二十一世紀(jì)是新能源的時代。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的日漸下降的能源需求，以及傳統(tǒng)能源帶來的溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等問題，世界各國均旨在于發(fā)展清潔、可再生的新能源。風(fēng)力發(fā)電作為技術(shù)最為成熟的新能源，在全球范圍內(nèi)均得到了迅猛的發(fā)展，是當(dāng)前能源構(gòu)成中所占份額最大的新能源。
然而，在風(fēng)力發(fā)電的急速發(fā)展中，也漸漸顯露了許多問題。風(fēng)的隨機(jī)波動性和間歇性等特征決定了風(fēng)力發(fā)電功率的波動和間歇性，當(dāng)風(fēng)電在電網(wǎng)中所占的比列較大時，該特點(diǎn)都會嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。為此，為了就能提早對供電系統(tǒng)進(jìn)行有效的計(jì)劃和調(diào)度，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性與安全性，就必須對風(fēng)電場的發(fā)電功率進(jìn)行確切的預(yù)測。
本論文依托基礎(chǔ)科研項(xiàng)目“大型風(fēng)電場短期功率預(yù)測方式研究”，以實(shí)際課題“大型風(fēng)電場的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)開發(fā)”為工程背景，結(jié)合國外外風(fēng)電場功率預(yù)測方式的最新研究狀況和發(fā)展趨勢，對短期風(fēng)電功率預(yù)測方式進(jìn)行了較為深入的研究。論文主要研究了以下幾個方面的內(nèi)容：
1）基于小波剖析與高斯過程的風(fēng)電功率預(yù)測混和模型。本文提出了使用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測的混和模型，首先使用小波變換對實(shí)測風(fēng)速序列進(jìn)行分解，之后對每位子序列分別基于高斯過程進(jìn)行建模、預(yù)測風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)分辨率，最后由子序列的預(yù)測值求和得到風(fēng)速預(yù)測值。對風(fēng)電場實(shí)測數(shù)據(jù)庫的預(yù)測結(jié)果證明，該混和模型與持續(xù)法相比，可將1-4小時/天的預(yù)測精度提升約10~13%。
2）基于空間相關(guān)法的風(fēng)速預(yù)測組合模型。空間相關(guān)法可合理借助風(fēng)電場周邊測風(fēng)站點(diǎn)的實(shí)測風(fēng)速信息，預(yù)測風(fēng)電場未來的風(fēng)速變化趨勢，進(jìn)而提升預(yù)測精度。本文首先使用自相關(guān)系數(shù)法選擇模型輸入，之后基于神經(jīng)網(wǎng)路構(gòu)建分風(fēng)向預(yù)測模型，并將該模型與基于小波剖析與高斯過程的混和模型相結(jié)合，以清除風(fēng)速不相關(guān)時空間相關(guān)數(shù)據(jù)可能引入的偏差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，組合模型將1-4小時的風(fēng)速預(yù)測精度增強(qiáng)了11%左右。
3）基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)與高斯過程的修風(fēng)模型。隨著預(yù)測時間的下降，預(yù)測模型需加入數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）數(shù)據(jù)作為輸入，以提升預(yù)測精度。本文提出的修風(fēng)模型，首先使用高斯過程構(gòu)建NWP數(shù)據(jù)與實(shí)測風(fēng)速之間的模型關(guān)系，之后使用該模型修正NWP數(shù)據(jù)中的風(fēng)速預(yù)測值，并將修正后的風(fēng)速用于風(fēng)電功率預(yù)測。文中對建模流程的每位步驟均做出有效性剖析，之后給出了大規(guī)模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，本文的修風(fēng)模型急劇增強(qiáng)了1-24小時風(fēng)電功率預(yù)測精度，與持續(xù)法相比的提升度約在30-50%之間。
4）針對新建風(fēng)電場的在線高斯預(yù)測模型。新風(fēng)電場未能得到足夠的實(shí)測數(shù)據(jù)組成訓(xùn)練集，因此未能完善精確的預(yù)測模型。因此，本文提出了以下預(yù)測方式：首先選定與新風(fēng)電場的氣象狀況最相像的已有風(fēng)電場數(shù)據(jù)庫作為初始訓(xùn)練集，之后隨著新風(fēng)電場的每晚營運(yùn)風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)分辨率，逐漸使用新樣本替代初始樣本，最后基于在線學(xué)習(xí)的高斯過程構(gòu)建預(yù)測模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方式對于新風(fēng)電場的24小時風(fēng)速預(yù)測，精度提升了約20%；對于1-3天的風(fēng)速日均值預(yù)測，因?yàn)楹侠砑尤隢WP數(shù)據(jù)，精度提升度在25-50%之間。