一种容量漂移感知的新能源场站日前功率预测方法与流程

本发明涉及新能源功率预测，尤其涉及一种容量漂移感知的新能源场站日前功率预测方法。

背景技术：

1、新能源场站日前功率预测通常利用历史功率、当日已知功率、气象预报和装机容量等数据，训练模型输出次日96点功率曲线。常规方法采用原始兆瓦值建模，或以名义装机容量作为固定分母进行归一化。

2、在实际工程中，新能源场站可能发生扩容、减容、设备投退、并网口径调整、计量口径变化或数据清洗口径变化。上述因素会导致同一场站在不同时期的功率分布发生系统性漂移。若将变化前后的样本直接混合训练，模型会同时学习旧容量阶段和新容量阶段的不同规律，预测精度下降；若仅使用容量变化后的样本，则样本数量不足，模型泛化能力受限。

3、功率高分位的下降或上升并不必然等同于装机容量变化，其也可能由辐照度、风速、温度变化、限电、检修等因素引起。若仅依据功率序列本身进行阈值判断，容易将气象资源变化误判为容量漂移，或者在名义装机容量未及时更新时漏判实际出力能力变化。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种容量变化场景下精准高、漏判率低的新能源场站日前功率预测方法。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种容量漂移感知的新能源场站日前功率预测方法，其关键在于，包括以下步骤：

4、s1：数据准备并构建气象参照系：收集目标新能源场站的历史功率数据、气象实测数据、气象预报数据以及名义装机容量数据，并基于所述气象实测数据和气象预报数据构建归一化资源强度特征及气象可达出力包络；

5、s2：容量漂移诊断：根据历史功率数据和归一化资源强度特征计算功率尺度变化指标和气象资源变化指标，并进行比对，构建容量漂移诊断指标；进而根据所述容量漂移诊断指标计算容量漂移评分，识别容量变化场站；

6、s3：动态有效容量锚估计：对容量变化场站基于所述气象可达出力包络生成容量观测伪量，进一步计算得到日级容量观测，并输入带跳变门控的鲁棒状态空间模型估计动态有效容量潜变量，取其条件期望作为样本级动态有效容量锚；

7、s4：一致性归一化重构：基于所述样本级动态有效容量锚对历史功率特征、当日已知功率特征和次日目标功率进行气象解耦的一致性归一化重构；

8、s5：容量状态门控预测模型训练与推理：基于重构后的训练样本训练功率预测模型，所述模型输出归一化功率曲线，再根据所述样本级动态有效容量锚进行反归一化，得到目标场站明日功率预测结果；

9、s6：模型评价：采用名义装机容量作为统一评价分母，计算准确率。

10、优选的，所述步骤s2中，

11、将历史数据进行窗口划分，进而对历史数据窗口分别计算功率高分位变化比例、资源强度变化比例以及气象资源一致性指标；当超过预设容差且功率变化方向与气象资源变化方向不一致，将对应窗口标记为疑似容量漂移窗口，并将所述疑似容量漂移窗口作为容量漂移评分和连续窗口确认的输入；

12、随后将起止功率比例、滚动高分位功率比例、功率阶跃次数、峰值功率与名义装机容量比例和气象资源一致性指标构建为容量漂移诊断特征，并分别映射为评分项，计算容量漂移评分；容量变化场站的确认条件为≥thigh，且k个统计窗口满足评分确认条件；容量稳定状态的解除条件为≤tlow，第一阈值thigh与第二阈值tlow满足thigh>tlow形成滞回区间。

13、优选的，所述s3中容量观测伪量通过以下公式计算：

14、

15、其中，表示第d天第t个采样时刻的实测功率，表示第d天第t个采样时刻在当前气象条件下的气象可达出力包络对应的点值，ε为防止分母为零的预设正数；

16、所述日级容量观测通过对满足资源强度阈值、限电过滤条件和异常过滤条件的容量观测伪量进行加权高分位聚合，得到日级容量观测，具体如下所示：

17、

18、其中，为加权高分位聚合函数，τ为高分位参数，取0.90至0.98；权重ω(d,t)按下式确定：

19、

20、式中，、、、分别为资源强度权重、限电过滤权重、异常过滤权重和气象一致性权重；

21、所述带跳变门控的鲁棒状态空间模型以动态有效容量潜变量的对数值作为状态变量，状态转移包括平滑漂移项、跳变门控项和状态噪声项，观测关系通过日级容量观测与动态有效容量潜变量之间的鲁棒误差构成；

22、基于所述日级容量观测估计动态有效容量潜变量；进而取当日之前可见数据条件下的动态有效容量潜变量的条件期望作为预测日的样本级动态有效容量锚；

23、动态有效容量潜变量的带跳变门控鲁棒状态空间模型按照如下公式估计：

24、

25、

26、

27、

28、

29、其中，为第d天的动态有效容量潜变量，为第d天的日级容量观测，为的对数状态，表示由对数状态还原得到的动态有效容量估计，为平滑漂移项，为跳变门控变量，为跳变幅度，为状态噪声，为日级容量观测与动态有效容量潜变量之间的鲁棒观测误差；→0时，模型抑制容量突变并保持容量状态平滑；→1时，模型允许容量状态发生扩容、减容、设备投退或并网口径变化导致的阶跃调整；

30、容量潜变量鲁棒估计损失的函数如下：

31、

32、其中，为鲁棒损失函数，为容量潜变量时间平滑约束系数，为容量跳变稀疏约束系数；第一项约束容量潜变量贴近日级容量观测，第二项约束容量潜变量的时间平滑性，第三项约束容量跳变稀疏性，抑制限电、异常功率、缺测修复和低资源天气对容量估计的干扰。

33、优选的，所述步骤s4中，所述气象解耦的一致性归一化重构包括：将昨日功率序列、当日已知功率序列和目标日功率标签序列除以同一个样本级动态有效容量锚

34、优选的，所述步骤s5中，基于重构后的训练样本训练功率预测模型，功率预测模型包括时序特征提取层、气象资源编码层、容量潜变量编码层、容量状态门控层和多步功率输出层；

35、将一致性归一化后的昨日功率序列、当日已知功率序列、归一化资源强度序列、气象预报特征、样本级动态有效容量锚和后验置信度输入时序特征提取层，得到时序隐状态h；同时将容量漂移评分、样本级动态有效容量锚、动态容量锚变化率、气象资源一致性指标和后验置信度输入容量状态门控层，得到门控向量g，容量状态门控层对时序隐状态进行加权调制后，由多步功率输出层输出目标日归一化功率曲线；同时计算归一化功率曲线误差、反归一化兆瓦功率误差、容量观测鲁棒误差、容量潜变量平滑约束和跳变稀疏约束；

36、容量状态门控模型及训练损失的公式如下：

37、

38、

39、

40、

41、其中，为时序特征提取网络，m为归一化资源强度序列，e为气象预报特征，为样本级动态有效容量锚，为动态有效容量潜变量后验置信度，为容量漂移评分，为动态容量锚变化率，和为容量状态门控层的权重矩阵和偏置，g为容量状态门控向量，⊙表示逐元素点乘，为归一化功率曲线误差，为反归一化兆瓦尺度误差，为容量潜变量鲁棒估计损失。

42、优选的，所述步骤s6中，在计算准确率的同时输出容量漂移状态、气象资源一致性指标、气象可达出力包络、动态有效容量潜变量、动态有效容量锚和反归一化系数，用于预测结果追溯。

43、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

44、本发明引入气象资源一致性指标，仅在功率变化无法由气象变化解释时才判定为容量漂移，避免气象波动导致误判，同时带跳变门控的状态空间模型可区分容量渐变与阶跃，门控层根据容量状态调制预测网络，使模型自适应切换，提高模型预测的准确率。

45、本发明中容量观测伪量基于气象可达出力包络计算，不依赖名义装机容量，即使注册容量未更新也能准确感知实际可用容量变化。滞回确认规则通过多窗口累计判定渐进式容量变化，限电场景下通过加权聚合和鲁棒噪声抑制异常值干扰，保证容量锚估计稳定，不易漏判。