基于混合性預(yù)測算法的風電場功率預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計

基于混合性預(yù)測算法的風電場功率預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計摘要：風能是清潔的可再生能源，在現(xiàn)在能源發(fā)展中，越來越受到各個國家的重視。我國作為資源大國，可開發(fā)利用的風能儲量也是也是特別豐富。目前，政府越來越重視風能的利用，風力發(fā)電作為風能利用的最主要形式，目前已進入規(guī)?；l(fā)展階段。但是由于風力發(fā)電具有間歇性和隨機性，隨著風力發(fā)電大量接入電網(wǎng)，將對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行時一個極大的考驗。所以風功率預(yù)測系統(tǒng)對解決該問題具有重要意義。在此背景下，本文將設(shè)計一套的風功率預(yù)測系統(tǒng)，通過混合性預(yù)測算法進行短期和超短期的預(yù)測，同時對風力發(fā)電場狀態(tài)進行實時監(jiān)測。關(guān)鍵詞：風功率預(yù)測系統(tǒng)；氣象模型；數(shù)據(jù)庫；氣象預(yù)報；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)背景國外風電功率預(yù)測技術(shù)起步較早，2080年代就開始了風電功率預(yù)測相1990PrediktorWPPT（WindPowerPredictionTool）系統(tǒng)，現(xiàn)在PrediktorWPPTZephryPreviento系統(tǒng)；德國太陽能研究所開發(fā)了風電功率管理系統(tǒng)（WPMS）；AWSTruewindeWind風功率預(yù)測系統(tǒng)；西班牙、愛爾蘭、法國等國家都開發(fā)了風電功率預(yù)測系統(tǒng)。2008支持向量機等統(tǒng)計方法的預(yù)測模型，以及基于線性化和計算流體力學的物理模型等混合預(yù)測模型的研究。近些年來，風功率預(yù)測系統(tǒng)的開發(fā)重點依然是對更好地預(yù)測模型的開發(fā)，通過對更好地預(yù)測模型的開發(fā)，可以讓風功率預(yù)測系統(tǒng)在更復(fù)雜多變的環(huán)境下和海上風力發(fā)電場的到應(yīng)用。通過近些年的技術(shù)攻關(guān)與研究，中國在風力發(fā)電預(yù)測的研究成果取得了飛速的進展。由我國自主研發(fā)并且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的風力發(fā)電場功率預(yù)測系統(tǒng)，預(yù)測精度已經(jīng)達到國外同類產(chǎn)品的相同水平。我國首次實現(xiàn)超短期預(yù)測功能，預(yù)測精度基本可以滿足國家電網(wǎng)公司相關(guān)規(guī)定要求，接近或達到國外同類產(chǎn)品的水平，但隨著國家電網(wǎng)公司對風力發(fā)電場的要求更加嚴格，考核更加細致，市場對風功率預(yù)測的精度會越來越高，我們的系統(tǒng)也因提高我們的越精度，以適應(yīng)國家電網(wǎng)的要求和滿足市場的需求。在本課題研究的風功率預(yù)測系統(tǒng)中，首先對電站的現(xiàn)有狀態(tài)進行監(jiān)測，確定電站現(xiàn)在的運行狀態(tài)。接下來以高精度的數(shù)值天氣為基礎(chǔ)，進行風功率預(yù)測，其中電站的現(xiàn)有狀態(tài)數(shù)據(jù)需要發(fā)電站從各個采集端進行采集，然后存入風功率預(yù)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中取出現(xiàn)有數(shù)據(jù)，通過物理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對風力發(fā)電場進行建模，然后通過建模結(jié)果進行風功率預(yù)測，然后為用戶提供人性化的交互界面，使用戶很友善的使用系統(tǒng)，了解風力發(fā)電場現(xiàn)有狀態(tài)和未來的預(yù)測狀態(tài)。風電場功率預(yù)測系統(tǒng)系統(tǒng)模塊設(shè)計數(shù)值天氣預(yù)報模塊數(shù)值天氣預(yù)報模塊以中央氣象預(yù)報為基礎(chǔ)，結(jié)合風力發(fā)電場的周圍環(huán)境，針對每個發(fā)電場周圍的環(huán)境和地域特點，設(shè)置不同的權(quán)重和參數(shù)，通過服務(wù)器的計算，然后對計算結(jié)果進行優(yōu)化，得到具有很高精度的中小尺度的預(yù)測結(jié)果，作為風功率預(yù)測的基礎(chǔ)。系統(tǒng)預(yù)測建模模塊數(shù)據(jù)采集與處理模塊監(jiān)測模塊數(shù)據(jù)庫功能模塊人機界面功能模塊系統(tǒng)流程設(shè)計ISO9001：2000制定了完善的工程設(shè)計流程，從需求分析到工程設(shè)計計劃，再到測試、試運行建立了完善的設(shè)計體系（所示）。圖1系統(tǒng)流程圖以電腦程序的方式存儲于計算機的存儲器，通過大規(guī)模并行計算求解出未來溫度、濕度、氣壓、風向等變化，作為天氣預(yù)報或理論研究的依據(jù)。接著從風機實時監(jiān)控系統(tǒng)通過RTUmodbus、TCPmodbus、CDT、IEC101、IEC102、IEC104、OPC等通用規(guī)約，采集風功率預(yù)測系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)(如風機有功、無功、風速、狀態(tài)等)；從測風塔通過通用規(guī)約協(xié)議采集測風塔數(shù)據(jù)(如測風塔的風速、風向、溫度、濕度、壓力、標準差等)。然后通過采集到的氣象數(shù)據(jù)，風機數(shù)據(jù)，測風塔數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機的計算處Agent協(xié)商模式，結(jié)合人工神可以計算得出現(xiàn)實運行情況和未來風資源情況的預(yù)報功率。預(yù)測數(shù)據(jù)由人機界面進行展示，監(jiān)測；通過調(diào)度要求的格式，規(guī)約，把預(yù)測數(shù)據(jù)傳送至調(diào)度。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程設(shè)計氣象服務(wù)器通過接收數(shù)值氣象預(yù)報和測風塔數(shù)據(jù)并進行加工處理后，經(jīng)反向隔離器將其傳送至風功率預(yù)測服務(wù)器，通訊與接口服務(wù)器通過防火墻與升壓站和電場風機OPC服務(wù)器相連，進行實發(fā)功率的采集、存儲、統(tǒng)計、分析工作，風力發(fā)電功率預(yù)測服務(wù)器根據(jù)接收的數(shù)值氣象數(shù)據(jù)、實時測風塔數(shù)據(jù)、風機數(shù)據(jù)進行并行計算處理，可以得到48小時短期功率預(yù)測和未來4小時超短期功率預(yù)測曲線。結(jié)論與展望本課題的論文中，首先對風資源進行了介紹，接下來詳細介紹了風力發(fā)電的優(yōu)點及風力發(fā)電的發(fā)展所面臨的限制，針對風力發(fā)電發(fā)展所面臨的問題，開始了風功率預(yù)測系統(tǒng)的研究，從預(yù)測的算法到預(yù)測系統(tǒng)的原理及預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了深入的研究，建立了適用于本系統(tǒng)的物理模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進行了和運行試驗，基本達到了任務(wù)書所提出的要求。本文對風功率預(yù)測系統(tǒng)的原理、方法及預(yù)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了深入的研究，基于物理模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了風功率預(yù)測系統(tǒng)，并在某風電場實現(xiàn)應(yīng)用。通