1.項目背景
　　隨著風電并網容量的迅猛增長，對風電高度不確定性和間歇特性的準確估計與實時分析成為了風電入網迫切需要解決的難題。如何準確估計風電入網功率，實現其動態隨機特性的分析，為電網的調峰及消納決策提供依據，是風電入網需要解決的首要問題。由于近地風場的復雜的非線性特性和風電機組的風-電轉換關系建模方面受物理環境因素影響較大，給風電的預測分析帶來困難。以環境和系統狀態感知為基礎，集通信、計算和控制于一身的信息物理融合系統，為大規模風電場動態系統建模的參數信息獲取、多源信息融合、狀態信息估計等方面提供了強有力的支撐，為風電場發電功率波動性實時動態分析提供了可能。
　　2.論文所解決的問題及意義
　　本文以信息物理融合系統為支撐，利用其多源信息感知與融合的特點，從近地風場的動力學特征出發，以隨機Burgers方程為基礎，建立了描述近地風場動態特性及其風電轉換過程的隨機系統模型。針對系統的非線性特征，利用粒子濾波算法，實現了大規模風電場發電功率波動性的提前τ步估計與隨機特性分析。最后，利用一個30風機風電場算例說明了算法的有效性。實現了大規模風電場發電功率波動性的動態過程描述及隨機特性分析。
　　3.論文重點內容
　　利用環境感知與能量感知的能源CPS平臺，基于風能傳播的動態物理模型，充分考慮多元信息之間的相互支撐關系，再結合數據驅動的建模思想，得到如圖1所示的大規模風電場隨機系統分析模型框架。

 

　　4.結論
　　本方法得到的預測結果可以較好的反映總體發電出力的動態變化。但由于利用平流過程作為系統動態方程，當實際出力的波動較大時，預測出力有一定的時間滯后，并且會平滑一部分較小的波動。
　　如圖3所示，CPS預測在功率小范圍變化時，比以時間序列分析為基本原理的ANFIS方法會更明顯的平滑一部分波動；而當實際發電功率變化較大時，兩種方法本質上都是對此變化的一種跟蹤，ANFIS方法較CPS方法的跟蹤反應更快，但在數據拐點上往往會放大這種跟蹤效果。因此，兩種方法在不同特性的數據集下會有不同的預測效果。

　　同時，CPS方法可以較好的提供出力預測的分布特性。為了更好的展示概率預測結果，圖4中以某日6:00、12:00、18:00和24:00為例，展示了各自預測分布的具體形式。結果顯示，預測分布明顯具有非高斯性，如在圖4(b)和(c)中預測分布具有多峰特性，在圖4 (a)、(b)和(c)中預測分布明顯非對稱，呈現出右偏特性。圖4中的三角表示總體發電功率80%置信度水平的區間預測上、下限。可以發現，星型符號所表示的實測功率均位于80%置信度水平的區間預測范圍內。同時，圖4的結果表明，預測區間在通常情況下是非對稱的分布在點預測結果兩側的，并且預測區間寬度具有明顯的時變特性。

 

　　圖 4  某日6:00、12:00、18:00和24:00的提前1小時總體發電功率預測概率密度和實測功率（實線：預測概率密度函數；星型標記：實測風電功率；三角標記：80%置信度水平的預測區間上、下限）
　　引文信息
　　吳江，靳晶新，管曉宏，等．面向信息物理融合能源系統的大規模風電場發電功率隨機特性分析模型與算法[J]．中國電機工程學報，2016，36(15)：4055-4063.
　　Wu Jiang，Jin Jingxin，Guan Xiaohong，et al．Estimation and acteristic analysis of large-scale wind farm generation in cyber physical energy system[J]．Proceedings of the CSEE，2016，36(15)：4055-4063(in Chinese)．
　　團隊介紹
　　本文作者及所在團隊隸屬于西安交通大學智能網絡與網絡安全教育部重點實驗室智能電網與能源電力系統優化調度課題組。近十多年來，課題組注重基礎研究與應用開發，得到國家重點研發計劃、國家杰出青年基金、國家自然科學基金重點和面上項目、國家863項目以及國家電網、上海寶鋼、山東魯能、美國太平洋燃氣電力、美國思科、德國西門子等的資助。
　　課題組在電力系統優化調度理論和方法做出了系統性創新成果，包括基于Lagrange松弛的發電優化調度創新方法，包括具有復雜混合動態約束的梯級水電系統的優化調度新方法、克服同構子問題的相同解和解振蕩的新方法等，建立了發電調度策略的可實現性理論，解決了多個公認的難題，特別是在處理有能量約束的機組組合、安全約束的快速精簡、受梯級水資源約束的水火電聯合優化調度、風電入網功率隨機特性分析等方面具有獨到之處，并在多方得到應用。結合以上成果，課題組能夠給出水火風光多電源系統優化調度和協調的電網經濟調度整體解決方案。
　　課題組系統研究了電力市場資源競標的博弈分析方法，提出了基于序優化的發電資源優化競標策略，提出了發電資源競標“機會性共謀”理論，指出非壟斷性博弈行為可能造成的電價異常飚升，導致電力市場崩潰，后被加州電力市場情況證實。課題組與哈佛大學合作發表的論文曾被美國加州能源委員會索取作為聽證材料。
　　課題組在電力市場負荷與價格預測、大型鋼鐵企業電量與負荷預測和能量交換平衡調度、發電資源優化分配與管理、多市場購電優化、平衡競標成本最小和購電成本最低電力市場規則等方面做出了新成果。
　　近年來，課題組共發表論著300多篇，其中國際期刊論文百余篇，包括IEEE Transactions長文30余篇，被SCI引用1000多次。課題組的研究成果獲得了1996年度美國李氏基金杰出成就獎（全球華人每年1~2人）、2005年度國家自然科學二等獎、2009年度國家自然科學二等獎、1997、2000、2004年度何潘清漪最佳論文獎（全球華人每年1篇）、2008年度全國優秀博士論文等獎勵，管曉宏教授當選IEEE Fellow、IEEE機器人與自動化學會杰出講座人。