風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)

1、風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)目錄l 風(fēng)電概述l 風(fēng)電使用現(xiàn)狀l 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹l 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)硬件建設(shè)l 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)指標(biāo)l 總結(jié)風(fēng)電 風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，其資源豐富、轉(zhuǎn)化效率高、產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)好、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯、環(huán)境影響小l 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 具有間歇性強(qiáng)、隨機(jī)性大、可調(diào)度性弱等特點(diǎn)，大規(guī)模接入后對電網(wǎng)運(yùn)行會產(chǎn)生較為明顯的影響。l 弱點(diǎn)弱點(diǎn)風(fēng)電是風(fēng)能發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電的簡稱。l 概念概念風(fēng)電使用現(xiàn)狀 目前，我國正在發(fā)展的大容量風(fēng)電場通常表現(xiàn)出顯著的區(qū)域集中性，大型風(fēng)電場對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響必然顯著區(qū)別于國外分布式風(fēng)電發(fā)展模式。同時，我國風(fēng)資源豐富、適宜建設(shè)大型風(fēng)電場的地區(qū)存在局

2、部電網(wǎng)建設(shè)相對薄弱的情況，為保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，有時需采取限制風(fēng)電場發(fā)電功率的措施。 根據(jù)中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會（中國風(fēng)能協(xié)會）統(tǒng)計，截至2010年12 月，中國市場（不包括臺灣地區(qū)）風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到18927.99MW，年同比增長37.1%，累計安裝風(fēng)電機(jī)組34485 臺，年同比增長73.3%。風(fēng)功率式中：n 在設(shè)定時段內(nèi)的記錄數(shù)； 空氣密度（kg/m3）；vi 第i記錄的風(fēng)速（m/s）。風(fēng)功率密度的計算方法如下，設(shè)定時段的平均風(fēng)功率密度表達(dá)式為：風(fēng)功率密度風(fēng)功率密度是指，與風(fēng)向垂直的單位面積中風(fēng)所具有的功率，IS單位為：W/（瓦特平方米）風(fēng)功率預(yù)測 由于風(fēng)能的隨機(jī)性、

3、間歇性特點(diǎn)，對電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度的帶來困難，影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并成為了制約風(fēng)電大規(guī)模接入的關(guān)鍵技術(shù)問題。 風(fēng)電功率預(yù)測是指以風(fēng)電場的歷史功率、歷史風(fēng)速、地形地貌、數(shù)值天氣預(yù)報、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)建立風(fēng)電場輸出功率的預(yù)測模型，以風(fēng)速、功率或數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)作為模型的輸入，結(jié)合風(fēng)電場機(jī)組的設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行工況，得到風(fēng)電場未來的輸出功率，預(yù)測時間尺度包括短期預(yù)測和超短期預(yù)測。 風(fēng)功率系統(tǒng) 在風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)研究方面，經(jīng)過近20 年的發(fā)展，風(fēng)電功率預(yù)測已獲得了廣泛的應(yīng)用，風(fēng)電發(fā)達(dá)國家，如丹麥、德國、西班牙等均有運(yùn)行中的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)。 德國太陽能技術(shù)研究所開發(fā)的風(fēng)電管理系統(tǒng)（WPMS）是目前商

4、業(yè)化運(yùn)行較為成熟的系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)對于單個風(fēng)電場的日前預(yù)報精度約為85%左右。丹麥Ris 國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室與丹麥技術(shù)大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了Zephyr，目前丹麥所有電網(wǎng)公司均采用了該預(yù)測系統(tǒng)。此外，美國、西班牙、英國、法國、愛爾蘭等風(fēng)電發(fā)展較快的歐美國家紛紛開始開發(fā)和應(yīng)用風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，其中較為成熟的產(chǎn)品還有美國True Wind Solutions 公司開發(fā)的E-Wind，法國Ecole des Minesde Paris 公司開發(fā)的AWPPS，西班牙馬德里卡爾洛斯第三大學(xué)開發(fā)的SIPRELco以及愛爾蘭國立科克大學(xué)與丹麥DMI 聯(lián)合開發(fā)的HIRPOM。l 國外風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)介紹國外風(fēng)

5、電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)介紹引自：國電南瑞NSF3100風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)l 國外風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)介紹國外風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)介紹開發(fā)商模型名稱特點(diǎn)投運(yùn)時間德國ISETAWPT提供1-8h的預(yù)測，根據(jù)數(shù)值天氣預(yù)報，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算輸出功率2001德國奧爾登堡大學(xué)Previento使用物理模型，在較大的區(qū)域內(nèi)給出2天的預(yù)測結(jié)果2002丹麥RisPrediktor使用物理模型，考慮了尾流等的影響1994丹麥科技大學(xué)WPPT利用自適應(yīng)最小平方根法和指數(shù)遺忘算法相結(jié)合給出0.5-36h的預(yù)測1994丹麥科技大學(xué)Zephy集合了上邊兩個模型，可以提供0-9h和36-48h的預(yù)測2003西班牙西班牙可再生

6、能源中心開發(fā)LocalPred-RegioPred物理模型2001西班牙卡洛斯大學(xué)siperlico統(tǒng)計模型2002美國AWS TruewindE-Wind包括一組高精度的三維大氣物理數(shù)學(xué)模型、適應(yīng)性統(tǒng)計模型、風(fēng)電場輸出模型和預(yù)測分發(fā)系統(tǒng)1998引自：華北電大風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)l 國內(nèi)風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)介紹國內(nèi)風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)介紹 國電南瑞NSF3100風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng) 華北電大風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng) 北京中科伏瑞電氣技術(shù)有限公司FR3000F風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng) 東潤環(huán)能（北京）科技有限公司風(fēng)電功率預(yù)測軟件 大唐突泉老爺嶺風(fēng)電場一期49.5MW工程 中國電力科學(xué)研究院新能源研究所 風(fēng)

7、電功率短期預(yù)測系統(tǒng) 陸豐寶麗華新能源電力有限公司 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng) 遼寧力迅風(fēng)電控制系統(tǒng)有限公司風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng) 兆方美迪風(fēng)電功率預(yù)報系統(tǒng) 黑龍江大唐晨光依蘭風(fēng)電場 上海交通大學(xué)風(fēng)力發(fā)電研究中心風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)l風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定l風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法l風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法l風(fēng)電調(diào)度運(yùn)行管理規(guī)范l風(fēng)電場并網(wǎng)驗(yàn)收規(guī)范l風(fēng)電場風(fēng)能資源測量和評估技術(shù)規(guī)定l電工名詞術(shù)語l繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程l電力工程電纜設(shè)計規(guī)范l繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)l國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 預(yù)測預(yù)報要求預(yù)測預(yù)報要求 風(fēng)電功率預(yù)報分日預(yù)報和

8、實(shí)時預(yù)報兩種方式。 日預(yù)報是指對次日0時至24 時的預(yù)測預(yù)報，實(shí)時預(yù)報是指自上報時刻起未來15 分鐘至4 小時的預(yù)測預(yù)報，時間分辨率均為15 分鐘。 日預(yù)報要求并網(wǎng)風(fēng)電場每日在規(guī)定時間前按規(guī)定要求向電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)提交次日0 時到24 時每1 5 分鐘共96 個時間節(jié)點(diǎn)風(fēng)電有功功率預(yù)測數(shù)據(jù)和開機(jī)容量。 實(shí)時預(yù)報要求并網(wǎng)風(fēng)電場按規(guī)定要求每15 分鐘滾動上報未來1 5 分鐘至4 小時風(fēng)咆功率預(yù)測數(shù)據(jù)和實(shí)時的風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)。 風(fēng)電場功率預(yù)測系統(tǒng)提供的日預(yù)測曲線最大誤差不超過25% ;實(shí)時預(yù)測誤差不超過15 % 。全天預(yù)測結(jié)果的均方根誤差應(yīng)小子20% 。國家能源局關(guān)于印發(fā)風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報國家能源局關(guān)于印

9、發(fā)風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報管理暫行辦法的通知管理暫行辦法的通知國能新能國能新能(201 1) 177 號號風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報考核指標(biāo)風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報考核指標(biāo) 風(fēng)電場發(fā)電預(yù)測預(yù)報考核指標(biāo)為風(fēng)電場發(fā)電預(yù)測預(yù)報準(zhǔn)確率、合格率和上報率. 準(zhǔn)確率引自：國家能源局關(guān)于印發(fā)風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報管理暫行辦法的通知 合格率 上報率風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的功能，主要包括術(shù)語和定義、預(yù)測建模數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)采集與處理、預(yù)測功能要求、統(tǒng)計分析、界面要求、安全防護(hù)要求、數(shù)據(jù)輸出及性能要求等。 標(biāo)準(zhǔn)適用于電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)和風(fēng)電場風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)的研發(fā)、驗(yàn)收和運(yùn)行可參照使用

10、。 l 范圍范圍 l 引用文件引用文件 GB/T 19963-200 風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定 電監(jiān)安全200634號 電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案 電監(jiān)會5號令 電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定 引自：風(fēng)電功率預(yù)測功能規(guī)范風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 預(yù)測建模數(shù)據(jù)準(zhǔn)備預(yù)測建模數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 風(fēng)電場歷史功率數(shù)據(jù) 歷史測風(fēng)塔數(shù)據(jù) 風(fēng)電機(jī)組信息 風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場運(yùn)行狀態(tài)記錄 地形和粗糙度數(shù)據(jù) 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理 數(shù)據(jù)采集范圍 數(shù)據(jù)采集要求 數(shù)據(jù)的處理 所有數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫前應(yīng)進(jìn)行完整性及合理性檢驗(yàn)，并對缺測和異常數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和修正。 數(shù)據(jù)完整性檢驗(yàn)應(yīng)缺測和異常數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)的存儲

11、 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 預(yù)測功能要求預(yù)測功能要求 總體要求 應(yīng)根據(jù)風(fēng)電場所處地理位置的氣候特征和風(fēng)電場歷史數(shù)據(jù)情況，采用適當(dāng)?shù)念A(yù)測方法構(gòu)建特定的預(yù)測模型進(jìn)行風(fēng)電場的功率預(yù)測。根據(jù)預(yù)測時間尺度的不同和實(shí)際應(yīng)用的具體需求，宜采用多種方法及模型，形成最優(yōu)預(yù)測策略。 預(yù)測的空間要求 預(yù)測的時間要求 預(yù)測執(zhí)行方式 其他要求 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 相關(guān)性分析 誤差統(tǒng)計 誤差分析 考核統(tǒng)計風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 界面要求界面要求 展示界面 操作界面 其他要求 l 安全防護(hù)要求安全防護(hù)要求 電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)和風(fēng)電場的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)均應(yīng)運(yùn)行于電力二次系統(tǒng)安全區(qū)。 風(fēng)電功率預(yù)測

12、系統(tǒng)應(yīng)滿足電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定的要求。 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出 電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)至少應(yīng)提供次日96點(diǎn)單個風(fēng)電場和區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)；每15min提供一次未來4h單個風(fēng)電場風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)，預(yù)測值的時間分辨率為15min。 風(fēng)電場的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)調(diào)度部門的要求向調(diào)度機(jī)構(gòu)的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)至少上報次日96點(diǎn)風(fēng)電功率預(yù)測曲線；每15min上報一次未來4h超短期預(yù)測曲線，預(yù)測值的時間分辨率不小于15min。 10.3 風(fēng)電場的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)向調(diào)度機(jī)構(gòu)上報風(fēng)電功率預(yù)測曲線的同時，應(yīng)上報與預(yù)測曲線相同時段的風(fēng)電場預(yù)計開機(jī)容量。 風(fēng)電場的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)能

13、夠向調(diào)度機(jī)構(gòu)的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)實(shí)時上傳風(fēng)電場測風(fēng)塔的測風(fēng)數(shù)據(jù)，時間分辨率不小于5min。 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 性能要求性能要求 電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)至少可擴(kuò)容至200個風(fēng)電場。 風(fēng)電功率預(yù)測單次計算時間應(yīng)小于5min。 單個風(fēng)電場短期預(yù)測月均方根誤差應(yīng)小于20%，超短期預(yù)測第4h預(yù)測值月均方根誤差應(yīng)小于15%，限電時段不參與統(tǒng)計。 系統(tǒng)硬件平均無故障時間（MTBF）應(yīng)大于500000h。 系統(tǒng)月可用率應(yīng)大于99%。 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能規(guī)范l 風(fēng)電場運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計方法風(fēng)電場運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計方法 風(fēng)電同時率（WPSF） 平均負(fù)荷率（ALC） 均方根誤差（RMSE） 平均絕對誤差（MAE

14、） 相關(guān)性系數(shù)（r） l 誤差計算方法誤差計算方法 最大預(yù)測誤差（ max） l系統(tǒng)原理構(gòu)成圖系統(tǒng)原理構(gòu)成圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)1風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)n實(shí)時數(shù)據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫預(yù)測服務(wù)器預(yù)測服務(wù)器數(shù)值天數(shù)值天氣預(yù)報氣預(yù)報電網(wǎng)調(diào)度端電網(wǎng)調(diào)度端預(yù)測結(jié)果預(yù)測結(jié)果預(yù)測請求預(yù)測請求風(fēng)電場端風(fēng)電場端預(yù)測結(jié)果預(yù)測結(jié)果預(yù)測請求預(yù)測請求防火墻防火墻風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹引自：華北電大風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)l系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹引自：華北電大風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)風(fēng)電場輸出功率預(yù)測系統(tǒng)風(fēng)電場輸出功率預(yù)測系統(tǒng)地地理理信信息息系系統(tǒng)統(tǒng)風(fēng)風(fēng)電電場場總總輸輸出出功功率率預(yù)預(yù)測測分分組組輸輸出出功功率率預(yù)預(yù)測測單單臺

15、臺輸輸出出功功率率預(yù)預(yù)測測算算法法管管理理信信息息上上報報預(yù)預(yù)測測結(jié)結(jié)果果統(tǒng)統(tǒng)計計評評價價系系統(tǒng)統(tǒng)l系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹引自：中國電力科學(xué)院風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹l 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) 測風(fēng)塔實(shí)時氣象要素監(jiān)測數(shù)據(jù)，光纖或無線送抵?jǐn)?shù)據(jù)采集服務(wù)器；專業(yè)氣象服務(wù)（數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)），外網(wǎng)FTP 下載；風(fēng)電場機(jī)組信息數(shù)據(jù)，風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。 預(yù)測系統(tǒng)需接入數(shù)據(jù)包括： 預(yù)測系統(tǒng)主模塊包括風(fēng)力預(yù)測子系統(tǒng)；風(fēng)電（短期、超短期）功率預(yù)測子系統(tǒng)；系統(tǒng)平臺應(yīng)用軟件；數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；預(yù)測數(shù)據(jù)上傳接口軟件等。風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹l 軟件功能介紹軟件功能介紹 實(shí)時監(jiān)視信息： 風(fēng)電場氣象實(shí)時/歷史信息： 風(fēng)電場功率實(shí)時/歷史信息： 誤差統(tǒng)計分析風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)功能介紹l 軟件模塊介紹軟件模塊介紹 預(yù)測數(shù)據(jù)庫 人機(jī)界面 天氣預(yù)報獲取解析程序 風(fēng)場風(fēng)機(jī)信息采集程序 數(shù)據(jù)采集平臺（實(shí)時氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)） 短期風(fēng)功率預(yù)測模塊 超短期風(fēng)功率預(yù)測模塊 誤差統(tǒng)計計算模塊風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)硬件建設(shè)測風(fēng)塔遙測站建設(shè)示意圖l 測風(fēng)塔遙測站建設(shè)測風(fēng)塔遙測站建設(shè)l 測風(fēng)塔遙測站