風電場短期功率預測方法及應用實踐微探

楊穎

摘要：風電場通過與風能以及相關(guān)發(fā)電機的結(jié)合，能夠達到以風發(fā)電的目的。風電場短期功率預測工作，是實現(xiàn)大規(guī)模風電接入電力系統(tǒng)良好運行的重要前提。文章以此為前提分析了幾種預測方法，并且探討了預測方法的應用實踐，希望能夠為相關(guān)工作者提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：風電場;短期功率;預測方法;應用

1風電場短期功率預測方法解析

對風電場短期功率進行預測，需要用到當?shù)氐臄?shù)值天氣預報數(shù)據(jù)，并且由中尺度數(shù)值預報模式將數(shù)據(jù)結(jié)果輸出進行降尺度處理，其中主要有不同位置的測風塔高度下的氣溫、風速、風向以及氣壓等物理量預報值等，所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)時間分辨率是15min。

經(jīng)過降尺度處理之后的成果最終顯示水平分辨率是4km×4km，在地形和風電機組尾流等相關(guān)因素的影響下，并不能反映風電場內(nèi)部的實際風速布設(shè)。所以，務必要將經(jīng)過降尺度之后的天氣預報數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c單臺風電機組輪轂高度相同的風速。相關(guān)資料中提出，當前階段要想實現(xiàn)尺度數(shù)值天氣預報模式降尺度，一般可以通過兩種方式進行：其一是風場診斷模式，該方式所需計算量比較小，然而在精度方面卻存在一些不足;其二，計算流體力學方式，該方式所需計算量較大且計算需要時間比較長[1]。在此次研究中，選用的是原理較為簡單的統(tǒng)計方式。

對風電場短期功率進行預測，需要利用氣象服務器接收數(shù)值氣象預報數(shù)據(jù)，將其進行加工處理之后，再通過反向隔離器將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)傳送到風功率預測服務器內(nèi)，功率預測服務器在防火墻的作用下，連接升壓站與電場風機監(jiān)控系統(tǒng)，對實發(fā)功率進行采集、存儲與統(tǒng)計，這時風電功率預測服務器按照所接收的數(shù)值氣象數(shù)據(jù)、實時測風塔數(shù)據(jù)以及風機數(shù)據(jù)等，對其進行并行計算，從而獲得一段時間內(nèi)的中期功率預測以及未來4小時超短期功率預測曲線。再此基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場投運情況的分析情況，得到風電場短期功率。

風電場短期功率預測方法主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

①對單臺風電機組風速進行預測。按照每一臺風電機組之前所測得得風數(shù)據(jù)以及同期數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建立線性回歸關(guān)系。以數(shù)值天氣預報模式最終成果為前提，在建立完成的回歸關(guān)系基礎(chǔ)上進行風電場中風電機組輪轂高度位置的預測風速的推算。實際預測與推算當中，數(shù)值預報模式模擬所得風場和現(xiàn)實風場可能會存在差異，對于這種現(xiàn)象便可以運用線性回歸的方式進行糾正。

②對單臺機組功率進行預測。預測功率之前，需要通過風電機組運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對風機功率曲線進行糾正，在此基礎(chǔ)上按照數(shù)值預報最終結(jié)果和風機功率曲線，對每臺風機預測功率進行推算[2]。風機功率曲線的糾正十分必要，由于機組運行的狀態(tài)、空氣密度以及氣流等相關(guān)因素極有可能造成風電機組的風機功率曲線、實際功率曲線脫軌的現(xiàn)象，所以，要在實際運行數(shù)據(jù)的支持下進行不同機組功率曲線的建立。一般情況下會按照各臺風電機組實時測量的瞬時風速與瞬時功率，以最小二乘法的方式將其分段擬合。此次實際測量中，并沒有對測風塔數(shù)據(jù)進行運用，其主要原因在于以下幾個方面：其一是因為測風塔數(shù)據(jù)存在缺陷，時常有缺測現(xiàn)象的發(fā)生;其二，因為地形等相關(guān)因素的影響，致使各臺風電機組所測風速存在顯著差異，測風塔只能夠以近似的方式表示風電場內(nèi)部的風資源，無法將各臺風電機組實際風速進行體現(xiàn)。

③對風電場功率進行預測。將各臺風電機組的預測功率進行計算，以此獲得風電場實際預測功率。

2風電場短期功率預測的應用實踐

下文以某市風電場為例分析風電場短期功率預測方法的使用情況。該風電場一期工程施工過程中，海拔高程為1300～1700m，風電場北東—南西兩個方位的長為8.1km左右，而東南—西北方向的寬則為1km左右，由此整個場區(qū)面積約為8.2km2。在一期工程當中，總共裝機規(guī)模為49.5MW，其中安裝國內(nèi)品牌風機25臺，風電機組的輪轂高度和單機容分別為85m、2000kW。

以上所述幾種短期風功率預測方法，已經(jīng)在風電場內(nèi)使用超過1年，其中預測功率所指為預測風電場內(nèi)沒有出現(xiàn)故障、維護等狀況情況下的輸出功率。但是，該風電場幾乎每月都會出現(xiàn)考核問題，為了保證功率預測誤差評估的合理性，需要借鑒理想出力的理念。所謂理想出力，即在無限電、無風機故障與檢修維護狀態(tài)下，保證全部風機都能夠維持正常運行下的出力。理想出力只能指代全部風機癥狀運行基礎(chǔ)上呈現(xiàn)的輸出功率。

此外，風電場所處地區(qū)為亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，當其處于冬季和春季時，便會受到冷空氣影響，且這種季風氣候極為容易出現(xiàn)大風天氣，進而導致風功率預測出現(xiàn)較大的誤差;因為夏季副熱帶高壓的影響，通常情況下風速比較小，在這種環(huán)境下風功率預測的誤差也會縮小;因為秋季冷暖氣流交替，致使晝夜溫差較差，且風速相比其他季節(jié)也會加大，這時風功率預測所出現(xiàn)的誤差也會增加。

導致風功率預測誤差的原因一方面是因為數(shù)值天氣預報誤差，而另一方面則是受風預測模型誤差影響，為了將預測模型誤差分離，將距離測風塔距離最為接近的風電機組所產(chǎn)生的實測風速視為數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)，并且將其輸入至風功率預測模型中，也就是假設(shè)數(shù)值天氣預報與實際觀測結(jié)果相同[3]。對風功率重新預測之后，得出誤差分析結(jié)果。通過對這一結(jié)果的分析，可以了解到當風電機組產(chǎn)生實測風速是數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)，這時可以通過理想出力、預測功率計算的方式獲得月均方根誤差，否則則是按照實際數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)預測風功率誤差。另外需要注意的是，從風到功率預測模型所形成的誤差，也必須要對其進行重視，以免加大風電場電氣功率預測誤差。

結(jié)束語

綜上所述，通過分析可知，風電場風功率預測誤差的形成，主要原因是數(shù)值天氣預報風速誤差和預測模型這兩種原因。為了全面提升風功率預測精準度，不僅要考慮當下，還需要從長遠計，加大對微尺度預報模式以及計算流體力學等相關(guān)物理預測方法的研究力度。

參考文獻

[1]彭小圣，熊磊，文勁宇，程時杰，鄧迪元，馮雙磊，王勃.風電集群短期及超短期功率預測精度改進方法綜述[J].中國電機工程學報，2016，23：6315-6326+6596.