一種用于由發(fā)電廠特別是可再生發(fā)電廠所產(chǎn)生的電能的使用的計(jì)算機(jī)輔助確定的方法

一種用于由發(fā)電廠特別是可再生發(fā)電廠所產(chǎn)生的電能的使用的計(jì)算機(jī)輔助確定的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于由發(fā)電廠特別是可再生發(fā)電廠所產(chǎn)生的電能的使用的計(jì)算機(jī)輔助確定的方法。所述方法使用具有不同的結(jié)構(gòu)或者被不同地學(xué)習(xí)到的多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN1,NN2)以便計(jì)算由發(fā)電廠所產(chǎn)生的將來的能量數(shù)量。為了這樣做，由所述多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN1,NN2)所預(yù)測的所述發(fā)電廠的能量輸出被用來建立直方圖?；谀切┲狈綀D，描述能量數(shù)量的可用性的可能性的不同的置信水平的能量數(shù)量被確定并且不同的用途被分配給不同的能量數(shù)量。特別地，將來具有可用性的較高可能性的能量數(shù)量被以比其他能量數(shù)量更高的價(jià)格出售。本發(fā)明的方法優(yōu)選地被用于可再生發(fā)電廠，對于所述可再生發(fā)電廠所述能量輸出正根據(jù)環(huán)境條件波動。例如，本發(fā)明可以被用于風(fēng)力發(fā)電廠或太陽能發(fā)電廠。
【專利說明】-種用于由發(fā)電廠特別是可再生發(fā)電廠所產(chǎn)生的電能的使 用的計(jì)算機(jī)輔助確定的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于由發(fā)電廠特別是可再生發(fā)電廠所產(chǎn)生的電能的使用的計(jì)算 機(jī)輔助確定的方法，以及涉及一種對應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品并且涉及一種對應(yīng)的計(jì)算機(jī)程 序。
[0002] 由發(fā)電廠以及特別是可再生發(fā)電廠所產(chǎn)生的能量可以變化，以便使得不可以給出 確保的能量可用性。就可再生發(fā)電廠而論，這個(gè)變化是由于不同的環(huán)境條件而引起的，所述 不同的環(huán)境條件例如用于風(fēng)力發(fā)電廠的不同的風(fēng)速或風(fēng)向或用于太陽能發(fā)電廠的變化的 太陽能福射。由于這個(gè)事實(shí)，來自可再生能源的波動能量橫向進(jìn)給（infeeds)在一些國家 中只有當(dāng)那些橫向進(jìn)給不對能量傳輸網(wǎng)絡(luò)造成安全擔(dān)憂才被接受。
[0003] 從現(xiàn)有技術(shù)已知為了確定針對將來由可再生發(fā)電廠所產(chǎn)生的能量的預(yù)測而使用 天氣預(yù)報(bào)。這些預(yù)測在化石能量負(fù)荷曲線的規(guī)劃中被考慮。然而，在將來的時(shí)間間隔中由 可再生發(fā)電廠所產(chǎn)生的能量未被分類以便被用于不同的目的。
[0004] 因此，本發(fā)明的目的是提供計(jì)算機(jī)輔助方法以便預(yù)測由發(fā)電廠所產(chǎn)生的將來的能 量，以便使得用于適當(dāng)?shù)挠猛镜哪芰繑?shù)量被規(guī)定。
[0005] 這個(gè)目的由獨(dú)立權(quán)利要求來解決。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中定義。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的方法，提供了由訓(xùn)練數(shù)據(jù)所學(xué)習(xí)到的多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 包括用于描述影響由電廠所產(chǎn)生的能量的輸入的神經(jīng)元的輸入層、神經(jīng)元的一個(gè)或多個(gè)隱 藏層以及用于描述電廠的能量輸出的神經(jīng)元的輸出層，所述能量輸出包括針對在將來的時(shí) 間段內(nèi)的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的將來的能量輸出，其中所述多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都具有不同 的結(jié)構(gòu)和/或被不同地學(xué)習(xí)到。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體用本發(fā)明的方法加以處理。上述術(shù) 語"能量輸出"以及在下面所提到的術(shù)語"能量水平"將被寬泛地解釋。那些術(shù)語可以指的 是在一段時(shí)間里產(chǎn)生的特定能量，但是它們還可以指的是電功率，即每次能量。特別地，能 量輸出可以對應(yīng)于在特定時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生的電功率（以瓦特為單位）。可替換地，能量輸出可以 指的是在后續(xù)時(shí)間點(diǎn)之間產(chǎn)生的電能（以焦耳或Ws的倍數(shù)為單位，例如MWh)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的將來的能量輸出通過每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來預(yù)測。基于這些 預(yù)測，計(jì)算將來的能量輸出的一個(gè)或多個(gè)直方圖，每個(gè)直方圖表示由多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)針對在 包括一個(gè)或多個(gè)后續(xù)時(shí)間點(diǎn)的對應(yīng)的時(shí)間間隔中的時(shí)間點(diǎn)所預(yù)測的將來的能量輸出的分 布以及因此的可能性。因此，將來的時(shí)間段以數(shù)個(gè)將來的時(shí)間間隔加以劃分，其中對于每個(gè) 將來的時(shí)間間隔，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測計(jì)算對應(yīng)直方圖。
[0008] 在下一個(gè)步驟中，為每個(gè)時(shí)間間隔確定一個(gè)或多個(gè)能量水平，其中每個(gè)能量水平 得自許多置信水平中的一置信水平，每個(gè)置信水平表示將來的能量輸出在對應(yīng)直方圖中的 百分比，其中在這個(gè)百分比內(nèi)的每個(gè)將來的能量輸出具有相同的值或比為對應(yīng)的置信水平 所得到的能量水平更大的值。
[0009] 在下一個(gè)步驟中，預(yù)定用途根據(jù)相應(yīng)的時(shí)間間隔中的每個(gè)能量水平被分配給能量 數(shù)量，其中根據(jù)能量水平的能量數(shù)量表示在該能量水平與下一個(gè)較低能量水平之間的能 量。如果能量水平是最低能量水平，則下一個(gè)較低能量水平對應(yīng)于零的能量。
[0010] 本發(fā)明是基于如下理解的：通過使用多個(gè)不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠計(jì)算對應(yīng)直方圖， 其使得能實(shí)現(xiàn)能量數(shù)量在該能量數(shù)量將是可用的可能性方面不同的確定。那些能量數(shù)量能 夠被分配給適當(dāng)?shù)挠猛尽?br> [0011] 用于預(yù)測的多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)遞歸（recurrent)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，特 別是在時(shí)間上展開的時(shí)延遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，諸如在文檔DE 10 2007 001 026 B4中所公開的 遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)文檔的整個(gè)公開內(nèi)容通過引用并入在本申請中。替代地或作為替代方 案，多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以包括一個(gè)或多個(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)和/或?qū)⒅辽僖粋€(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)嵌入到至少一 個(gè)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的方法具有特定優(yōu)點(diǎn)，在于發(fā)電廠是可再生發(fā)電廠，特別是包括許多 風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力發(fā)電廠和/或包括許多太陽能電池板的太陽能發(fā)電廠。這是因?yàn)橛蛇@些 電廠所產(chǎn)生的能量正在強(qiáng)烈地波動。
[0013] 在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的方法中所使用的置信水平包括一個(gè)或多個(gè)第一 置信水平，其中根據(jù)與第一置信水平相對應(yīng)的能量水平使用能量數(shù)量是這樣的，即使得尚 未出售給第三方或者尚未以其他方式保留的對應(yīng)的能量數(shù)量的部分被作為可消耗的能量 以預(yù)定每單位價(jià)格提供給第三方，其中預(yù)定每單位價(jià)格隨著由第一置信水平所表示的將來 的能量輸出的漸增百分比而提高。
[0014] 在另一優(yōu)選實(shí)施例中，提供給第三方的能量數(shù)量在能量交易平臺上例如在電力交 易所上被交易，所述電力交易所諸如German EEX或可比較的系統(tǒng)，例如智能電網(wǎng)。
[0015] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入包括關(guān)于發(fā)電廠的環(huán)境和/或發(fā) 電廠的一個(gè)或多個(gè)特性的數(shù)據(jù)，特別是在發(fā)電廠的環(huán)境中的多個(gè)位置處的天氣數(shù)據(jù)和/或 關(guān)于發(fā)電廠的位置的地理數(shù)據(jù)。所有那些參數(shù)可以對電廠的能量輸出有影響。此外，每個(gè) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入優(yōu)選地包括例如基于可以由氣象服務(wù)提供的天氣預(yù)測在過去的時(shí)間點(diǎn)測 量的和/或針對將來的時(shí)間點(diǎn)預(yù)測的數(shù)據(jù)，特別是天氣數(shù)據(jù)。
[0016] 天氣數(shù)據(jù)優(yōu)選地包括溫度值和/或大氣壓力值和/或大氣濕度值和/或風(fēng)速和/ 或風(fēng)向和/或湍流值和/或關(guān)于太陽能輻射的參數(shù)。關(guān)于風(fēng)速和風(fēng)向的參數(shù)對于形式為風(fēng) 力發(fā)電廠的發(fā)電廠來說是特別重要的。與此相反，關(guān)于太陽能輻射的參數(shù)對于太陽能發(fā)電 廠是特別重要的。這個(gè)數(shù)據(jù)可以指的是有云天空的覆蓋范圍或太陽能輻射的強(qiáng)度。上面提 到的地理數(shù)據(jù)可以指的是在發(fā)電廠周圍可能對所生成的能量有影響的景色。例如，在森林 位于風(fēng)力渦輪機(jī)附近情況下或在風(fēng)力渦輪機(jī)位于山谷中情況下，能量輸出比對于在小山上 或由水圍繞的風(fēng)力渦輪機(jī)的低。
[0017] 在另一優(yōu)選實(shí)施例中，置信水平包括優(yōu)選地表示比第一置信水平更低的百分比的 第二置信水平，其中根據(jù)與第二置信水平相對應(yīng)的能量水平使用能量數(shù)量包括以下用途中 的一個(gè)： -提供尚未出售給第三方或者尚未以其他方式作為控制能量保留給第三方的所對應(yīng) 的能量數(shù)量的部分，其中控制能量（與可消耗的能量相反）被僅用作在能量電網(wǎng)的能量生 產(chǎn)中用于短期或中期波動的儲備能量； -抑制提供尚未出售給第三方或者尚未以其他方式保留給第三方的所對應(yīng)的能量數(shù) 量的部分，并且可選地保留能量數(shù)量的這個(gè)部分以用于延長發(fā)電廠的壽命和/或減少發(fā)電 廠的噪聲發(fā)射和/或在發(fā)電廠處執(zhí)行維護(hù)工作。
[0018] 在能量數(shù)量被用于壽命延長或噪聲減少情況下，電廠的能量輸出能夠減少這個(gè)能 量數(shù)量（例如通過減少風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度），從而導(dǎo)致更長的壽命和較低的噪聲發(fā)射。 在能量數(shù)量被用于維護(hù)工作情況下，由電廠所產(chǎn)生的能量能夠減少這個(gè)能量數(shù)量，以便停 止風(fēng)力發(fā)電廠中的一些風(fēng)力渦輪機(jī)以便對那些渦輪機(jī)執(zhí)行維護(hù)工作。
[0019] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，至少一個(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)個(gè)隱藏層，每個(gè)隱藏層被耦 合到單獨(dú)的輸出聚類。這個(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)的輸入層被優(yōu)選地耦合到每個(gè)隱藏層。特別地，可以在 本發(fā)明的方法中使用德國專利申請DE 10 2011 081 197.4中所描述的神經(jīng)前饋網(wǎng)絡(luò)。該 德國專利申請的整個(gè)公開內(nèi)容通過引用并入在本申請中。
[0020] 在發(fā)明方法的另一變體中，多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用不同的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和 /或不同的學(xué)習(xí)參數(shù)加以學(xué)習(xí)和/或被不同地初始化。因此，可能的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有相同的 結(jié)構(gòu)，但是在關(guān)于學(xué)習(xí)階段的其他特征上不同。
[0021] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，置信水平基于實(shí)際的能量輸出與已由每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所 預(yù)測的對應(yīng)的能量輸出之間的比較而被適配。因此，能夠考慮實(shí)際產(chǎn)生的能量輸出執(zhí)行統(tǒng) 計(jì)模型的適當(dāng)?shù)脑傩?zhǔn)。
[0022] 除上面描述的方法之外，本發(fā)明進(jìn)一步涉及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括存儲在計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)上的程序代碼以用于在程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。此外， 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)程序，其包括程序代碼以用于在程序代碼在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行本發(fā)明 的方法。
[0023] 將基于附圖在下文中詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中： 圖1示出了能夠被用在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中以便預(yù)測發(fā)電廠的能量輸出的遞歸神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 圖2示出了能夠被用在本發(fā)明的另一實(shí)施例中以便預(yù)測發(fā)電廠的能量輸出的前饋神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；以及 圖3示出了圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例不同地使用的能量數(shù)量的圖。
[0024] 在下文中，將相對于形式為包括數(shù)個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)場的可再生發(fā)電廠對本發(fā)明 進(jìn)行描述。然而，本發(fā)明還可以被應(yīng)用于其他發(fā)電廠以及特別是可再生發(fā)電廠，例如用于包 括對應(yīng)數(shù)目的太陽電池板的太陽能發(fā)電廠。
[0025] 可再生能量的問題存在于產(chǎn)生的能量的數(shù)量強(qiáng)烈地取決于在電廠周圍的環(huán)境條 件的事實(shí)中。對于風(fēng)場，風(fēng)速和風(fēng)向是對能量生產(chǎn)有影響的主要因素。根據(jù)在下文中所描 述的本發(fā)明，由電廠所產(chǎn)生的將來的能量數(shù)量的適當(dāng)預(yù)測被與置信水平相結(jié)合地給出。置 信水平對應(yīng)于能量數(shù)量將來將是可用的可能性，并且基于這個(gè)水平，能夠例如經(jīng)由能量交 易平臺以不同的價(jià)格向第三方提供所對應(yīng)的能量數(shù)量。
[0026] 為了為將來的能量數(shù)量確定表示預(yù)定置信水平的能量水平，在下文中所描述的本 發(fā)明使用數(shù)個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體，其中每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被不同地構(gòu)造和/或訓(xùn)練并且提供風(fēng)場 的將來的能量輸出的對應(yīng)預(yù)測。在下文中，那些能量輸出對應(yīng)于由電廠針對在將來的時(shí)間 段內(nèi)的對應(yīng)時(shí)間點(diǎn)所提供的電功率值。
[0027] 圖1和圖2示出了可以被用在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。圖1的網(wǎng)絡(luò)是時(shí)延 遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)NN1，其被在時(shí)間上展開成捕獲系統(tǒng)的記憶加上將來的能量輸出所被確定針 對的預(yù)測范圍。將來的能量輸出所被確定針對的時(shí)間點(diǎn)可以是基于每小時(shí)間隔的，然而預(yù) 測范圍可以包括數(shù)天或甚至數(shù)星期。
[0028] 圖1中所示出的網(wǎng)絡(luò)是從現(xiàn)有技術(shù)獲知的。特別地，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有與在文檔DE 10 2007 001 026 B1中所公開的網(wǎng)絡(luò)相同的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)包括輸入層I、遞歸隱藏層Η以及輸出 層〇。輸入層包括數(shù)個(gè)測量輸入xt- 3、xt-2、Xh，xt形成對風(fēng)場的能量輸出有影響的輸入向 量。特別地，那些輸入包括電網(wǎng)天氣數(shù)據(jù)，包括在風(fēng)場的環(huán)境內(nèi)的數(shù)個(gè)水平和垂直位置中的 天氣參數(shù)。電網(wǎng)天氣數(shù)據(jù)特別地包括溫度值和/或大氣壓力值和/或風(fēng)速和/或風(fēng)向和/ 或湍流值和/或大氣濕度值。在電廠是太陽能發(fā)電廠情況下，數(shù)據(jù)還可以包括關(guān)于太陽能 輻射的參數(shù)，例如有云天空的覆蓋范圍或太陽能輻射的強(qiáng)度等等。
[0029] 在圖1中所示出的網(wǎng)絡(luò)的變體中，同樣由適當(dāng)?shù)哪Ｐ退A(yù)測的和例如由氣象服務(wù) 所提供的電網(wǎng)天氣數(shù)據(jù)可以被用作圖1中的輸入數(shù)據(jù)。在這樣的變體中，對于將來的時(shí)間 點(diǎn)t、t+Ι等等輸入層同樣包括輸入x t+1、xt+2等等。輸入層I經(jīng)由矩陣B和適當(dāng)?shù)钠忙?與隱藏層Η中的隱藏遞歸神經(jīng)聚類st_3、st_2等等耦合。隱藏聚類經(jīng)由矩陣A被連接。隱藏 神經(jīng)聚類中的每一個(gè)都經(jīng)由矩陣C被連接到輸出層0中的輸出聚類yt+yH等等。那些輸 出聚類形成由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)針對將來的時(shí)間點(diǎn)t+1、t+2等等被預(yù)測的上面提到的能量輸出。
[0030] 圖2示出了還可以被用在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體中以便預(yù)測風(fēng)場的能量輸出的前饋神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)NN2的實(shí)施例。網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)于如在上面已經(jīng)提到的德國專利申請DE 10 2011 081 197. 4中所描述的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)輸入層I、數(shù)個(gè)隱藏層HI、H2和H3以及包括數(shù)個(gè)輸 出聚類01、02和03的輸出層0。類似于圖1，輸入層包括對應(yīng)的輸入向量。在圖2的網(wǎng)絡(luò) 的變體中，可以使用例如形式為預(yù)測天氣數(shù)據(jù)的僅將來的預(yù)測輸入向量。在圖2中所示出 的網(wǎng)絡(luò)中，輸入層的輸入被饋送給所有中間隱藏層HI、H2以及H3以避免輸入信息的損失。 此外，每個(gè)隱藏層被連接到輸出聚類，即隱藏層H1被連接到輸出聚類01，隱藏層H2被連接 到輸出聚類02以及隱藏層H3被連接到輸出聚類03。類似于圖1，圖2中所示出的輸出聚 類表示由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所預(yù)測的風(fēng)場的對應(yīng)將來的能量輸出。在圖2中所示出的實(shí)施例中，每 個(gè)輸出聚類表示相同的將來的能量輸出。為對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)所確定的最后能量輸出可以由每 個(gè)輸出聚類的能量輸出的平均值來表示。
[0031] 當(dāng)學(xué)習(xí)圖2的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，學(xué)習(xí)被不僅應(yīng)用于最后一個(gè)輸出層而且應(yīng)用于中間隱藏 層。在圖2中所示出的網(wǎng)絡(luò)的第一級（隱藏層H1)中，能量輸出的預(yù)測是僅基于輸入層I 的輸入數(shù)據(jù)的。在第二級（隱藏層H2)中，網(wǎng)絡(luò)不僅使用外部影響而且使用來自前一級的 已處理輸入信息，即來自第一隱藏層H1的信息流。相同情況適用于隱藏層H3,所述隱藏層 H3使用除來自輸入層I的輸入信息之外的隱藏層H2的已處理信息。
[0032] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體可以包括圖1的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖2 的前饋網(wǎng)絡(luò)的組合。圖2的前饋網(wǎng)絡(luò)的拷貝可以替代經(jīng)由矩陣B耦合在輸入與隱藏神經(jīng)聚 類之間的圖1的網(wǎng)絡(luò)。即，網(wǎng)絡(luò)NN2的輸出層被用作隱藏層Η中的神經(jīng)聚類。此外，圖1的 矩陣Β被使輸入層I與輸出聚類01至03耦合的圖2的結(jié)構(gòu)取代。此外，圖1中所示出的 每個(gè)輸入向量x t-3、xt-2等等被圖2中所示出的輸入層I取代。同樣可以根據(jù)本發(fā)明使用神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的其他變體。然而，需要構(gòu)造并且學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以便使得它們能夠?yàn)轱L(fēng)場或另一發(fā) 電廠的將來的能量輸出的序列提供適當(dāng)?shù)念A(yù)測。即，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過與發(fā)電廠的已知輸入和 已知能量輸出相對應(yīng)的適當(dāng)?shù)挠?xùn)練數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)。
[0033] 本發(fā)明使用適當(dāng)?shù)貙W(xué)習(xí)到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體，其中整體的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)不同于其他網(wǎng) 絡(luò)。特別地，網(wǎng)絡(luò)可以具有不同的結(jié)構(gòu)或者可以被不同地學(xué)習(xí)或者初始化。特別地，有可能 使用對于整體中的所有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言相同的結(jié)構(gòu)，但是每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用不同的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和 /或不同的學(xué)習(xí)參數(shù)加以學(xué)習(xí)。例如，網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)速率可以是不同的。此外，網(wǎng)絡(luò)可以由不 同的（隨機(jī)的）矩陣來初始化。
[0034] 圖3示出了圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對預(yù)測范圍的能量數(shù)量的預(yù)測。圖DI 的橫坐標(biāo)t對應(yīng)于從出現(xiàn)to到將來的時(shí)間點(diǎn)tl的預(yù)測范圍。在這個(gè)時(shí)間段中，形式為能量 塊EA1、EA2以及EA3的不同的能量數(shù)量針對對應(yīng)的時(shí)間間隔TI被計(jì)算。出于清晰原因，僅 時(shí)間間隔中的一些和僅能量塊中的一些由附圖標(biāo)記標(biāo)明。能量數(shù)量EA1由斜影線塊指示， 能量數(shù)量EA2由點(diǎn)塊指示并且能量數(shù)量EA3由垂直影線塊指示。塊EA1、EA2以及EA3的上 界分別對應(yīng)于能量水平LI、L2以及L3。那些能量水平根據(jù)圖DI的縱坐標(biāo)對應(yīng)于電功率P 的特定水平。將在下文中對這個(gè)能量水平的計(jì)算進(jìn)行描述。
[0035] 對于在t0與tl之間的時(shí)間段內(nèi)的多個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)在神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體中的對應(yīng)的能量輸出被計(jì)算。后續(xù)時(shí)間點(diǎn)之間的距離小于時(shí)間間隔TI，即時(shí) 間間隔TI包括數(shù)個(gè)時(shí)間點(diǎn)。特別地，時(shí)間間隔TI可以指的是一天的時(shí)間段，然而后續(xù)時(shí)間 點(diǎn)之間的差可以是一小時(shí)間隔。對于在對應(yīng)的時(shí)間間隔TI內(nèi)的所有時(shí)間點(diǎn)，由多個(gè)神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)所預(yù)測的能量輸出的發(fā)生的直方圖被確定。其后，能量水平L1、L2以及L3針對對應(yīng)的置 信水平被得到。每個(gè)置信水平規(guī)定具有等于或高于待確定的對應(yīng)的能量水平的值的在直方 圖中包括的能量輸出的百分比。即，基于預(yù)定置信閾值（例如99%)，能量輸出和置信值的預(yù) 測指示在這個(gè)時(shí)間段中可用的能量等于或大于在Y軸上針對這個(gè)置信所示出的能量水平。
[0036] 在相應(yīng)的時(shí)間間隔TI內(nèi)所對應(yīng)的能量數(shù)量EA1、EA2以及EA3被定義如下。能量數(shù) 量EA1指的是在相應(yīng)的時(shí)間間隔TI內(nèi)由在能量水平L1下面的區(qū)域所表示的累積能量。能 量數(shù)量EA2指的是在相應(yīng)的時(shí)間間隔TI內(nèi)在能量水平L2與能量水平L1之間的累積能量。 能量水平EA3指的是在時(shí)間間隔TI內(nèi)在能量水平L3與能量水平L2之間的累積能量。顯 然，根據(jù)不同的置信水平的不同的能量塊具有可用性的不同可能性。特別地，分配給置信水 平的百分比從由能量水平L1所表示的置信水平降低至由能量水平L3所表示的置信水平。 在圖3中所示出的實(shí)施例中，參考能量水平L1的置信水平指的是確實(shí)可用的能量數(shù)量，即 指的是基本負(fù)荷可比較的能量數(shù)量。這可以對應(yīng)于例如99%的百分比。能量數(shù)量EA2表示 例如80%的較低百分比并且指的是待可用的具有高可能性的能量。與此相反，能量數(shù)量EA3 指的是例如60%的最低置信水平并且對應(yīng)于波動能量的能量塊。
[0037] 根據(jù)針對不同的置信水平的將來的能量數(shù)量，針對那些數(shù)量的不同用途被定義。 在圖3中所示出的實(shí)施例中，用途指的是尚未出售或者尚未以其他方式作為可消耗的能量 保留給第三方的對應(yīng)的能量數(shù)量的部分例如經(jīng)由能量交易平臺的提供。能量數(shù)量的每單位 價(jià)格由于能量將是可用的可能性降低的事實(shí)而正在時(shí)間間隔TI內(nèi)從能量數(shù)量EA1降低至 能量數(shù)量EA3。此外，將來針對對應(yīng)的能量數(shù)量從一個(gè)時(shí)間間隔到下一個(gè)時(shí)間間隔的每單位 價(jià)格將降低，因?yàn)轭A(yù)測的可靠性將降低。
[0038] 除圖3中所使用的置信水平之外，可以定義另外的置信水平。那些置信水平的對 應(yīng)的能量數(shù)量可以具有其他用途。例如，能夠定義針對待用作所謂的控制能量的能量數(shù)量 的置信水平。這個(gè)能量數(shù)量指的是低置信水平以便使得該能量不適合于被作為可消耗的能 量出售，但是能夠在能量電網(wǎng)中的波動電力情況下作為電網(wǎng)運(yùn)營商的儲備能量被提供。針 對這個(gè)控制能量的每單位價(jià)格比針對直接地可消耗的能量低得多。此外，由于不可用性的 高風(fēng)險(xiǎn)而可以為不旨在被提供給第三方的能量數(shù)量定義甚至更低的置信水平。視需要，這 個(gè)能量數(shù)量能夠被用來減少風(fēng)場的噪聲發(fā)射并且用來例如通過以較低旋轉(zhuǎn)速度操作風(fēng)力 渦輪機(jī)來延長風(fēng)力渦輪機(jī)或風(fēng)場的壽命。此外，可以為了執(zhí)行維護(hù)工作使用這個(gè)能量，即風(fēng) 場中的風(fēng)力渦輪機(jī)中的一些被停止以便使得能量生產(chǎn)被按這個(gè)能量減少。因此，能夠?qū)σ?停止風(fēng)力渦輪機(jī)執(zhí)行維護(hù)工作。
[0039] 如在下文中所描述的本發(fā)明具有數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。特別地，能夠根據(jù)能量將是可用的可 能性來對能量在將來的時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測數(shù)量進(jìn)行分類。根據(jù)不同的類別，不同的用途與所 對應(yīng)的能量數(shù)量相關(guān)聯(lián)。確實(shí)可用的基本負(fù)荷可比較的能量數(shù)量能夠被以高價(jià)出售。具有 較低置信水平的能量數(shù)量能夠被降價(jià)出售，例如作為控制能量，或者可以被用來減少發(fā)電 廠的壽命消耗或噪聲發(fā)射。此外，根據(jù)置信水平關(guān)于將來的能量數(shù)量的信息可以被提供給 能量電網(wǎng)運(yùn)營商以用于化石電力生產(chǎn)曲線的規(guī)劃。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于由發(fā)電廠特別是可再生的發(fā)電廠所產(chǎn)生的電能的使用的計(jì)算機(jī)輔助確定 的方法，包括以下步驟： -提供由訓(xùn)練數(shù)據(jù)所學(xué)習(xí)到的多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（剛1，NN2)，每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1，NN2)包 括用于描述影響由所述電廠所產(chǎn)生的所述能量的輸入（Xh，xt-2，Xt+ xt)的神經(jīng)元的輸 入層（I)、神經(jīng)元的一個(gè)或多個(gè)隱藏層（H，Hl，H2, H3)以及用于描述所述電廠的能量輸出 (yt-3，yt- 2，yt-i，yt，yt+i，yt+2，y t+3)的神經(jīng)元的輸出層（〇，〇1，〇2，〇3)，所述能量輸出 包括針對在將來的時(shí)間段內(nèi)的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的將來的能量輸出（y t+1，yt+2，yt+3)，其中每個(gè)神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1, NN2)具有不同的結(jié)構(gòu)和/或被不同地學(xué)習(xí)到； -通過每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1，NN2)來預(yù)測所述多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的所述將來的能量輸出（yt+1， y"t+2，y"t+3); -計(jì)算將來的能量輸出（yt+1，yt+2, yt+3)的一個(gè)或多個(gè)直方圖，每個(gè)直方圖表示由所述 多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NNl，NN2)針對在包括一個(gè)或多個(gè)后續(xù)時(shí)間點(diǎn)的對應(yīng)的時(shí)間間隔（TI)中的 時(shí)間點(diǎn)所預(yù)測的將來的能量輸出（y t+1，yt+2, yt+3)的分布； -為每個(gè)時(shí)間間隔（T1)確定一個(gè)或多個(gè)能量水平，其中每個(gè)能量水平（Ll，L2，L3) 得自許多置信水平中的一置信水平，每個(gè)置信水平表示所述將來的能量輸出（yt+1，yt+2， yt+3)在對應(yīng)直方圖中的百分比，其中在這個(gè)百分比內(nèi)的每個(gè)將來的能量輸出（yt+1，y t+2， yt+3)具有相同的值或比為所述對應(yīng)的置信水平所得到的所述能量水平（Ll，L2，L3)更大 的值； -根據(jù)在每個(gè)時(shí)間間隔（TI)中的每個(gè)能量水平將預(yù)定用途分配給能量數(shù)量（EA1， EA2，EA3)，其中根據(jù)能量水平（Ll，L2，L3)的能量數(shù)量（EA1，EA2，EA3)表示在所述相 應(yīng)的時(shí)間間隔（TI)內(nèi)在所述能量水平（EA1，EA2，EA3)與下一個(gè)較低能量水平之間的所 述能量。
2. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中所述多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1，NN2)包括一 個(gè)或多個(gè)遞歸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1)，特別是在時(shí)間上展開的時(shí)延遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，和/或一個(gè) 或多個(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)（NN2)和/或?qū)⒅辽僖粋€(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)（NN1)嵌入到至少一個(gè)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (NN1)中的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述可再生發(fā)電廠是包括許多風(fēng)力渦輪機(jī)的 風(fēng)力發(fā)電廠和/或包括許多太陽能電池板的太陽能發(fā)電廠。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中所述置信水平包括一個(gè)或多個(gè)第一置信 水平，其中根據(jù)與第一置信水平相對應(yīng)的所述能量水平（Ll，L2，L3)使用所述能量數(shù)量 (EA1，EA2，EA3)是這樣的，即使得尚未出售給第三方或者尚未以其他方式保留的所述能 量數(shù)量（EA1，EA2，EA3)的部分被作為可消耗的能量以預(yù)定每單位價(jià)格提供給第三方，其 中所述預(yù)定每單位價(jià)格隨著由所述第一置信水平所表示的所述將來的能量輸出（y t+1，yt+2， yt+3)的提商的百分比而提商。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中提供給第三方的所述能量數(shù)量（EA1，EA2，EA3) 在能量交易平臺上被交易。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1，NN2)的所述輸入 (xt_3, xt_2, Xt_i，xt)包括關(guān)于所述發(fā)電廠的環(huán)境和/或所述發(fā)電廠的一個(gè)或多個(gè)特性的數(shù) 據(jù)，特別是在所述發(fā)電廠的所述環(huán)境中的多個(gè)位置處的天氣數(shù)據(jù)和/或關(guān)于所述發(fā)電廠的 位置的地理數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1，NN2)的所述輸入 (xt_3，x t_2，Xt_i，xt)包括在過去的時(shí)間點(diǎn)測量的和/或針對將來的時(shí)間點(diǎn)預(yù)測的數(shù)據(jù)，特 別是天氣數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述天氣數(shù)據(jù)包括溫度值和/或大氣壓力值 和/或大氣濕度值和/或風(fēng)速和/或風(fēng)向和/或湍流值和/或關(guān)于太陽能輻射的參數(shù)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中所述置信水平包括優(yōu)選地表示比所述第 一置信水平更低的百分比的一個(gè)或多個(gè)第二置信水平，其中根據(jù)與第二置信水平相對應(yīng)的 所述能量水平（Ll，L2, L3)使用所述能量數(shù)量（EA1，EA2, EA3)包括以下用途中的一個(gè)： -提供尚未出售給第三方或者尚未以其他方式作為控制能量保留給第三方的所述能 量數(shù)量（EA1，EA2，EA3)的所述部分； -抑制提供尚未出售給第三方或者尚未以其他方式保留給第三方的所述能量數(shù)量 (EA1，EA2，EA3)的所述部分，并且可選地保留所述能量數(shù)量的這個(gè)部分以用于延長所述 發(fā)電廠的壽命和/或減少所述發(fā)電廠的噪聲發(fā)射和/或在所述發(fā)電廠處執(zhí)行維護(hù)工作。
10. 與權(quán)利要求2相結(jié)合地根據(jù)前述權(quán)利要求中的權(quán)利要求一所述的方法，其中至少 一個(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)（NN1)包括數(shù)個(gè)隱藏層（Hl，H2, H3)，每個(gè)隱藏層被耦合到單獨(dú)的輸出聚類 (01，02，03)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述至少一個(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)（NN1)的所述輸入層 (I)被耦合到每個(gè)隱藏層（Hl，H2，H3)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中所述多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1，NN2)中的每 個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1，NN2)用不同的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和/或不同的學(xué)習(xí)參數(shù)加以學(xué)習(xí)和/或被不同 地初始化以用于學(xué)習(xí)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中所述置信水平基于實(shí)際的能量輸出與 已由每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN1，NN2)所預(yù)測的所述對應(yīng)的能量輸出（y t+1，yt+2，yt+3 )之間的比 較而被適配。
14. 計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括存儲在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的程序代碼以用于在所述程序 代碼在計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)的方法。
15. 計(jì)算機(jī)程序，其包括程序代碼以用于在所述程序代碼在計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)權(quán) 利要求1至13中一項(xiàng)的方法。
【文檔編號】G06N3/04GK104115166SQ201280070293
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月21日
【發(fā)明者】P.埃格達(dá)爾, R.格羅特曼, V.施特青格, T.倫克勒 申請人:西門子公司