1.一种基于K-means聚类的区域风光发电资源评估方法,其特征是包括如下步骤:步骤1)利用虚拟发电系统模型预处理原始的风光数据序列,将原始的风速和光照强度数据转换为容量系数;步骤2)构建区域资源协同系数指标,量化不同位置、种类的发电资源间的互补性,并构成新的数据集合;步骤3)利用PCA方法处理新的数据集合,降低新数据集合维度;步骤4)利用K-means聚类方法提取区域风光发电资源的互补性模式,并将结果可视化;步骤2)中,区域资源协同系数指标具体为:其中,C A,B,j,k 为观测点j处资源A与观测点k处资源B间的协同系数;F A,n,j,i 和u A,n,j 为观测点j处资源A的第i个容量系数和平均容量系数;F B,n,k,i 和u B,n,k 为观测点k处资源B的第i个容量系数和平均容量系数;区域资源协同系数指标C A,B,j,k 的取值范围为[0,1],其量化了观测点j处资源A与观测点k处资源B间的反相关性,即量化了资源的互补性,其值越大,表示资源间的互补性越强;平均容量系数u A,n,j 和u B,n,k 具体为:其中,N为容量系数序列的长度;步骤3)中,PCA方法用于处理由区域资源协同系数指标组成的新数据集合,其具体步骤为:步骤3.1)初始化新数据集合,形成数据集合矩阵D∈R m×m ;步骤3.2)将数据集合矩阵D标准化,形成标准化矩阵F∈R m×m ;步骤3.3)求解标准化矩阵F的相关系数矩阵G∈R m×m ;步骤3.4)求解相关系数矩阵G的m个特征根,确定主成分个数p;步骤3.5)利用主成分矩阵P∈R m×p 表示数据集合,用于K-means聚类分析;步骤3.1)中,针对研究资源种类不同,形成四种数据集合矩阵,分别对应步骤2)中计算区域资源协同系数指标时A和B为风电-光伏、风电-风电、光伏-风电和光伏-光伏,表示不同资源组合间的互补性;步骤3.1)中,m为监测点个数;步骤3.2)中,标准化方法具体为:其中,f ij 为矩阵F中第i行j列的元素,d ij 为矩阵D中第i行j列的元素,u j 表示矩阵D中第j列元素的均值,s j 表示矩阵D中第j列元素的标准差,且i=1,2,……,mj=1,2,……,m所述步骤3.3)中,相关系数矩阵求解方法具体为:其中,g ij 为矩阵G中第i行j列的元素,f ik 为矩阵F中第i行k列的元素,f jk 为矩阵F中第i行k列的元素,u i 表示矩阵D中第i列元素的均值,且步骤3.4)中,特征根求解根据特征方程:|G-λE|=0其中,E为m维单位矩阵,且主成分个数p确定原则为:步骤3.5)中,主成分矩阵求解方法具体为:对每个λ i ,i=1,2,...,p,解方程组Rb=λ j b得单位特征向量y j ,则对应的主成分为 其中,p ij 为矩阵P中第i行j列的元素,F i 为矩阵F第i行向量;λ i 为矩阵R的第i个特征值,λ j 为矩阵R的第j个特征值,b为矩阵R的特征向量,b j 为矩阵R的第j个特征向量。
2.如权利要求1所述的基于K-means聚类的区域风光发电资源评估方法,其特征是步骤1)中:风光数据序列为实测或气象再分析风速和光照强度数据;虚拟风光发电系统模型具体为:其中,v w 为风机轮毂高度为风机轮毂高度处的风速,m/s;v m 为测量位置处的风速,m/s;h w 和h m 分别为风机轮毂高度和测量位置高度,m;α为指数系数;P w 为风机输出功率,kW;η w 为风机能量转化效率;P wr 为风机额定功率,kW;v in ,v out 和v r 为风机的切入、切出和额定风速,m/s;G w 为风机的容量系数;H f 为日照强度,W/m 2 ;H STC 为标准测试环境下的日照强度,1000W/m 2 ;P fr 为光伏电池板的额定运行功率,W;P f 为光伏电池板输出功率,W;c 1 为衰减系数;c 2 为温度系数;T f 为光伏电池板温度,℃;T STC 标准测试环境下光伏电池板温度,25℃;T a 为环境温度,℃;H TETC 为温度估计测试状态下的光照强度,800W/m 2 ;T f,TETC 温度估计测试状态下的光伏电池板温度,47℃;T a,TETC 温度估计测试状态下的环境温度,20℃;G f 光伏电池板的容量系数。
3.如权利要求1所述的基于K-means聚类的区域风光发电资源评估方法,其特征是步骤4)中,利用K-means聚类方法处理得到的主成分矩阵P,针对研究资源种类的不同,需处理风电-光伏、风电-风电、光伏-风电和光伏-光伏四种组合的主成分矩阵。
4.如权利要求1所述的基于K-means聚类的区域风光发电资源评估方法,其特征是步骤4)中,K-means聚类方法具体为:步骤4.1)从数据对象中选择k个对象作为初始聚类中心;步骤4.2)计算每个聚类对象到聚类中心的距离来划分;步骤4.3)再次计算每个聚类中心;步骤4.4)达到最大迭代次数或簇中心不再发生变化,则停止,否则,返回并执行步骤4.2)。
5.如权利要求4所述的基于K-means聚类的区域风光发电资源评估方法,其特征是步骤4.1)中,数据对象为m个监测点,数据特征为步骤3)中得到的主成分元素,即将K-means聚类应用于主成分矩阵P;聚类中心个数由用户直接指定,取值范围3-6;步骤4.2)中,距离度量采用l 2 -范数,具体为:dis ij =||P i -P j || 2其中,dis ij 为数据对象i和数据对象j间的距离度量,P i 和P j 为主成分矩阵P的第i行和第j行的行向量;每个聚类对象应归属于距离度量最小的聚类中心所表示的类;步骤4.3)中,更新聚类中心时应计算每个类簇的均值,并将得到的均值作为该类簇的中心,具体为:其中,C qj 表示类簇q属性j的集合,cen qj 表示类簇q的中心的第j个属性值,r为类簇q中数据对象的个数。
6.如权利要求1所述的基于K-means聚类的区域风光发电资源评估方法,其特征是步骤4)中,聚类分析结果可视化在经纬度坐标图上进行。