馬偉力

摘 要：本文針對(duì)峽谷中風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，主要研究風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，為相關(guān)人員提供理論參考。

關(guān)鍵詞：峽谷風(fēng)電場(chǎng) 風(fēng)功率預(yù)測(cè) 預(yù)測(cè)系統(tǒng) 準(zhǔn)確性分析

1.峽谷風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)的必要性

在我國(guó)近年來(lái)的電力發(fā)展中，風(fēng)力發(fā)電的重要性不言而喻。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)路徑逐漸由集中式開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)化成為分散式與集中式開(kāi)發(fā)并存的發(fā)電模式。風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)區(qū)域也從風(fēng)資源較好、地形較為簡(jiǎn)單的區(qū)域向峽谷、山區(qū)等地形復(fù)雜的區(qū)域發(fā)展。因峽谷地形復(fù)雜，地貌變化較大，會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的后續(xù)運(yùn)行造成一定的不利影響，因此針對(duì)峽谷的電網(wǎng)考核較為嚴(yán)重。而風(fēng)功率預(yù)測(cè)能夠幫助電網(wǎng)合理的進(jìn)行調(diào)度，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電計(jì)劃有著優(yōu)化的作用，不但能夠改善電網(wǎng)的調(diào)峰能力，還能增強(qiáng)電網(wǎng)的容量，保證電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，由此，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)功率的預(yù)測(cè)十分必要。同時(shí)峽谷的獨(dú)特地形會(huì)為風(fēng)功率的預(yù)測(cè)帶來(lái)一定的不確定性，即使在同一地址區(qū)域內(nèi)，風(fēng)能資源的分布也可能大不相同。并且會(huì)存在繞流和漩渦的情況，相應(yīng)的風(fēng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率較低，預(yù)測(cè)數(shù)值和實(shí)際數(shù)值會(huì)存在較大的差異。在加上峽谷中存在的狹管效應(yīng)，在很大程度上增加了風(fēng)功率預(yù)測(cè)的難度。因此，必須結(jié)合峽谷地區(qū)的地形地貌，運(yùn)用科學(xué)合理的預(yù)測(cè)方式，提高預(yù)測(cè)精度，保證對(duì)風(fēng)功率的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確無(wú)誤[1]。

2.風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的基本組成包括：功能預(yù)測(cè)主機(jī)、防火墻、NWP處理服務(wù)器、預(yù)測(cè)系統(tǒng)客戶端、反向物理隔離裝置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相應(yīng)的輔助設(shè)施。其中風(fēng)功率預(yù)測(cè)主機(jī)包括數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)以及預(yù)測(cè)算法引擎服務(wù)這三個(gè)應(yīng)用的服務(wù)程序[2]。

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中所包含的預(yù)測(cè)方法主要有兩種，一種是建立在時(shí)間序列的基礎(chǔ)上，一種是建立在數(shù)值氣象預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，目前應(yīng)用較為廣泛的是基于數(shù)值氣象預(yù)報(bào)的預(yù)測(cè)方式。而在這種預(yù)測(cè)方法中，又分成基于統(tǒng)計(jì)的方法和基于物理建模的方法兩種。統(tǒng)計(jì)建模預(yù)測(cè)方法相對(duì)而言，準(zhǔn)確度較高，且建模過(guò)程簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)速度較快，但所需數(shù)據(jù)量十分巨大，單獨(dú)使用并不能滿足我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展需求。而物理建模預(yù)測(cè)方法，并不需要龐大的數(shù)據(jù)作為支撐，但其建模過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，模型計(jì)算的速度緩慢，并且準(zhǔn)確度相比而言較低，但是能夠?qū)崿F(xiàn)模型和風(fēng)電場(chǎng)的同步投運(yùn)功能[3]。

3.對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性的影響因素

3.1 統(tǒng)計(jì)建模預(yù)測(cè)方法對(duì)準(zhǔn)確性的影響

氣象數(shù)據(jù)的采集利用氣象傳感器獲取，在成功獲取數(shù)據(jù)之后，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理以確保精準(zhǔn)程度，之后對(duì)獲取的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，利用相應(yīng)的計(jì)算公式對(duì)數(shù)據(jù)風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算。在此過(guò)程中，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的管理和驗(yàn)證，從而保證數(shù)據(jù)的完整程度，消除一些錯(cuò)誤數(shù)值，并通過(guò)驗(yàn)證確保數(shù)據(jù)的有效性，同時(shí)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)采集方式對(duì)準(zhǔn)確性的影響較大，極可能因設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題，造成數(shù)據(jù)的丟失，致使預(yù)測(cè)服務(wù)器無(wú)法進(jìn)行更為精準(zhǔn)的計(jì)算。一旦發(fā)生數(shù)據(jù)丟失可以根據(jù)實(shí)際情況使用插值填補(bǔ)法進(jìn)行修補(bǔ)，但要注意這種方法只針對(duì)個(gè)別缺失數(shù)據(jù)有效，在缺失數(shù)據(jù)較多的情況，可以選用其他氣象因子代替。

3.2 物理建模預(yù)測(cè)方法對(duì)準(zhǔn)確性的影響

統(tǒng)計(jì)建模預(yù)測(cè)算法的核心在于物理模型和換算方法，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)組的風(fēng)功率曲線進(jìn)行分析，從而得到各個(gè)機(jī)組的預(yù)測(cè)功率。隨后再對(duì)其進(jìn)行綜合，從而得到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力情況。在這種方法中，物理模型的精準(zhǔn)程度會(huì)直接影響預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)峽谷這類(lèi)復(fù)雜地形中風(fēng)機(jī)高度不一，風(fēng)速奉陪密度不同，會(huì)直接對(duì)風(fēng)功率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度造成影響，同時(shí)還需考慮海拔和電容差異導(dǎo)致機(jī)組間的垂直方向落差。因此，在使用物理建模方法進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，首先要考慮物理模型中風(fēng)速引起的誤差，可以適當(dāng)增加階段性的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在風(fēng)電場(chǎng)分區(qū)內(nèi)建立多個(gè)模型。之后對(duì)風(fēng)速進(jìn)行換算，在此過(guò)程中，要注意測(cè)風(fēng)計(jì)存在的誤差情況。為了減少這類(lèi)誤差的產(chǎn)生，選取科學(xué)合理的風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，較為有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)有平均誤差、絕對(duì)誤差、均方根誤差等。同時(shí)本文建議使用以下公式進(jìn)行風(fēng)速的換算，其中V為在相應(yīng)高度時(shí)的平均風(fēng)速，u為摩擦速度，k為卡門(mén)系數(shù)，H為高度，從而確保預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確有效。

3.3 風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行方式對(duì)準(zhǔn)確性的影響

在對(duì)風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行方式也會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性帶來(lái)一定的影響作用，例如風(fēng)電場(chǎng)自身的運(yùn)行維護(hù)、運(yùn)行人員的相應(yīng)操作等。在風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率比電力系統(tǒng)的接納能力大時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)就會(huì)被限電。因此要結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，選取科學(xué)合理的算法對(duì)風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。一般情況可以采用以下公式對(duì)實(shí)際功率進(jìn)行計(jì)算。

3.4 提升峽谷風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的建議

針對(duì)峽谷這類(lèi)特殊地形而言，想要提升風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，首先要要確保風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，可以將GPRS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w傳輸或者無(wú)線傳輸，由此提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，避免數(shù)據(jù)丟失的情況；其次可以根據(jù)峽谷風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，在進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測(cè)時(shí)建立多個(gè)預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)一定的權(quán)系數(shù)進(jìn)行相互的組合，通過(guò)科學(xué)合理的權(quán)系數(shù)選取來(lái)確保預(yù)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度；最后要對(duì)峽谷風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的硬件、軟件進(jìn)行升級(jí)，對(duì)老舊設(shè)備進(jìn)行更新，提升預(yù)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定程度。

結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)的風(fēng)電發(fā)電行業(yè)想要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須提高對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)的重視，提升預(yù)測(cè)精度，確保預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。尤其是在峽谷這種復(fù)雜的地形中，要結(jié)合實(shí)際的地理情況，綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)的各種情況，選取合理的預(yù)測(cè)方式對(duì)風(fēng)功率進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的最大限度提升。

參考文獻(xiàn)

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