風(fēng)機(jī)發(fā)電風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

王濤

龍?jiān)磳幭娘L(fēng)力發(fā)電有限公司 寧夏銀川 750000

隨機(jī)變化的風(fēng)速、風(fēng)向?qū)е嘛L(fēng)電場(chǎng)輸出功率具有間歇性、波動(dòng)性以及隨機(jī)性等特點(diǎn),大量風(fēng)電場(chǎng)集中并網(wǎng)不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)重要影響,更直接限制著電網(wǎng)接納風(fēng)電的效率。風(fēng)電功率預(yù)側(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用,可以使調(diào)度運(yùn)行人員根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)側(cè)的波動(dòng)的情況,更加合理地采取應(yīng)對(duì)措施,保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。功率預(yù)側(cè)和負(fù)荷預(yù)側(cè)的結(jié)合,還有很多好處,比如更夠調(diào)整調(diào)度運(yùn)行的人員、優(yōu)化常規(guī)電廠的發(fā)電計(jì)劃、增加風(fēng)電的并網(wǎng)的容量、改善電網(wǎng)的調(diào)峰能力,對(duì)改善電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,減少溫室氣體的排放具有非常重要的意義。

1 風(fēng)機(jī)發(fā)電風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的組成

風(fēng)機(jī)發(fā)電風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)主要由：（1）功率預(yù)測(cè)主機(jī)、（2）NWP處理服務(wù)器、（3）反向物理隔離裝置、（4）防火墻、（5）PC工作站、（6）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、（7）附屬設(shè)備組成。其中，功率預(yù)測(cè)主機(jī)包括了數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等，而NWP負(fù)責(zé)從互聯(lián)網(wǎng)下載氣象部門所發(fā)布的天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)并對(duì)風(fēng)場(chǎng)本地的NWP進(jìn)行詳細(xì)解析，PC工作站通過(guò)對(duì)用戶圖形界面的運(yùn)行，將預(yù)測(cè)結(jié)果以電子表格、曲線等方式進(jìn)行顯示，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)配置并操作管理。

2 關(guān)于國(guó)內(nèi)外風(fēng)功率預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀

我國(guó)在現(xiàn)代化的建設(shè)過(guò)程中，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的重視程度較高，同時(shí)在很多區(qū)域都在積極的推廣應(yīng)用，整體上創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益非常顯著，各項(xiàng)工作的落實(shí)比較符合預(yù)期。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)下的工作標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，主要是集中在以下幾個(gè)方面：（1）風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化與革新過(guò)程中，雖然投入了較多的方法和手段，但是整體上并不是完全健全的，還有一些工作需要深入的運(yùn)轉(zhuǎn)，針對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)、室外試驗(yàn)等，都必須做出深入的了解，這樣才能在具體工作的部署、執(zhí)行過(guò)程中，不斷的創(chuàng)造出更高的價(jià)值，告別多方面的挑戰(zhàn)和損失。（2）風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，能夠在技術(shù)創(chuàng)新程度上大幅度的提升，很多工作的實(shí)施都能夠按照多元化的方式來(lái)部署，因此在問(wèn)題的綜合解決過(guò)程中，基本上不會(huì)造成嚴(yán)重的損失。

3 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)方法的總結(jié)和分類

利用空氣動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等基本的原理,也就是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)就是風(fēng)功率的預(yù)側(cè)技術(shù),它基本是借助歷史天氣的試驗(yàn)為重要的經(jīng)驗(yàn),利用數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)場(chǎng)輸出功率的一門科學(xué)。

3.1 直接方法和間接方法

直接方法和間接方法的功率預(yù)測(cè)都是以預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型作為前提的。以風(fēng)速為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)發(fā)電風(fēng)功率的預(yù)測(cè)，屬于直接方法；以功率為基礎(chǔ)進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測(cè)則屬于間接方法。

3.2 統(tǒng)計(jì)方法

這一方法的實(shí)質(zhì)是在風(fēng)功率預(yù)側(cè)系統(tǒng)的輸入端和風(fēng)功率預(yù)側(cè)系統(tǒng)的輸出端這兩個(gè)端口建立一種映射函數(shù),在不考慮風(fēng)速的情況之下,直接利用NWP這一數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)風(fēng)場(chǎng)的輸出功率進(jìn)行直接的預(yù)側(cè)。常見的統(tǒng)計(jì)方法大致有以下幾個(gè)：時(shí)間序列法、指數(shù)平滑法、概率預(yù)側(cè)法、灰色預(yù)側(cè)法、小波分解方法和數(shù)據(jù)挖掘方法國(guó)。在這些方法中,最典型的方法是時(shí)間序列,其特點(diǎn)是隨機(jī)性高、具有平穩(wěn)的數(shù)據(jù),且必須要計(jì)算機(jī)的程序才能夠識(shí)別。

3.3 物理方法

NWP數(shù)據(jù)是風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的主要參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，風(fēng)電場(chǎng)的地形、風(fēng)電場(chǎng)地表粗糙程度、風(fēng)機(jī)輪高度和附近障礙物等因素都需要進(jìn)行充分的考慮。在進(jìn)行風(fēng)功率的中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)時(shí)，還需要利用建模對(duì)象對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)和確定，如風(fēng)機(jī)特性曲線、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以及風(fēng)機(jī)控制策略等，以此來(lái)提高風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

描述系統(tǒng)輸入和輸出之間關(guān)系的時(shí)候,需要用到解析方程來(lái)解決,建立非線性預(yù)側(cè)的學(xué)習(xí)模型。常見的學(xué)習(xí)方法有：支持向量機(jī)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、混合專家經(jīng)驗(yàn)法、模糊邏輯法等。最典型和最常見的就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法,這種方法因其具有很強(qiáng)大的自動(dòng)適應(yīng)能力,自動(dòng)學(xué)習(xí)能力以及優(yōu)良的容錯(cuò)性和泛化能力,因而被廣泛地應(yīng)用于信號(hào)的管理、模式的識(shí)別、智能檢側(cè)以及汽車和金融等領(lǐng)域。

4 風(fēng)機(jī)發(fā)電風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的誤差分析

對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)電功率的預(yù)測(cè)，因?yàn)闀?huì)由于不確定的天氣狀況使風(fēng)速受到一定影響，所以難免會(huì)存在些許誤差。具體誤差如下：（1）不可避免的誤差。因?yàn)轱L(fēng)資源的不確定性與隨機(jī)性比較大，因此給預(yù)測(cè)模型輸出帶來(lái)了相關(guān)誤差，這種誤差是不可避免的；（2）數(shù)學(xué)模型精確度比較低而帶來(lái)的誤差。目前，我國(guó)所使用的風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)模型比較單一，根本不能對(duì)實(shí)際濕度與實(shí)際地貌等因素全面進(jìn)行全面反映，致使國(guó)內(nèi)預(yù)測(cè)技術(shù)比較落后。

5 風(fēng)機(jī)發(fā)電風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的不足之處和改進(jìn)方法

風(fēng)機(jī)發(fā)電風(fēng)功率預(yù)側(cè)系統(tǒng)的不足之處有風(fēng)電消納能力的局限、輸入數(shù)據(jù)單一及周圍的環(huán)境和物理因素的影響。具體的改進(jìn)措施如下。(1)優(yōu)化組合風(fēng)力預(yù)側(cè)的模型，預(yù)報(bào)NWP的信息，這可以有效地縮小在惡劣天氣和極端天氣下的誤差，大大提高預(yù)側(cè)的精誰(shuí)度。(2)加速NWP更新的頻率，改善數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)輸入的同時(shí)，更新現(xiàn)代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，提高輸出的精誰(shuí)度。(3)充分地利用刁破分析、混沌理論、模析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能方法，對(duì)于側(cè)的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化組合分析，提高預(yù)側(cè)的可靠性和精誰(shuí)度。(4)在對(duì)風(fēng)功率短期預(yù)側(cè)的時(shí)候，盡快更新NWP的數(shù)據(jù)，提高風(fēng)功率預(yù)測(cè)的技能和方法。

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭，風(fēng)能作為新型能源得到了越來(lái)越多的開發(fā)和利用，特別是在電力行業(yè)。然而，由于風(fēng)資源影響因素較多，風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研究在世界范圍內(nèi)得到重視，并取得了許多研究成果。目前，我國(guó)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研究也取得了相應(yīng)的進(jìn)展，盡管還存在許多不夠成熟的地方，但是隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)所采取的NWP數(shù)據(jù)精確性也會(huì)逐漸提高，這些都有利于風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性的提升和風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，從而推動(dòng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的改善。