分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研究

高兢+于文波+于佳

摘 要：隨著目前傳統(tǒng)能源的日益枯竭，新能源與可再生能源技術(shù)逐漸興起。其中太陽(yáng)能與風(fēng)能資源豐富、前景廣闊。但太陽(yáng)能與風(fēng)能隨季節(jié)、天氣、環(huán)境等的無(wú)規(guī)律性變化，其并網(wǎng)發(fā)電的不穩(wěn)定性正是制約整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸因素。因此，只有快速而準(zhǔn)確地進(jìn)行功率預(yù)測(cè)，才能使電網(wǎng)安全有序、連續(xù)供電的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電；功率預(yù)測(cè)；能源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.158

0 引言

隨著傳統(tǒng)能源的枯竭，新能源與可再生能源技術(shù)逐漸興起。新能源并網(wǎng)發(fā)電占據(jù)著未來(lái)主要的發(fā)展前景，尤其是分布式發(fā)電技術(shù)。但新能源隨機(jī)性，波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)影響較大。因此，新能源的功率預(yù)測(cè)是減小電網(wǎng)熱備用容量，減小能源成本以及為電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃提供依據(jù)的有力保障。本文設(shè)計(jì)一個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的整體方案。進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、軟件預(yù)測(cè)的功能設(shè)計(jì)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，系統(tǒng)通信、接口及界面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)此次分布式發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)，初步實(shí)現(xiàn)了小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)與光伏發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的功率預(yù)測(cè)理論與實(shí)踐應(yīng)用，為分布式發(fā)電系統(tǒng)與新能源功率預(yù)測(cè)領(lǐng)域方面提供了一定的參考價(jià)值基礎(chǔ)和依據(jù)。

1 分布式風(fēng)光發(fā)電功率預(yù)測(cè)方法

目前分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)的方法有很多，如表1.1所示，按照預(yù)測(cè)方式可分為直接預(yù)測(cè)法和間接預(yù)測(cè)法；按照預(yù)測(cè)尺度可分為超短期預(yù)測(cè)法、短期預(yù)測(cè)法、中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)法和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)法；按照預(yù)測(cè)原理可分為物理方法、統(tǒng)計(jì)方法和智能預(yù)測(cè)方法。

2 分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)

2.1 分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖。分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)包括小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率預(yù)測(cè)、分布式光伏的功率預(yù)測(cè)以及功率預(yù)測(cè)總模型的修正，分布式光伏的功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1。

（2）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖。分布式風(fēng)光一體化發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

2.2 分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)預(yù)測(cè)尺度功能。分布式風(fēng)光一體化發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)超短期、短期和中長(zhǎng)期功率預(yù)測(cè)功能。

1）超短期功率預(yù)測(cè)。超短期風(fēng)光一體化發(fā)電系統(tǒng)其特點(diǎn)是能預(yù)測(cè)一天內(nèi)15min～4h的總功率。而且其功率預(yù)測(cè)的月均方根誤差小于10%。并且短期功率預(yù)測(cè)的執(zhí)行周期每10分鐘或15分鐘自動(dòng)完成一次功率預(yù)測(cè)指令，為整個(gè)系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。2）短期功率預(yù)測(cè)。短期功率預(yù)測(cè)是在超短期功率預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改的，其預(yù)測(cè)時(shí)間周期長(zhǎng)，分辨率較大，月均方根與超短期預(yù)測(cè)誤差比較大。短期功率預(yù)測(cè)的啟動(dòng)周期較長(zhǎng)，是超短期功率預(yù)測(cè)的2倍。其優(yōu)點(diǎn)是給工作人員合理的可視曲線。3）中長(zhǎng)期功率預(yù)測(cè)。中長(zhǎng)期功率預(yù)測(cè)是工作周期長(zhǎng)，分析一個(gè)月或半個(gè)月左右的功率電量的方法。其特點(diǎn)是：工作周期長(zhǎng)，啟動(dòng)周期為月啟動(dòng)，并且在時(shí)間分辨率上相對(duì)于前幾種來(lái)說(shuō)較大。但其優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用積分曲線估算月電量，還可為下一個(gè)月的周期提供可靠的工作安排。中長(zhǎng)期功率預(yù)測(cè)為分布式發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)組檢修安排調(diào)試計(jì)劃提供一定的參考價(jià)值。

（2）數(shù)據(jù)采集功能。分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行需要的數(shù)據(jù)包括數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)輸出功率數(shù)據(jù)、風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電機(jī)組及分布式發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。

1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集：實(shí)時(shí)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)輸出功率數(shù)據(jù)、風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電機(jī)組及分布式發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)均可通過(guò)系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成，并可以通過(guò)手動(dòng)方式錄入；數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可以定時(shí)自動(dòng)獲取。

2）數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析處理功能：①計(jì)算數(shù)據(jù)周期與數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)時(shí)間可以設(shè)定。②歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)包括：數(shù)據(jù)流暢性統(tǒng)計(jì)與、飛行頻率分布統(tǒng)計(jì)等。③歷史預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)包括：飛行模式下的風(fēng)速頻率、光照射頻率，而且在飛行模式下還包括數(shù)據(jù)的完整性統(tǒng)計(jì)。④本系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)包括：發(fā)電量、最大出力、同時(shí)頻率以及負(fù)荷功率預(yù)測(cè)。⑤系統(tǒng)具備統(tǒng)計(jì)各種參數(shù)在不同條件下的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際發(fā)電之間的誤差等參數(shù)的功能，并且統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以動(dòng)態(tài)生成、導(dǎo)出以便后續(xù)分析。⑥系統(tǒng)能夠?qū)θ我鈺r(shí)間區(qū)間的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)，誤差指標(biāo)包括均方根誤差率、平均絕對(duì)誤差率、相關(guān)性系數(shù)等。⑦所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均支持自動(dòng)生成報(bào)表及打印功能。

3）數(shù)據(jù)的處理：①系統(tǒng)軟件能保存自我修正的數(shù)據(jù)，并且在分析不合理數(shù)據(jù)時(shí)能進(jìn)行是否修正合理性檢驗(yàn)。②預(yù)測(cè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)比天氣預(yù)報(bào)及其他環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并根據(jù)分析后才使用。③短期、超短期功率預(yù)測(cè)誤差應(yīng)以絕對(duì)平均百分比誤差計(jì)算。

3 總結(jié)

本章旨在設(shè)計(jì)一個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的整體方案。首先對(duì)分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，接著介紹了分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，包括介紹系統(tǒng)預(yù)測(cè)尺度分類、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能以及系統(tǒng)軟件主要預(yù)測(cè)功能。