设的投资成本、经济效益，对周边地区的影响及该地区未来经济发展速度。
[0003] 风电发电计划是依据对次日风电的预测制定的。风电预测由各风场根据以往历史 数据，经过数据处理，借助一定的数据预测模型完成，预测的准确性是区域电网正确制定风 电发电计划的关键。由此，通过一定的技术手段风电预测系统进行考核，显得尤为重要。
[0004] 风电预测考核系统中最重要的是得到最能反映当天实际的风场曲线，而出于经济 性考虑，样板机不可能全天时刻监测，只能得到离散的数据，因此，如何通过离散的数据插 值出当天实际的风场连续曲线是最核心的技术问题。
[0005] 风电预测考核的核心问题是考核风电场上报的发电计划与生产当天实际风电出 力的比对。风电场上报的发电计划是基于风功率考核系统的，这个系统预测得到的是一个 可能的风功率曲线。生产当天实际风电出力是由电厂内样板机测得的数据来表示的，而样 板机的到的是不同时间点的离散序列，这个与时间相关的离散序列如何能正确的表示当天 的风电出力实际情况，是本专利要解决的终点问题。
[0006] 在工业生产中，将离散点转化为连续点经常采用的方法有插值函数法和拟合曲线 法。插值过程可具体使用线性（linear)插值、三次样条（spline)插值等方法，在曲线插值 法中最常用的是线性插值法，它是估计两个主干点之间数值的最简单、最易实现的方法，但 采用线性插值法会有以下缺点，一是使得曲线不能显示连接主干点间的凸状弧线；二是使 得从曲线导出远期曲线时会形成人为的"尖头"（spikes)。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是：将样板机得到的离散数据转换成连续的三次样条曲 线，进而对风场上报的风电预测数据进行准确率、合格率、传送率对比和考核。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] -种基于三次样条插值曲线拟合的风电功率考核方法，其特征在于，所述方法步 骤如下：
[0010] ⑴在生产前天，电场风功率预测系统预测风电出力情况；
[0011] (2)根据预测电厂内形成发电计划；
[0012] (3)上述计划上报调度中心；
[0013] (4)发电计划经调度中心安全审核；
[0014] (5)生产当天，电场根据发电计划实施发电；并同时,在生产当天，由电场样板机 实施检测实际风电出力情况；
[0015] (6)通过三次样条法，将样板机数据转换为连续曲线；
[0016] (7)将电场风功率预测系统预测风电曲线与于三次样条插值曲线拟合的风电曲线 进行对比；
[0017] (8)得到考核结果。
[0018] 进一步的，所述步骤（6)的基于三次样条插值曲线拟合的风电曲线的具体方法如 下：
[0019] (1)三次样条函数的定义：
[0020] 通常，在[a，b]上的以Xi (i = 0，1，2，…，η)为节点的三次插值样条函数定义如 下：给定区间[a, b]的一个划分Δ :a = xQ< X ^ X 2<~< X n= b和区间[a, b]上的一 个函数f (X)，若函数S (X)满足下列条件：
[0021] (1) -致通过 n+1 个插值点（Xi, yj，即 S(Xi) = If(Xi) = Yi (i = 0,1，2，…，η);
[0022] (2)二阶连续，即 S(x) e C2[a，b];
[0023] (3)三次分段，即在每一个小区间[Xi- 1，x J (i = 1，2，…，η)上均为三次多项 式。则称S(X)为函数f(x)的三次插值样条函数。
[0024] (2)三次样条的求解：
[0025] 由上面的三次样条的定义，可以看出，三次样条函数S(X)由η个区间上的η个三 次多项式组成，每个多项式的形式如下：
[0026] Si= a iX^biX^CiX+di (i = 1,2, *··,η) (I. 1)因此求解三次样条插值函数其实 就是完整的求出样条函数S (X)的％、bp cdP d 4n个系数；
[0027] 根据样条函数的定义，S(X)在区间内的η-I个节点处都是连续的，并且其一阶导 数S i' (X)和二阶导数Si" (X))都是连续的，根据连续函数的性质，我们可以得到下面 3 (η-I)个条件：
[0028] Si (Xi-O) = Si+1 (Xi+0) (i = 1，2，…，n-1) (I. 2)
[0029] S/ (Xi-O) = Si+/ (Xi+0) (i = 1，2，…，n-1) (I. 3)
[0030] Si" (Xi-O) = Si+1" (Xi+0) (i = 1，2，…，n-1) (I. 4)
[0031] 再加上插值函数在包括区间端点a(就是Xtl)，b (就是xn)在内的n+1个节点处满 足
[0032] S(Xi) = If(Xi) (i = 0,1，2，…，η) (1. 5)
[0033] 又可以得到n+1个条件，这样就具备了 4η_2个条件（其中f(Xi)是函数在\处的 函数值）；
[0034] 要确定4n个系数，还差两个条件，这两个条件在工程应用中有两种方法来确定：
[0035] 第一类边界条件，即满足S' (X。）= f' (X。)，S' (Xn) = f' (Xn)两个条件，其 中f(x)是实值函数；
[0036] 第二类边界条件，即满足S" (X。）= f" (X。)，S" (Xn) = f" (Xn)两个条件，其 中f(x)是实值函数；
[0037] 特别情况下，当f" (X。）=f" (Xn)的时候，也就是S" (X。）=S" (Xn)的情 况下，第二类边界条件又被称为自然边界条件；但是这两类边界条件都要求知道实际函数 f(x)在边界点的一次或者二次导数，但是对于求样板机得到的离散数据点的三次差值函数 来说，不能够根据经验或者测量得到实际函数在边界点的一次或者二次倒数；因此在本专 利中不能采用这个方法，而是采用matlab中的非扭结（not -a一knot)条件来补充求解过 程中的两个条件，所谓非扭结条件，即强迫第一个和第二个三次多项式的三阶导数相等，对 最后一个和倒数第二个三次多项式也做同样地处理即补充下面这两个条件：
[0038] S1" ' （X) = S2" ' （X) (1. 6)