王濤

龍源寧夏風力發(fā)電有限公司 寧夏銀川 750000

隨機變化的風速、風向?qū)е嘛L電場輸出功率具有間歇性、波動性以及隨機性等特點,大量風電場集中并網(wǎng)不僅會對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定以及經(jīng)濟運行帶來重要影響,更直接限制著電網(wǎng)接納風電的效率。風電功率預(yù)側(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用,可以使調(diào)度運行人員根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)側(cè)的波動的情況,更加合理地采取應(yīng)對措施,保障電網(wǎng)運行的安全性和可靠性。功率預(yù)側(cè)和負荷預(yù)側(cè)的結(jié)合,還有很多好處,比如更夠調(diào)整調(diào)度運行的人員、優(yōu)化常規(guī)電廠的發(fā)電計劃、增加風電的并網(wǎng)的容量、改善電網(wǎng)的調(diào)峰能力,對改善電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性,減少溫室氣體的排放具有非常重要的意義。

1 風機發(fā)電風功率預(yù)測系統(tǒng)的組成

風機發(fā)電風功率預(yù)測系統(tǒng)主要由：（1）功率預(yù)測主機、（2）NWP處理服務(wù)器、（3）反向物理隔離裝置、（4）防火墻、（5）PC工作站、（6）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、（7）附屬設(shè)備組成。其中，功率預(yù)測主機包括了數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)及數(shù)據(jù)庫服務(wù)等，而NWP負責從互聯(lián)網(wǎng)下載氣象部門所發(fā)布的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)并對風場本地的NWP進行詳細解析，PC工作站通過對用戶圖形界面的運行，將預(yù)測結(jié)果以電子表格、曲線等方式進行顯示，同時對系統(tǒng)進行相關(guān)配置并操作管理。

2 關(guān)于國內(nèi)外風功率預(yù)測的現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀

我國在現(xiàn)代化的建設(shè)過程中，對于風力發(fā)電的重視程度較高，同時在很多區(qū)域都在積極的推廣應(yīng)用，整體上創(chuàng)造的經(jīng)濟效益、社會效益非常顯著，各項工作的落實比較符合預(yù)期。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗和當下的工作標準，認為風電場風功率預(yù)測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，主要是集中在以下幾個方面：（1）風電場風功率預(yù)測系統(tǒng)的優(yōu)化與革新過程中，雖然投入了較多的方法和手段，但是整體上并不是完全健全的，還有一些工作需要深入的運轉(zhuǎn)，針對室內(nèi)試驗、室外試驗等，都必須做出深入的了解，這樣才能在具體工作的部署、執(zhí)行過程中，不斷的創(chuàng)造出更高的價值，告別多方面的挑戰(zhàn)和損失。（2）風電場風功率預(yù)測系統(tǒng)的發(fā)展過程中，能夠在技術(shù)創(chuàng)新程度上大幅度的提升，很多工作的實施都能夠按照多元化的方式來部署，因此在問題的綜合解決過程中，基本上不會造成嚴重的損失。

3 風力發(fā)電風功率預(yù)測技術(shù)方法的總結(jié)和分類

利用空氣動力學(xué)、熱力學(xué)等基本的原理,也就是數(shù)值天氣預(yù)報就是風功率的預(yù)側(cè)技術(shù),它基本是借助歷史天氣的試驗為重要的經(jīng)驗,利用數(shù)值計算的方法來預(yù)測風場輸出功率的一門科學(xué)。

3.1 直接方法和間接方法

直接方法和間接方法的功率預(yù)測都是以預(yù)測的數(shù)學(xué)模型作為前提的。以風速為基礎(chǔ)，實現(xiàn)風機發(fā)電風功率的預(yù)測，屬于直接方法；以功率為基礎(chǔ)進行風功率預(yù)測則屬于間接方法。

3.2 統(tǒng)計方法

這一方法的實質(zhì)是在風功率預(yù)側(cè)系統(tǒng)的輸入端和風功率預(yù)側(cè)系統(tǒng)的輸出端這兩個端口建立一種映射函數(shù),在不考慮風速的情況之下,直接利用NWP這一數(shù)據(jù)來對風場的輸出功率進行直接的預(yù)側(cè)。常見的統(tǒng)計方法大致有以下幾個：時間序列法、指數(shù)平滑法、概率預(yù)側(cè)法、灰色預(yù)側(cè)法、小波分解方法和數(shù)據(jù)挖掘方法國。在這些方法中,最典型的方法是時間序列,其特點是隨機性高、具有平穩(wěn)的數(shù)據(jù),且必須要計算機的程序才能夠識別。

3.3 物理方法

NWP數(shù)據(jù)是風功率預(yù)測系統(tǒng)的主要參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，風電場的地形、風電場地表粗糙程度、風機輪高度和附近障礙物等因素都需要進行充分的考慮。在進行風功率的中長期預(yù)測時，還需要利用建模對象對其進行預(yù)測和確定，如風機特性曲線、機械轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)以及風機控制策略等，以此來提高風功率預(yù)測系統(tǒng)的準確性。

描述系統(tǒng)輸入和輸出之間關(guān)系的時候,需要用到解析方程來解決,建立非線性預(yù)側(cè)的學(xué)習模型。常見的學(xué)習方法有：支持向量機法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、混合專家經(jīng)驗法、模糊邏輯法等。最典型和最常見的就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法,這種方法因其具有很強大的自動適應(yīng)能力,自動學(xué)習能力以及優(yōu)良的容錯性和泛化能力,因而被廣泛地應(yīng)用于信號的管理、模式的識別、智能檢側(cè)以及汽車和金融等領(lǐng)域。

4 風機發(fā)電風功率預(yù)測系統(tǒng)的誤差分析

對風機發(fā)電功率的預(yù)測，因為會由于不確定的天氣狀況使風速受到一定影響，所以難免會存在些許誤差。具體誤差如下：（1）不可避免的誤差。因為風資源的不確定性與隨機性比較大，因此給預(yù)測模型輸出帶來了相關(guān)誤差，這種誤差是不可避免的；（2）數(shù)學(xué)模型精確度比較低而帶來的誤差。目前，我國所使用的風功率預(yù)測數(shù)據(jù)模型比較單一，根本不能對實際濕度與實際地貌等因素全面進行全面反映，致使國內(nèi)預(yù)測技術(shù)比較落后。

5 風機發(fā)電風功率預(yù)測系統(tǒng)的不足之處和改進方法

風機發(fā)電風功率預(yù)側(cè)系統(tǒng)的不足之處有風電消納能力的局限、輸入數(shù)據(jù)單一及周圍的環(huán)境和物理因素的影響。具體的改進措施如下。(1)優(yōu)化組合風力預(yù)側(cè)的模型，預(yù)報NWP的信息，這可以有效地縮小在惡劣天氣和極端天氣下的誤差，大大提高預(yù)側(cè)的精誰度。(2)加速NWP更新的頻率，改善數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)輸入的同時，更新現(xiàn)代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機控制技術(shù)，提高輸出的精誰度。(3)充分地利用刁破分析、混沌理論、模析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能方法，對于側(cè)的結(jié)果進行優(yōu)化組合分析，提高預(yù)側(cè)的可靠性和精誰度。(4)在對風功率短期預(yù)側(cè)的時候，盡快更新NWP的數(shù)據(jù)，提高風功率預(yù)測的技能和方法。

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭，風能作為新型能源得到了越來越多的開發(fā)和利用，特別是在電力行業(yè)。然而，由于風資源影響因素較多，風功率預(yù)測系統(tǒng)的研究在世界范圍內(nèi)得到重視，并取得了許多研究成果。目前，我國風功率預(yù)測系統(tǒng)的研究也取得了相應(yīng)的進展，盡管還存在許多不夠成熟的地方，但是隨著科技的進步和社會的發(fā)展，風功率預(yù)測系統(tǒng)所采取的NWP數(shù)據(jù)精確性也會逐漸提高，這些都有利于風功率預(yù)測系統(tǒng)準確性的提升和風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，從而推動我國能源結(jié)構(gòu)的改善。