周穎+付杰+吳軍

摘要：對(duì)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速和發(fā)電功率進(jìn)行比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，可有效減輕風(fēng)電對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響?；诮y(tǒng)計(jì)方法構(gòu)建分散式風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)采集、短期功率預(yù)測(cè)、信息上報(bào)等功能，為電力系統(tǒng)可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供預(yù)測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：功率預(yù)測(cè)；運(yùn)行方式；調(diào)度計(jì)劃；分散式

中圖分類(lèi)號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2017）07-0045-03

國(guó)家能源局下發(fā)《風(fēng)電廠功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)管理暫行辦法》，要求我國(guó)所有已并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電廠必須建立風(fēng)電預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系和發(fā)電計(jì)劃申報(bào)工作機(jī)制，未按要求報(bào)送風(fēng)電預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果的風(fēng)電廠不得運(yùn)行并網(wǎng)。風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的目的是提高風(fēng)電場(chǎng)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(duì)其接入系統(tǒng)的容量、設(shè)施進(jìn)行合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)，才能發(fā)揮應(yīng)有作用。針對(duì)分散式電源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的不良影響，研究分散式風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 基于統(tǒng)計(jì)方法的分散式風(fēng)電預(yù)測(cè)

進(jìn)行風(fēng)電輸出功率預(yù)測(cè)時(shí)，可以直接預(yù)測(cè)功率，也可以先預(yù)測(cè)風(fēng)速值，然后根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)電場(chǎng)輸出功率統(tǒng)計(jì)模型得到輸出功率預(yù)測(cè)值?；跉v史數(shù)據(jù)的風(fēng)電輸出功率/風(fēng)速預(yù)測(cè)方法，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，在若干個(gè)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(cè)方法

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

預(yù)測(cè)流程如圖1所示。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(shí)時(shí)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正，應(yīng)用混沌時(shí)間序列的風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)解決此問(wèn)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(kāi)源的大氣流動(dòng)現(xiàn)象。通常認(rèn)為，來(lái)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(dòng)描述。

進(jìn)行功率特性評(píng)估時(shí)，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(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，要求風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行的小時(shí)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于180 h，采集頻率為10 min。

1.2 組合預(yù)測(cè)方法

為提高預(yù)測(cè)精度，提出組合預(yù)測(cè)思想，即將幾種預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)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(cè)結(jié)果。研究表明，2種或2種以上的單項(xiàng)預(yù)測(cè)可以組合出優(yōu)于單個(gè)單項(xiàng)的預(yù)測(cè)效果，即能提高預(yù)測(cè)精度。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)此進(jìn)行了大量研究，提出時(shí)間序列和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合、時(shí)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(cè)方法。此外，相關(guān)研究表明，對(duì)風(fēng)速或功率原始序列進(jìn)行預(yù)處理也是提高預(yù)測(cè)精度的有效方法。

基于歷史數(shù)據(jù)的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率預(yù)測(cè)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(cè)方法一般優(yōu)于單個(gè)預(yù)測(cè)方法。然而，基于歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)方法受精度限制，預(yù)測(cè)時(shí)間一般不會(huì)太長(zhǎng)（6 h以內(nèi)）。

2 分散式風(fēng)電預(yù)測(cè)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(cè)系統(tǒng)運(yùn)行需要的數(shù)據(jù)包括數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)（數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)內(nèi)權(quán)威氣象部門(mén)）、實(shí)時(shí)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)（來(lái)自實(shí)際測(cè)風(fēng)塔的數(shù)據(jù)）、風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)輸出功率數(shù)據(jù)、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)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(dòng)采集，也可通過(guò)手動(dòng)方式錄入，其中數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)為自動(dòng)定時(shí)獲取。

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

2.1.3 超短期功率預(yù)測(cè)功能指標(biāo) 可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)未來(lái)0～4 h功率變化曲線的預(yù)測(cè)，時(shí)間分辨率為15 min，每15 min滾動(dòng)執(zhí)行1次。超短期預(yù)測(cè)第4 h預(yù)測(cè)值月均方根誤差率小于15%。

2.1.4 信息上報(bào)功能指標(biāo) 可按照網(wǎng)/省調(diào)技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格式的短期功率預(yù)測(cè)、超短期功率預(yù)測(cè)、測(cè)風(fēng)塔實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、風(fēng)機(jī)檢修容量、風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量、投運(yùn)容量、最大功率等信息上報(bào)。

其中，短期功率預(yù)測(cè)結(jié)果以次日96點(diǎn)功率曲線形式每日上報(bào)（按照調(diào)度要求），超短期功率預(yù)測(cè)每15 min上報(bào)1次，測(cè)風(fēng)塔實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每5 min上報(bào)1次，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)檢修容量、裝機(jī)容量、投運(yùn)容量、最大功率等信息作為短期功率預(yù)測(cè)上報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)一以文件格式上報(bào)。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

分散式風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)架見(jiàn)圖2。

根據(jù)調(diào)度部門(mén)的要求，從預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得未來(lái)0～24 h，0～48 h，0～72 h的短期風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)提取0～168 h的中長(zhǎng)期風(fēng)功率預(yù)測(cè)曲線；每15 min上報(bào)一次未來(lái)4 h超短期預(yù)測(cè)曲線，時(shí)間分辨率不小于15 min。

2.3 預(yù)測(cè)整體流程

系統(tǒng)預(yù)測(cè)的整體流程見(jiàn)圖3。

2.4 硬件接線

分散式預(yù)測(cè)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(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)把實(shí)時(shí)功率等運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)防火墻送至安全I(xiàn)I區(qū)的功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采集測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)后，通過(guò)反向隔離裝置送至安全I(xiàn)I區(qū)的風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)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(tái)硬件服務(wù)器上。

3 結(jié)語(yǔ)

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(dòng)性給配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。若能對(duì)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速和發(fā)電功率做出比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，可有效減輕風(fēng)電對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響。風(fēng)電功率預(yù)測(cè)有助于電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)制定合理的運(yùn)行方案，從而保證電力系統(tǒng)可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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