風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)及數(shù)據(jù)傳輸分析

摘要：文章對風(fēng)電功率預(yù)測的兩種預(yù)測模型的預(yù)測方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，然后對數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)男畔⑼ǖ澜M織辦法進(jìn)行探討，最后提出提高風(fēng)功轉(zhuǎn)化曲線的準(zhǔn)確性方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電；功率預(yù)測；數(shù)據(jù)采集傳輸

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2014）15-0079-02

風(fēng)力發(fā)電作為電源，具有間歇性和難以調(diào)度的特性，風(fēng)電場的功率輸出具有很強的隨機性，風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的目標(biāo)是為風(fēng)電的運行調(diào)度提供技術(shù)支撐，保障電力系統(tǒng)及風(fēng)電場的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。風(fēng)電功率預(yù)測根據(jù)時間尺度分類主要是兩種預(yù)測模型：短期預(yù)測和超短期預(yù)測。

1短期預(yù)測

1.1系統(tǒng)功能

短期風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對接入系統(tǒng)的所有風(fēng)電場次日0-24 h的輸出功率情況進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測點時間分辨率為15 min。短期風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)每天兩次預(yù)測，預(yù)測結(jié)果將為電網(wǎng)次日調(diào)度計劃的制定提供參考。

1.2技術(shù)路線

在現(xiàn)有氣象數(shù)值預(yù)報模式的基礎(chǔ)上，再輸入風(fēng)電場測風(fēng)塔觀測資料，對風(fēng)電場微觀區(qū)域進(jìn)行時空加密計算，得出滿足風(fēng)電場出力預(yù)測需求的風(fēng)力預(yù)測結(jié)果，再根據(jù)風(fēng)電場歷史功率數(shù)據(jù)以及歷史測風(fēng)塔數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計分析獲得風(fēng)電場的出力預(yù)測模型。結(jié)合風(fēng)力預(yù)測結(jié)果與出力預(yù)測模型便可獲得風(fēng)電場全場輸出功率預(yù)測結(jié)果。

短期功率預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計如下：

①系統(tǒng)流程。以資料同化系統(tǒng)ADAS為基礎(chǔ)，通過INTERNET實時獲取GFS背景場，結(jié)合本地大量實時觀測資料，重建中尺度區(qū)域模式所需的初始場。在獲得精細(xì)化客觀分析場的基礎(chǔ)上，調(diào)試中尺度區(qū)域模式WRF，構(gòu)建風(fēng)力預(yù)估數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)。業(yè)務(wù)化運行后，可將模式預(yù)報所得傳送至后處理服務(wù)器，通過INTERNET向客戶提供數(shù)據(jù)下載，并通過頁面形式顯示各氣象要素場。②資料同化。本系統(tǒng)ADAS擬同化多種觀測數(shù)據(jù)，主要包括探空觀測和地面氣象站觀測等。觀測數(shù)據(jù)的解碼和初步質(zhì)量控制主要由Decoder模塊完成。③中尺度數(shù)值預(yù)報模式。本系統(tǒng)擬采用WRF為基本框架，模式以ADAS提供的精細(xì)化客觀分析場為初始場，分別在00 UTC、12 UTC（對應(yīng)北京時間08時、20時）啟動預(yù)報，預(yù)報時效為72 h。

結(jié)合數(shù)值天氣預(yù)報獲得的風(fēng)力短期預(yù)測數(shù)據(jù)，以及統(tǒng)計分析風(fēng)電場歷史出力數(shù)據(jù)獲得的風(fēng)電場輸出功率特性模型，實現(xiàn)對風(fēng)電場短期功率預(yù)測。

2超短期預(yù)測

2.1系統(tǒng)功能

超短期風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對接入系統(tǒng)的所有風(fēng)電場未來0~4 h的輸出功率情況進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測點時間分辨率為15 min。超短期風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)每15 min滾動循環(huán)預(yù)測，以保證預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和實時性。其對于風(fēng)電場的AGC和AVC控制具有重要的實用意義，同時對于電網(wǎng)調(diào)度計劃的實時調(diào)整具有很高的參考價值。

2.2技術(shù)路線

數(shù)理統(tǒng)計法對風(fēng)電場所在地測風(fēng)塔的歷史觀測數(shù)據(jù)和周邊氣象臺站的歷史觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，采用數(shù)理統(tǒng)計方法，比如逐步回歸法、時間序列法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，進(jìn)行風(fēng)力預(yù)測建模試驗，最后選取預(yù)報效果較好的一種風(fēng)力預(yù)測模型。

2.3BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

超短期預(yù)測中數(shù)理統(tǒng)計方法中，常用的就是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，該方法是指基于誤差反向傳播算法的多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有如下特點：

①能夠以任意精度逼近任何非線性映射，給復(fù)雜系統(tǒng)的建模帶來一種新建的非線性的表達(dá)工具。②它可以學(xué)習(xí)和自適應(yīng)未知信息，如果系統(tǒng)發(fā)生了變化可以通過修改網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接值而改變控制效果。③分布式信息存儲與處理結(jié)構(gòu)，具有一定的容錯性，因此構(gòu)造出來的系統(tǒng)具有較好的魯棒性。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的各種關(guān)系是通過歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)得來的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共分三層：輸入層、隱含層和輸出層。因為風(fēng)機發(fā)電的功率與季節(jié)也有一定的關(guān)系，因此輸入的歷史數(shù)據(jù)如果可能的話最好輸入一年的歷史數(shù)據(jù)，該歷史數(shù)據(jù)可以分為兩種：通過風(fēng)速推測未來風(fēng)速，再由風(fēng)功轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)換到未來功率和通過功率直接推測未來功率。

①風(fēng)->功：更好的反應(yīng)當(dāng)?shù)貙嶋H氣象情況，同時對于整個流程的把握更清晰，對風(fēng)功轉(zhuǎn)換模型的修正提供可靠的數(shù)據(jù)支撐；②功->功：能降低由于風(fēng)功模型不準(zhǔn)確造成的誤差，但是由于我國的國情，可能風(fēng)電場經(jīng)常存在限電的情況，此時會出現(xiàn)比較大的誤差。

3數(shù)據(jù)采集及傳輸

3.1概述

風(fēng)電功率預(yù)測應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，通過通信通道將整合的數(shù)據(jù)傳輸至中心站。氣象信息實時監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用提供了風(fēng)電場區(qū)域氣象實時數(shù)據(jù)。實時監(jiān)測系統(tǒng)由遙測站、中心站數(shù)據(jù)采集裝置和通信通道組成。

3.2通信通道組織

組成實時監(jiān)控系統(tǒng)的遙測站安裝于風(fēng)電場指定測風(fēng)塔的相應(yīng)高層，中心站數(shù)據(jù)采集裝置安裝于風(fēng)電場中控樓內(nèi)，風(fēng)電場與中心站之間的常用通道組織如下：

①光通道的組織：風(fēng)電場與中心站配置光傳輸設(shè)備及數(shù)據(jù)接入設(shè)備，通過光纖通道專線方式將數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至中心站，通道采用兩個不同的路由方式。

②無線DTU的組織：無線DTU是采用2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，兩套DTU事先配置好通訊規(guī)則，形成一個可靠穩(wěn)定的傳輸通道。

③微波傳輸通道的組織：此方式與DTU類型，也屬于無線傳輸，只是傳輸媒介采用高頻波。

4風(fēng)功轉(zhuǎn)化模型

由于風(fēng)機廠家提供的風(fēng)功轉(zhuǎn)換曲線是在實驗室中測試完成，而實際運行時，風(fēng)機之間存在尾流效應(yīng)的影響，和出廠曲線會不一致，為了預(yù)測的準(zhǔn)確性，在建立風(fēng)功轉(zhuǎn)換模型時，最好采用風(fēng)機實際運行的歷史數(shù)據(jù)。對于新建的風(fēng)電場，由于沒有歷史數(shù)據(jù)，在建模時只能采用出廠風(fēng)功曲線，隨著風(fēng)電場投入運行，再在隨后的工作中根據(jù)運行的歷史數(shù)據(jù)來修正風(fēng)功模型。

如果獲取到了一年的歷史數(shù)據(jù)，將這些歷史數(shù)據(jù)輸入matlab，通過圖像方式展示這些所有風(fēng)功關(guān)系，這些關(guān)系都是離散的點，如圖1所示，根據(jù)這些離散點可以大致找出風(fēng)功關(guān)系，可以采用以下兩種方法建立風(fēng)功關(guān)系：

①根據(jù)風(fēng)速求取該風(fēng)速上所有功率的平均值，通過這些平均值擬合出一條關(guān)系曲線。②按照風(fēng)速區(qū)間建立風(fēng)功對應(yīng)關(guān)系，建立分段函數(shù)，在每個風(fēng)速區(qū)間上風(fēng)功都是線性關(guān)系，實際使用時通過查表的方式查找風(fēng)速對應(yīng)的功率。

直接擬合曲線，可能誤差較大，因為風(fēng)功對應(yīng)關(guān)系可能比較復(fù)雜，用一個方程可能不能準(zhǔn)確描述風(fēng)功關(guān)系。建立分段函數(shù)，如果分段的區(qū)間盡可能小，反而準(zhǔn)確性更高，同時也便于統(tǒng)計風(fēng)功之間在不同風(fēng)速上的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于安興.風(fēng)電場短期風(fēng)電功率預(yù)測研究[D].上海:華東理工大學(xué)，2012.

[2] 葉愛賢.灰色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)電功率預(yù)測應(yīng)用研究[D].蘭州:蘭州交通大學(xué)，2013.