周穎+付杰+吳軍

摘要：對風(fēng)場的風(fēng)速和發(fā)電功率進(jìn)行比較準(zhǔn)確地預(yù)測，可有效減輕風(fēng)電對整個電網(wǎng)的影響?；诮y(tǒng)計方法構(gòu)建分散式風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)采集、短期功率預(yù)測、信息上報等功能，為電力系統(tǒng)可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運行提供預(yù)測方法。

關(guān)鍵詞：功率預(yù)測；運行方式；調(diào)度計劃；分散式

中圖分類號：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）07-0045-03

國家能源局下發(fā)《風(fēng)電廠功率預(yù)測預(yù)報管理暫行辦法》，要求我國所有已并網(wǎng)運行的風(fēng)電廠必須建立風(fēng)電預(yù)測預(yù)報體系和發(fā)電計劃申報工作機(jī)制，未按要求報送風(fēng)電預(yù)測預(yù)報結(jié)果的風(fēng)電廠不得運行并網(wǎng)。風(fēng)電功率預(yù)測的目的是提高風(fēng)電場發(fā)電效率，配合電網(wǎng)公司調(diào)度需求，滿足電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展要求。

分散式發(fā)電機(jī)組只有滿足一些技術(shù)約束條件，并對其接入系統(tǒng)的容量、設(shè)施進(jìn)行合理規(guī)劃和設(shè)計，才能發(fā)揮應(yīng)有作用。針對分散式電源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的不良影響，研究分散式風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

1 基于統(tǒng)計方法的分散式風(fēng)電預(yù)測

進(jìn)行風(fēng)電輸出功率預(yù)測時，可以直接預(yù)測功率，也可以先預(yù)測風(fēng)速值，然后根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)電場輸出功率統(tǒng)計模型得到輸出功率預(yù)測值?；跉v史數(shù)據(jù)的風(fēng)電輸出功率/風(fēng)速預(yù)測方法，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，在若干個歷史數(shù)據(jù)（包括功率、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)）和風(fēng)電輸出功率/風(fēng)速之間建立一種映射關(guān)系。

1.1 單一預(yù)測方法

根據(jù)風(fēng)電場實際狀況，采用基于混沌時間序列的風(fēng)功率預(yù)測方法。采集風(fēng)電場輸出功率時間序列P=﹛p1，p2，……，pN﹜，該序列的時間間隔為t，按時間間隔對時間序列P進(jìn)行重構(gòu)：

預(yù)測流程如圖1所示。

現(xiàn)場測風(fēng)塔的多數(shù)傳感器已經(jīng)損壞，但有光纖通訊。因此，擬用風(fēng)機(jī)自身現(xiàn)有歷史數(shù)據(jù)與實時功率數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正，應(yīng)用混沌時間序列的風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)解決此問題。

風(fēng)是由地表熱力性質(zhì)差異，受氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、大氣穩(wěn)定性、地形地貌、粘滯力等影響的開源的大氣流動現(xiàn)象。通常認(rèn)為，來流風(fēng)為牛頓型流體，牛頓粘性定律成立，利用納維-斯托克斯方程進(jìn)行空氣流動描述。

進(jìn)行功率特性評估時，應(yīng)收集足夠數(shù)量的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，才能精確地確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出特性。數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等外界條件參數(shù)及功率輸出等風(fēng)電機(jī)組運行狀態(tài)參數(shù)，要求風(fēng)電機(jī)組正常運行的小時數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于180 h，采集頻率為10 min。

1.2 組合預(yù)測方法

為提高預(yù)測精度，提出組合預(yù)測思想，即將幾種預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果選取適當(dāng)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，得到最終預(yù)測結(jié)果。研究表明，2種或2種以上的單項預(yù)測可以組合出優(yōu)于單個單項的預(yù)測效果，即能提高預(yù)測精度。國內(nèi)外研究者對此進(jìn)行了大量研究，提出時間序列和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合、時間序列和卡爾曼濾波相結(jié)合、空間相關(guān)法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合等風(fēng)速組合預(yù)測方法。此外，相關(guān)研究表明，對風(fēng)速或功率原始序列進(jìn)行預(yù)處理也是提高預(yù)測精度的有效方法。

基于歷史數(shù)據(jù)的風(fēng)電場輸出功率預(yù)測已取得一定成果，一般非線性方法優(yōu)于線性方法，而組合預(yù)測方法一般優(yōu)于單個預(yù)測方法。然而，基于歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測方法受精度限制，預(yù)測時間一般不會太長（6 h以內(nèi)）。

2 分散式風(fēng)電預(yù)測系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 總體功能

2.1.1 數(shù)據(jù)采集功能指標(biāo) 分散式風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)運行需要的數(shù)據(jù)包括數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)（數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)來自國內(nèi)權(quán)威氣象部門）、實時測風(fēng)塔數(shù)據(jù)（來自實際測風(fēng)塔的數(shù)據(jù)）、風(fēng)電場實時輸出功率數(shù)據(jù)、風(fēng)電機(jī)組運行狀態(tài)數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)能夠完成全部數(shù)據(jù)的自動采集，也可通過手動方式錄入，其中數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)為自動定時獲取。

2.1.2 短期功率預(yù)測功能指標(biāo) 可實現(xiàn)風(fēng)電場未來0～72 h功率變化曲線預(yù)測，時間分辨率為15 min。短期預(yù)測月均方根誤差率小于20%。

2.1.3 超短期功率預(yù)測功能指標(biāo) 可實現(xiàn)風(fēng)電場未來0～4 h功率變化曲線的預(yù)測，時間分辨率為15 min，每15 min滾動執(zhí)行1次。超短期預(yù)測第4 h預(yù)測值月均方根誤差率小于15%。

2.1.4 信息上報功能指標(biāo) 可按照網(wǎng)/省調(diào)技術(shù)要求，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格式的短期功率預(yù)測、超短期功率預(yù)測、測風(fēng)塔實時監(jiān)測、風(fēng)機(jī)檢修容量、風(fēng)電場裝機(jī)容量、投運容量、最大功率等信息上報。

其中，短期功率預(yù)測結(jié)果以次日96點功率曲線形式每日上報（按照調(diào)度要求），超短期功率預(yù)測每15 min上報1次，測風(fēng)塔實時監(jiān)測數(shù)據(jù)每5 min上報1次，風(fēng)電場風(fēng)機(jī)檢修容量、裝機(jī)容量、投運容量、最大功率等信息作為短期功率預(yù)測上報數(shù)據(jù)統(tǒng)一以文件格式上報。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

分散式風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)總體構(gòu)架見圖2。

根據(jù)調(diào)度部門的要求，從預(yù)測數(shù)據(jù)庫中獲得未來0～24 h，0～48 h，0～72 h的短期風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)，同時提取0～168 h的中長期風(fēng)功率預(yù)測曲線；每15 min上報一次未來4 h超短期預(yù)測曲線，時間分辨率不小于15 min。

2.3 預(yù)測整體流程

系統(tǒng)預(yù)測的整體流程見圖3。

2.4 硬件接線

分散式預(yù)測系統(tǒng)硬件接線圖如圖4所示。

其中，安全I(xiàn)區(qū)的風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)把實時功率等運行數(shù)據(jù)通過防火墻送至安全I(xiàn)I區(qū)的功率預(yù)測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采集測風(fēng)塔數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)后，通過反向隔離裝置送至安全I(xiàn)I區(qū)的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)。風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)通過縱向加密裝置和路由器把數(shù)據(jù)送至調(diào)度II區(qū)。Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器按邏輯功能劃分，放置在一臺硬件服務(wù)器上。

3 結(jié)語

分散式風(fēng)電位于用電負(fù)荷中心附近，就近接入配電網(wǎng)后，風(fēng)電的間歇性、波動性給配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。若能對風(fēng)場的風(fēng)速和發(fā)電功率做出比較準(zhǔn)確的預(yù)測，可有效減輕風(fēng)電對整個電網(wǎng)的影響。風(fēng)電功率預(yù)測有助于電網(wǎng)調(diào)度部門制定合理的運行方案，從而保證電力系統(tǒng)可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運行。

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Abstract： Precise prediction of wind speed and generated power of wind field can effectively reduce the effect of wind power on the whole power grid. This paper constructed the distributed wind power forecast system based on statistical method， and by means of the functions such as data collection， power prediction in short period and information reporting it provided the prediction method for reliable， high quality and economic operation of power system.

Key words： power prediction； operating mode； operation plan； distributedendprint