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风电变流技术
★ 5.0
多步联合概率海上风电功率预测:一种基于置信度触发聚类的缺失数据容忍模型
Multistep Joint Probabilistic Forecasting of Offshore Wind Power: A Confidence-Triggered Clustering Missing-Data Tolerant Model
| 作者 | Zhengganzhe Chen · Chenglong Du · Bin Zhang · Chaoyang Chen · Weihua Gui |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年9月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 海上风电场集群 功率预测 缺失数据 模糊聚类 置信触发策略 |
语言:
中文摘要
准确可靠的海上风电场集群发电预测对于多能电力系统的低碳运行至关重要。在实际应用中,由于数据采集系统的各种故障问题或恶劣海洋环境中的通信中断,测量数据可能并不总是完整的,而关键数据的缺失可能会显著降低概率模型的可信预测精度。为解决这一问题,本文提出了一种基于置信触发模糊聚类分位数增强变压器(CFCQET)的新型容忍缺失数据模型。首先,开发了一种基于分位数增强变压器的多步风电概率预测方法,其中预测值通过条件置信期望进行迭代更新。然后,基于风电场的时空特征,构建了海上风电场的模糊C均值(FCM)聚类模型,对具有相似功率曲线属性的风电场进行划分以进行联合建模。接下来,设计了一种置信触发策略,用于在风电场集群下对存在缺失数据的情况进行概率功率预测,其中利用输出的插值预测值来填充未观测到的输入数据。最后,对12个海上风电场进行了半小时时间分辨率的概率预测测试。测试结果表明,与基准模型相比,CFCQET实现了更低的连续排名概率得分的负值形式(CRPS*),同时预测区间具有更优的尖锐性和相当的可靠性。
English Abstract
Accurate and reliable power generation forecasts of offshore wind farm clusters are crucial for the low-carbon operation of multienergy power systems. In practice, measurement data may not always be complete due to various failure issues in data acquisition systems or communication interruptions in harsh marine environments, and missing essential data may significantly reduce the credible prediction accuracy of probabilistic models. To address this problem, this article proposes a novel missing-data tolerant model based on confidence-triggered fuzzy clustering quantile-enhanced transformer (CFCQET). First, a quantile-enhanced transformer-based multistep wind power probabilistic forecasting method is developed, where the predicted values are iteratively updated by conditional confidence expectations. Then, based on the spatio-temporal characteristics of wind farms, a FCM clustering model for offshore wind farms is constructed to divide wind farms with similar power curve attributes for joint modeling. Next, a confidence-triggered strategy is designed for probabilistic power forecasting with missing data under wind farm clusters, where the output interpolated predicted values are used to fill in unobserved input data. Finally, probabilistic prediction tests for twelve offshore wind farms at a time resolution of half an hour. The test results demonstrate that the CFCQET achieves a lower negative form of the continuous ranking probability score (CRPS*), as well as superior sharpness and comparable reliability of the prediction intervals with respect to the benchmarks.
S
SunView 深度解读
从阳光电源新能源综合解决方案提供商的视角来看,这篇论文提出的海上风电集群多步概率预测技术具有重要的战略参考价值。虽然论文聚焦风电场景,但其核心方法论对阳光电源在光伏电站群、风光储一体化项目以及多能源管理系统中的功率预测能力提升具有直接借鉴意义。
该技术的核心创新在于缺失数据容忍机制和置信度触发策略。在实际新能源电站运营中,通讯中断、传感器故障导致的数据缺失是普遍痛点,这直接影响阳光电源iSolarCloud智慧能源管理平台的预测准确性。论文提出的基于模糊聚类的空间特征建模方法,可应用于阳光电源管理的大规模分布式光伏集群,通过识别具有相似发电特性的电站进行联合建模,提升区域级功率预测精度。这对电网调度协调、储能系统优化配置具有重要价值。
从技术成熟度看,基于Transformer架构的概率预测方法已在时序预测领域得到验证,但海上环境的复杂性与光伏场景存在差异。阳光电源若将此技术应用于光储融合系统,需要针对光伏发电的间歇性特点和储能系统的充放电约束进行模型适配。特别是在虚拟电厂和微电网场景中,多步概率预测能够为储能系统提供更可靠的调度决策依据,优化能量管理策略。
技术挑战主要在于计算资源需求和实时性平衡。置信度迭代更新机制可能增加计算延迟,需要在边缘计算设备上进行算法轻量化。同时,这为阳光电源开发具备自适应缺失数据处理能力的新一代智能控制器提供了技术方向,可增强产品在复杂电网环境下的鲁棒性和市场竞争力。