新能源風(fēng)光發(fā)電預(yù)測技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用研究

齊蘇偉 侯偉軍 內(nèi)蒙古華電新能源分公司

我國已經(jīng)趕超了大部分國家成為世界上第二大能源消費(fèi)國。隨著我國能源發(fā)電戰(zhàn)略的不斷調(diào)整，新能源發(fā)電將逐漸取代傳統(tǒng)的火力發(fā)電模式成為今后發(fā)電市場上的主力軍。新能源發(fā)電技術(shù)的不斷創(chuàng)新與完善，使我國的二氧化碳排放量大幅下降、空氣質(zhì)量穩(wěn)步提高。但是，由于風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定特性對我國電網(wǎng)安全有著較大的威脅。因此準(zhǔn)確地預(yù)測風(fēng)光發(fā)電的出電規(guī)律，對保護(hù)我國發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施的重要性非常大。

一、風(fēng)光發(fā)電的特性及預(yù)測過程

（一）風(fēng)光發(fā)電的特性

由于風(fēng)能、光能是人類不可控制的，因此風(fēng)光發(fā)電具有隨機(jī)性、波動性以及不確定性。以上三種特性容易給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來影響，因此不斷提高風(fēng)光發(fā)電預(yù)測技術(shù)成為風(fēng)光發(fā)電技術(shù)中首要解決的問題。

（二）風(fēng)光預(yù)測的基本過程

風(fēng)光預(yù)測的主要手段是建立預(yù)測模型，并與基本算法相結(jié)合就能準(zhǔn)確的測出。但是預(yù)測模型的建立需要使用過去收集的歷史數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確足量的歷史數(shù)據(jù)是構(gòu)建預(yù)測模型的重要步驟之一。其次，加工整理出以往收集的風(fēng)光發(fā)電資料。第三步驟是使用歸一化、平穩(wěn)化的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，出現(xiàn)缺失數(shù)據(jù)時(shí)使用插值法進(jìn)行處理。第四步，通過已處理過的數(shù)據(jù)構(gòu)建科學(xué)的預(yù)測模型。第五步，不斷根據(jù)影響因素調(diào)整預(yù)測模型，最終確定預(yù)測值。

二、風(fēng)光發(fā)電預(yù)測技術(shù)的方法

風(fēng)光發(fā)電出電量的預(yù)測方法大致分為5個(gè)種類，這5種預(yù)測方法采取的預(yù)測手段、研究因素等因素進(jìn)行分類。由于預(yù)測過程比較復(fù)雜，涉及的領(lǐng)域也比較多，因此風(fēng)光預(yù)測的分類也較為模糊復(fù)雜。本文主要介紹其中3種方法，以便讀者能夠快速了解風(fēng)光發(fā)電預(yù)測的相關(guān)技術(shù)知識。

（一）按照預(yù)測模型原理分類

前文中簡單講述了風(fēng)光發(fā)電預(yù)測中建立模型的方法，并且特別強(qiáng)調(diào)了歷史數(shù)據(jù)是建立預(yù)測模型的主要依據(jù)。簡單來說，建立預(yù)測模型就是一種“找規(guī)律的笨方法”。通過對數(shù)據(jù)使用不同的分析、歸類、處理方法而得到一種規(guī)律的方式，就叫預(yù)測模型預(yù)測法。由于對歷史數(shù)據(jù)的處理方式不同，得出了統(tǒng)計(jì)方法、物理方法、組合預(yù)測法等大約3種預(yù)測模型（也叫預(yù)測規(guī)律）。

1.統(tǒng)計(jì)預(yù)測法

使用統(tǒng)計(jì)預(yù)測模型對風(fēng)光發(fā)電的預(yù)測的優(yōu)點(diǎn)是：只需較為準(zhǔn)確的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，不需要其他物理、地理、氣候等因素參與研究。因此統(tǒng)計(jì)預(yù)測方法這種方式相對簡單，但是正因?yàn)槭褂昧舜罅康臍v史運(yùn)行數(shù)據(jù)，導(dǎo)致了誤差的出現(xiàn)，需要不斷地修正預(yù)測模型。

2.物理預(yù)測法

物理方法，顧名思義是采用物理方法針對歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中的物理量進(jìn)行分析得出的一種模型。此方法的難點(diǎn)在于對物理因素的感測要準(zhǔn)確，所以需要大量的使用氣象預(yù)測設(shè)備。因此，如果使用物理方法進(jìn)行預(yù)測的話需要投入大量的資金。優(yōu)勢是只要預(yù)測設(shè)備到位，即可建立出預(yù)測模型。

3.組合預(yù)算法

組合預(yù)算法是統(tǒng)計(jì)法和物理預(yù)測法相結(jié)合產(chǎn)生的光電預(yù)測方法。由于組合預(yù)算法中需要考慮的因素較多，因此根據(jù)研究因素的側(cè)重點(diǎn)不同可以得到多種不同的預(yù)測模型。組合預(yù)算法相較于統(tǒng)計(jì)法出現(xiàn)誤差的概率較小、預(yù)測準(zhǔn)確度較高，相較于單一的物理預(yù)算法又可以減少資金的投入。因此，組合預(yù)算法成為重點(diǎn)研究發(fā)展的預(yù)測技術(shù)方向之一。

（二）按照預(yù)測對象分類

此類預(yù)測方法可以分為直接預(yù)測和間接預(yù)測。直接預(yù)測和間接預(yù)測的區(qū)別在于直接預(yù)測是建立模型預(yù)測的，而間接預(yù)測是根據(jù)得到的現(xiàn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行公式計(jì)算并得出預(yù)測[1]。

（三）按照是否采用NWP分類

“NWP”是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的英文簡寫，由此可以看出NWP預(yù)測是指將大氣因素（氣溫，氣壓等因素）帶入到與天氣演變過程中的方程式進(jìn)行求解的過程。通過大量的計(jì)算來推測未來較長時(shí)間的天氣狀況。但是，NWP預(yù)測方式的局限性在于需要與超級計(jì)算機(jī)相配合計(jì)算，且模型復(fù)雜。

三、風(fēng)光發(fā)電預(yù)測技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

（一）組合預(yù)算法的發(fā)展

組合預(yù)算法是目前我國風(fēng)光發(fā)電預(yù)測技術(shù)中重點(diǎn)發(fā)展的一類預(yù)測方法，其優(yōu)勢在于通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行多種方式的處理，使組合預(yù)算法的誤差變小、準(zhǔn)確率提高。并且，相較于其他預(yù)測方法，組合預(yù)算法還有能夠更加深入研究的空間[2]。

（二）NWP預(yù)測方法的發(fā)展

NWP風(fēng)光出力預(yù)測由于所需的氣象數(shù)據(jù)較多，研究氣象方向較廣。因此，NWP預(yù)測方法可以根據(jù)當(dāng)時(shí)所需的氣象因素直接預(yù)測。無須再進(jìn)行各種歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與研究，此技術(shù)目前普遍適用于新建風(fēng)光發(fā)電站的出電預(yù)測。NWP預(yù)測的主要方法是收集NWP氣象數(shù)據(jù)以及塔臺提供的觀測數(shù)據(jù)，再根據(jù)電腦上的地理參數(shù)進(jìn)行粗糙度、地形的變換，最后形成尾流模型預(yù)測風(fēng)速。簡而言之，就是結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩砦恢脤⑽磥?天內(nèi)預(yù)測到的大氣數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的削弱推測，最后得到轉(zhuǎn)換成電能的風(fēng)力預(yù)測。

（三）模式識別預(yù)測法

模式識別預(yù)測法是指通過與預(yù)測因素、參數(shù)以及各變量一直間的變化關(guān)系中的紐帶--即“特征值”作為一種參考進(jìn)行推測。由于模式識別預(yù)測法善于提取各變量之間的特征的特性，從而被廣泛地應(yīng)用。模式識別預(yù)測法可以提取光照的特征參數(shù)建立其相對應(yīng)的天氣模型，并可以根據(jù)實(shí)際的數(shù)據(jù)反過來驗(yàn)證自身建立的模型是否準(zhǔn)確。

四、結(jié)論

由文本可以看出，風(fēng)光發(fā)電的預(yù)測技術(shù)目前還處于邊使用邊探索的階段。我國對于由風(fēng)光發(fā)電所組成的新能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展給予了大力的支持。各地區(qū)也根據(jù)自身區(qū)域優(yōu)勢，建造了多個(gè)利國利民的風(fēng)光發(fā)電站。新能源的有效利用，關(guān)乎著我國的發(fā)展進(jìn)程，也是未來科技發(fā)展的重要方向之一。