楊穎

摘要：風(fēng)電場(chǎng)通過與風(fēng)能以及相關(guān)發(fā)電機(jī)的結(jié)合，能夠達(dá)到以風(fēng)發(fā)電的目的。風(fēng)電場(chǎng)短期功率預(yù)測(cè)工作，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)良好運(yùn)行的重要前提。文章以此為前提分析了幾種預(yù)測(cè)方法，并且探討了預(yù)測(cè)方法的應(yīng)用實(shí)踐，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng);短期功率;預(yù)測(cè)方法;應(yīng)用

1風(fēng)電場(chǎng)短期功率預(yù)測(cè)方法解析

對(duì)風(fēng)電場(chǎng)短期功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要用到當(dāng)?shù)氐臄?shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，并且由中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式將數(shù)據(jù)結(jié)果輸出進(jìn)行降尺度處理，其中主要有不同位置的測(cè)風(fēng)塔高度下的氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向以及氣壓等物理量預(yù)報(bào)值等，所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率是15min。

經(jīng)過降尺度處理之后的成果最終顯示水平分辨率是4km×4km，在地形和風(fēng)電機(jī)組尾流等相關(guān)因素的影響下，并不能反映風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的實(shí)際風(fēng)速布設(shè)。所以，務(wù)必要將經(jīng)過降尺度之后的天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組輪轂高度相同的風(fēng)速。相關(guān)資料中提出，當(dāng)前階段要想實(shí)現(xiàn)尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式降尺度，一般可以通過兩種方式進(jìn)行：其一是風(fēng)場(chǎng)診斷模式，該方式所需計(jì)算量比較小，然而在精度方面卻存在一些不足;其二，計(jì)算流體力學(xué)方式，該方式所需計(jì)算量較大且計(jì)算需要時(shí)間比較長(zhǎng)[1]。在此次研究中，選用的是原理較為簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)方式。

對(duì)風(fēng)電場(chǎng)短期功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要利用氣象服務(wù)器接收數(shù)值氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行加工處理之后，再通過反向隔離器將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)傳送到風(fēng)功率預(yù)測(cè)服務(wù)器內(nèi)，功率預(yù)測(cè)服務(wù)器在防火墻的作用下，連接升壓站與電場(chǎng)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)實(shí)發(fā)功率進(jìn)行采集、存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)，這時(shí)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)服務(wù)器按照所接收的數(shù)值氣象數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)以及風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)等，對(duì)其進(jìn)行并行計(jì)算，從而獲得一段時(shí)間內(nèi)的中期功率預(yù)測(cè)以及未來4小時(shí)超短期功率預(yù)測(cè)曲線。再此基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)情況的分析情況，得到風(fēng)電場(chǎng)短期功率。

風(fēng)電場(chǎng)短期功率預(yù)測(cè)方法主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

①對(duì)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速進(jìn)行預(yù)測(cè)。按照每一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組之前所測(cè)得得風(fēng)數(shù)據(jù)以及同期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建立線性回歸關(guān)系。以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式最終成果為前提，在建立完成的回歸關(guān)系基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組輪轂高度位置的預(yù)測(cè)風(fēng)速的推算。實(shí)際預(yù)測(cè)與推算當(dāng)中，數(shù)值預(yù)報(bào)模式模擬所得風(fēng)場(chǎng)和現(xiàn)實(shí)風(fēng)場(chǎng)可能會(huì)存在差異，對(duì)于這種現(xiàn)象便可以運(yùn)用線性回歸的方式進(jìn)行糾正。

②對(duì)單臺(tái)機(jī)組功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)功率之前，需要通過風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)機(jī)功率曲線進(jìn)行糾正，在此基礎(chǔ)上按照數(shù)值預(yù)報(bào)最終結(jié)果和風(fēng)機(jī)功率曲線，對(duì)每臺(tái)風(fēng)機(jī)預(yù)測(cè)功率進(jìn)行推算[2]。風(fēng)機(jī)功率曲線的糾正十分必要，由于機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)、空氣密度以及氣流等相關(guān)因素極有可能造成風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)機(jī)功率曲線、實(shí)際功率曲線脫軌的現(xiàn)象，所以，要在實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的支持下進(jìn)行不同機(jī)組功率曲線的建立。一般情況下會(huì)按照各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)測(cè)量的瞬時(shí)風(fēng)速與瞬時(shí)功率，以最小二乘法的方式將其分段擬合。此次實(shí)際測(cè)量中，并沒有對(duì)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)用，其主要原因在于以下幾個(gè)方面：其一是因?yàn)闇y(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)存在缺陷，時(shí)常有缺測(cè)現(xiàn)象的發(fā)生;其二，因?yàn)榈匦蔚认嚓P(guān)因素的影響，致使各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組所測(cè)風(fēng)速存在顯著差異，測(cè)風(fēng)塔只能夠以近似的方式表示風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的風(fēng)資源，無法將各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組實(shí)際風(fēng)速進(jìn)行體現(xiàn)。

③對(duì)風(fēng)電場(chǎng)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。將各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的預(yù)測(cè)功率進(jìn)行計(jì)算，以此獲得風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際預(yù)測(cè)功率。

2風(fēng)電場(chǎng)短期功率預(yù)測(cè)的應(yīng)用實(shí)踐

下文以某市風(fēng)電場(chǎng)為例分析風(fēng)電場(chǎng)短期功率預(yù)測(cè)方法的使用情況。該風(fēng)電場(chǎng)一期工程施工過程中，海拔高程為1300～1700m，風(fēng)電場(chǎng)北東—南西兩個(gè)方位的長(zhǎng)為8.1km左右，而東南—西北方向的寬則為1km左右，由此整個(gè)場(chǎng)區(qū)面積約為8.2km2。在一期工程當(dāng)中，總共裝機(jī)規(guī)模為49.5MW，其中安裝國(guó)內(nèi)品牌風(fēng)機(jī)25臺(tái)，風(fēng)電機(jī)組的輪轂高度和單機(jī)容分別為85m、2000kW。

以上所述幾種短期風(fēng)功率預(yù)測(cè)方法，已經(jīng)在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)使用超過1年，其中預(yù)測(cè)功率所指為預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)沒有出現(xiàn)故障、維護(hù)等狀況情況下的輸出功率。但是，該風(fēng)電場(chǎng)幾乎每月都會(huì)出現(xiàn)考核問題，為了保證功率預(yù)測(cè)誤差評(píng)估的合理性，需要借鑒理想出力的理念。所謂理想出力，即在無限電、無風(fēng)機(jī)故障與檢修維護(hù)狀態(tài)下，保證全部風(fēng)機(jī)都能夠維持正常運(yùn)行下的出力。理想出力只能指代全部風(fēng)機(jī)癥狀運(yùn)行基礎(chǔ)上呈現(xiàn)的輸出功率。

此外，風(fēng)電場(chǎng)所處地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，當(dāng)其處于冬季和春季時(shí)，便會(huì)受到冷空氣影響，且這種季風(fēng)氣候極為容易出現(xiàn)大風(fēng)天氣，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)功率預(yù)測(cè)出現(xiàn)較大的誤差;因?yàn)橄募靖睙釒Ц邏旱挠绊?，通常情況下風(fēng)速比較小，在這種環(huán)境下風(fēng)功率預(yù)測(cè)的誤差也會(huì)縮小;因?yàn)榍锛纠渑瘹饬鹘惶?，致使晝夜溫差較差，且風(fēng)速相比其他季節(jié)也會(huì)加大，這時(shí)風(fēng)功率預(yù)測(cè)所出現(xiàn)的誤差也會(huì)增加。

導(dǎo)致風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差的原因一方面是因?yàn)閿?shù)值天氣預(yù)報(bào)誤差，而另一方面則是受風(fēng)預(yù)測(cè)模型誤差影響，為了將預(yù)測(cè)模型誤差分離，將距離測(cè)風(fēng)塔距離最為接近的風(fēng)電機(jī)組所產(chǎn)生的實(shí)測(cè)風(fēng)速視為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，并且將其輸入至風(fēng)功率預(yù)測(cè)模型中，也就是假設(shè)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果相同[3]。對(duì)風(fēng)功率重新預(yù)測(cè)之后，得出誤差分析結(jié)果。通過對(duì)這一結(jié)果的分析，可以了解到當(dāng)風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生實(shí)測(cè)風(fēng)速是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，這時(shí)可以通過理想出力、預(yù)測(cè)功率計(jì)算的方式獲得月均方根誤差，否則則是按照實(shí)際數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)風(fēng)功率誤差。另外需要注意的是，從風(fēng)到功率預(yù)測(cè)模型所形成的誤差，也必須要對(duì)其進(jìn)行重視，以免加大風(fēng)電場(chǎng)電氣功率預(yù)測(cè)誤差。

結(jié)束語

綜上所述，通過分析可知，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差的形成，主要原因是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)風(fēng)速誤差和預(yù)測(cè)模型這兩種原因。為了全面提升風(fēng)功率預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度，不僅要考慮當(dāng)下，還需要從長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)，加大對(duì)微尺度預(yù)報(bào)模式以及計(jì)算流體力學(xué)等相關(guān)物理預(yù)測(cè)方法的研究力度。

參考文獻(xiàn)

[1]彭小圣，熊磊，文勁宇，程時(shí)杰，鄧迪元，馮雙磊，王勃.風(fēng)電集群短期及超短期功率預(yù)測(cè)精度改進(jìn)方法綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，23：6315-6326+6596.