羅恩博,杜景琦,唐立軍

(云南電網公司電力科學研究院,昆明 650217)

云南省風電負荷預測系統(tǒng)現(xiàn)狀評估

羅恩博,杜景琦,唐立軍

(云南電網公司電力科學研究院,昆明 650217)

風電負荷預測系統(tǒng)對風電大規(guī)模接入后電網的供電品質、供電可靠性有重要意義；針對目前云南省風功率預測還處于起步階段的情況,對目前云南省風電功率預測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、統(tǒng)計及報表功能、界面功能、預測功能、風場預測情況統(tǒng)計分析這5方面的現(xiàn)狀及存在的問題進行分析,并對風功率預測系統(tǒng)的管理及優(yōu)化提出改善意見。

風功率預測系統(tǒng)；預測功能；風場預測情況統(tǒng)計

0 前言

風能作為目前新能源開發(fā)中技術成熟,具有大規(guī)模開發(fā)前景的能源,目前在云南省范圍內進行了大規(guī)模的開發(fā)和利用；針對風電場大規(guī)模接入電網的情況,風電負荷預測系統(tǒng)將對電網運行方式提供強有力的理論依據(jù)。

1 風功率預測系統(tǒng)

風電場功率預測是指以風電場的歷史功率、歷史風速、地形地貌、數(shù)值天氣預報、風電機組運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)建立風電場輸出功率的預測模型,以風速、功率或數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)作為模型的輸入,結合風電場機組的設備狀態(tài)及運行工況,得到風電場未來的輸出功率,預測時間尺度包括短期預測和超短期預測。

2 風功率預測對云南省的重要意義

云南省每日最高負荷大約為1 400 MW,目前風電接入200 MW,由于負荷中水電比重相對較大,水電具有較強的調頻能力,所以目前對于在線路容量允許的情況下風電采用全額消納的方式,但隨著十三五規(guī)劃中風電的大力發(fā)展,風電在電網中的比重將繼續(xù)增大[1],由于風能的隨機性、間歇性特點,風電對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行將帶來更大的挑戰(zhàn)。

風功率預測系統(tǒng)對風電場出力變化趨勢進行預測,對風電場的運行情況進行監(jiān)視,通過對風電出力的預測可以為電力調度部門優(yōu)化運行方式提供數(shù)據(jù)支持,從而提高電網供電質量、保證電網安全[2]。

3 電場側風功率預測系統(tǒng)情況

2010年前投運風電場于2011年開始陸續(xù)配置風功率預測系統(tǒng),2011年以后投運風電場在投運過程中就開始配置風功率預測系統(tǒng)。

下面從以下4個方面對目前云南省風電負荷預測系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行分析。

3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)字采集系統(tǒng)是風電負荷預測系統(tǒng)基礎的數(shù)據(jù)來源,也為負荷預測計算提供實際數(shù)據(jù)支持,并與調度端進行通訊,上送風電場運行情況及預測數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段云南風功率預測數(shù)字采集系統(tǒng)基本情況如下：

1)風電場測風塔采集量均包括三個不同層高的風速和風向；但發(fā)現(xiàn)存在風電場目前并未安裝測風塔,測風塔數(shù)據(jù)均是電腦自動生成,并非實時風速。

2)風功率預測系統(tǒng)通過通訊終端接收風場氣象信息和風場實際運行情況,并向調度端輸出風功率預測信息；但各風場均有不同程度的采集信號缺少現(xiàn)場溫度、濕度、風向級空氣密度等氣象數(shù)據(jù)采集不全的情況。

3)目前風電廠預測數(shù)據(jù)存儲均是按15 min存儲一次的方式進行存儲,期間的風場實發(fā)功率及風速數(shù)據(jù)都為15 min轉化的平均數(shù)據(jù)。

4)部分風電廠存在實際功率、實際風速缺失的情況,缺失的情況下數(shù)據(jù)顯示為空缺,未對缺測和異常數(shù)據(jù)進行處理,將對預測數(shù)據(jù)準確性造成影響。

3.2 統(tǒng)計、報表功能

統(tǒng)計和報表功能是通過對風功率預測系統(tǒng)中氣象數(shù)據(jù)、預測數(shù)據(jù)、實際運行數(shù)據(jù)進行歸納總結再生成數(shù)據(jù)展示功能,包括表格展示、圖表展示、報表打印輸出。現(xiàn)階段云南風功率預測系統(tǒng)統(tǒng)計及報表功能情況如下：

1)各風電場風功率預測系統(tǒng)中對于短期及超短期功率預測都可以通過歷史趨勢進行查詢。

2)各風電負荷預測系統(tǒng)中誤差統(tǒng)計均是采用日統(tǒng)計、月統(tǒng)計的方式完成；誤差指標包括均方根誤差、平均誤差、相關性系數(shù)、最大預測誤差存在統(tǒng)計數(shù)據(jù)不完善的情況。

3)各風功率預測系統(tǒng)只包括風速及風向統(tǒng)計功能,并支持自動生成報表；未包括發(fā)電量、風電有效發(fā)電時間、最大出力及其發(fā)生時間等,也未向電力調度機構上送以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

3.3 預測功能

預測功能是通過天氣預報、現(xiàn)場實際氣象數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)對風電場未來功率進行預測的方法。目前預測功能情況如下：

1)目前這些風功率預測系統(tǒng)均包含預測次日零時起3天的風電輸出功率的短期預測、預測未來0-4h的風電輸出功率的超短期預報,且時間分辨率都為15min。

2)各風功率預測系統(tǒng)短期預測啟動時間都是由后臺設定,無法通過界面按鈕進行手動測試,超短期預測都是按照15min執(zhí)行一次,預測該時刻之后4h的輸出功率。

3)風場均存在開機容量缺失的情況,由于缺少實際的開機容量將導致誤差統(tǒng)計計算不準。

4)各風電場風功率預測系統(tǒng)中對于限電時段都沒有從預測系統(tǒng)中填寫限電時段,導致限電時段預測數(shù)據(jù)與實際負荷偏差很大。

5)對負荷預測曲線在預測系統(tǒng)中存在數(shù)據(jù)缺失或錯誤是無法進行修正。

6)各風場都具有完備的誤差統(tǒng)計功能。

3.4 風場預測情況統(tǒng)計分析

根據(jù) 《風電功率預測系統(tǒng)功能規(guī)范》中要求單個風電場非限電時段的短期預測月均方根誤差應小于20%,超短期預測第4 h預測月均方根誤差應小于15%；[3]誤差計算方法如下：

均方根誤差(RMSE)

平均絕對誤差 (MAE)

相關性系數(shù) (r)

最大預測誤差 (δmax)

式中：

PMi——i時刻的實際功率

PPi——i時刻的預測功率

Cap——風電場的開機總容量

n——所有樣本個數(shù)

通過收集的預測數(shù)據(jù)根據(jù)公式 (1)至公式(4)對風電場的預測誤差進行計算,計算結果如圖1～4所示：

圖1 調研風電場2-8月份短期預測均方根誤差統(tǒng)計

圖2 調研風電場2-8月份超短期預測均方根誤差統(tǒng)計

圖3 調研風電場2-8月份短期預測平均絕對誤差統(tǒng)計

圖4 調研風電場2-8月份超短期預測平均絕對誤差統(tǒng)計

通過對上述3個風電場預測數(shù)據(jù)的收集及誤差計算的結果可以看出,目前風電場的短期、超短期預測均方根誤差均有不同程度的不滿足要求的情況,預測精度相對偏低；短期預測平均絕對誤差在10%～25%之間,超短期預測平均絕對誤差在5%～25%之間。

4 風電負荷預測系統(tǒng)存在的問題

云南省由于近幾年才開始大力發(fā)展風電項目,導致目前對風功率預測系統(tǒng)的管理及研究存在明顯的不足,由于風電的大規(guī)模接入,風功率預測系統(tǒng)已經成為大家關注的焦點,但云南省范圍內風功率預測系統(tǒng)存在著以下幾個主要問題：

1)目前我省風電功率預測系統(tǒng)依賴于地區(qū)天氣預報數(shù)據(jù),但地區(qū)天氣預報對風電場局部氣象預測存在明顯偏差的情況,導致預測精度偏低。

2)風電場歷史數(shù)據(jù)不完備、氣象數(shù)據(jù)缺失等情況也導致負荷預測精度較低。

3)風電場發(fā)電計劃上報基本是采用參考前一日實際負荷情況來進行上報,并未直接使用預測數(shù)據(jù)作為計劃發(fā)電數(shù)據(jù)上報；這樣導致上報的計劃數(shù)據(jù)與預測數(shù)據(jù)及次日實際功率情況存在較大偏差,風功率預測系統(tǒng)也未起到應有效果。

4)風功率預測系統(tǒng)在各風電場中無人管理無人維護,預測系統(tǒng)未對風電場運行,風功率預測的數(shù)據(jù)、誤差統(tǒng)計等也沒有進行歸檔和收集。

5 結束語

本文介紹了針對目前云南省風功率預測系統(tǒng)的閑置及存在的問題,對下一步規(guī)范和提高風功率預測系統(tǒng)提出以下建議：

1)提高風電場風功率預測系統(tǒng)的基礎資料管理,完善風功率預測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及采集,并向電力調度中心及時上報；這樣一方面可以提高預測精度,同時對風電場的運行維護及檢修計劃安排提供便利。

2)完善風功率預測系統(tǒng)的考核管理制度,提出相應的風功率預測系統(tǒng)的各項技術指標以規(guī)范風功率預測系統(tǒng),提升預測水平,保證電網安全。

3)進一步對風功率預測系統(tǒng)的算法與技術進行深入研究,對氣象預報數(shù)據(jù)進行長期統(tǒng)計收集,針對我省以山地為主的特點優(yōu)化預測算法,提高預測精度。

4)開展風電場技術監(jiān)督。在技術監(jiān)督的過程中規(guī)范風功率預測系統(tǒng),并在監(jiān)督過程中收集各項氣象數(shù)據(jù)及預測數(shù)據(jù),為進一步深化風功率預測研究工作提供數(shù)據(jù)支持。

[1] 邢婷,鄭有飛,朱勇,等.云南風能資源及其開發(fā)利用研究進展 [J].氣象與環(huán)境科學,2013,36(4)：55-61.

[2] 范高鋒,裴哲義,辛耀中.風電功率預測的發(fā)展現(xiàn)狀與展望 [J].中國電力,2011,44(6)：38-41.

[3] 風電功率預測功能規(guī)范 [S].北京：國家電網公司,2011.

Status Assessment of Wind Power Forecasting System in Yunnan Province

LUO Enbo,DU Jingqi,TANG Lijun
(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217,China)

The wind power forecasting system is of important significance to the quality and reliability of power supply after a large scale of wind power connecting to the grid.In view of the wind power forecasting in Yunnan Province is still in the initial stage,this paper analysis the status quo and existing problems in the following five aspects in wind power forecasting system：data acquisition system,statistics and reporting function,interface function,forecasting function and wind power forecasting situation statistics,then proposes the opinions on improving the management and optimization of the wind power forecasting system.

wind power forecasting system；forecasting function；wind power forecasting situation statistics

TM73

B

1006-7345(2015)01-0056-03

2014-09-02

羅恩博 (1986),男,云南電網公司電力科學研究院,從事水、火電機組及新能源控制系統(tǒng)研究 (e-mail)luo725＠126.com。

杜景琦 (1980),男,碩士,云南電網公司電力科學研究院,從事水、火電機組及新能源控制系統(tǒng)研究 (e-mail)109059245＠qq.com。

唐立軍 (1985),男,碩士,云南電網公司電力科學研究院,從事水、火電機組及新能源控制系統(tǒng)研究 (e-mail)16893515＠qq.com。